Katastrofen i Japan i naturfagsundervisningen?

Katastrofen i Japan er en utmerket anledning for å vise hvorfor naturfagskunnskap er nyttig. Uten kunnskap vil begrepet stråling oppleves som skummelt og farlig, men med kunnskap kan man nyansere bildet. Samtidig har man en ypperlig anledning til å repetere hvordan atomer er bygget opp.

Min første befatning med radioaktiv stråling var da jeg som 7 åring var med faren min ned i kjelleren på Geologisk Institutt.

Bak en tykk vegg, var det noe farlig stråling som han brukte når han forsket. Ingen mennesker måtte gå bak den veggen uten beskyttelse. Det virket veldig skummelt og gjorde inntrykk. Det gjorde også biokjemiprofessor Søren Laland da han under en forelesning på 1980-tallet demonstrerte hvorfor radioaktiv stråling ikke var farlig. Han holdt en kilde med røntgenstråling foran kroppen og en geigerteller bak kroppen og annonserte eplekjekt: ”Dette er da ikke farlig, bare hør, strålingen går jo rett gjennom (dette var før helse, miljø og sikkerhet kom på dagsordenen)”.

Noe senere, da jeg tok et kurs i biofysikk, fikk jeg langt mer respekt for radioaktiv stråling. Kurset gikk parallelt med ulykken i Tjernobyl og gjorde det vi lærte superaktuelt. Men kurset viste meg også at radioaktivitet er en del av naturen. Da vi holdt en geigerteller mot vår egen kropp, sprakte det som bare det. Alt som lever vil utstråle radioaktivitet. Det skyldes at vi hver dag spiser og drikker atomer som er radioaktive. Vi blir også utsatt for radioaktivitet fra andre kilder som kosmisk stråling og radioaktive kilder på jorda. Samtidig har vi mennesker lært oss å utnytte radioaktivitet til mange ulike formål som å ta røntgenbilder, produsere atomenergi og gi strålebehandling. Slik teknologi krever at vi oppkonsentrerer radioaktive isotoper, og da oppstår også risiko for overeksponering. 

Hva er radioaktivitet?

Radioaktivitet oppstår når atomer har ustabile atomkjerner. I det de omdannes til en mer stabil form, sendes overskuddsenergi ut i form av partikler og/eller elektromagnetisk stråling. Et greit eksempel her er å bruke karbonatomet (tegn det gjerne opp). I sin grunntilstand har atomet 6 protoner, 6 nøytroner og 6 elektroner og kalles ¹²C. Men oppe i atomsfæren blir det hele tiden dannet en annen variant av karbon. Her bombarderes ustanselig nitrogenatomer av nøytroner fra kosmisk stråling. Reaksjonen er som følger:

¹⁴N + n --> ¹⁴C + ¹H

Nitrogenkjernen mister altså et proton og et elektron til hydrogen. Fordi det er antall protoner i kjernen som avgjør hvilket grunnstoff vi har, forvandles nitrogenkjernen til en karbonkjerne. Samtidig tilføres karbon et ekstra nøytron, dvs. at det har 8 nøytroner i stedet for de seks som det har i sin grunntilstand. Derfor blir atomvekten høyere og isotopen har fått navnet ¹⁴C (6 protoner + 8 nøytroner blir jo 14 kjernepartikler). Problemet er bare at denne isotopen av karbon ikke er stabil. Den brytes sakte, men sikkert ned til nitrogen samtidig som overskuddsenergi frigjøres i form av betastråling (elektroner). I denne prosessen omdannes et av nøytronene i ¹⁴C til et proton slik at man får et atom med 7 protoner og 7 nøytroner, altså nitrogen. 

Halveringstid

Hvis man har en samling radioaktive atomer, vil de etter en viss tid ha strålt fra seg. Tiden det tar for at halvparten av disse atomene har strålt fra seg kalles halveringstid. Den kan variere voldsomt fra et radioaktivt grunnstoff til et annet. En av utfordringene med utslipp fra atomkraftverk er at mange av de radioaktive grunnstoffene som slippes ut har lang halveringstid. ²³⁸U (uran) har en halveringstid på 4.5 milliarder år. ¹⁴C (karbon) har derimot her halveringstid på 5730 år. ³H (tritium) som jeg selv har brukt mye på lab, var en veldig behagelig strålekilde å jobbe med. Strålingen kunne ikke trenge gjennom hud. Halveringstiden var derimot på mer enn 12 år, så det var viktig ikke å søle (det er det for så vidt alltid når man jobber med radioaktive isotoper). Når vi derimot jobbet med ³²P, var det viktig å planlegge forsøkene godt, for den gikk raskt ut på dato med en halveringstid på 2 uker.

En grunn til at vi alle er radioaktive, er at det er litt ¹⁴C i all mat vi spiser. Så lenge vi lever vil innholdet av denne isotopen være konstant i kroppen vår, men med en gang vi dør, stopper inntaket av ¹⁴C. Det utnytter historikere og arkeologer til å finne ut hvor gammelt organisk materiale er. Ved å måle hvor mye ¹⁴C som er igjen, kan de regne seg ut til når organismen døde. Slik vet vi f. eksempel at steinaldermannen Ötzi døde for omtrent 5300 år siden. 

Hvorfor er radioaktiv stråling farlig?

Når energirik stråling treffer cellene våre, kan den ødelegge molekylene vi er satt sammen av som fett, proteiner og DNA. Heldigvis har cellene våre utviklet mange ulike reparasjonsmekanismer for å beskytte oss mot slike skader. De er f. eks. utrustet med ”vakt”-proteiner som oppdager og fjerner ødelagte proteiner. De har også proteiner som er spesialister på å reparere skadet DNA. Men disse mekanismene har en begrenset kapasitet og kan ikke beskytte mot store doser radioaktivitet. Det kan være grunnen til at flygere og andre som oppholder seg mye i fly har økt risiko for å utvikle visse typer kreft. De blir i langt større grad enn vi som jobber nede på jorda, utsatt for kosmisk stråling. Strålingsmengden avhenger av antall flytimer, flyhøyde og solaktiviteten. Stråledosene rundt og i et kjernekraftverk ute av kontroll er i en helt annen skala. Derfor er det all grunn til å bekymre seg for dem som heltmodig forsøker å forhindre større lekkasjer av radioaktivitet fra reaktorene i Japan. Beregninger viser at opphold her på mer enn 15-30 minutter kan gi helseskader. Etter bare noen timers eksponering, kan man begynne å kjenne seg syk, og en person som er der opp mot et døgn, kan risikere å dø i løpet av en måned. Å oppholde seg i Tokyo med de strålenivåene som er målt så langt, gir derimot liten grunn til bekymring. 

Menneskelig mot og oppfinnsomhet har ført til at vi ikke lenger er i steinalderen, men lever omgitt av teknologi på alle kanter. Et imponerende resultat av denne utviklingen er at husene i Tokyo tålte det ekstremt sterke jordskjelvet. Men å bygge kjernekraftverk i en høyrisikosone for jordskjelv, er kanskje mer et tegn på overmot akkurat som Lalands demonstrasjon av ”ufarlig” stråling? 
Siste nytt om strålingen i Japan 27/3-11