RADYOAKTİVİTE

R A D Y O A K T İV İT E ; Aim. Radioaktivitât (f),
Fr. Radioactivite (f), İng. Radioactivity. Bâzı elementlerin
çekirdeklerinin şua yayarak parçalanması.
Dış etki olmaksızın kendi kendine bir parçalanma
sonucu durmadan şuâ (ışın, radyasyon)
şeklinde enerji veren maddelere radyoaktif maddeler,
neşredilen şuâlara radyoaktif şuâ denir.
Radyoaktifliğin keşfi: Fizikokimyâ sahasında
en önemli keşif olup, bu keşifle birlikte kimyevî
elementler hakkmdaki düşünceleri temelinden değiştirdi.
Aynı zamanda atomun çekirdeğindeki
muazzam enerjinin kullanılmasını mümkün kıldı.
Radyoaktivite, 24 Şubat 1896’da Henri Becquerel
tarafından keşfedildi. Radyoaktivite, flüoresan
kılınmış maddelerin X ışınları verip vermedikleri
araştırılırken bulundu. H.Becquerel, X ışını
elde etmek maksadıyla flüoresan olan uranyum
tuzları kullandı. Siyah kâğıda sarılı fotoğraf plakası
üzerine bir miktar potasyum uranyum sülfat çift tuzu
K2U02 (S04 )2 .2H20 koyup, güneş ışığına tuttu.
Sonunda fotoğraf plâkasında uranyum tuzlarının
bulunduğu bölgeye rastgelen kısımlarda kararmalar
gördü. Fakat sonradan bu tuzların ışığa
mâruz bırakılmadan, yâni flüoresan kılınmadan
da bu işi yaptığını gördü. Daha sonra da uranyumun
flüoresan olan ve olmayan bütün tuzlarının
hattâ uranyum metalinin bile fotoğraf plâkasına tesir
ettiğini buldu. Becquerel daha sonra bu denemesini
karanlıkta yaptı. Uranyum bileşiklerini siyah
kâğıda sardığı hâlde fotoğraf plâkalarına etki
eden ışınların çıktığını buldu. Bu ışınlara uranik
ışınlar dedi. Bu keşiften sonra, Fransa’da Pierre veMarie Curie, Almanya’da G.Schmidt tarafından,
aynı zamanda yapılan araştırmalarda toryumun
da aynı ışını verdiği bulundu. Bundan sonraki
araştırmalarda radyoaktif özelliklere sâhip polonyum
ve radyum elementleri keşfedildi.
Bir radyoaktif elementin çekirdeğinin, kendiliğinden
başka çekirdeğe değişmesi olayına dezentegrasyon,
yapma olarak bir çekirdekten bir
başka çekirdeğin elde edilmesi hâdisesine de transmütasyon
denir.
104 elementin yaklaşık 1200 izotopu vardır.
Bu izotoplardan 284’ü kararlı çekirdeğe; radyoaktif
elementler kararsız çekirdeğe sahiptirler. Bunlar
kararlı hâle geçmek için çeşitli enerjiler yayarlar.
Kararlı hâle iki yoldan geçer. Birincisi parçalanma
ile olanıdır ki, buna bir misâl olarak “alfa”
ışıması verilebilir (X8Ra22<> —* ^R n 222 + a )- İkincisi
izobar geçiştir. Kütle sayıları aynı, atom numaraları
bir fazla olan iki atomda (izobar atomda) nötron
fazlalığı varsa bu çekirdekte on1 p+P+y
şeklinde bir reaksiyon olur ki buna (p) dezentegrasyonu
denir (nNa 24 —* ı2Mg2 4 + P). Eğer proton
fazlalığı varsa çekirdekte pozitron yayımı olur (P
-* n+p++y). Buna (P+) dezentegrasyonu denir
(nNa2 2 K)Ne2 2 +P+). Çekirdek proton fazlalığı
hâlinden kurtulmak için pozitron (P+) atacağı yerde
çekirdek dışındaki K yörüngesinden bir elektron
yakalar ve p+e ± n+y şeklinde reaksiyon verir. Bu
olaya elektron yakalama= Ey (Electron Capture=
EC) denir. Neşrettiği taneciğe de nötrino (y) adı verilir
(4Be7 —* 3Li7).
