Radyoaktivite Nedir ?

Radyoaktivite (Radyoaktiflik / Işınetkinlik) , atom çekirdeğinin, tanecikler veya elektromanyetik ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır, bir enerji türüdür Çekirdek tepkimesi sırasında ortaya çıkar İnsan vücudunun da, birçok nesnenin de içinden geçebilir Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun içinden rahatça geçemez Radyasyon yayan nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır

Çevremizde her zaman için bir miktar radyasyon bulunur, fakat radyasyonun fazlası insan sağlığını tehdit ettiği gibi, daha ileri safhalarda ölüme yol açabilir

Doğal radyasyon uranyum gibi bazı kimyasal elementler ile uzay boşluğundaki yıldızlar ve bazı nesneler tarafından üretilir Bazı nesneler bir saniyeden çok daha az süreyle radyoaktif kalabilirler, bazıları ise binlerce yıl radyoaktif özelliğini koruyabilir

Radyasyon özel makineler sayesinde de üretilebilir, bu makinelere Siklotron (ivme makinesi), doğrusal hızlandırıcı veya parçacık hızlandırıcı adı verilir Bazı bilim adamları bu makineleri üzerinde çalışabilecekleri radyasyonu üretebilmek için kullanırlar Röntgen cihazları az miktarda üretilen (X ışınları) sayesinde insan vucudunun iç kısımlarının görüntülenmesini sağlar

Nükleer silahlar (atom bombaları), yapıları tahrip etmek ve insanları öldürmek amacıyla çok hızlı bir şekilde çok yüksek miktarda radyasyon ortaya çıkarırlar Bu konuda en büyük ve insanlığın hafızasına kazınmış en acı deneyim, Amerikan ordusunun II Dünya Savaşı’nın sonunda (1945) Hiroşima ve Nagazaki’ye attığı bombalardır Öte yandan nükleer silahlar, II Dünya Savaşı’ndan seksenli yılların sonuna kadar Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği başta olmak üzere, kapitalist ve sosyalist bloklar arasında meydana gelen Soğuk Savaş’ın temelini oluşturmuştur Uzun yıllar boyunca devam eden karşılıklı nükleer tehditler, insanlık için korkutucu bir deneyim meydana getirmiştir

Nükleer reaktörler elektrik üretmek için kullanılmaktadırlar Bunlar da çok miktarda radyasyon meydana çıkarırlar, bu nedenle radyasyonun reaktörden dışarı sızmasını önleyecek şekilde dikkatlice inşa edilirler Fakat birçok insan, reaktörlerde bir sorun oluşması durumunda radyasyonun çevreye yayılabileceğinden ve insanlara ve diğer canlılara zarar verebileceğinden endişe duymaktadır 26 Nisan 1986’da Ukrayna’nın Çernobil şehrinde meydana gelen ve kanserojen etkileri Sovyetler Birliği, Avrupa ülkeleri ve Türkiye’yi de içine alan geniş bir alanda bugün dahi hissedilen büyük felaket, bu korkunun başlıca temelidir Öte yandan, nükleer reaktörlerin parçaları ve atıkları büyük sorun oluşturmaktadır Kimi parçalar, yüzlerce, hatta binlerce yıl boyunca radyoaktif kalabilmekte ve çevreye zarar verebilmektedir Bu nedenle, bunların güvenli bir şekilde nasıl saklanması gerektiğine ilişkin tartışmalar, günümüzde bile canlılığından bir şey kaybetmiş değildir

Tarihi

Bu olayı ilk kez 1 Mart 1896 yılında Fransız fizikçi Henri Becquerel uranyum üzerinde ortaya çıkarmıştır Becquerel, buluşunu 1898 yılına kadar Becquerel ışınları olarak adlandırmış, daha sonra ise bu buluşuna, radyoaktivite ismini vermiştir

Özellikleri

Doğada kendiliğinden radyoaktif olan bazı elementler vardır, bunlar dört grupta ele alınır:

Radyum grubu: Bu grup uranyum 238 ile başlar ve art arda parçalanmalarla kararlı kurşun 206'ya dönüşür
Aktinyum serisi: Bu seri uranyum 235 ile başlar ve kurşun 207'ye dönüşerek biter
Toryum serisi: Adını aldığı toryum 232 ile başlar ve kurşun 208 ile son bulur
Neptünyum serisi: Neptünyum 237 ile başlayıp, bizmut 209 ile biter

