Radyoaktivite

Alm Radioaktivität (f), Fr Radioactivité (f), İng Radioactivity Bâzı elementlerin çekirdeklerinin şua yayarak parçalanması Dış etki olmaksızın kendi kendine bir parçalanma sonucu durmadan şuâ (ışın, radyasyon) şeklinde enerji veren maddelere radyoaktif maddeler, neşredilen şuâlara radyoaktif şuâ denir

Radyoaktifliğin keşfi: Fizikokimyâ sahasında en önemli keşif olup, bu keşifle birlikte kimyevî elementler hakkındaki düşünceleri temelinden değiştirdi Aynı zamanda atomun çekirdeğindeki muazzam enerjinin kullanılmasını mümkün kıldı Radyoaktivite, 24 Şubat 1896?da Henri Becquerel tarafından keşfedildi Radyoaktivite, flüoresan kılınmış maddelerin X ışınları verip vermedikleri araştırılırken bulundu H Becquerel, X ışını elde etmek maksadıyla flüoresan olan uranyum tuzları kullandı Siyah kâğıda sarılı fotoğraf plakası üzerine bir miktar potasyum uranyum sülfat çift tuzu K2UO2 (SO4)22H2O koyup, güneş ışığına tuttu Sonunda fotoğraf plâkasında uranyum tuzlarının bulunduğu bölgeye rastgelen kısımlarda kararmalar gördü Fakat sonradan bu tuzların ışığa mâruz bırakılmadan, yâni flüoresan kılınmadan da bu işi yaptığını gördü Daha sonra da uranyumun flüoresan olan ve olmayan bütün tuzlarının hattâ uranyum metalinin bile fotoğraf plâkasına tesir ettiğini buldu Becquerel daha sonra bu denemesini karanlıkta yaptı Uranyum bileşiklerini siyah kâğıda sardığı hâlde fotoğraf plâkalarına etki eden ışınların çıktığını buldu Bu ışınlara uranik ışınlar dedi Bu keşiften sonra, Fransa?da Pierre ve Marie Curie, Almanya?da GSchmidt tarafından, aynı zamanda yapılan araştırmalarda toryumun da aynı ışını verdiği bulundu Bundan sonraki araştırmalarda radyoaktif özelliklere sâhip polonyum ve radyum elementleri keşfedildi

Bir radyoaktif elementin çekirdeğinin, kendiliğinden başka çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon, yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi hâdisesine de transmütasyon denir

104 elementin yaklaşık 1200 izotopu vardır Bu izotoplardan 284?ü kararlı çekirdeğe; radyoaktif elementler kararsız çekirdeğe sâhiptirler Bunlar kararlı hâle geçmek için çeşitli enerjiler yayarlar

Kararlı hâle iki yoldan geçer Birincisi parçalanma ile olanıdır ki, buna bir misâl olarak ?alfa? ışıması verilebilir (88Ra226 ® 86Rn222 + a) İkincisi izobar geçiştir Kütle sayıları aynı, atom numaraları bir fazla olan iki atomda (izobar atomda) nötron fazlalığı varsa bu çekirdekte 0n1 ® p+b+g şeklinde bir reaksiyon olur ki buna (b) dezentegrasyonu denir (11Na24 ® 12Mg24 + -b) Eğer proton fazlalığı varsa çekirdekte pozitron yayımı olur (P ® n+b++g) Buna (b+) dezentegrasyonu denir (11Na22 ® 10Ne22 +b+) Çekirdek proton fazlalığı hâlinden kurtulmak için pozitron (b+) atacağı yerde çekirdek dışındaki K yörüngesinden bir elektron yakalar ve p+-e ± n+g şeklinde reaksiyon verir Bu olaya elektron yakalama= Ey (Electron Capture= EC) denir Neşrettiği tâneciğe de nötrino (g) adı verilir (4Be7 ® 3Li7)

Bir çekirdek a veya b ışını meydana getirdikten sonra uyarılmış hâle geçer Uyarılmış çekirdekte bir enerji fazlalığı vardır Uyarılmış çekirdek normal hâline dönerken enerji fazlalığı çekirdekten bir tânecik hâlinde fırlatılmaz ise bir izomerik geçiş (İsomeric Transition= IT) olur (56Ba137® 56Ba137+g)

Ağır çekirdeklerden hafif çekirdeklerin meydana gelmesine fisyon denir Fisyon çok şiddetli olup (f) harfiyle sembolize edilir 92U238 ® 50Sn133+42Mo105 olayı bir fisyon reaksiyonudur Bu hâdisede büyük enerji açığa çıkar (Radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınlar) Rutherford, radyumun alfa (a), beta (b) ve gamma (g) ışınları verdiğini keşfetti

