Alfa (αα) Bozunması
Nükleer bozunma doğada kendiliğinden olduğu gibi, yapay olarak da gerçekleştirilebilir. Ne şekilde olursa olsun bir çekirdek bozunduğunda etrafa tanecik, foton ya da her ikisi birden yayılır. Bu şekilde tanecik ya da foton yayınlanmasına radyasyon (ışıma), bu olaya da radyoaktivite ya da radyoaktiflik denir.
Radyasyon yayılan tüm nükleer reaksiyonlarda, çekirdek enerji kaybettiği için, enerji açığa çıkar.
αα parçacığı yayınlayan radyoaktif bir çekirdeğin atom numarası 4, kütle numarası 2 birim azalır. Bu reaksiyonlarda çekirdek enerji kaybeder ve kararlı hale geçer, a parçacığı aynı zamanda pozitif yüklü helyum (He) çekirdeği olduğundan elektrik ve manyetik alanda sapar,αα bozunmasına;
23892U→23490Th+42He92238U→90234Th+24He örneği verilebilir.
Beta (ββ) Bozunması
β+β+ ve β–β– olmak üzere iki şekilde ışınımdır. Reaksiyonlarda çekirdek enerji kaybederek kararlı hale geçer. Açığa çıkan ββ parçacıkları elektrik ve manyetik alanda sapar. Atom çekirdeğindeki bir nötronun bir elektrona dönmesi ile β–β– parçacığını yayınlayan radyoaktif bir çekirdeğin atom numarası 1 birim artarken kütle numarası değişmez. β–β– bozunmasına;
21892U→23893Np+β–92218U→93238Np+β–
örneği verilebilir.
Atom çekirdeğindeki bir nötronun pozitif yüklü bir elektrona (pozitron) dönüşmüş hali olan β+β+parçacığını yayınlayan radyoaktif bir çekirdeğin atom numarası 1 birim azalırken kütle numarası değişmez. β+β+ bozunmasına;
21892U→23891Pa+β+92218U→91238Pa+β+
örneği verilebilir.
Gama (γγ) Bozunması
Radyoaktif bozunma sonucu oluşan gamma ışınları αα ve ββ parçacıklarının aksine elektrik ve manyetik alandan etkilenmeyen yüksek enerjili elektromanyetik dalgalardır. Radyoaktif çekirdeğin enerji kaybederek kararlı hale geçtiği γγ bozunmasında atom ve kütle numarası değişmez, γγ bozunmasına;
2412Mg→2412Mg+γ1224Mg→1224Mg+γ
örneği verilebilir.
Gama ışınlarının yayınlanması görünür ışığın yayınlanmasına benzese de enerjisi ışığın kine göre çok daha fazladır. Gama ışınları çok yüksek enerjili elektromanyetik dalgalardır.
Alfa parçacıklarının nüfuz etme gücü çok düşük olduğundan şekildeki gibi birkaç sayfa kağıt ile durdurulabilir. Beta parçacıkları kağıttan kolaylıkla geçmesine rağmen alüminyum yapraktan geçemez. Gama ışınları ise kurşun blok içinde bile birkaç santimetre ilerleyebilir.
Doğal ve Yapay Radyoaktiflik
Radyoaktiflik doğal ve yapay olmak üzere iki şekilde gerçekleşir. Bunlardan doğada kendiliğinden gerçekleşenlere doğal radyoaktiflik, Iaboratuvar şartlarında nükleer reaksiyonlar sonucu gerçekleşenlere ise yapay radyoaktiflik denir.
Doğal radyoaktiflikte, yüksek enerji ve kararsız yapıya sahip olan radyoaktif elementler kendiliğinden sürekli nükleer bozunmaya uğrar.
Yapay radyoaktiflikte ise, kararlı izotoplar αα parçacıkları, protonlar, nötronlar, elektronlar ya da gama ışınları ile bombardımana tutularak radyoaktif izotoplar elde edilir. Kararsız hale gelen bu çekirdekler ise kararlı hale gelebilmek için bozunmaya uğrar ve radyasyon yayınlar.
Radyoaktif Bozunma Süreci
Radyoaktiflikte bozunmanın başlamasından itibaren belirli bir süre sonra ne kadar bozunmamış çekirdek kalacağı hesaplanabilir. Radyoaktif bozunma süreci istatistiksel bir olaydır. Başlangıçta N0 tane radyoaktif çekirdeği bulunan bir element t süre bozunduktan sonra kalan (bozunmamış) çekirdek miktarı;
N=N0⋅e–λtN=N0⋅e–λt
bağıntısı ile bulunur.
Bağıntıdaki t, bozunma için geçen süre, λλ ise bozunma sabitidir. Bozunma sabiti (λλ) bir radyoaktif çekirdeğin birim zamandaki parçalanma olasılığıdır. Bozunma radyoaktif elementlerin karakteristik bir özelliğidir. Yani her çekirdeğin farklı bir bozunma sabiti vardır. Bozunma sabiti büyük olan elementler hızlı bozunur, bozunma sabiti küçük olan elementler ise yavaş bozunur.
Bozunma Hızı (Aktiflik)
Radyoaktif elementlerin bozunmasında, bozunmaya başlandığı andaki çekirdek sayısı N0, herhangi bir t anında bozunmayan çekirdek sayısı N ile gösterilirse,
N=N0⋅e–λtN=N0⋅e–λt ile hesaplanır.
Burada λλ ise bozunma sabitidir. Birimi 1/saniye’dir.
Bir radyoaktik maddenin bozunma hızı, aktiflik olarak adlandırılır. R harfi ile gösterilir.
t=0 anındaki bozunma hızı; R0=N0⋅λR0=N0⋅λ
t anındaki bozunma hızı; R=N⋅λR=N⋅λ
Aktifliğin SI birimi becquerel (Bq) dir.
1Bq=1 bozunma/saniye
Aktiflik için yaygın kullanılan diğer birim ise curie (Ci) dir.
1Ci= 3,7.1010 bozunma/s dir.
Bu değer 1gram Radyumun yaklaşık aktifliğine eşittir.
Ci ile Bq arasında 1Ci= 3,7.1010Bq ilişkisi vardır.
Yarı Ömür
Radyoaktif bir maddenin başlangıçta var olan atomlarının yarısının bozunması (parçalanması) için geçen süreye yarılanma süresi ya da yari ömür denir. Yarı ömür T1/2 sembolü ile gösterilir. Yarı ömür maddelerin karakteristik bir özelliği olup maddeden maddeye değişir. Maddelerde ayırt edici özelliktir. Yarılanma süresi 1000 yıl olarak kabul edilen 1 gram kütleli radyoaktif elementin kütlesi 1000 yıl sonra 0,5 gram, daha sonra geçen 1000 yıl içinde ise 0,25 gram olur. Yarı ömür,
T1/2=ln2λ=0,693λT1/2=ln2λ=0,693λ
formülü ile bulunur.
Ortalama Ömür
Radyoaktif maddelerin içindeki tüm çekirdekler aynı anda bozunmaya uğramaz. Bu nedenle atomların ömürleri farklı farklı olur. Bir radyoaktif maddenin yaklaşık olarak ne kadar süre aktif kalacağı ortalama ömür olarak ifade edilir. Ortalama ömür T0 sembolü ile gösterilir. Ortalama ömür;
T0=1λT0=1λ
ile hesaplanır.