Radyoaktifliğin tipleri



Çeşitli izotopların, alfa ve beta ışınımı yoluyla radyoaktif bozunuma uğrayarak farklı atomların izotoplarına dönüşürken geçirdikleri safhaları gösteren radyum, aktinyum, toryum ve neptünyum zincirleri

Bu serilerde radyoaktifliğin çeşitli tipleri ile karşılaşılır:

α (Alfa) ışıması: İki Nötron ve iki protondan meydana gelen , +2 yüklü bir Helyum çekirdeği yaymaktır Bu ışıma sonucunda , proton ve nötron sayıları 2 şer birim azalır Ayrıca +2 yüklü olduğu için elektromanyetik çekime de yakalanır bu tanecikler Bu ışımaların durdurulması çok kolaydır bir kâğıt yaprak bile yeterli olur

β (Beta) ışıması: Pozitron veya elektron yayımıdır Pozitron, elektronun antimaddesidir ve elektron yayımlamanın tam tersi olarak gerçekleşir Beta ışımaları alfa taneciklerine göre daha hızlıdır Durdurulmaları daha zordur Yüklü oldukları için manyetik alanda sapma gösterirler

1 nötron; 1 protona dönüşürken 1 elektron ve 1 antielektron nütrinosu fırlatır Buna Beta ışıması denirProton sayısı 1 artar Nötron sayısı 1 azalır Kütle numarası değişmez

1 proton; 1 nötrona dönüşürken 1 pozitron ve 1 elektron nütrionusu fırlatır Buna Pozitron ışıması denir Proton sayısı 1 azalırken, nötron sayısı 1 artar Kütle numarası değişmez

γ (Gamma) ışıması: Bir çekirdeği uyarılmış bir halden, daha az uyarılmış veya kararlı hale getiren bir foton yayımıdır Foton olduğu için ışık hızında ilerler Kuvvetli nüfuz eder Durdurulması çok güçtür Yüksüz olduğu için manyetik alanda sapma göstermez Foton olduğu için bir etkin kütlesi vardır ve bu kütle sayesinde kütle çekimine yakalanır

Radyoaktif dönüşümler az veya çok hızlı olurlar Göz önüne alınan element çekirdeğin yarısının parçalanması için gerekli süreye Periyot (radyoaktiflik) veya yarılanma süresi denir Çekirdeğin yapısı, en önemli unsurdur Bir saniyenin milyarda birinin binde biri ( 10-12 ) kadar süren periyotlar olduğu gibi 1017 yıla ulaşan periyotlar olduğu bilinmektedir Nükleer tepkimelerde, doğada bulunmayan radyoaktif çekirdekler elde edilebilir Bu olaya suni radyoaktiflik denir

Yapay Çekirdek Tepkimeleri

Çekirdeği kararsız, radyoaktif bir atomun hiçbir dış etkiye bağlı kalmaksızın, kendiliğinden ışımalar yaparak başka çekirdeklere dönüşmesi olayına doğal radyoaktiflik denir

Doğal radyoaktif çekirdek tepkimeleri;

X ===> Y + (ışıma)

şeklindedirTepkimedeki X, doğal radyoaktif atomu, Y ise oluşan yeni atomu göstermektedir

Radyoaktif olmayan bir atom çekirdeğinin, temel taneciklerle(alfa,nötron,proton,) bombardıman edilerek kararsız çekirdek haline dönüştürülmesi olayına yapay radyoaktiflik denir

Yapay radyoaktif çekirdek tepkimeleri,

X + a ===> Y + (ışıma)

şeklindedirTepkimedeki X kararlı çekirdeği, a ise bombardıman taneciğini gösterirX, bombardıman edilerek Y kararsız taneciğine dönüşürken bir de ışıma yapmaktadırOluşan Y çekirdeği, doğal radyoaktif bozunmaya uğrayarak başka çekirdeklere dönüşür

Doğal radyoaktiflik olaylarında bozunma, ışıma ve fırlatma gibi ifadeler kullanılırken yapay radyoaktiflikte bombardıman ifadesi kullanılır

Bombardıman etme işlemlerinde kullanılan en uygun tanecik nötrondurÇünkü nötron yüksüz olduğu için çekirdek tarafından itilmez ve böylelikle kolayca etkileşime girilebilir

Fisyon(Bölünme)

Büyük atom çekirdeklerinin nötronlarla bombardıman edilerek daha küçük atom çekirdeklerine dönüştürülmesine fisyon denir

