Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Prof. Dr. Hüseyin Aytekin1 Radyoaktivite, atom çekirdeklerinin kendiliğinden bozunumudur. Bu olay esnasında çekirdek alfa ( α ) ve beta (β) parçacıkları.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Prof. Dr. Hüseyin Aytekin1 Radyoaktivite, atom çekirdeklerinin kendiliğinden bozunumudur. Bu olay esnasında çekirdek alfa ( α ) ve beta (β) parçacıkları."— Sunum transkripti:

1 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin1 Radyoaktivite, atom çekirdeklerinin kendiliğinden bozunumudur. Bu olay esnasında çekirdek alfa ( α ) ve beta (β) parçacıkları veya elektromanyetik radyasyon (gamma ışını( ɣ )) yayınlar. Radyoaktiflikten yayınlanan ışınlar, nüfuslanma güçlerine göre, üç ayrı tipte sınıflandırılabilmektekiler: Bir tipi, ancak bir kâğıt parçasına nüfus edebilmektedir. İkinci bir tipi alüminyumdan 3 mm kadar ilerleyebilmekte, üçüncü bir tipi ise oldukça girici olup bir kurşun levhaya birkaç santimetre nüfuz edebilmektedir (Şekil 2.1). Her tip ışın, magnetik alanda farklı bir kıvrılma göstermektedir (şekil 2.2). BÖLÜM 2 RADYOAKTİVİTE BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ

2 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin2 RADYOAKTİF BOZUNMA ÇEŞİTLERİ Şekil 2.1 alfa, beta ve gamma ışınlarının durdurulması BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE Şekil 2.2. Alfa beta ışınları manyetik alanda zıt yönlere saptıkları halde gama ışınları hiç sapmamaktadırlar α, β ve ɣ -ışınları Magnetik Alan (sayfa içine doğru) Radyoaktif örnek X X X ɣ α β Kurşun Blok α β ɣ

3 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin3 RADYOAKTİF BOZUNUM Uranyum ve toryum içeren doğal minerallerin radyoaktif bozunumları, Dünyanın yaşı mertebesinde yarı-ömre sahiptir. Başlangıçta nükleonların birleşimi ile oluşan kısa yarı-ömürlü çekirdekler bozunarak yok olduklarından bugün sadece uzun yarı-ömürlü çekirdekler gözlenmektedir. 235 U ve 238 U oldukça uzun ömürlü olmasalardı bugün doğada hiç uranyum kalmayacak ve nükleer sektör ya da silah olmayacaktı. Doğal olarak bulunan radyoaktifliğe ilaveten laboratuvarlarda nükleer reaksiyonlarla suni radyoaktif çekirdekler üretilmektedir. Bu tarihte ilk kez, 1934 te Polonyumun doğal radyoaktif bozunumundan çıkan α-parçacıklarının alüminyumu bombardımanı ile radyoaktif 30 P izotopunun oluşumu ile gerçekleşmiştir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

4 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin4 ALFA BOZUNUMU Alfa bozunumu, çekirdeğin kendiliğinden bir alfa parçacığı yayınlaması ile olur. Alfa parçacığı, iki protonla iki nötrondan veya bir helyum çekirdeğinden oluşur. Alfa parçacığı, bazı radyoaktif atomların bozunumu sonucu, çekirdeklerden çıkan yüksek hızlı parçacıklardır. Yükü ise +2e kadardır. Kütle ve hızları dikkate alındığında, alfa parçacıkları, çabuk yavaşlar ve fazla uzağa gidemezler. Ölü derilerden geçemezler.. Hemen hemen bütün α-yayıcıları, doğal olarak görülen ve radyoaktif materyal olan uranyum, toryum ve onların ürünleridir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

5 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin5 ALFA BOZUNUMU α-radyasyonu genellikle, beta (β) ve gama ( ) radyasyon ile karışım halindedir. Şekil 2.3 de 226 Ra’ın R n ’a bozunumu görülmektedir: Kararsız çekirdek, direkt alfa bozunumu ile kararlı duruma geçebileceği gibi alfa bozunumu ile çekirdeğin bir uyarılmış durumunda kalabilir ve buradan da gamma bozunumu ile kararlı duruma (taban duruma) geçebilir. Şekil 2.3 bir A X çekirdeğinin alfa bozunumunun temsili şemasını göstermektedir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE Şekil 2.3 Alfa bozunumunun şematik gösterimi AXAX α γ α A-4 Y * A-4 Y

