Radyoaktivite Ve Radyoaktif Maddelerin Özellikleri

Radyoaktivite ve Radyoaktif Maddelerin Özellikleri Radyoaktif denilen bazı cisimlerin kendiliklerinden bir parçalanma sonucu fotoğraf plaklarına etki eden, gazları iyonlaştırıp elektriğe karşı iletken kılan ve daha bazı olaylara sebep olan çeşitli radyasyonlar yayabilme özelliiğidir Bir radyoaktif çekirdeğin kendiliğinden bir başka çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon , yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi olayına da transmütasyon denir

Fizikokimya bilimleri alanında modern keşiflerin en önemlisi radyoaktifliğin keşfi olmuştur Zira bu keşif; bizzat bu olayın keşfi yanında, kimyasal element hakkındaki düşüncelerimizi de temelinden değiştirmiştir Öte yandan, atomun yapısı hakkındaki şimdiki teorilerle izotopluk kavramını ve bazı atomların çekirdeklerinin büyük birer enerji kaynağı teşkil ettiklerini ve bunlardan ilk faydalanmayı hep bu keşke borçluyuz

Radyoaktiflik, henri becquerel tarafından, 24 şubat 1896’da X ışınlarının keşfinden iki ay sonra keşfedilmiştir

Bir crookes tüpünden husule gelen katod, pozitif ve röntgen ışınlarının özelliklerinden biri de, flüoresan maddelerin flüoresansına sebep olmalarıdır İşte bu olayın incelenmesidir ki radyoaktifliğin keşfine yol açmıştır İlk röntgen tüpleri antikatotsuzdu X ışınlarının kaynağı katod ışınlarının gelip çarpmasıyla flüoresan kılınmış olan tüpün çeperinde bulunuyordu O halde, Röntgen tüpünün camı gibi flüoresan olan, yani sebebi her ne olursa olsun bir dış etkiyle ışık verebilen başka cisimlerinde röntgen ışınlarını verip vermeyeceği haklı olarak sorulabilirdi Şöhretli Fransız matematikçisi Henri Poicare, 20 Ocak 1896’da, Fransız Fen akademisine röntgen tarafından elde edilen bir klişe göstermiş ve fluoresan kılınmış bazı cisimlerin X ışınları verip vermediklerinin araştırmasının enteresan olacağı ifade etmiştir Bunun üzerine bir çok fizikokimyacı durumu incelemeğe başlamıştır Çinko sülfür, Kalsium sülfür üzerinde yapılan denemeler olumsuz sonuç vermiştir H Becquerel benzer denemeleri bazıları fluoresan olan uranyum tuzları üzerine yapmıştır Siyah kağıda sarılı fotoğraf camının siyahladığını görmüştür Becquerel, sonraki denemelerinde gözlenen olayın fluoresansa bağlı olmadığını, tuzun önceden aydınlatılmasına lüzum olmadığı gibi, urainumun fluoresan olan ve olmayan bütün tuzlarının aynı şekilde etkide bulunduklarını ve metalik uranyumun en fazla aktif olduğunu bulmuştur Becquerel, daha sonra, tam karanlıkta bulundurulan Uranyum bileşkelerinin siyah kağıt arasından uzun fotoğraf plaklarına etkide bulunan bazı ışınlar yayınladık süre bulmuştur Bu ışınlara uranik ışınlar denmiştir

Bu ışınlar, Rötgen ve lenard ışınları gibi ince metalik levhalardan geçer ve gazları iyonlaştırırlar; olay, uranium dahil olduğu bileşiğe tabi değildir; şiddeti, uraniumun mutlak miktarıyla orantılı olup aydınlatma, ısıtma gibi dış etkilere de tabi değildir O halde radyoaktiflik maddenin atomik bir özelliğinden ileri gelir Bequerel’in keşfinden sonra başka cisimlerin de uranium gibi uranik ışınlar yayıp yaymadıkları araştırılmıştır Fransa’da Pierre ve Marie Sklodowska Curie ve Almanya’da G Schmidt tarafından aynı zamanda yapılan araştırmalar sayesinde thoruim tuzlarının da, uranium tuzları gibi uranik ışınlar verdiklerini bulmuşlar Bu ışınlara Becquerel ışınlar da denmiştir Becquerel yahut uranik ışınlar veren cisimlere radyoaktif cisim; bu ışınlar yardımıyla meydana konulan maddenin bu özelliğine radyoaktiflik denir Bu özelliğe malik olan elementlere radyo element; radyo element; radyoaktiflik özelliği ile ilgili olaylar, metodlar ve araçları bir arada inceleyen bilim dalına da radyoaktivite adı verilmiştir