Alfa ışınları (a): Bir helyum çekirdeği olup, iki proton ve iki nötrona sâhiptir Elektrikî yükü 2+, kütlesi 4?tür Alfa ışınlarının hızı, yayınlayan atoma tâbi olarak, ışık hızının 1/10-1/15?i kadardır Meselâ RaC?nin verdiği a tâneciklerinin hızı 19220 km/s?dir a tâneciklerinin kinetik enerjileri 4-8 MeV arasında değişir Aynı radyoaktif elementin verdiği a tâneciklerinin kinetik enerjileri aynıdır Alfa ışınları iyonlaştırıcı özelliğe sâhip olduğu hâlde bir maddeye giriciliği beta ışınına nazaran azdır Birkaç cm havadan veya milimetrenin birkaç yüzde biri kadar kalınlıktaki alüminyum plâkadan geçebilir Alfa ışınlarının havadaki yollarının uzunluğu ışının ilk hızlarının küpü ile orantılıdır (R= kv03 ) Radyoaktif maddelerin elektrik, ısı ve kimyevî olayları esas îtibâriyle, ışınlarından meydana gelir Bu ışımayı yapan radyoaktif elementin kütlesi 4, atom numarası 2 azalır

Beta ışınları (b): Bu ışınlar (şuâlar) elektrondan ibâret olup (1-) yüklüdür Elektrikî ve manyetik alanda sapar Hızları ışık hızına yakın olup, yolları alfa ışınlarından daha uzundur Yâni daha giricidir Bu ışınlar da iyonlaştırıcı özelliğe sâhiptir Primer beta ışınları çekirdekten yayılırken çekirdekte n ® p + -b reaksiyonu vuku bulur Bu ışıma sonucu elementin atom numarası (Z) bir artar, fakat kütlede değişiklik olmaz Bir radyoaktif elementin verdiği b ışınları aynı kinetik enerjiye sâhip değildirler Radyoaktif elementlerin çoğu a, b ve g ışınlarını berâber verir Yalnız beta ışını veren sun?î stronsiyum -90?dır Pozitif beta ışıması yapma radyoaktif elementlerde görülür Bu ışıma sonunda radyoaktif elementin kütlesi değişmez, atom numarası (z) bir artar

Gamma ışınları (g): Kısa dalga boylu elektromanyetik şuâlardır Alfa yâhut beta ışıması yapan çekirdek uyarılmış hâle geçer Bu uyarılmış hâlden normal hâle dönen çekirdek enerji fazlasını g ışını hâlinde verir Mesela, RaD ® RaE+ b (0,018 MeV) bozunmasından sonra meydana gelmiş uyarılmış RaE hemen 0,047 MeV?lik g ışınları verir

Gamma ışınlarının enerjileri yüksek olup, birkaç cm kurşundan geçerler Gamma ışınlarının doğrudan doğruya iyonlaştırıcı özelliği yoktur Yüksüz olduğundan manyetik alandan sapmadan geçer Röntgen ışınlarının özelliklerine sâhip olan gamma ışınları, fotoğraf plâklarına etki eder ve flüoresan meydana getirir

Yarılanma süresi: Bir radyoaktif elementten çıkan ışınların şiddetinin ilk değerinin yarısına kadar inmesi için geçen zamana, o elementin yarılanma süresi denir Çıkan ışınların şiddeti radyoaktif elementin miktarıyla orantılı olduğundan yarılanma süresi muayyen bir radyoaktif elementin şimdi mevcut olan miktarının yarısına kadar inmesi için lâzım gelen zaman olarak da târif edilebilir Bu zaman bâzılarında senelerle, bâzılarında sâniyelerle ifâde edilir Meselâ U238 in a çıkararak Thoryum 234?e dönüşme yarı ömrü 4,5x109 (4,5 milyar) senedir Oysa Plonyum 214?ün bir a çıkararak kurşun 210?a dönüşme yarı ömrü sadece 16x10-5 sâniyedir

Radyoaktiflik birimleri: Bir radyoaktif nümûnenin aktifliğini ifâde etmek için birim zamanda parçalanan atom sayısı alınır Herhangi bir radyoaktif madde sâniyede 3,71010 parçalanma veriyorsa bu maddenin radyoaktifliği bir Curie (c)dir Bu 1 gram radyumun bir sâniyede verdiği alfa tâneciği sayısıdır 1/1000 Curie?ye milicurie (mc); milyonda birine mikrocurie (mc) denir Sâniyede 106 dezentegrasyonal bozunmaya rutherford (rd) adı verilir

