Radyoaktiflik

    Kendiliğinden ışıma yapabilen maddeler  radyoaktif maddelerdir .Radyoaktiflik çekirdek yapısıyla ilişkilidir. Radyoaktif  bir atom hangi bileşiğin yapısına  girerse  , o  bileşiği radyoaktif yapar.

 

   Radyoaktif  maddeler kuvvetli birer enerji kaynağıdır . Radyoaktif elementler bu enerjiyi kendiliklerinden  yayınlarlar ve bu olayı hiçbir şekilde  durdurmak mümkün  değildir.

 

    Atomun  çekirdeğinde bulunan temel tanecikler proton ve nötron olup  bunlara  nükleon adı verilir.

 

Nükleon = proton & nötron

 

    Radyoaktiflik    özelliği ; elementlerin katı , sıvı  gaz ya da  bileşik  halinde olması  etkilemez . 

 

  

     Atomun  kütlesi çekirdek deki proton ve  nötronların  kütleleri toplamına eşit  olması gerekirken   daha  küçüktür , bu arada ki kütle farkı   ;

 

                                                                                        

                                                                          E=m .  c2              şeklinde  enerjiye  dönüşür .

       Bu  enerjiye  bağlanma  enerjisi  denir. Bir atomda nükleon başına düşen bağlanma enerjisi  ne  kadar  büyükse , atom  o  kadar  kararlı  yapıda  olur.

 

 Bu  enerji  çekirdekteki  nükleonları bir arada tutan enerjidir.  

 

          Atom  çekirdeğinde kararlılık  ya da  kararsızlık , proton- nötron sayıları  arasındaki ilişki  şöyle  genellenebilir:

 

1-       1-       Atom  numarası 1-20 arasındaki  atomların çekirdeklerinde proton sayısı = nötron sayısıdır.

2-       2-       Atom numarası 20-83  arasındaki  çekirdeklerde  nötron sayısı proton sayısından fazladır.

3-       3-       Atom  numarası 83’ ten  büyük  olan  elementlerin  çekirdekleri kararsız  olup  radyoaktiftir.

4-       4-       Atom  numarası ve  nötron  sayısı  çift  olan  atomların , atom  numarası ve  nötron sayısı tek  olan  atomlara  göre , daha  çok  sayıda kararlı  izotopu  vardır.

5-       5-       En   kararlı  çekirdekler ,  hem nötron hem de  proton  sayıları çift  olanlardır. 0-8-20-28-50-82  proton  veya nötron sayısına  sahip çekirdekler özellikle kararlıdır. Bu sayılara  sihirli sayılar denir.

 

Radyoaktif Bozunmalar:

 

      Atoma  dıştan herhangi   bir  etki  olmadan , kendiliğinden bozunarak daha  küçük parçalara ayrılması  ve  bu  ayrılma    sırasında  ışıma  yapmasına radyoaktiflik  ,  bu  tür  ışıma yapan elementlere de   radyoaktif atom  denir.

  

       Radyoaktif  ,  Şubat  1896’da  Henri  Becquerel  ( Henri Bekerel )  tarafından  ,  potasyum  uranil  sülfatın  yaydığı  ışınların  bazı  maddelerden  geçip  fotoğraf  plağını  karartmasıyla  keşfedildi.

 

     Radyoaktif  elementlerin  bileşiklerinde de radyoaktif  özelliği  aynen  görülür. Bu  yüzden radyoaktif  kimyasal   veya   fiziksel   etkilere   ve  değişmelere  bağlı  bir  özellik  değildir. Sadece  çekirdek  yapısına bağlı  ve  çekirdekte  olan  bir  değişmedir.

 

     Radyoaktif  elementler ,  radyoaktif ışımalar ile  kendiliğinden  başka kararlı  elementlere  dönüşür. Atom  çekirdeklerinin  kararlığı  nötron ve  proton  sayısıyla  ilgilidir. Doğada  bulunan atomların  nötron sayıları  , proton  sayılarına göre  grafiğe geçirildiğinde  aşağıdaki  grafik  elde  edilir.

 

 

      

 

Grafik kararlılık kuşağının dışındaki çekirdekler kararsızdır. Bu elementler  radyoaktiftir.                                                                                         Genel  olarak  n/p < 1,5  olan çekirdekler kararlı ya da  az  kararlı , n/p > 1,5 olan  çekirdekler kararsızdır.

Kararsız  çekirdek  yapısına  sahip olan  elementler ,kararlı  bir  çekirdek yapısına  ulaşmak  için  alfa(   ) ,  beta

  (      )  ,pozitron (      )   bozunması  ve  elektron  yakalaması   şeklinde  bozunmaya  uğrayarak  ışıma yapar. Bu

   elementlere ışıma yapan anlamında  radyoaktif element denir.

