☢ Radioaktiv Stråling

Alfastråling (α)

Alfastråling består af heliumkerner – to protoner og to neutroner bundet sammen. De er relativt tunge og bærer en dobbelt positiv ladning (+2e). Fordi de er store og ladede, veksler de kraftigt med elektroner i omgivende materiale og mister hurtigt al deres energi. Fra en typisk radioaktiv kilde rækker alfapartikler kun 3–7 cm i luft; et stykke papir eller hudens yderste, døde cellelag (~0,07 mm) er tilstrækkeligt til at stoppe dem fuldstændigt. Alfastråling er dog farlig, hvis kilden indtages eller indåndes, da partiklerne afgiver al energien direkte i levende væv.

Betastråling (β)

Betastråling er hurtige elektroner (β⁻) eller positroner (β⁺) udsendt fra kernen under et radioaktivt henfald. De er langt lettere end alfapartikler og bevæger sig med en hastighed tæt på lysets. Betapartikler trænger dybere ind end alfa, men stoppes effektivt af et par millimeter aluminium, plastik eller biologisk væv. I tunge metaller som bly kan den kraftige bremsning af betapartiklerne give anledning til sekundær røntgenstråling (kaldet bremsstråling), da de ladede partikler decelereres i det stærke elektriske felt nær atomkernerne.

Gammastråling (γ)

Gammastråling er elektromagnetisk stråling (fotoner) med meget høj energi – typisk 0,1–3 MeV fra radioaktive kilder. Den har ingen masse og ingen elektrisk ladning og veksler derfor langt svagere med materiale end alfa og beta. Gammastråling trænger igennem næsten alt og kan aldrig stoppes fuldstændigt, men dens intensitet reduceres gradvist med materialetykkelsen efter en eksponentiel lov. Effektiv afskærmning kræver tykke masser af tætte materialer som bly, stål eller beton.

Alfastråling når kun få centimeter

Alfapartikler støder hele tiden ind i luftens molekyler og mister energi. Efter ca. 3–7 cm i luft er de stoppet helt. Slå "Realistisk rækkevidde i luft" til under Strålingskilde, og prøv at flytte Geiger-røret længere væk end ca. 7 cm (70 mm) fra en alfakilde – så tæller det ingenting, selv uden materiale foran. Betastråling når typisk en meter eller mere i luft, og gammastråling kan nå meget langt.

Afstandskvadratloven

Strålingen fra en kilde spreder sig ud i alle retninger. Når afstanden fordobles, fordeles strålingen på et fire gange så stort område, så Geiger-røret kun rammes af ca. ¼ så meget. Det er den bedste og billigste beskyttelse: hold afstand. I simuleringen kan du se det ved, at flere partikler suser forbi røret, når det står langt væk.

Baggrundsstråling

Der er altid lidt stråling omkring os – også uden en kilde. Den kommer bl.a. fra radon i jorden og husene, fra rummet (kosmisk stråling), fra bygningsmaterialer og fra vores mad. En Geiger-tæller i et klasselokale tæller typisk 15–30 gange i minuttet uden kilde. Når man måler i skolen, måler man derfor først baggrunden og trækker den fra sine målinger. Slå "Medregn baggrundsstråling" til under Måling for at prøve.

For beta- og gammastråling beregnes blokeringssandsynligheden i simuleringen med formlen for eksponentiel dæmpning: P er sandsynligheden for, at en partikel stoppes (0 = ingen blokering, 1 = fuldstændig blokering).
μ (mu) er den lineære attenuationskoefficient med enheden mm⁻¹. Den beskriver, hvor effektivt et givet materiale absorberer strålingen. Høj μ betyder kraftig dæmpning. Koefficienten afhænger af materialets densitet, kemiske sammensætning og strålingspartikelens energi.
t er materialets tykkelse i millimeter.

Formlen svarer til intensitetsformlen I = I₀ · e^−μt, hvor I₀ er intensiteten inden materialet og I er intensiteten bagved. Jo større produkt μ · t, desto større andel absorberes.

Alfastråling følger ikke den eksponentielle model. Alfapartikler har en veldefineret rækkevidde og stoppes brat, ikke gradvist. Simuleringen forenkler dette, så alfapartikler stoppes helt af alle materialerne og – når realistisk rækkevidde er slået til – har en rækkevidde på ca. 4–7 cm i luft. Som standard er rækkevidden i luft slået fra, så man kan fokusere på, hvad materialerne bremser.

En nyttig størrelse afledt af dæmpningsformlen er halveringstykkelsen – den materialetykkelse der præcist halverer strålingens intensitet: Halveringstykkelsen for gammastråling fra Cs-137 (0,662 MeV) ser således ud for materialerne i simuleringen:

Materiale	μ (mm⁻¹)	Halveringstykkelse	Blokering ved 10 mm
Bly	0,142	~4,9 mm	~76 %
Jern	0,057	~12 mm	~44 %
Aluminium	0,026	~27 mm	~23 %
Glas	0,019	~36 mm	~18 %
Beton	0,018	~39 mm	~16 %
Biologisk væv	~0,009	~77 mm	~9 %
Træ	0,005	~139 mm	~5 %

For at opnå 90 % blokering af gammastråling kræves fx ca. 16 mm bly eller ca. 40 mm jern. Gammastråling kan aldrig stoppes fuldstændigt med en endelig materialetykkelse – intensiteten nærmer sig blot nul asymptotisk med stigende tykkelse.

For betastråling er situationen anderledes: betapartikler har en endelig rækkevidde i materiale. Allerede 3–5 mm aluminium stopper det meste beta fra typiske skolekilder. Det eksponentielle udtryk er her en pædagogisk forenkling – i virkeligheden ophører transmissionen brat ved rækkeviddegrænsen.

Koefficienterne er baseret på NIST Physical Measurement Laboratory-data for en typisk Cs-137-kilde (0,662 MeV gamma; 0,5–1 MeV beta som repræsentativ skolekildeenergi).

Metaller

Metal	Densitet (g/cm³)	μ beta (mm⁻¹)	μ gamma (mm⁻¹)
Aluminium	2,70	0,701	0,0256
Bly	11,35	2,95	0,142

Papir og biologiske materialer

Materiale	μ beta (mm⁻¹)	μ gamma (mm⁻¹)
Papir (~0,8 g/cm³)	0,150	0,020
Kødpålæg (~1,06 g/cm³)	0,200	0,0103
Kartofler (~1,08 g/cm³)	0,170	0,0082
Fisk (~1,05 g/cm³)	0,175	0,0061

Hverdagsplader og -stoffer

Materiale	μ beta (mm⁻¹)	μ gamma (mm⁻¹)
Betonflise (~2,3 g/cm³)	0,600	0,0178
Jernplade (7,87 g/cm³)	2,04	0,0572
Glasplade (~2,5 g/cm³)	0,650	0,0194
Træskive (~0,6 g/cm³)	0,115	0,0050
Aluminiumsplade (2,70 g/cm³)	0,701	0,0256
Cowboystof (~0,5 g/cm³)	0,095	0,0042

Kilde: NIST Physical Measurement Laboratory – X-Ray Mass Attenuation Coefficients (physics.nist.gov). Beta-μ er beregnet ud fra CSDA-rækkevidde i vandækvivalent materiale skaleret med densitet. Alfastråling beregnes ikke med μ-koefficienter – se modelbeskrivelsen ovenfor.