Atom ağırlığı büyük olan kararsız çekirdekler kendiliğinden parçalanarak kararlı çekirdeklere dönüşebilirlerBu olaya doğal fisyondenmektedir

Füzyon(Kaynaşma)

Küçük atom çekirdeklerinin kaynaşması ile daha büyük ve kararlı çekirdekler haline geçmesine füzyon denir

Füzyon tepkimesinde açığa çıkan enerji, fisyon tepkimesinde açığa çıkan enerjiden daha büyüktür

Radyoaktifliğe Etki Eden faktörler

Bir maddenin radyoaktifliğine etki eden en önemli faktör , maddenin atomlarının çekirdekleri ile ilgilidir Nötron proton dengesizliği radyoaktiviteye neden olur

Bunun dışında sıcaklık da radyoaktiviteye etkiler Sıcaklık arttıkça radyoaktif bozunma hızı azalır Bunu veren formül de şu şekildedir ;

Bu ifadede; Lambda , bozunma hızını

k , Boltzmann sabitini

T , sıcaklığı

m , kütleyi

c , ışık hızını temsil eder

Buna göre , maddenin sıcaklığı arttıkça bozunma hızı azalır Ancak bu formülle ilgili bir ayrıntı vardır Formülün payda kısmındaki ifadesi açılırsa ; paydada kalan ifadede , sıcaklığın bağlı olduğu değerinin , mc2 ifadesi yanında hesaplamaya değer bir seviyeye ulaşabilmesi için sıcaklık çok fazla olmalıdır Oda sıcaklığında maddenin kinetik enerjisi 0,05 eV kadarken , ancak 11000°K sıcaklıkta kinetik enerji 1 eV lik enerjiye ulaşır Sıcaklığın , radyoaktiviteye gözle görülür bir etki yapması içinse kinetik enerji 1 GeV olmalıdır Bu da milyarlarca kelvin dereceye eşittir Güneşin çekirdeği bile ancak 13,600,000°K sıcaklığıa sahiptir Yani sıcaklığın radyoaktiviteye etkisi , güneşin çekirdeğinde bile gözlemlenemeyecek kadar azdır Gözlemleme ve deney yapma olanaksızlığı yüzünden çoğu yerde sıcaklığın radyoaktiviteye etkisi yok kabul edilse de , sıcaklık radyoaktiviteye etki eden bir unsurdur Özellikle de dev yıldızlarda

Radyoaktifliğin uygulamaları

Radyoaktiflik hemen hemen bütün bilimsel ve teknik alanlarda geniş bir uygulama alanı bulur Radyoaktif izotopların nükleer tepkimelerinden tekniğin birçok dalında kontrol aracı olarak faydalanılır Bu kontrolde özellikle radyoaktif bir elementin radyoaktif olmayan bütün izotoplarıyla aynı özellikleri göstermesinden yararlanılır Radyoaktif uygulamalardan bazı bilim dallarında şu şekilde yararlanılmıştır:

Kimyada uygulamalar: Işınım Kimyası adında yeni bir kimya dalı gelişmiştir Bu dalın konusu ışıma altında gelişen yeni kimyasal tepkimelerin incelenmesidir Bu işlemlerde kobalt 60 gibi radyoaktiflik derecesi çok yüksek kaynaklar kullanılır

Biyoloji ve Tarımdaki uygulamalar: Radyoaktifliğin en geniş uygulaması bu alanda bulunur Bitkinin bünyesine düşük miktarda karbon 14 verildiğinde, bünyede karbon izlenebilir Radyoaktif ışınımlar canlı hücreler üzerinde büyük etki yapar; bu hücreleri önce değişikliğe uğratır, sonra öldürür İnsan için çok zararlı olan bu etkiler tarımda çok yararlıdır Böylece çok çabuk olgunlaşan yeni bir domates türü geliştirilmiştir

Tıbbi uygulamalar: Yok edilmesi zor olan kanser ve tümör tedavisinde metot haline gelmiştir; bu amaçla X ışınları uzun süredir kullanılıyor

Metalurjideki uygulamalar: Radyoaktiviteden çeliğin katılaşmasını, metalürjik tepkimelerin kinetiğini vb incelemekte yararlanılır Bu yolla metallerin yayılması kolayca izlenir

Tarih, Arkeoloji ve Jeolojide uygulamalar: Ahşap eşyanın veya kumaşların yapıldığı tarih, karbon 14 metoduyla kesin olarak bulunur Bu usul eski medeniyetlerin incelenmesinde çok yararlıdır