Radyoaktivite
Kararsız atomların ışın ya da parçacık yayınlayarak kararlı hale gelmeleri olayına radyoaktivite denir. Bu olay sonucunda radyoaktif enerji açığa çıkar.
- Kendiliğinden veya dışarıdan bir etkiyle çekirdeği bozunuma uğrayabilen atom çekirdeklerine radyoaktif çekirdek, bu atomlardan oluşan maddelere radyoaktif madde denir.
- Radyoaktif bozunma kendiliğinden gerçekleşirse doğal radyoaktiflik, dışarıdan bir etki ile gerçekleşirse yapay radyoaktiflik adını alır.
Kararlı ve Kararsız Atomların Özellikleri
Atom çekirdeğinde nükleon adı verilen proton ve nötronlar bulunur. Araştırmalara göre, çekirdek kütlesi, çekirdeği oluşturan proton ve nötronların kütleleri toplamından daha azdır.
- \(m_{toplam} < m_{proton} + m_{neutron}\)
Einstein, aradaki kütle farkının enerjiye dönüştüğünü ifade etmiş ve çekirdekteki proton ve nötronların bir arada durması için gereken enerjinin buradan karşılandığını söylemiştir.
- Bu enerjiye bağlanma enerjisi adı verilir.
- Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi büyük olan çekirdeklere kararlı çekirdek denir. Demir ve bakır elementleri kararlı çekirdeklere örnektir.
- Kararlı çekirdeklerde nötron sayısının proton sayısına oranı 1'e yakın olurken bu oran 1'den uzaklaştıkça kararlılık azalır.
- Bağlanma enerjisi küçük olan çekirdeklere ise kararsız (radyoaktif) çekirdek denir. Uranyum, toryum, aktinyum ve radyum gibi elementler kararsız çekirdeklerdir.
- Kararsız çekirdekler ışıma yaparak kararlı hale gelmeye çalışırlar.
- Kararsız bir çekirdeğin nötron sayısının proton sayısına oranı 1'den büyükse nötronlar protonlara dönüşerek, 1'den küçükse protonlar nötronlara dönüşerek kararlı hale gelmeye çalışır.
- Proton ve nötron sayılarının değişimine bağlı olarak elementlerin nükleer kararsızlık eğrisi aşağıdaki gibi çizilebilir.
Radyoaktivite Becquerel'in uranyumun radyoaktif olduğunu keşfetmesiyle başlamıştır. Becquerel, radyoaktivitenin keşfi; Marie Curie ve eşi Pierre Curie ise radyoaktivite alanında yaptıkları çalışmalar nedeniyle 1903 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmüştür. Marie Curie, radyum elementi ile ilgili çalışmaları nedeniyle 1911'de Nobel Kimya Ödülünü de almıştır.
Radyoaktif Bozunma Sonucu Atomun Kütle Numarası, Atom Numarası ve Enerjisindeki Değişim
Bir atomun proton sayısına atom numarası (Z) denir. Her elementin çekirdeğindeki proton sayıları birbirinden farklıdır.
Bir atomun proton sayısı ile nötron sayısının (N) toplamına kütle numarası (A) demir.
- \(A = Z + N\)
Bir X elementinin kütle numarasının ve proton sayısının gösterimi aşağıdaki şekildedir.
Alfa, beta ve gama bozunumu olmak üzere üç farklı radyoaktif bozunma çeşidi vardır.
Alfa Bozunumu
Atom çekirdeğinden iki nötron ve iki protondan meydana gelen helyum çekirdeğinin (\({}_2^4He\) ya da \({}_2^4\alpha\)) yayınlanması olayıdır.
Bu ışıma sonrasında çekirdeğin proton ve nötron sayıları 2 azalırken, kütle numarası 4 azalır.
\[\ce{{}_Z^AX -> {}_2^4He + {}_{Z-2}^{A-4}Y} \]
\(\alpha\) parçacığı uranyum, toryum, radyum ve aktinyum gibi elementlerin bozunumu sonucunda açığa çıkar. Bozunma sırasında atomun enerjisinin bir kısmı \(\alpha\) parçacığının kinetik enerjisine dönüşeceği için atomun enerjisi azalır.
Beta Bozunumu
Beta ışımasının \(\beta^-\) ve \(\beta^+\) olmak üzere iki türü vardır.