Bir çekirdek a veya p ışını meydana getirdikten
sonra uyarılmış hâle geçer. Uyarılmış çekirdekte
bir enerji fazlalığı vardır. Uyarılmış çekirdek
normal hâline dönerken enerji fazlalığı çekirdekten
bir tânecik hâlinde fırlatılmaz ise bir
izomerik geçiş (isomeric Transition= IT) olur
(5 6Ba137-* 5 6Ba1 3 7+y>.Ağır çekirdeklerden hafif çekirdeklerin meydana
gelmesine fisyon denir. Fisyon çok şiddetli
olup (f) harfiyle sembolize edilir. 9 2 U” « –
5 ()Sn1 3 3+4 2Mo1 0 5 olayı bir fisyon reaksiyonudur.
Bu hâdisede büyük enerji açığa çıkar (Radyoaktif
maddelerin yaydıkları ışınlar). Rutherford, radyumun
alfa (a), beta (p) ve gamma (y) ışınları
verdiğini keşfetti.
Alfa ışınları (a): Bir helyum çekirdeği olup,
iki proton ve iki nötrona sâhiptir. Elektrik! yükü 2+,
kütlesi 4’tür. Alfa ışınlarının hızı, yayınlayan atoma
tâbi olarak, ışık hızının 1/10-1/15’i kadardır.
Meselâ RaC’nin verdiği a tâneciklerinin hızı
19.220 km/s’dir. a tâneciklerinin kinetik enerjileri
4-8 MeV arasında değişir. Aynı radyoaktif elementin
verdiği a tâneciklerinin kinetik enerjileri
aynıdır. Alfa ışınları İyonlaştırıcı özelliğe sâhip olduğu
hâlde bir maddeye giriciliği beta ışınma nazaran
azdır. Birkaç cm havadan veya milimetrenin
birkaç yüzde biri kadar kalınlıktaki alüminyum
plâkadan geçebilir. Alfa ışınlarının havadaki yollarının
uzunluğu ışının ilk hızlarının küpü ile orantılıdır
(R= k v j). Radyoaktif maddelerin elektrik,
ısı ve kimyevî olayları esas îtibâriyle, ışınlarından
meydana gelir. Bu ışımayı yapan radyoaktif elementin
kütlesi 4, atom numarası 2 azalır.
Beta ışınları (P): Bu ışınlar (şuâlar) elektrondan
ibâret olup (1-) yüklüdür. Elektrikî ve
manyetik alanda sapar. Hızları ışık hızına yakın
olup, yolları alfa ışınlarından daha uzundun Yâni
daha giricidir. Bu ışınlar da İyonlaştırıcı özelliğe
sâhiptir. Primer beta ışınları çekirdekten yayılırken
çekirdekte n —* p + p reaksiyonu vuku bulur. Bu
ışıma sonucu elementin atom numarası (Z) bir artar,
fakat kütlede değişiklik olmaz. Bir radyoaktif
elementin verdiği p ışınları aynı kinetik enerjiye
sâhip değildirler. Radyoaktif elementlerin çoğu
a, p ve y ışınlarını berâber verir. Yalnız beta ışınıveren sun’î stronsiyum -90’dır. Pozitif beta ışıması
yapma radyoaktif elementlerde görülür. Bu ışıma
sonunda radyoaktif elementin kütlesi değişmez,
atom numarası (Z) bir artar.
Gamma ışınları (y): Kısa dalga boylu elektromanyetik
şuâlardır. Alfa yâhut beta ışıması yapan çekirdek
uyarılmış hâle geçer. Bu uyarılmış hâlden
normal hâle dönen çekirdek enerji fazlasını y ışını hâlinde
verir. Mesela, RaD RaE+ p (0,018 MeV) bozunmasından
sonra meydana gelmiş uyarılmış RaE
hemen 0,047 MeV’lik y ışınları verir.
