Stråling og kjernefysikk på Naturfag 2

Salt brenner med gul flamme

Den radioaktive strålingen omgir oss i hverdagen. Et arbeid med medieartikler på naturfag 2 viser at samfunnsfelt som medisin, energi, boligbygging, miljø og forsvar gjør det nødvendig å vite noe om stråling. Det er tre typer radioaktiv stråling: Alfa-, beta- og gammastråling. Med et Geiger-Müllerrør kan vi måle strålingsintensitet, men ikke avgjøre typen stråler. På kurset brukte deltakerne et slikt apparat for å måle bakgrunnsstråling, stråling fra bergarter som er definert som radioaktive, og andre kilder. Gjennom å stoppe strålingen med ulike medier – papir, glass, bly, andre metaller – kan vi komme frem til hvilken type stråling vi måler. Alfastråling kommer neppe så langt som inn i apparatet, betastråling lar seg stoppe med tynne plater, gammastråling stoppes av blyplaten. Med en scintillator, som ble demonstrert på kurset, kan vi måle energien i gammastråling. Energiene vi måler fungerer som et fingeravtrykk og gir oss anledning til å bestemme hvilke radioaktive stoffer vi har med å gjøre.

Det blir brukt flere måleenheter for å angi stråling og stråledoser. Bequerel er et mål på antall radioaktive henfall i kilden per sekund. Sievert er målt opptatt stråledose i kroppen. Denne enheten tar også hensyn til energien i strålingen og hvilken type stråling vi er utsatt for. En Sievert er en veldig stor stråledose og milliSievert blir mest brukt til praktiske formål, som å angi hvor mye stråling en person har fått på en utsatt arbeidsplass.

Spekter fra lysstoffrør
Med et litt avansert spektrometer kan vi måle intensiteten til bølgelengdene til lyset fra et lysstoffrør.

Det elektromagnetiske spekteret gir oss synlig lys når bølgelengdene er mellom 400 og 700 nanometer. Et enkelt håndholdt spektroskop spalter lyset, og viser oss hvilke deler av spekteret det inneholder. Lysstoffrør vil typisk gi spesifikke bølgelengder, skarpt adskilt, med de tre grunnfargene. Dagslyset gir farger i hele fargespekteret som vi kjenner fra regnbuen, med myke overganger. Hvert grunnstoff har sitt elektromagnetiske avtrykk, det vil si at det avgir et kjent spekter når det brenner. Vanlig bordsalt gir en god demonstrasjon av fenomenet. Salt brenner med en gulhvit flamme. Målt med en sensor som gir en kurve for bølgelengden, kan vi se at nesten all energien er samlet i det gule feltet av spekteret. Andre stoff vil gi avtrykk flere steder i spekteret.

Faste stoffer som lyser (glødepære f.eks.) vil ha bølgelengder i hele det synlige spekteret. Mengden stråling i de ulike delene av spekteret avgjøres av temperaturen til pæren. Mye stråling i det røde område vil gi inntrykk av et rødlig lys og mye i det blå vil gi et blålig lys. Ut i fra dette definerer vi begrepet fargetemperatur. En glødepære med fargetemperatur på 2000 kelvin vil se rødere ut enn lyset fra solen som har en temperatur på rundt 5700 kelvin.

Elektromagnetisk stråling (EM) fra verdensrommet er et tema i læreplanen. Gjennom foredrag og øvinger viste Kjartan Olafsson fra Institutt for fysikk og teknologi hva EM er, og hvordan vi kan arbeide med temaet i skolen. EM fra verdensrommet dekker hele det elektromagnetiske spekteret og er praktisk talt vår eneste kilde til informasjon fra verdensrommet. Vi kan bruke strålingen til å si noe om stjernenes (eller galaksenes) bevegelse, avstand, masse og innhold av grunnstoffer. Ved å måle rødforskyvningen kan forskere si noe om bevegelsen i forhold til oss. Denne effekten kan sammenlignes med endringen i frekvens på lyden fra sirenen på en ambulanse som først kommer mot oss, for så å forsvinne fra oss (heldigvis). På store avstander vil også farten til galaksen gi oss en pekepinn på avstanden til galaksen. Universet utvider seg og jo fjernre  fra oss galaksen er, jo raskere beveger den seg fra oss. Mange solsystemer består av to stjerner. Disse roterer rundt et felles massepunkt. Da vil stjernene vekselvis bevege seg mot oss og fra oss. Forholdet mellom rotasjonen til de to stjernene kan da brukes til å beregne massen til disse to.

Nordlys er spennende, spektakulært og interessant både for elever og forskere. Kristian Birkeland var pioner i nordlysforskningen, og fant grunnleggende egenskaper ved dette merkelige fenomenet. Ioniserte partikler fra solvinden som kommer inn i jordens magnetfelt. Partiklene følger magnetfeltet og ender opp på sør og nordpolen. De som havner i nord gir oss nordlyset. Mest nordlys er det i en oval omkring nordpolen. Det er fire ‘akter’ i nordlysdramaet, som foregår i 100-150 kilometers høyde: Først ser vi et grønt slør i omtrent en halvtime, det er rolige forhold på himmelen. Deretter øker lysstyrken, og nordlyset trekker mot sør. Tredje akt er en eksplosjonsfase, der lyset beveger seg mye. I siste del spakner det hele og slutter. Strømstyrken i nordlyset kan komme opp i en million ampére. Solflekkaktiviteten er den beste indikatoren på når vi kan forvente oss mange partikler og flott nordlys.

Besøk på Raftosenteret. Bjørnar orienterer om Fremtidspiloten, som deltakerne får et aktivt innblikk i.

Siste del av kusrdagene på Naturfag 2 i januar ble brukt til et besøk på ‘Fremtidspiloten’ på Raftosenteret. Sammenhengen mellom klima, rettferdighet og menneskerettigheter er tema for skoleprogrammene Raftosenteret har samlet i Fremtidspiloten. Det pedagogiske fundamentet har senteret funnet i Nikki Harrés ‘psychology for a better world’. Harré mener at folk grunnleggende vil gjøre det riktige, og gjerne følger andres gode eksempler. Riktige handlinger gir oss et positivt selvbilde, og ansporer til en livsstil i riktig retning.

Klimaproblemene rammer samfunn som bidrar minst til klimagassutslippene; lavtliggende øyer i Stillehavet. Andre steder gir tørke, miljøødeleggelser og værkatastrofer opphav til konflikter, menneskerettsbrudd og flyktningestrømmer. I ‘Fremtidspiloten’ arbeider elevene med slike spørsmål, med perspektivene bærekraftig fremtid og rettferdighet. Rollespill er ett av flere virkemidler, og som siste post etter to hektiske dager fikk deltakerne på naturfag 2 prøve deler av spillet: Et land er rammet av fattigdom og miljøkatastrofer, selv om inntektene fra råvareindustrien er store. Et lite øysamfunn blir oversvømmet, befolkningen må evakueres til et nytt land. Konflikter blusser opp og må håndteres. Rollespillet er basert på virkelige land og personer, og blir en øyeåpner for elevene.

Vedlegg