Radyoaktivite

Radyoaktif maddelerin özellikleri ve çevreye zararları

RADYOAKTİVİTE

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