 

 


 Atom  çekirdeklerinde nükleon  (  temel  tanecik)  başına  düşen  bağlanma  enerjisi  o  çekirdeğin  kararlılığının  ölçüsüdür. Atom  çekirdeklerinde  tanecik  sayısı  arttıkça  bağlanma enerjisi  azalır. Çekirdek  kararsızlığı   arttıkça  radyoaktif olma  özelliği  artar.

 

      Atomlardaki çekirdek  olayları  kimyasal  olaylardan  farklıdır. Radyoaktivite  ve  çekirdek olayları  ile  ilgili  aşağıdaki  sonuçlar  çıkarılabilir:

 

-          -          Radyoaktiflik ,  dış  etkenlere  bağlı  değildir. Bir  atomun radyoaktifliği sıcaklık ,  basınç ,  çözünme , kimyasal  tepkimeye  girme  gibi  olaylarla  değişmez.

-          -          Bir  atom  radyoaktif ise , o  atomun oluşturduğu  bileşikler  de  radyoaktiftir. Kimyasal olaylar radyoaktifliği değiştirmez.

-          -          Radyoaktif  olaylarda  açığa  çıkan  ya da  gereken  enerji  kimyasal olaylara  göre  çok  fazladır.

-          -          Radyoaktif   atomlar  kararlı  çekirdeğe  dönüşebilmek  için  çeşitli  ışımalar (  Radyoaktif bozunma) yaparlar. 

Bozunma  Çeşitleri :

1-Alfa (     )   Bozunması

 Atom  numarası  83’ ten  büyük  olan  elementler  ,  kararlı bir  çekirdek  yapısına  ulaşmak üzere , atom  ve kütle   numaralarını azaltarak n/p  oranını bire   yaklaştırmak  isterler. Bunun için  alfa  bozunmasına  uğrayarak    

    He   çekirdeğinden  ibaret alfa  tanecikleri  yayınlamaları  gerekir.  Bu  olaya    alfa bozunması  denir. Kısaca , atomun  yapısından  bazı  parçaların  atılmasıdır.

 

    Bir  alfa  ışıması  yapan  elementin  atom  numarası 2 , kütle  numarası  4  azalır.

 

 

Alfa  ışınlarının özelikleri:

1-       1-       Fotoğraf  filmlerine  etki  ederler.

2-       2-       +  yüklü  oldukları için  elektrik   ve  manyetik  alanda   -  kutup ‘ a  doğru  saparlar.

3-       3-        Karşılaştıkları  moleküllerden  elektron  kopararak , iyonlaşmaya  neden  olurlar.

4-       4-       Giricilikleri  çok  azdır.

2- Beta (      )  Bozunması :

    Beta  bozunması  n/p  oranı  kararlılık  kuşağından  daha  büyük izotopların  uğradığı  bozunmadır. Bu  tür atomlar   kararlı  yapıya  ulaşmak  için  nötron  sayılarını azaltmak isterler. Beta  bozunmasına  uğrayan  bir  elementin  çekirdeğinde ki   bir  tane  nötron  ,  bir  proton  ve  bir  elektrona  dönüşür.      

                   

Beta  bozunmasına  uğrayan  atomun  atom  numarası  1   artarken  ,  kütle  numarası  değişmez  ve   uğradığı  atomun  izobarı   oluşur.

 

 

   Beta Işınlarının Özellikleri :

1-       1-       İyonlaştırma  özellikleri  azdır.

2-       2-       Işık  hızına  yakın  bir  hızla  hareket  ederler.

3-       3-       Alfa  ışınlarından  daha  çok  ,  gama  ışınlarından  daha  az  giricidirler.

4-       4-       Fotoğraf  filmine  etki  ederler.

5-       5-       Elektrik  ev  manyetik  alanda   negatif  yüklü  oldukları  için  pozitif  kutupa  doğru  saparlar. Sapmaları  alfa  ışınlarından  daha  fazladır. Çünkü  bunların  kütleleri daha  küçüktür.

3-Gama (      )   Işıması:

     Hiçbir  zaman  tek  başına  meydana  gelmez. Mutlaka  bir  bozunmadan  sonra  meydana  gelen  ışımadır. Bazı  atomlar  bozunmalar sırasında  enerjisini  dışarıya veremez ,  yüksek  enerjili durumda  kalırlar. Enerjiden  kurtulmak için  gama  ışıması  yapıp kararlı duruma  geçer.  Gama  ışıması sırasında  atomun atom  ve  kütle  numarasında   bir  değişiklik  olmaz  ,  yeni  bir  atom  meydana  gelmez.