Bu gün kırktan fazla doğal element bilinmektedir Bunların çoğu periyodik sistemin son periyotlarında yer alan ağır elementlerdir İleride görüleceği gibi, yapma olarak bir çok radyo element elde edilmiştir

RADYOAKTİF MADDELERİN ÖZELLİKLERİ

Atom çekirdeklerinin bir dış etki olmaksızın kendiliklerinden ışıma yapmalarına ve bu tür ışıma yapan atomlara da radyoaktif atom adı verilir Radyoaktif atomların çekirdekleri kararsızdır

Atom çekirdeklerinin kararlığı nötron ve proton sayısına bağlıdır He, C, N ve O gibi hafif atom çekirdeklerinde nötron sayısı, proton sayısına eşittir Nötron sayısının proton sayısına oranı 1’dir Bu çekirdekler karalıdır Proton sayısı 20 40 Ca atomundan fazla olan atomlardan; nötron sayısı proton sayısına eşit olan kararlı atom çekirdeği yoktur Bu atom çekirdeklerinde Coulomb itme kuvvetleri, çekirdeğin kararlılığının azalmasına sebep olur Ağır elementlere doğu nötron sayısının proton sayısına oranı git gide artar
Kararlı olan 80 200 Hg izotop atomunda n/p oranı 1,5’tur N/p oranı 1,5’tan büyük olan çekirdeklerin kararlılıkları kaybolur, en son kararlı çekirdek 83 209 Bi’tur 83 209 Bi’tan proton sayısı büyük olan atom çekirdekleri kararsızdır Çekirdekleri kararsız olan atomlar radyoaktiftirler ve radyoaktif bozunmalar ile karalı hale ulaşmak isterler

Bu bilgiler ışığında bir atom çekirdeğinin radyoaktif özellik göstermesi için uyması gereken şartları şu şekilde sırayalabiliriz:

Çekirdekte bulunan nötron sayısının proton sayısına oranının 1,5’tan büyük olması,
Atom numarasının 83’ten büyük olması

Bununla birlikte atom numaraları küçük olan bütün izotopların çekirdekleri kararlıdır

Mesela, 6 proton ve 6 nötrona sahip olan 6 12 C izotopu karalı olmasına karşın 6 proton 8 nötrona sahip olan 6 14 C izotopu kararsız yani radyoaktiftir Görüldüğü gibi, radyoaktiflik çekirdek yapısı ile yani çekirdekteki proton ve nötron sayıları ile diğer bir deyişle çekirdeğin cinsi ile ilgilidir

Yapılan deneyler radyoaktif bir elementin bu özelliğini bileşiklerinde de gösterdiği ortaya koymuştur Bir elementin radyoaktif özelliği o elementin kimyasal durumuna bağlı değildir Sıcaklık ve basınç gibi dış etkiler de radyoaktif özelliği değiştirmez Bunlara ek olarak radyoaktif özellik maddenin katı, sıvı veya gaz halinde bulunmasıyla da ilgili değildir

Kurşundan bir kröze içinde bir miktar radyum koyup bir mağnetik alana tabi tutulursa radyasyonlar üç gruba ayrılır Bir kısmı hafifçe sola sapar, pozitif yüklüdürler, bunlar iki elementer yüke malik olan helyum çekirdekleridir, bunlara alfa ışınları denir; bir kısmı fazlaca sağa sapar, negatif elektronlar olup bunlara beta ışınları denir; bir kısmı hiç sapmaz, bunlar çok kısa dalga boylu elektromağnetik dalgalar olup bunlara gama ışını denir