6 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin6 İki tip beta bozunumu vardır; ß- (elektron) (Şekil 2.4) ve ß+ bozunumu (pozitron) (Şekil 2.5). Elektron yakalama olayı ise, pozitron bozunumu ile rekabet halindedir. Beta bozunumu yapan çekirdek ( A X) direkt olarak taban duruma (karalı) geçebileceği gibi önce beta bozunumu ile uyarılmış duruma geçip ( A Y* ardından gamma bozunumu ile taban duruma geçebilir ( A Y). BETA BOZUNUMU BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE Şekil 2.4 Beta bozunumu şeması AXAX β-β- β-β- AY*AY* AYAY ɣ

7 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin7 Beta (β + ) parçacığı elektronla özdeş olup çekirdekten çıkan parçacıktır. β-parçacığı (-e) yüklü olup kütlesi α- parçacığınınkinin 1/7347 sine eşittir. β-parçacıkları, α-parçacıklarına göre daha fazla nüfuz eder. Bu nedenle bu parçacıklar deriyi örten ölü tabakadan geçip canlı dokuya zarar verebilir, fakat iç organlara nüfuz edemez. Vücuda yakın kaynaktan yayılan β-parçacıkları, canlı dokuya ve göz merceğine zarar verebilir. Biyolojik ve tıbbi araştırmalarda kullanılan birçok izotop β aktiftir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE BETA BOZUNUMU

8 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin8 Çekirdeğin gamma bozunumu, alfa ve beta yayınımı ile birlikte olur. (Şekil 2.4). Gama ışınları, uyarılmış durumda kalan çekirdeğin bozunumu ile yayınlanır. Gama radyasyonu, elektromanyetik dalga olmaları bakımından alfa ve beta radyasyonundan farklıdır. Gamma ışınları, x-ışınlarından orijinleri bakımından farklıdır. Araştırmalarda yaygın olarak kullanılan ɣ yayıcıları, 51 Cr, 59 Fe, 125 I ve 131 I dur. GAMA BOZUNUMU BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

9 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin9 RADYOAKTİF BOZUNMA KANUNU Herhangi bir radyoaktif izotopun mikroskobik bir örneğindeki çekirdeklerin hepsi aynı anda bozunmaz. Radyoaktif bir örnekte, verilen bir zaman boyunca, kaç tane çekirdeğin bozunacağını ve her çekirdeğin bulunduğu her saniyede aynı olasılıkla bozunacağını söyleyebiliriz. Herhangi bir t anında bozunmadan kalan çekirdeklerin sayısı, N 0 başlangıçtaki çekirdek sayısı olmak üzere aşağıdaki şekilde verilir: BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

10 RADYOAKTİF BOZUNMA KANUNU Burada, λ, bozunma sabiti (s -1 ), bir orantı sabiti olup farklı izotoplar için farklıdır. (Birim zamanda bozunan çekirdeklerin toplam çekirdek sayısına oranı). Daha büyük λ, daha büyük bozunma hızı ve daha çok radyoaktif izotop anlamını verir. Bu ifadeye göre radyoaktif bozunma kanunu, verilen bir örnekteki radyoaktif çekirdeklerin sayısının üstel olarak azaldığını söyler. Başlangıçtaki aktivitenin yarıya düşmesi için geçen süre ise yarı-ömür olarak tanımlanır: Diğer taraftan, bir radyoaktif çekirdeğin herhangi bir t anındaki aktifliği (A) ise, başlangıçtaki A 0 cinsinden şu şekilde verilir: Prof. Dr. Hüseyin Aytekin10