Gama  Işınlarının  Özellikleri :

1- Alfa  ve  beta     ışınlarından   daha  fazla  giricidir.

2- Yüksüz  oldukları  için  elektrik  ve  manyetik  alanda  sapmaya  uğramazlar.

3- Kütlesizdirler , fotoğraf  filmine  etki  ederler.

4-Pozitron (      )   Işıması :

  Nötron  sayısı  proton  sayısından  az  olan  radyoaktif   atomlar  ,  proton  sayılarını azaltmak  için çekirdeklerindeki  bir   protonu  nötrona  çevirirler. Proton             nötron + pozitron 

 

                                                        P                 n  +    e

Pozitron  ışıması  yapan  bir  atomun kütle  numarası  değişmez ,  atom  numarası  1  azalır. Pozitron  taneciği ,  beta  taneciğinin  yük  bakımından  tersidir.

 

 

 

5-Nötron ( n )  Fırlatılması :

 Kararsız  bir  çekirdekten  dışarı  nötron  atılması  ile  gerçekleşir .  Nötron  fırlatan  bir  atomun  kütle  numarası  1  azalır. Atom  numarası  değişmez .Atom  kendi  izotopuna dönüşür. Çok  hızlı  gerçekleşir,  izlenmesi    zor  bir  olaydır.  Yapay  çekirdek  tepkimelerinde  gerçekleşir.

 

 

6-    6-    Elektron Yakalaması :

Protonu  nötronundan  çok  olan    kararsız  çekirdekler  [ n/p  < 1]  çekirdeğe  en  yakın  olan  1s  orbitalinden  1  elektron  yakalayarak  protonu  nötrona  çevirirler. Pozitron  yayınlama  ile  aynı  sonucu  verir. 1s  orbitalinde  boşalan   elektronun  yerini ,  yüksek  enerjili  orbitallerdeki   elektronlar  birer   düşerek   X  ışınları  oluşturarak 

doldururlar .

 

Atom  numarası  1  azalırken   ,  kütle  numarası    değişmez. Bu  olayda  elementin  izobarı  oluşur.

 

 

 

Fajans  Kanunu :

  Alfa  bozunmasına   uğrayan  bir  element  , bozunma  sırasında  oluşan  yeni  elemente  göre 2 grup  önde(sağ)

yer  alır.  Yine  beta  bozunmasına  uğrayan   bir  element  oluşan  yeni  elemente  göre  periyodik tabloda  1 grup  geride  yer  alır. Buna   fajans kanunu  adı  verilir.

 

Doğal  Radyoaktivite :

Kararlı  hale  gelmek  için  atomların  kendiliğinden ışıma  yapmasına   doğal  radyoaktif  element  denir.  Atom  numarası  83-92 arasında  ki  elementler  doğal  radyoaktif  elementlerdir. Bunun yanında  atom  numarası  83 ‘den küçük  olup   doğal  radyoaktiflik  gösteren  elementlerimiz de  vardır.  (  K  ,  C   , Rb  )

 

   Bir  radyoaktiflik  izotop  bozunma  sonucu  başka  bir  radyoaktif  izotopa  dönüşür. Buda  bir  başkasına dönüşür. Bu  işlem  kararlı  bir  çekirdek  oluncaya kadar devam  eder , böylece  radyoaktif  bozunma  serileri ortaya  çıkar. Bu  seriler  Uranyum ( U) , Toryum ( Th )  ,  Aktinyum  ( Ac)   serisi olmak  üzere  üç  türlüdür.

Yapay  Radyoaktiflik :

  Kararlı  ya  da  kararsız  elementlerin  alfa ,  nötron  ,  proton gibi  tanecikler  ile  bombardımanında  oluşan  yeni  elementler  de  radyoaktiftir. Bombardıman  yolu  ile   elde  edilen radyoaktif  elementlerin  bu  özelliğine  yapay radyoaktiflik denir.

 

       1934  yılında  Madam  Curie ‘nin kızı  I .Curie  ve  damadı F. Joliot’un   çalışmaları   ile  hızlanan  yapay  radyoaktiflik  yolu  ile  birçok  yeni  element  bulunurken  teknoloji  ve  tıbbın  gereksinimi  olan radyoaktif  atomlar  yapılmaya  başlanmıştır. 400’den  fazla  radyoaktif  izotop yapay  olarak  elde  edilmiştir.