Radyoaktif maddelerden yayılan alfa beta ve gama ışınları çeşitli olaylara sebep olurlar Mesela; karı, sıvı ve gaz halindeki maddeleri iyonlaştırırlar Cam, porselen, fayans gibi maddeler radyoaktif ışın temasında renklenirler Renklenme ışınların yollarına karşılık gelen bölgede olur

Radyoaktif ışınlar canlı hücrelerine etki ederler Başta kanser olmak üzere birçok hastalığa sebep olurlar Nesiller boyu kalıtsal bozukluklar meydana getirebilir Şimdi bu bozunma türlerini sırasıyla inceleyelim

Alfa Işınları: Alfa ışınları iki defa pozitif yüklü helium çekirdekleridir Gerçekten alfa partiküllerinin spetik yükleri bu partikülleri veren radyoaktif cisim ne olursa olsun, daima hidrojeninkinin yarısına eşittir Bu sonuç, ancak alfa taneciklerinin atom ağırlığının ikiye eşit olduğu yahut, Rutherford’un ilk anda ileriye sürdüğü gibi, bunların kütlesi 4 olan ve herbiri 2 e yüküne malik atomlardan ibaret olduğu şeklinde izah edilebilir Ramsay 1904’te, Rutherford’un ileri görüşünün tamamiyle yerinde olduğunu genel olarak ispat etmiştir Gayet ince çeperli fakat gazları geçirmeyen bir cam ampul içerisine radon konmuştur; bu ampul de daha büyük, havası, boşaltılmış ve iki elektrot ihtiva eden bir başka ampul içerisine alınmıştır

Bir müddet sonra dış ampulde husule getirilen bie deşarjın helium spektrumunu verdiği görülmüştür Deneme şartlarına göre, bu helium ancak ince kenarlı birinci ampulün çeperinden alfa partiküllerinden ileri gelebilirdi Radonun bozunması şöyle olmuştur

86 Rn 222 è 84 Ra 218 + 2 He 4
Böylece şüpheye mahal kalmaksızın alfa partiküllerinin helium çekirdeklerinden ibaret oldukları meydana konulmuştur

Alfa ışınları radyoaktif atomdan, bu atoma tabi olarak çok büyük bir hızla yayınlanırlar Örneğin RaC ‘nin verdiği partiküllerinin hızları 19220 Km/s’dir
Bir radyoelementin verdiği alfa ışınları genellikle aynı enerjiye maliktirler, yani bunlar monokinetikler veya aynı enerjiyi haiz gruplar olarak kendini gösterirler Bir ışının husule geldiği andan itibaren durdurulduğunda ana kadar bir ortamda aldığı yola, bu ışının ortamdaki yolu denir Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı kimyasal olayları,esas itibariyle alfa ışınlarından gelir Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suratiyle Avogadro sayısı bulunabilir Bunun için bir taraftan bir radyoaktif cismin belli bir kütlesinin belli bir zamanda verdiği helium hacmi ölçülür ve buradan 11,2 litredeki helium sayısı hesaplanır Alfa ışınlarının havadaki yolları ilk hızlarının küpü ile orantılıdır Bu kanunun geçerli olduğu sınırlar içinde alfa partiküllerinin iyonlaştırma gücü, partikülün hızı ile ters orantılıdır ve bir alfa partikülünün husule getirdiği iyon sayısı R 2/3 ’le orantılıdır; R partikülün yoludur Radyoaktif cisimlerin elektrik, ısı ve kimyasal olayları, esas itibariyle, alfa ışınlarından gelir Bir radyoaktif cismin verdiği alfa partiküllerini saymak suretiyle avogadro sayısı bulunabilir

Beta Işınları: Beta ışınları negatif elektronlardan ibarettirler Hızları ışık hızına yaklaşır, yolları alfa ışınlarınınkinden daha uzundur Beta ışınları da iyonlaştırıcı ışınlardır Beta ışınlarını primer ve sekonder olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür Primer beta ışınları çekirdekten gelen ışınlardır Örneğin 83 Bi 10 beta dezentegrayonu ile 84 Po 10
’a dönüşür: 83 Bi 210 è 84 Po 10 +B -