11 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin11 RAYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ 1. ESKİ BİRİMLER Uluslararası Radyolojik Birimler Komisyonu (International Comission on Radiological Units (ICRU)) tarafından belirlenen belli radyolojik birimler ve büyüklükler bilim dünyasında ortak kullanıma girmiştir. Bunlar aktivite, (ışınlama dozu), doz (soğurulan doz) ve eşdeğer doz dur te yapılan tanımlamaya göre bu birimler aşağıdaki şekilde verilmektedir: Aktivite birimi Curie: Bu birim, tam olarak, saniyede 3.7x10 10 ani nükleer bozunuma üretmeye karşı gelen aktivite büyüklüğü olarak tanımlanmıştır. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

12 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin12 RADYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ IŞINLAMA DOZ BİRİMİ (RÖNTGEN) Havanın verilen bir m kütlesinde oluşan iyonlardaki toplam Q yükü ışınlama ya da poz (X) olarak tanımlanır. Buna göre poz, X=Q/m ile ifade edilir. Birimi Röntgendir. Bir röntgen, bir kg havada 2.58x10 -4 coulomb yük üreten elektromanyetik radyasyon olarak tanımlanır. Bu özel birim, havadaki fotonlara uygulanır; bu bakımdan ne başka radyasyonlar için kullanır ve ne de başka ortam için. SOĞURULAN DOZ BİRİMİ (RAD) Soğurulan radyasyon dozu: Bir iyonize radyasyon tarafından soğurucu ortamın birim kütlesine verilen enerji olarak tanımlanır. 1 Rad= 100 erg/gr veya 0.01 J/kg olarak tanımlanır. Rad, herhangi bir iyonize radyasyon veya herhangi bir ortam için kullanılabilir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

13 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin13 RADYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ EŞDEĞER DOZ Radyasyona maruz kalan bir insanda meydana gelebilecek zararlı biyolojik etkileri de ölçebilen bir birime ihtiyaç vardır. Vücudun kilogramı başına soğurduğu enerjinin meydana getirdiği biyolojik etki, maruz kalınan radyasyonun cinsine ve enerjisine göre farklılık gösterir. Örneğin, alfa tanecikleri beta taneciklerine göre daha ağır ve yüksek enerjili olduklarından, vücut içinde kat ettikleri birim yol başına çok daha fazla enerji bıraktıkları için geçtikleri bölgenin daha fazla tahrip olmasına neden olurlar. Ayrıca bazı organların diğer organlar göre radyasyon hassasiyeti farklıdır ve aynı doza karşı oluşan biyolojik etkide farklıdır. Eşdeğer doz (etkin eşdeğer doz), bütün bu faktörleri içine alan radyasyon dozu için kullanılmaktadır. Eşdeğer doz, doz ile kalite faktörünün çarpımına eşittir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

14 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin14 RAYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ EŞDEĞER DOZ İnsanların radyasyondan korunmaları için, standartların tanımlanmasında farklı tipteki radyasyonların biyolojik etkilerinin ölçümü gereklidir. Alfa parçacıkları çok kısa yolda çok büyük enerji kaybederken beta ve gammalar uzun yol boyunca oldukça az enerji bırakırlar. Hücrenin 1 rad lık alfa parçacığından hasar görme olasılığı 1 radlık gamma radyasyonuna göre daha fazladır. Bu farklılıkların belirlenebilmesi için belirli bir radyasyon dozunun aynı biyolojik etkiyi yaratan X-ışını dozuna oranı olarak bağıl biyolojik etkinlik (BBE) kavramı kullanılır. BBE değerleri α- radyasyonu için 1 den 20 ye kadar değişir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

15 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin15 RAYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ BBE, ölçülmesi oldukça zor bir nicelik olduğundan bunun yerine, birim mesafede aktarılan enerjiye göre belirli bir radyasyon tipi ve enerjisi için hesaplanan kalite faktörü (QF) kullanılır. Birim uzunluk başına nispeten az enerji aktaran beta ve gammalar için QF’ler 1 civarındadır. Birim uzunluk başına daha fazla enerji aktaran α’lar için QF’ler 20 ye kadar değişir. Düşük enerjili (keV) proton (p) ve nötronlar (n) için QF=1, yüksek enerjili (MeV) p ve n’ler için QF, 5-10 arasındadır. Eşdeğer doz (ED) = soğurulan doz (D)x kalite faktörü (QF) Eşdeğer doz Birimi: Rem, 1 Rem=Rad x QF BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