\(\beta^-\) ışıması, nötron sayısının proton sayısına oranı 1'den büyük olan çekirdeklerde gerçekleşir. Çekirdekteki bir nötron; proton, elektron ve antinötrinoya dönüşür. \(\beta^-\) parçacığı yayınlandığında çekirdeğin atom numarası 1 artar, ancak kütle numarası değişmez.
\[\ce{{}_Z^AX -> \beta^- + {}_{Z+1}^{A}Y + \overline{v}_e (Antinotrino)} \]
\(\beta^+\) ışıması, nötron sayısının proton sayısına oranı 1'den küçük olan çekirdeklerde gerçekleşir. Çekirdekteki bir proton; nötron, pozitron ve nötrinoya dönüşür. \(\beta^+\) parçacığı yayınlandığında çekirdeğin atom numarası 1 azalır ancak kütle numarası değişmez.
\[\ce{{}_Z^AX -> \beta^+ + {}_{Z-1}^{A}Y + v_e (Notrino)} \]
Gama Bozunumu
\(\alpha\) ve \(\beta\) bozunumu gerçekleştiren bir çekirdek, bazı durumlarda uyarılmış halde kalır. Bu durumdaki çekirdeğin kararlı hale geçmek için etrafa \(\gamma\) (Gama) fotonları yayması olayına gama ışıması denir.
Gama ışımasında çekirdeğin kütle ve atom numarası değişmez.
\[\ce{{}_Z^AX -> {}_Z^AY + \gamma} \]
\(\alpha, \beta\) ve \(\gamma\) ışımalarının hepsinin bir hızı vardır ve bir momentuma sahiptirler. Fotonların da bir momentumu vardır.
Nükleer Fisyon ve Nükleer Füzyon Olayları
Nükleer Fisyon
Nötronlarla bombardıman edilen ağır atom çekirdeğinin parçalanarak daha hafif iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesine fisyon denir.
Fisyon reaksiyonlarında nükleon sayıları korunur ancak kütle korunmaz. Oluşan kütle kaybı \(E=\Delta m.c^2\) formülü ile ifade edilen bir enerjinin açığa çıkması ile açıklanır.
Günümüzde, nükleer santrallerde uranyum ve torum çekirdeklerinden kontrollü bir şekilde nükleer enerji elde edilebilmektedir.
Atom bombası, fisyonun kısa sürede kontrolsüz bir şekilde gerçekleşmesi prensibi ile çalışır.
Nükleer Füzyon
Çok yüksek sıcaklıklarda atom numarası küçük olan radyoaktif atom çekirdeklerinin daha ağır atom çekirdeklerini oluşturmasına füzyon denir.
Füzyon tepkimesinde açığa çıkan enerji, fisyon tepkimesinde açığa çıkan enerjiden kat ve kat daha büyüktür.
Güneş ve diğer yıldızlarda uygun sıcaklık ve basınç sağlandığı için nükleer füzyon sürekli gerçekleşmekte ve çıkan enerji etrafa yayılmaktadır.
Nükleer füzyonda genel olarak ürünlerdeki atom, girenlerdeki atomlardan daha kararlıdır.
- Açığa çıkan \({}_2^4He\) bir alfa parçacığıdır.
Radyasyonun Canlılar Üzerinde Etkileri
Yayılan radyasyon türüne veya etkisine göre radyasyon; iyonlaştırıcı olmayan ve iyonlaştırıcı olan radyasyon olmak üzere ikiye ayrılır.
- İyonlaştırıcı olmayan radyasyonun enerjisi azdır. Doğal kaynağı Güneştir. Radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi ışınlar, görünür ışınlar ve morötesi ışınlar iyonlaştırıcı olmayan radyasyondur. Cep telefonu ve mikrodalga fırın gibi aletler iyonlaştırıcı olmayan radyasyon yayar.
- İyonlaştırıcı radyasyon, doğal bazı elementlerde, suda ve havada bulunabilir. Güneşten gelen morötesi uzak ışınlar, X ışınları, alfa ve beta parçacıkları ve gama ışınları doğal iyonlaştırıcı radyasyondur. Tıpta röntgen, nükleer görüntüleme gibi uygulamalarda iyonlaştırıcı X ışınları ve gama ışınlarından yararlanılır.
Questions