Gamma ışınlarının enerjileri yüksek olup, birkaç
cm kurşundan geçerler. Gamma ışınlarının
doğrudan doğruya İyonlaştırıcı özelliği yoktur.
Yüksüz olduğundan manyetik alandan sapmadan
geçer. Röntgen ışınlarının özelliklerine sâhip olan
gamma ışınlan, fotoğraf plâklanna etki eder ve flüoresan
meydana getirir.
Yarılanma süresi: Bir radyoaktif elementten
çıkan ışınların şiddetinin ilk değerinin yarısına
kadar inmesi için geçen zamana, o elementin yarılanma
süresi denir. Çıkan ışınların şiddeti radyoaktif
elementin miktarıyla orantılı olduğundan
yarılanma süresi muayyen bir radyoaktif elementin
şimdi mevcut olan miktarının yarısına kadar inmesi
için lâzım gelen zaman olarak da târif edilebilir.
Bu zaman bâzılarmda senelerle, bâzılarmda
sâniyelerle ifâde edilir. Meselâ U2 3 8 in a çıkararak
Thoryum 234’e dönüşme yarı ömrü 4,5×109 (4,5
milyar) senedir. Oysa Plonyum 214’ün bir a çıkararak
kurşun 2 1 0 ‘a dönüşme yarı ömrü sadece
16×10 5 sâniyedir.
Radyoaktiflik birimleri: Bir radyoaktif nümûnenin
aktifliğini ifâde etmek için birim zamanda
parçalanan atom sayısı alınır. Herhangi bir radyoaktif
madde sâniyede 3,7.101 0 parçalanma veriyorsa bu
maddenin radyoaktifliği bir Curie (c)dir. Bu 1 gram
radyumun bir sâniyede verdiği alfa tâneciği sayısıdır.
1/1000 Curie’ye milicurie (mc); milyonda birine
mikrocurie (mc) denir. Sâniyede 106 dezentegrasyonal
bozunmaya rutherford (rd) adı verilir.
Radyoaktiflik serileri: Tâbi olan radyoaktif
element sayısı yaklaşık 60 civârmda olup, bunların
atom numaraları 81 ilâ 92 arasındadır. Bunlar
üç radyoaktif değişim serisi meydana getirir.
1. Toryum serisi: 9 0Th232,den başlar. 6 a ve 4
b ışıması yaparak ThD denilen 8 2 Pb2 ^ 8 izotopuna
dönüşür.
2. Uranyum serisi: Başlangıç elementi olan
9 2U2 3 8 elementi 8 a ve 6 b vererek RaG denilen
8 2Pb2 0 6 izotopunu meydana getirir.
3. Aktinyum serisi: 9 2U2 3 5 ile başlayıp ^ b 201
(AcD) izotopu ile biten seridir. Bu seride bozunma
esnâsmda 7 a ve 4 ~b radyasyonları meydana gelir.
Bir de sun’î radyoaktif elementlerin bozunma
serisi vardır ki, buna neptunyum serisi denir. Bu seride başlangıç Plutonyum -241 elementi olup, kararlı
elementi ise Bizmut (Z= 83, A= 209)tur.
Radyoaktif şuâlar: Gaz, sıvı ve katı maddeleri
iyonlaştırırlar. Radyumlu baryum veya radyum
bileşikleri kendiliğinden ışıklıdırlar. Susuz radyum
klorür ve bromür şiddetli ışık yayarlar, a , b
ve g ışınlan fosforesans ve flüoresansa sebep olur.
Çinko sülfürlü boyalara çok az miktarda radyum
tuzu ilâve edilirse devamlı ve çok az miktarda
ışık veren boyalar elde edilir, a , b ve g ışınları fotoğraf
plâkalarına etki ederler. Yine radyoaktif
ışınlar maddelerde renklenmelere sebep olabilirler.