Radyoaktiflik serileri: Tâbi olan radyoaktif element sayısı yaklaşık 60 civârında olup, bunların atom numaraları 81 ilâ 92 arasındadır Bunlar üç radyoaktif değişim serisi meydana getirir

1 Toryum serisi: 90Th232?den başlar 6 a ve 4 b ışıması yaparak ThD denilen 82Pb208 izotopuna dönüşür

2 Uranyum serisi: Başlangıç elementi olan 92U238 elementi 8 a ve 6 b vererek RaG denilen 82Pb206 izotopunu meydana getirir

3 Aktinyum serisi: 92U235 ile başlayıp 82Pb207 (AcD) izotopu ile biten seridir Bu seride bozunma esnâsında 7 a ve 4 -b radyasyonları meydana gelir

Bir de sun?î radyoaktif elementlerin bozunma serisi vardır ki, buna neptunyum serisi denir Bu seride başlangıç Plutonyum -241 elementi olup, kararlı elementi ise Bizmut (Z= 83, A= 209)tur

Radyoaktif şuâlar: Gaz, sıvı ve katı maddeleri iyonlaştırırlar Radyumlu baryum veya radyum bileşikleri kendiliğinden ışıklıdırlar Susuz radyum klorür ve bromür şiddetli ışık yayarlar a, b ve g ışınları fosforesans ve flüoresansa sebep olur Çinko sülfürlü boyalara çok az miktarda radyum tuzu ilâve edilirse devamlı ve çok az miktarda ışık veren boyalar elde edilir a, b ve g ışınları fotoğraf plâkalarına etki ederler Yine radyoaktif ışınlar maddelerde renklenmelere sebep olabilirler Her çeşit cam, fayans ve porselen gibi maddeler radyoaktif madde temâsında renklenirler Birçok kimyevî hâdiselere sebep olurlar a, b ve g ışınları birçok canlı hücre üzerinde X ışınlarına benzer etki yaparlar Az miktardaki radyoaktif elementler gübre etkisine sâhip olduğu hâlde aşırı radyoaktivite yaprakları sarartır Hayvanların dokusuna içten ve dıştan etki edebilir İçten alınan a ışınları dokularda yaralar husûle getirirler Dıştan etki eden ışın g ışınıdır Tıpta radyoaktiviteden yararlanarak yapılan tedâviye Curie Tedâvi denir Radyoaktif maddeler kendiliğinden ve hiç durmadan ısı verirler Bir gram radyum bromür saatte 100, aynı miktardaki radyum ise 50 mg kömürün enerjisine eşit olan 140 kalori; bir gram radyum, yılda yaklaşık 1206000 kalori; bir gramın tamâmen değişmesiyle de 2,8x109 kalori verir

Radyoaktivite, kimyâ reaksiyonlarında, tıpta, dünyânın yaşının takribi bulunmasında, sanâyide, meselâ uzun borularla yapılan sıvı nakillerinde nakledilen sıvının miktârının bulunmasında, baskı sırasında kâğıtta kalmış olan statik elektriğin giderilmesinde, metal karışımlarının radyografik incelenmesinde, harp sanâyiinde, nükleer reaktörlerde enerji istihsâlinde kullanılır Endülüs âlimlerinin büyüklerinden, Ebû Abdullah-ı Kurtubî?nin Tezkire?sinde, Abdülvehhâb-ı Şa?rânî?nin hulâsa ettiği Muhtasar ismindeki kitabında, dünyânın yaşının 129600000000 yıl olduğu yazılıdır Bugün fen adamları, ?radyoaktiflik saati? denilen usûlle Uran I?in bozunma sâbitesine göre hesâb ederek arz kabuğunun yaşını 4500000000 yıl olarak bulmaktadırlar

Radyoaktif maddelerle tehlikesiz çalışmak henüz mümkün değildir Büyük bir reaktör bile, radioaktif su meydana getirir Etrafı tehlikeye sokmadan bu su atılamıyor Rusya?da, Almanya?dan getirilen fen adamları, kullanılmış suların biyolojik temizlenmesi, uzvî maddelerin oksitlenmesi, radyoaktif çekirdeklerin, iyon değiştirici reçinelerle emilmesi ve imbiklenmesi sûretiyle izotopların tutulmasına yardım eden bir usûl hazırladılar Fransızlar, radyoaktif artıkları bir telle tutup polietilenle kaplı çelik kaplarda saklamaktadırlar