Bu dönüşüme çekirdekte bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda meydana gelir : n è p + B - Bir radyoelementin verdiği beta ışınları izokinetik değildir Bunların enerjileri en küçük değerden en büyüğüne kadar değerler alabilir Kaba olarak maksimum, maksimal enerjinin üçte birine tekabül eder Bu şekilde enerjileri kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren beta ışınları, primer beta ışınlarını teşkil eder ve yalnız bunlar çekirdek dezentegrasyonundan gelenlerdir Bazı atomlarda bunların yanında aynı enerjiye sahip beta ışınları grupları da yer alır ki bunlara sekonder beta ışınları denir

Beta ışınları çok gericidir, yani yolları çok uzundur Çoğu radyoaktif cisim alfa, beta ve gama ışınlarını filtre etmek gerekir Ama bugün kuvvetli arı beta kaynağı olarak yapma yolla elde edilen Stronsium - 90’dan faydalanılır Alfa parçacıklarına oranla kütlelerinin çok az, hızlarının ise çok yüksek oluşundan daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler 2-3 mm kalınlığındaki alüminyum levhadan geçebilirler Beta parçacıkları elektrik ve manyetik alanda, alfa parçacıklarına göre zıt yönde ve kütlesinin çok küçük olması nedeniyle daha fazla sapmaya uğrarlar

Beta bozunmasına uğrayan bir atom, çekirdeğinden bir elektron fırlatır Fırlatılan bu elektron ise çekirdekteki bir nötronun bir protona dönüşmesi sonucunda oluşur

Netice itibariyle beta bozunmasına uğrayan elementin atom numarası 1 artar, kütle numarası ise değişmez

Gama Işınları: Gama ışınları kısa dalga boylu elektromağnetik radyasyonlardır Bir çekirdekte alfa yahut beta ışınları meydana geldikten sonra çoğu zaman çekirdek uyartılmış hale geçer Uyartılmış haldeki çekirdeğin bir enerji aşırısı vardır Uyartılmış çekirdek normal haline dönüşünde kaybettiği bu enerj, aşırısı çekirdekten bir taneciğin fırlatılması şeklinde olmazsa buna bir izomerik geçiş denir ve bu sırada gama radyasyonu yayınlanır

Uyartılmışhalde uzun süre kalan çekirdek ile normal haldeki çekirdeğeler denirEnerjileri yüksek olan gama ışınları birkaç santimetre kurşundan geçer Öreneğin ThC” nün verdiği gama ışınlarının yarılanma kalınlığı yani radyasyonların şiddetinin yarıya düşmesi için lüzumlu kalınlık 1,5 cm kurşundur

Gama ışınları doğrudan doğruya iyonlaştırıcı değildirler, ama meydana getirdikleri elektronlarla bunu yaparlar Gama ışınlarının etki gücü çok yüksektir Beta ışınlarına göre 100 kat daha fazla nüfuz etme özelliğine sahiptirler Gama ışınları birkaç santimetre kalınlığındaki kurşundan geçebilir
Gama ışınlarını ancak kalın kurşun levhalar 2-3 metrelik beton bloklar durdurabilir Gama ışınları yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alanda sapma göstermezler Gama ışınları iyonlaştırıcı değillerdir

Gama parçacıklarının kütlesi ve yükü sıfır kabul edilir Dolayısıyla gama bozunmasına uğrayan bir elementin atom ve kütle numarası değişmez
Gama ışınları çok yüksek enerjili, elektromanyetik dalgalardır Genele olarak gama ışınları tek başına meydana gelmez Bir takım radyoaktif bozunma veya çekirdek tepkimelerinin ardından meydana gelir Örneğin alfa ve beta parçacıkları oluşturan bazı radyoaktif bozunma tepkimeleri sonucunda çekirdek enerjili halde kalır Bu yüksek enerjili çekirdek gama ışını yayarak daha düşük enerjili çekirdeğe dönüşür