 

 

NÜKLEER ÇEKİRDEK  TEPKİMELERİ  VE  ATOM ENERJİSİ

 

  Bağlanma  enerjisi  grafiği  incelendiğinde  nükleon ( tanecik) başına  düşen bağlanma  enerjisinin en  çok    Fe  elementlerinde  olduğu  görülür . Kütle   numarası  küçük  olan atomların kaynaşarak  ( Füzyon ) daha  büyük  kütle  numarasındaki  atomlara  dönüşmesinde  ya  da  kütle  numarası 56’dan  büyük olan atomların  parçalanarak  ( Fisyon ) küçük  atomlara  dönüşmesinde  açığa  çok yüksek  enerji  çıkar. Bu  enerjiye Nükleer  enerji  veya  ATOM  ENERJİSİ  denir.

 

1.        1.        FİSYON ( Bölünme )  TEPKİMELERİ :

  Kütle  numarası büyük  olan    atomların  hızlandırılmış  küçük  tanecikler ( nötron ) ile  bombardımanı  sonucu  daha  küçük  atomlara  bölünmesi  tepkimeleridir. Atom  bombası  bu  esasa göre  yapılmıştır.

 

 

 

 

2. FÜZYON (Kaynaşma )  TEPKİMELERİ :

Kütle   numarası  küçük  olan  atomların  hızlı  tanecikler  ile  bombardımanı  sonucu  daha  büyük  çekirdeklerin

oluşmasıdır. Açığa  çıkan  enerji  Fisyon enerjisinden  daha  büyüktür. Hidrojen  bombası  bu  esasa  göre  yapılır.

 

 

 

RADYOAKTİF  BOZUNMA  HIZI , YARILANMA  SÜRESİ

   Radyoaktif  bir  elementin  herhangi  bir  anda  mevcut olan  miktarının  yarısının bozunması  için  geçen süreye  yarılanma süresi  denir . Yarılanma süresi  dış  etkenlere  bağlı  değildir. Bozulan  çekirdeğin yapısına  bağlıdır.

 

-          -          Bir  elementin izotoplarının yarılanma  süreleri  farklıdır.

 

   Radyoaktif   maddelerin  bozunma hızı  çekirdeğin  kararsızlığına bağlıdır. Birim zamanda  bozunma  hızı  çok  olan  çekirdekler  kararsızdır.

 

-          -          Radyoaktif  bozunma  hızı  ,  maddelerdeki  radyoaktif  atomların  sayısı  ile  doğru  orantılıdır.

-          -          Bir  izotopun  saniyede  parçalanma  sayısı  onun  radyoaktiflik  şiddetini  verir . 1gram  radyumun saniyede  yaydığı  parçacık sayısı radyoaktiflik  şiddet  birimi olarak  kabul  edilmiştir.

 

    Radyoaktiflik  şiddet  birimi  1  Küri ( Curie ) ; saniyede 3,7.10 ( 37 milyar ) bozunmadır.  ( 1 Ci ) olarak  tanımlanır. ( 1/Ci ) ye Becquerel  radyoaktiflik  şiddet  birimi  denir.

 

     Yarılanma  süresi  radyoaktif maddenin  miktarına  bağlı  değildir. Madde miktarı  arttıkça  ışıma  miktarı  artar ,  yarılanma  süresi ( yarı ömür )  değişmez. Yarılanma  süresi  radyoaktif maddeler için  ayırt edici  özelliktir. 

 

       Yarılanma ile  maddenin  kütlesi  tükenmez.

 

      Radyoaktif  maddelerin  yarılanma  süreleri  ile  ilgili  hesaplamalar  için   maddenin basınç  kütlesi , yarı ömrü , geçen süre , kalan  madde miktarı  gibi niceliklerin  bilinmesi  gerekir.

 

                                                                     

 

 

     

Element

  Proton  sayısı

 Nötron  sayısı

  Nötron / proton

Helyum

            2

        2 

     1.00

Karbon

            6

        6

     1.00

Azot

            7

        7

     1.00

Sodyum

            11

        12

     1.09

Alüminyum

            13

        14

     1.07

Potasyum

            19

        20

     1.05

Demir

            26

        30

     1.15

Çinko

            30

        35

     1.17

Sezyum

            55

        78

     1.42

Bizmut

            83

        126

     1.52

Polonyum

            84

        126

     1.50

Radyum

            88

        138

     1.56

Toryum

            90

        140

     1.56

Protaktinyum

            91

        140

     1.53

Uranyum

            92

        146

     1.58

Plütonyum

            94

        148

     1.57

 

 

        Doğada  bulunan  bazı  elementlerin  proton  ve  nötron  sayıları  yukarıdaki  tabloda  verilmiştir.