Dönem Ödevim

Radyoaktif Maddelerin Özellikleri

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 denir.Enerjileri 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.