Sekonder Beta Işınları: Bazı izomerik geçişlerde bazı uyartılmış çekirdekler gama ışınları vermezler, ama enerji aşırıları atomun çekirdek dışındaki ve çoğunlukla K tabakasından elektron koparıp fırlatmaya harcanır Buna iç dönüşüm denir Çekirdek dışı elektronlar belli enerji seviyeli elektronlar olduğundan, bu sekonder beta ışınlarının enerjileride bellidir Genellikle, izomerik geçiş enerjisinin ancak bir kısmı iç dönüşüm elektronları verir Bir iç dönüşüm elektronun fırlatılmasından sonra boşalan yere üst tabakalardan elektron sıçraması sonucu ya enerji elektronun çıktığı ve geldiği seviyedeki enerji farkına eşit enerjili ve elementin karakteristiği olan X ışınları fotonu meydana gelir, ya da bu enerji üst tabakalardaki bir elektronun fırlatılmasına harcanır Böylece ışımasız bir iç dönüşüm olur Bu şekilde meydana gelen elektronlara auger elektronları denir Bunların da enerjileri bellidir

Yukarıdaki izahlardan anlaşılacağı üzere, beta ışınlarının dağılımı çok karışıktır Kesiksiz bir enerji dağılımı gösteren primer beta ışınları yanında belli enerjili dönüşüm ve auger elektronları da bulunur

Pozitron Işıması: Pozitron ışımasında çekirdekteki bir proton bir nötrona dönüşür Bu esnada özellikleri elektrona benzeyen fakat pozitif yüklü bir tanecik oluşur Bu taneciğin çekirdekten dışarı fırlatılması pozitron ışımasıdır Pozitron parçacığı B + veya +1 e 0 şeklinde sembolize edilir Pozitron ışıması yapan bir çekirdeğin atom numarası 1 azalır, kütle numarası ise değişmez

RADYASYONUN GENETİK ETKİLERİ

Düşük seviyeli radyasyonun tek belirgin sağlıksal etkisi sonraki kuşaklarda görülen genetik sakatlıklara sebep olmasıdır Genellikle genetik bozukluklar olarak adlandırılan bu sakatlıklar, renk körlüğünden, mongolizm gibi ciddi hastalıklara kadar çeşitlilik gösterir Bazı kişiler, radyasyonun iki başlı çocukların doğmasına; insan altı ya da insan üstü canavarların ortaya çımasına neden olacağına inanırlar Durum kesinlikle bu değildir; çünkü insanlık daima doğal radyasyona maruz kalmış olmasına karşın, hiçbir zaman bu tür vakalar görülmemiştir

Bazı kişiler de radyasyon kaynaklı genetik etkilerin insan soyunu yok edeceğine inanırlar Ancak bu da yanlıştır Yani radyasyonun yol açacağı herhangi bir kötü özellik, sonuçta yok olacaktır Nükleer endüstrinin genetik etkileri, ancak insanın doğal kaynaklardan aldığı radyasyondan sadece yüzde bir kadar daha fazla radyasyon etkilenimine yol açtığı hatırlandığında en iyi şekilde anlaşılabilir Doğal radyasyonun da, normal olarak karşılaşılan genetik bozukların sadece %3’ünden sorumlu olduğu düşünülmektedir Nükleer gücün genetik etkilerini anlamanın muhtemelen daha kolay bir yolu, geç yaşta çocuk sahibi olma durumudur Geç annelik yaşının Down sendromu, Turner sendromu ve birkaç diğer kromozomal düzensizliğe yakalanma riskini artırdığı bilinirken, geç babalık yaşının da akondroplazia ve binlerce diğer otozomal, baskın hastalık riskini hızla artırdığı bilinmektedir Sonuçlara, fareler üzerinde yapılan çalışmalar ile varılmış olması ilginçtir, çünkü insanlar üzerinde genetik bozukluğa yol açan, radyasyonla ilgili gerçek bir kanıt yoktur Böyle bir kanıt bulabilmek için en iyi yol, atom bombasından sonra Japonya’da hayatta kalan insanları gözlemektir, ancak dikkatli olarak yapılan birkaç çalışmada, bu insanların ilk kuşak çocuklarında aşırı miktarda genetik bozukluk görülmemiştir

Genetik bozukluğa sahip bir çocuğu olması riskini merak edebilir; bu gebelikten önce maruz kalınan her mrem radyasyon için 40 milyonda bir olasılıktır