Her çeşit cam, fayans ve porselen gibi maddeler
radyoaktif madde temâsında renklenirler. Birçok
kimyevî hâdiselere sebep olurlar, a , b ve g ışınları
birçok canlı hücre üzerinde X ışınlarına benzer
etki yaparlar. Az miktardaki radyoaktif elementler
gübre etkisine sâhip olduğu hâlde aşırı radyoaktivite
yaprakları sarartır. Hayvanların dokusuna içten
ve dıştan etki edebilir. İçten alman a ışınlan dokularda
yaralar husûle getirirler. Dıştan etki eden
ışın g ışınıdır. Tıpta radyoaktiviteden yararlanarak
yapılan tedâviye Curie Tedâvi denir. Radyoaktif
maddeler kendiliğinden ve hiç durmadan ısı verirler.
Bir gram radyum bromür saatte 100, aynı
miktardaki radyum ise 50 mg kömürün enerjisine
eşit olan 140 kalori; bir gram radyum, yılda yaklaşık
1.206.000 kalori; bir gramın tamâmen değişmesiyle
de 2 ,8 x1 0 9 kalori verir.
Radyoaktivite, kimyâ reaksiyonlarında, tıpta,
dünyânın yaşının takribi bulunmasında, sanâyide,
meselâ uzun borularla yapılan sıvı nakillerinde
nakledilen sıvının miktârmm bulunmasında,
baskı sırasında kâğıtta kalmış olan statik elektriğin
giderilmesinde, metal karışımlarının radyografik
incelenmesinde, harp sanâyiinde, nükleer
reaktörlerde enerji istihsâlinde kullanılır. Endülüs
âlimlerinin büyüklerinden, Ebû Abdullah-ı Kurtubî’nin
Tezkire’sinde, Abdülvehhâb-ı Şa’rânî’nin
hulâsa ettiği Muhtasar ismindeki kitabında, dünyânın
yaşının 129.600.000.000 yıl olduğu yazılıdır.
Bugün fen adamları, “radyoaktiflik saati” denilen
usûlle Uran I’in bozunma sâbitesine göre
hesâb ederek arz kabuğunun yaşını 4.500.000.000
yıl olarak bulmaktadırlar.
Radyoaktif maddelerle tehlikesiz çalışmak
henüz mümkün değildir. Büyük bir reaktör bile, radioaktif
su meydana getirir. Etrafı tehlikeye sokmadan
bu su atılamıyor. Rusya’da, Almanya’dan
getirilen fen adamları, kullanılmış suların biyolojik
temizlenmesi, uzvî maddelerin oksitlenmesi,
radyoaktif çekirdeklerin, iyon değiştirici reçinelerle
emilmesi ve imbiklenmesi sûretiyle izotopların
tutulmasına yardım eden bir usûl hazırladılar.
Fransızlar, radyoaktif artıkları bir telle tutup polietilenle
kaplı çelik kaplarda saklamaktadırlar.Radyoaktif havayı da süzerek temizlemek lâzımdır.
Etrafa saçılan radyoaktif maddeler ve izotoplar,
insanlarda şuâların sebep olduğu tehlikeli
tesirleri hâsıl eder. Bu da, spektroskopla belli olur.
Bugün 2.101 0 curie’yi ölçebilen âletler mevcuttur.
Normal olarak bir gram insan kemiği külü, gıdâlarla
alman, günlük radyum ve thoryumdan meydana
gelen 5.10″ 1 3 curie ihtivâ etmektedir. Bu miktar,
artmadan, hergün yenilenmekte, idrar ve dışkı
ile muntazaman çıkanlmaktadır. Dünyânın, ortalama
senelik şuâlanması 0,1 rad’dır. Buna mukâbil,
Hindistan’ın Kerala civârında 1.3 rad’dır.
Çünkü, Kerala yakınında magnezit minerali çok
bulunmaktadır. Bu mineral içinde % 19 thoryum
mâdeni vardır.
