Radyoaktif Bozunma Ve Çeşitleri

RADYOAKTiF BOZUNMA VE ÇESiTLERi

Radyoaktiflik,radyoaktif denilen baz ı cisimlerin kendilerinden bir parçalanma sonucu fotoğraf plakalarına etki eden,gazları iyonlaştırıp elektriğe karşı etkin kılan ve daha bazı olaylara sebep olan çeşitli radyasyonlar yayabilme özelliğidir. Bir radyoaktif çekirdeğin kendiliğinden başka bir çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon denir. Yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi olayına da transmütasyon denir.

Radyoaktif elementler kendiliğinden hızla veya yavaş yavaş parçalanarak yapı değiştiren kararsız atomlardan meydana gelir. Çekirdekleri,duruma göre pozitif veya negatif elektronlar ya da helyum çekirdekleri yayar. Birinci durumda element,periyodik sınıflandırmanın bir hanesinden hemen bitişik hanesine geçer;ikinci durumda ise iki hane atlar.

Bazı radyoaktif elementlere doğada rastlanır;bunlar,kendiliğinden başkalaşıma uğrayarak birbirinden türeyen dört basit cisim grubu meydana getirir:her üçü de kurşuna dönüşerek kararlı hale geçen uranyum,toryum ve aktinyum grupları ile bizmuta dönüşerek kararlı olan neptünyum gurubu F. ve İ. Joliot-Curie’ler 1934’te,kararlı atomları cisimcik bombardımanına tutarak,bilinen elementlerin kararsız izotopları olan suni radyoaktif elementleri elde etmeyi başardılar. Bugün tedavi uygulamalarında radyumun yerini alabilen ve radyoaktif gösterge olarak kullanılan yüzlerce suni radyoaktif element vardır.

Radyoaktif bozunma ise kararsız-dengesiz bazı atom çekirdeklerinin radyasyon yaparak bozunmasıdır. Çekirdekler Alfa partikülleri (helyum çekirdekleri),Beta ışınları (elektron ışınları) ve Gamma ışınları (çok kısa dalgalı elektromanyetik radyasyon) yayarlar. Son ikisi çoğu kez birlikte yayılır. Bunlardan en az girici olanlar Alfa partikülleridir. Beta ışınlar bunlardan daha girici ışınlardır. En derinlere kadar giren (kuşun içine doğru 100mm. kadar girebilir) ışınlar Gamma ışınlarıdırlar. 1896 yılında Becquerel uranyum bileşiklerinin özellikle,uranitin adını alan cevherin kendiliğinden enerji yaydığını saptadı. Etkinin şiddetinin uranyum miktarına bağlı olması,bu enerjinin atomlardan kaynaklandığının belirtisi idi. Marie ve Pierre Curie radyum,polonyum ve toryum adlarını verdikleri başka radyoaktif elementleri keşfettiler. Günümüzde yaklaşım 40 kadar doğal ve çok büyük sayıda yapay radyoaktif izotop cinsi bilinmektedir. Radyoaktif atomların bozunma hızlarına ne sıcaklık,basınç ya da elektromanyetik alan gibi fiziksel koşullar,ne de kimyasal reaksiyonlara katılmak gibi olaylar etki ederler;ışıma fiziksel ya da kimyasal koşullardan bağımsız olarak sürer. Her bozunan çekirdek türü için kendine özgü bir yarı ömür değeri vardır. 1902 yılında Rutherford ve Soddy bir radyoaktif çekirdeğin bozunma ürünü olan ikinci çekirdeğin de radyoaktif olacağına bunun bozunması ile de üçüncü bir radyoaktif çekirdek ortaya çıkacağını;birbirini izleyen bu radyoaktif çekirdeklerin bir dizi oluşturacağını,dizinin radyoaktif olmayan kararlı-dengeli bir çekirdeğin oluşumu ile son bulacağını öne sürdüler. Daha sonra atom ağırlığı büyük radyoaktif elementlerin oluşturduğu üç doğal radyoaktif bozunma dizisi bulundu. Bunlar aktinyum,toryum ve uranyum radyoaktif dizileridir. Doğal radyoaktif elementlerin dışında partikül hızlandırıcılar yardımı ile ya da nükleer reaktörler de gerçekleşen çekirdek reaksiyonları ile çok sayıda yapay radyoaktif atom üretilmektedir.Bu yapay radyoaktif atomlar (çekirdekler) arasında doğal radyoaktif dizilerde yer alabilecek olanlarda çıkmaktadır. Değişik radyoaktiflik örnekleri bilinmektedir. En çok görülen radyoaktiflik türü beta ışımasıdır. Bu ışıma atom çekirdeği içinde bir nötronun ve antinötrino fırlatıp protona dönüşmesi ile gerçekleşir. Bu dönüşüm atom numarasını bir arttırırken kütle numarasını değiştirmez. Bazı ağır çekirdekler ise Alfa ışıması yapar. Yani helyum çekirdekleri fırlatırlar. Bunun sonucu olarak ortaya çıkan yavru çekirdeğin atom numarası ana çekirdekten iki sayısı kadar eksik,kütle numarası ise dört sayısı kadar eksik olur. Oluşan yavru çekirdek bazen fazla enerji içerebilir. Bu durumda bir Gamma fotonu fırlatarak daha küçük enerji düzeyine iner. Gamma ışıması çoğu Beta ışıması ile,bazen de Alfa ışıması ile birlikte gerçekleşir. Radyoaktif maddeler atom ve molekülleri yoğunlaştıran,böylece molekül yapılarını bozan ışınlar yaydıkları için canlılar için tehlikelidirler. Bu nedenle böyle maddelerle çalışırken mutlaka özel önlemler alınmalıdır.