Hava kirliliğinin ve birçok kimyasal maddenin de genetik bozukluğa yol açtığını ifade etmek uygun olacaktır Kükürt dioksit suda çözündüğünde ortaya çıkan bisülfatlar ve nitrojen oksitlerde elde edilen nitrosamin ve nitrus asiti de içeren 3500 kimyasal madde hakkında kesin olamayan bilgi mevcuttur Kafein ve alkolün genetik bozukluklara yol açtığı bilinir Bir çalışmaya göre 2835 gram alkol, genetik etki bakımından 140 mrem’lik radyasyona eşittir Bir fincan kahve de 24 mrem’lik doza eşittir Genetik bozukluklara yol açan belki de en önemli insan etkinliği, erkeklerin pantolon giyme geleneğidir Bu, cinsiyet hücrelerinin ısınmasına yol açar ve böylece kendiliğinden ortaya çıkan mutasyonların, yani genetik hastalıkların başlıca kaynağının olasılığını arttırır Kaba taslak olarak yapılmış mevcut hesaplamalar, bir miliremlik radyasyonun genetik etkilerinin, beş saat pantolon giymekle aynı olduğunu göstermektedir

Nükleer gücün genetik etkileri ile ilgili can sıkıcı bir nokta da, biz üretilen enerjinin karından yararlanırken, bedelini gelecek kuşakların ödeyeceği şeklindeki zihniyettir Bununla birlikte, bu kuşağın ve teknolojisinin geleceği olumsuz yönde etkilediği daha başka ve çok daha önemli durumların varlığını da hatırlamalıyız Nükleer sanayi ve onun sonraki kuşaklara yapacağı genetik etkiler konusunda yapılacak anlamlı bir değerlendirmede, gelecek kuşaklar için, onlarca milyar dolara, onbinlerce yıllık çabaya mal olmuş ucuz ve bol bulunur, sonsuz bir enerji kaynağı karşısında söz konusu olan birkaç genetik bozukluk vakası ile bunlarla mücadele etmek için bizden onlara kalacak ucuz ve etkin araçların karşılaştırılması, dengeyi sağlayacaktır
__________________

Radyoaktif maddeler, çevrelerine çok büyük bir hızla küçük parçacıklar ya da ışınlar salan maddelerdir Bu maddelerden bazıları doğada bulunur, bazıları da yapay olarak elde edilir Bu tür maddelerin bu parçacık ya da ışın salma özelliğine radyoaktiflik ya da radyoaktivite denir

Radyoaktifliği 1896'da, Fransız bilim adamı Henri Becquerel keşfetti Becquerel, labora-tuvarındaki bazı fotoğraf levhalarını uranyum içeren bir maddenin yanına koymuştu (Fotoğraf levhaları fotoğraf filmlerine benzer; onlardan tek farkı, ışığa duyarlı kimyasal maddenin esnek bir filmin üzerine değil de bir cam levha üzerine kaplanmış olmasıdır) Bec-querel bir süre sonra levhaları banyo ettiğinde, levhaların sanki ışığa tutulmuş gibi kapkara çıktığını gördü

Becquerere göre, böyle bir şeyin olabilmesi için levhaların ışıkla aynı etkiyi gösteren bir ışınımın etkisinde kalmış olması, üstelik uranyumdan geldiğini sandığı bu ışınların, levhaların sarılı olduğu koruyucu kılıfın içinden geçmiş olması gerekirdi Becque-rel'in başlattığı bu çalışmaları Pierre ve Marie Curie sürdürdüler (bak Curie Marie ve Pierre) Curie'ler, radyum denen son derece etkin (aktif) element başta olmak üzere birçok radyoaktif element keşfettiler (bak KİMYASAL ELEMENTLER; RADYUM)


Doğada bulunan radyoaktif elementlerden pek çoğunun çekirdekleri ağır türdendir Bütün elementlerde atom kütlesinin hemen hemen tümü çekirdekte yoğunlaşmış durumda-
dır (bak Atom) Bu radyoaktif elementlerin atom çekirdekleri çok ağır olduklarından "kararsızdır Yani, bu çekirdekler oldukları gibi kalmazlar, parçacık ya da ışın salarak ayrışırlar, parçalanırlar Bunun sonucu olarak başka atomlara, en sonunda çoğu kurşuna, bir bölümü de bizmuta dönüşürler Bu sürece radyoaktif bozunum denir