Eksamensoppgaver naturfag muntlig-praktisk påbygg

Jeg vil først forklare hva elektromagnetisk stråling er, før jeg viser hvordan radiobølger brukes til å sende informasjon trådløst. Elektromagnetisk stråling oppstår når ladde partikler svinger. Strålingen trenger ikke noe stoff å bre seg i og går med omtrent 300 000 kilometer per sekund i vakuum. Radiobølger, infrarød stråling, synlig lys, ultrafiolett stråling, røntgenstråling og gammastråling er derfor samme type fenomen, men de har ulike bølgelengder og frekvenser.

I trådløs kommunikasjon brukes vanligvis radiobølger. Informasjonen, for eksempel lyd eller digitale data, legges på en høyfrekvent bærebølge ved modulasjon. Ved AM endres amplituden, mens frekvensen endres ved FM. En sender får elektroner i en antenne til å svinge, og antennen sender radiobølgen ut. Hos mottakeren skaper bølgen et elektrisk signal i antennen. Mottakeren demodulerer signalet og gjør informasjonen tilbake til lyd, bilde eller data.

Bølgeegenskapene forklarer hvorfor signalstyrken varierer. Vegger kan absorbere energi og svekke signalet. Refleksjon kan gi flere signalveier, bøyning gjør at bølger kan nå rundt kanter, og interferens kan forsterke eller svekke signalet. Wi-Fi og Bluetooth kan bruke 2,4 gigahertz-båndet. Med λ = c/f får vi en bølgelengde på 0,125 meter. Dette viser hvordan formelen kobler en praktisk frekvens til en fysisk bølgelengde.

Konklusjonen er at trådløs kommunikasjon fungerer fordi informasjon kan kodes på elektromagnetiske bølger, sendes mellom antenner og hentes ut igjen hos mottakeren. Hvor godt forbindelsen virker, avhenger både av frekvensen og av hvordan bølgene blir reflektert, absorbert, bøyd og påvirket av andre signaler.

Jeg vil først forklare hva radioaktivitet er, deretter beskrive de tre strålingstypene og halveringstid, og til slutt drøfte bruk og konsekvenser for helse og miljø. Radioaktive atomkjerner er ustabile og kan endre seg spontant. For å bli mer stabile sender de ut energi, enten som partikler eller som elektromagnetisk stråling. Energien er så stor at den kan slå løs elektroner fra atomer og danne ioner. Derfor kaller vi strålingen ioniserende. Et eksempel er karbon-14, som er en ustabil isotop av karbon med 6 protoner og 8 nøytroner.

Det finnes tre typer radioaktiv stråling. Alfastråling er en heliumkjerne med 2 protoner og 2 nøytroner. Når uran-238 sender ut alfastråling, blir det til thorium-234, fordi kjernen har mistet 2 protoner. Betastråling oppstår når et nøytron blir omdannet til et proton og et elektron, og elektronet sendes ut. Karbon-14 blir på denne måten til nitrogen-14. Gammastråling er energirik elektromagnetisk stråling som kjernen sender ut som overskuddsenergi. Den gir ikke et nytt grunnstoff. Strålingstypene har ulik rekkevidde: alfa stoppes av papir, beta av en tykk treplate, mens gamma dempes kraftig av tykt bly eller betong.

Halveringstid er tiden det tar før halvparten av de radioaktive kjernene er omdannet. Jod-131 har en halveringstid på 8 dager, karbon-14 på 5730 år og uran-238 på omtrent 4,5 milliarder år. Har vi 80 gram jod-131, er det 10 gram igjen etter 24 dager, fordi det har gått tre halveringstider. Karbon-14 brukes til datering: Levende organismer har samme forhold mellom karbon-14 og karbon-12 som lufta, men når organismen dør, stopper opptaket. Ved å måle hvor mye karbon-14 som er igjen, kan vi beregne hvor lenge siden organismen døde.

Radioaktiv stråling har viktig nytte. I helsesektoren brukes røntgen og CT til å se skjelettet og indre organer, mens scintigrafi og PET bruker radioaktive isotoper som sender ut gammastråling fra innsiden av kroppen. Jod-131 brukes til å behandle kreft i skjoldbruskkjertelen, fordi jod samles der og betastrålingen avgir energien over en kort strekning. Slik treffer strålingen kreftceller uten å skade mye friskt vev. I industrien brukes gammastråling fra kobolt-60 til å sterilisere medisinsk utstyr og krydder.