Radyoaktif dedektörler: Parçacık fiziğinin
temel özelliklerinden olarak radyoaktif ışınlar bâzı
maddeleri iyonlaştırırlar. Bâzı flüoresan maddeler
ve fotoğrafik emilsiyonlara tesir ederler. Bu
özellikleriyle radyoaktif ışınlar farkedilirler ve
sayılabilirler.
Elektroskop: İlk kullanılan radyoaktivite detektördür.
Madam Curie, radyoaktivite üzerinde çalışırken
elektroskop kullanmıştır. Elektroskopun
açılan yaprakları ortamda iyonların olduğuna işârettir.
İyonlaşma kutuları: İyonlaşacak gaz bir kutu
içine konur. Gaz içinde anot ve katod bulunur.
Radyasyonla iyonlaşma meydana geldiğinde yükler
elektrodlara doğru hareket ederler. Bu akım
amplifikatörlerde büyütülür.
Geiger sayıcıları: İyonlaşma kutularının çalışma
prensibiyle çalışırlar. Yapı îtibâriyle içi boş
bir iletken silindirin ekseni boyunca iletken bir
tel geçirilip tel silindirden yalıtılır. Silindir içine
düşük basınçta gaz konulup, silindir (-) ve tel (+)
kutup olarak yaklaşık 1000 V civarında elektrik
alanı tatbik edilir. Bu gerilim gazın iyonlaşma geriliminden
biraz küçük ve elektrik akımının elektrodlâr
arasında iletilmesini sağlayacak değerdedir.
Bir parçacık veya gamma ışını silindir içine
düştüğünde elektronlara çarpınca elektronlar yolları
üzerindeki diğer gaz atomlarını iyonlaştırarak
tele doğru hareket ederler. Bu akım amplifikatörlerle
kuvvetlendirilerek dış elektrik devresinde
ışık flaş âletlerine hoparlörlere veya sayma cihazlarına
gönderilir.
Kıvılcım kutuları: İyonlaşma kutuları birbirini
tâkip eden (-) ve (+) elektrod levhalarla bölünmüştür.
Elektrodlar arasında kesik kesik tatbik
edilen gerilim, radyasyonun yolu üzerinde levhalar
arasında birbirini tâkip eden kıvılcımlara yol
açar. Bu kıvılcımların fotoğrafları alınır.
Wilson sis kutusu: Bir kutu içine aşın doymuş
gaz, su buharı ile birlikte sıkıştınlır. Radyoaktif bir
ışın kutu içine düştüğünde yolu üzerindeki gazmoleküllerini iyonlaştırırken su buharı da su damlacıkları
hâline gelir. Sis kutusu yanlarından aydınlatıldığında
su damlacıkları gözlenebilir. Böylece
ışının yolu öğrenilmiş olur. Gaz olarak hava
da kullanılabilir. Çok hızlı parçacıkların varlıklarının
ve hareketlerinin anlaşılmasında sis kutuları
kullanılmaktadır. Pozitron, sis kutusu yardımı ile
keşfedildi.
Flüoresanlı dedektörler: Radyoaktif kaynak
yanına bir flüoresan ekran konursa üzerine düşen
yüklü parçacıklar onlara uyarak neticede parıldama
şeklinde görünür, ışınlar yayılır. Bu parıldamalar
mikroskoplarla incelenir. Spintasiskoplarda
ekran olarak çinko sülfür kullanılır. Alfa parçaları
ekrana vurduklarında parıldamalara sebep olurlar.
Bu parıldamalar foto çoğaltıcı tüpler yardımı
ile sayıcı sistemlerini meydana getirir. Bu sistemler
çok kullanışlı olan “sintilasyon sayıcıları
“dır.
Fotoğraf plakaları: Gümüş bromürlü emilsiyon
sürülmüş ince plakaların üzerine düşen ışınların
meydana getirdiği iyonlaşma ve saçılma izleri
film üzerinde kalır. Radyasyonun karakteri
filmin banyo edilmesi ile anlaşılır. Bu tip incelemeler
mikroskopla olmaktadır.