Yapılan araştırmalar sonucu radiumun Alfa,Beta ve Gamma ışınları yaydığı tespit edilmiştir.Bunları bir mağnetik alan yardımıyla birbirinden ayırmak mümkündür. Kurşundan bir kröze içine bir miktar radium koyup bir mağnetik alana tabi tutulursa radyasyonlar üç grupta incelenir. Bir kısmı hafifçe sola sapar,pozitif yüklüdürler. Bunlar iki elementer yüke malik olan helium 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 elektromagnetik dalgalar olup bunlara Gamma ışını denir.


ALFA I ŞINLARI


Alfa ışınları iki defa pozitif yüklü helyum çekirdekleridir. Gerçekten Alfa partiküllerinin sipesifik yükleri (E/M) bu partikülleri veren radyoaktif cisim ne olursa olsun,daima hirdorjeninkinin yarısına eşittir. Bu sonuç ancak Alfa taneciklerinin atom ağırlığının ikiye eşit olduğu veya Rutherford’un ilk anda ileriye sürdüğü gibi,bunların kütlesi dört olan ve her biri 2e yüküne malik atomlardan ibaret olduğu şekilde izah edilebilir. Ramsay,1904’te Rutherford’un ileri görüşünün tamamiyle yerinde olduğunu denel olarak ispat etmiştir. Gayet ince çeperli fakat gazları geçirmeyen bir cam ampul içerisine radon konmuştur. Bu ampulde daha büyük,havası boşaltılmış ve iki elektrot elde eden bir başka ampul içerisine alınmıştır. Bir müddet sonra dış ampulde husule getirilen bir deşarjın helium sepktromunu verdiği görülmüştür. Deneme şartlarına göre bu helium ancak ince kenarlı bir ince ampülün çeperinden geçebilen Alfa partiküllerinden ileri gelebilirdi.



86 Rn 222 84 RaA 218 + 2 He 4

Böylece şüpheye mahal kalmaksızın alfa partiküllerinin helium çekirdeklerinden ibaret oldukları meydana konulmuştur. Alfa ışınları radyoaktif atomdan bu atoma bağlı olarak,çok büyük bir hızla yayınlanırlar.

Örneğin RaC’nin verdiği partiküllerinin hızları 19.220Km/s dir. Bir Alfa partikülünün kütlesi yaklaşık olarak 4/6,02.10 23 gram olduğuna göre kinetik enerjisi



E k =1/2 mv 2 =4 * (1,92 * 10 9 ) 2 / 2 * 6,02.10 23 =1,22.10 -5 erg

=7,68.10 6 eV veya 7,68 MeV dir.


Alfa ışınlarının enerjileri 4-8 MeV arasında değişir. Bir radyoelementin verdiği Alfa ışınları genellikle aynı enerjiye maliktirler,yani bunlar monokinetirler veya aynı enerjiye malik gruplar olarak kendini gösterirler. Alfa ışınları iyonlaştırıcı ışınlardır. Alfa partikülleri,Beta partiküllerinin tersine,az giricidirler.Birkaç santimetre kalınlığındaki hava ya da kalınlığı milimetrenin

birkaç yüzde birini geçmeyen alüminyum tabakasından geçebilirler. Bir ışının meydana geldiği andan itibaren durdurulduğu ana kadar bir ortamda aldığı yola,bir ışının o ortamdaki yolu ya da yol uzunluğu denir.Çizelde IX’da bazı alfa taneciklerinin enerji ve yoları verilmiştir. Alfa ışınlarının havadaki yolları ilk hızlarının küpü ile orantılıdır. R=kv 0 3 . bu kanunun geçerli olduğu sınırlar içinde Alfa partiküllerinin iyonlaştırma gücü,partikülün hızı ile ters orantılıdır ve bir Alfa partikülünün meydana getirdiği iyon sayısı R 2/3 ile orantılıdır. R,partikülün yoludur. Radyoaktif cisimlerin elektrik,ısı ve kimyasal olayları,esas itibariyle,Alfa ışınlarından ileri gelir. Bir radyoaktif cismin verdiği Alfa partiküllerin saymak suretiyle Avogadro sayısı bulunabilir. Bunun için bir taraftan bir radyoaktif cismin belli bir miktarının bir saniyede verdiği Alfa partikülü sayısı öte yandan da aynı cismin belli bir kütlesini belli bir zamanda verdiği helyum hacmi ölçülür. Ve buradan 11,2 litredeki helyum sayısı hesaplanır.N=6,5.10 23 bulunmuştur.