Samtidig kan strålingen gi alvorlige helseskader. Store doser kan skade DNA og proteiner og gi mutasjoner, misdannelser, leukemi og svekket immunforsvar. Hvor farlig strålingen er, avhenger av typen, energien og om kilden er utenfor eller inne i kroppen. Alfastråling er nesten ufarlig utenfor kroppen fordi den stoppes i huden, men den er farligst inne i kroppen, fordi den ødelegger mange celler i et lite område. Dette ser vi ved radon, som er den viktigste strålingskilden i norske hjem. Radon er en radioaktiv gass fra berggrunnen som vi puster inn, og den øker risikoen for lungekreft. Radioaktiv forurensning kan også påvirke miljøet over lang tid, for eksempel ved at cesium samles i lav og overføres til rein.

Min konklusjon er at radioaktiv stråling verken er bare farlig eller bare nyttig. Det avgjørende er dosen, strålingstypen og hvordan vi beskytter oss. Med stor avstand, kort tid nær kilden og god skjerming kan vi bruke strålingen til å stille diagnoser og behandle kreft, samtidig som vi holder risikoen lav. Kunnskap er også viktig for å unngå ubegrunnet frykt, slik vi så etter Tsjernobyl-ulykken, da mange tok abort av frykt for misdannelser.

Bioteknologi er all teknologi som bruker levende celler til å lage produkter. Tradisjonelt har vi brukt mikroorganismer til å bake brød, gjære øl og vin og lage surmelksprodukter. Moderne bioteknologi er et samlebegrep på fagområder der genteknologi inngår, som DNA-kartlegging, stamcelleforskning, kloning, kunstig befruktning og produksjon av legemidler og vaksiner. Genteknologi er teknologi der deler av DNA fra en organisme flyttes til en annen organisme, og organismer som har fått forandret genene sine slik, kalles genmodifiserte organismer, GMO.

Et viktig eksempel er genspleising med plasmider. Plasmider er små, ringformede DNA-molekyler i bakterier. Restriksjonsenzymer klipper DNA ved bestemte basesekvenser og lager klebrige ender. Når plasmid-DNA og menneske-DNA klippes med samme enzym, kan menneskegenet limes inn i plasmidet. Bakterien tar opp plasmidet, og når den deler seg, kopieres genet med. Slik produserer bakteriekulturer i dag menneskeinsulin til diabetespasienter – tidligere måtte insulin hentes fra svin eller storfe. Nyere metoder som CRISPR gjør det enklere, billigere og mer presist å redigere DNA: en kort RNA-tråd finner den ønskede sekvensen, og et enzym kutter der.

Bioteknologi brukes også i medisinen på andre måter. Ved assistert befruktning, som IVF, befruktes egg i en skål og settes inn i livmoren. Gentester kan stille diagnoser, avsløre om friske personer er bærere av sykdomsgener, eller påvise arvelige sykdommer – noe som også skaper dilemmaer, for eksempel om man egentlig vil vite at man har genet for en sykdom uten kur. Genterapi går ut på å erstatte syke gener med friske, men er vanskelig i praksis fordi genene må tas opp av riktige celler og godtas av immunforsvaret. DNA-analyse brukes i kriminalsaker: DNA kopieres med PCR, klippes med enzymer og skilles med elektroforese, og profilen kan identifisere en person.

De etiske spørsmålene er mange. Genmat kan gi mer mat fortere og bedre næringsinnhold, men mange er skeptiske av føre-var-hensyn: vi kjenner ikke de langsiktige konsekvensene, og det finnes risiko for sprøytemiddelresistens, skade på nytteinsekter, spredning av antibiotikaresistens og trusselen mot det biologiske mangfoldet. Derfor er genmat ikke tillatt i Norge. Kloning av mennesker er forbudt – det tok 278 forsøk å klone sauen Dolly, og mange liv gikk tapt. Terapeutisk kloning kan gi stamceller med pasientens egne gener og løse frastøtningsproblemet ved organtransplantasjon, men de mest anvendelige stamcellene hentes fra embryoer, noe mange mener er etisk betenkelig. Surrogati er forbudt i Norge, mens eggdonasjon og sæddonasjon er tillatt innenfor rammene i bioteknologiloven. I Norge vurderer Bioteknologirådet de etiske spørsmålene, mens genteknologiloven og bioteknologiloven setter rammene. Mitt syn er at bioteknologien gir store muligheter for helse og matproduksjon, men at samfunnet må stille krav om grundig forskning og åpen debatt før nye metoder tas i bruk.