Radyoaktif havayı da süzerek temizlemek lâzımdır Etrafa saçılan radyoaktif maddeler ve izotoplar, insanlarda şuâların sebep olduğu tehlikeli tesirleri hâsıl eder Bu da, spektroskopla belli olur Bugün 210-10 curie?yi ölçebilen âletler mevcuttur Normal olarak bir gram insan kemiği külü, gıdâlarla alınan, günlük radyum ve thoryumdan meydana gelen 510-13 curie ihtivâ etmektedir Bu miktar, artmadan, hergün yenilenmekte, idrar ve dışkı ile muntazaman çıkarılmaktadır Dünyânın, ortalama senelik şuâlanması 0,1 rad?dır Buna mukâbil, Hindistan?ın Kerala civârında 13 rad?dır Çünkü, Kerala yakınında magnezit minerali çok bulunmaktadır Bu mineral içinde % 19 thoryum mâdeni vardır

Radyoaktif dedektörler: Parçacık fiziğinin temel özelliklerinden olarak radyoaktif ışınlar bâzı maddeleri iyonlaştırırlar Bâzı flüoresan maddeler ve fotoğrafik emilsiyonlara tesir ederler Bu özellikleriyle radyoaktif ışınlar farkedilirler ve sayılabilirler

Elektroskop: İlk kullanılan radyoaktivite detektördür Madam Curie, radyoaktivite üzerinde çalışırken elektroskop kullanmıştır Elektroskopun açılan yaprakları ortamda iyonların olduğuna işârettir

İyonlaşma kutuları: İyonlaşacak gaz bir kutu içine konur Gaz içinde anot ve katod bulunur Radyasyonla iyonlaşma meydana geldiğinde yükler elektrodlara doğru hareket ederler Bu akım amplifikatörlerde büyütülür

Geiger sayıcıları: İyonlaşma kutularının çalışma prensibiyle çalışırlar Yapı îtibârıyle içi boş bir iletken silindirin ekseni boyunca iletken bir tel geçirilip tel silindirden yalıtılır Silindir içine düşük basınçta gaz konulup, silindir (?) ve tel (+) kutup olarak yaklaşık 1000 V civarında elektrik alanı tatbik edilir Bu gerilim gazın iyonlaşma geriliminden biraz küçük ve elektrik akımının elektrodlar arasında iletilmesini sağlayacak değerdedir Bir parçacık veya gamma ışını silindir içine düştüğünde elektronlara çarpınca elektronlar yolları üzerindeki diğer gaz atomlarını iyonlaştırarak tele doğru hareket ederler Bu akım amplifikatörlerle kuvvetlendirilerek dış elektrik devresinde ışık flaş âletlerine hoparlörlere veya sayma cihazlarına gönderilir

Kıvılcım kutuları: İyonlaşma kutuları birbirini tâkip eden (?) ve (+) elektrod levhalarla bölünmüştür Elektrodlar arasında kesik kesik tatbik edilen gerilim, radyasyonun yolu üzerinde levhalar arasında birbirini tâkip eden kıvılcımlara yol açar Bu kıvılcımların fotoğrafları alınır

Wilson sis kutusu: Bir kutu içine aşırı doymuş gaz, su buharı ile birlikte sıkıştırılır Radyoaktif bir ışın kutu içine düştüğünde yolu üzerindeki gaz moleküllerini iyonlaştırırken su buharı da su damlacıkları hâline gelir Sis kutusu yanlarından aydınlatıldığında su damlacıkları gözlenebilir Böylece ışının yolu öğrenilmiş olur Gaz olarak hava da kullanılabilir Çok hızlı parçacıkların varlıklarının ve hareketlerinin anlaşılmasında sis kutuları kullanılmaktadır Pozitron, sis kutusu yardımı ile keşfedildi

Flüoresanlı dedektörler: Radyoaktif kaynak yanına bir flüoresan ekran konursa üzerine düşen yüklü parçacıklar onlara uyarak neticede parıldama şeklinde görünür, ışınlar yayılır Bu parıldamalar mikroskoplarla incelenir Spintasiskoplarda ekran olarak çinko sülfür kullanılır Alfa parçaları ekrana vurduklarında parıldamalara sebep olurlar Bu parıldamalar foto çoğaltıcı tüpler yardımı ile sayıcı sistemlerini meydana getirir Bu sistemler çok kullanışlı olan ?sintilasyon sayıcıları?dır

Fotoğraf plakaları: Gümüş bromürlü emilsiyon sürülmüş ince plakaların üzerine düşen ışınların meydana getirdiği iyonlaşma ve saçılma izleri film üzerinde kalır Radyasyonun karakteri filmin banyo edilmesi ile anlaşılır Bu tip incelemeler mikroskopla olmaktadır