16 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin16 RAYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ YENİ BİRİMLER Eski birim sistemi ve büyüklükler temel fiziksel büyüklüklere dayanan yani birimlere paralel olarak kullanılmaktadır. Uluslararası anlaşmalı olarak, eski birimler yeni SI (Uluslararası sistem) birimleriyle 1985 yer değiştirmiştir. AKTİVİTE BİRİMİ (Becquerel(Bq)) 1 Bq, saniyedeki 1 nükleer dönüşüme (bozunuma) karşılık gelmektedir. Sıvılardaki radyoaktivite (Bq/L), Katılardaki radyoaktivite (Bq/kg), Radyoaktif yağışlar sonunda toprak yüzeyindeki radyoaktivite (Bq/m 2 ), Havadaki radyoaktivite ise (Bq/m 3 ) olarak elde edilir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

17 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin17 RAYOAKTİVİTE VE RADYASYON BİRİMLERİ SOĞURULAN DOZ BİRİMİ Gray (Gy): Herhangi bir maddenin bir kg’ı başına bir joule’lük enerji soğurulması meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarıdır. 1 Gy=1 J/kg EŞDEĞER DOZ BİRİMİ: (Sievert)(Sv) 1 Sv=GyxQF=1 J/kg Sievert çok büyük bir birim olduğundan genellikle bunun bin kat küçüğü olan milisievert (mSv) kullanılır. Röntgen karşılık gelen özel bir birim yoktur. Bu bakımdan C/kg birimleriyle 1 R=2.58x10 -4 C/kg. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

18 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin18 RADYOAKTİF BOZUNMA SERİLERİ Bazen bir radyoaktif izotop, radyoaktif olan başka bir izotopa dönüşür. Bazen bu ürün de yine radyoaktif olan üçüncü bir ürüne bozunabilir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE Şekil U Bozunma serisi Kararlı element Po-214 Po-210 Pb-206 β α Bi-210 α 140 g 5 g Bi-214 β Bozunma serisi: Peş peşe olan bozunumlara bozunma serisi denir. Bozunma, kararlı elementte son bulur. Önemli bir örnek, Şekil 2-6’da görülmektedir. (T 1/2 =4.5x10 9 ) y U-238 ββ α α 2.33x10 5 y U-234 Th-230 Ra-226 Rn-222 Po-218 Pb-214 Pr-234Th-234 α α α α β 8.3x10 4 y 1590 y g

19 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin19 TORYUM SERİSİ 232 Th→α Ra → β Ac → β+ 228 Th → α+ 224 Ra → α Rn → α+ 216 Po → α+ 212 Pb →β+ 212 Bi →β+ 212 Po → α+ 208 Tl → β+ 208 Pb (kararlı element)

20 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin20 AKTİNYUM SERİSİ 235 U→α Th → β Pa → α+ 227 Ra → β+ 227 Ac → β Th → α+ 223 Fr →β Ra → α+ 219 At → β+ 219 Rn → α+ 215 Bi → β Po → β+ 215 At → α+ 211 Pb → β+ 211 Bi → 211 Po → α+ 207 Tl → β Pb (kararlı element)

21 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin21 RADYOAKTİF BOZUNUM SERİLERİ Yeryüzü ve güneş sisteminin diğer gezegenleri yaklaşık 4.5x10 9 yıl önce demir, oksijen, silikon bakımından zengin maddeler, diğer ağır elementler olmadan önce ortaya çıkmışlardır. Bu elementler 15x10 9 yıl önce gerçekleşen Büyük Patlama sonucu oluşan hidrojen ve helyumdan sırasıyla yaratılmışlardır. Büyük Patlama’dan güneş sisteminin yoğunlaşmasına kadar geçen 10x10 9 yıl boyunca hidrojen ve helyum, yıldızlar, novalar ve süpernovalardaki ağır elementleri oluşturmuşlardır. Bizler uzun zaman önce ölmüş bu yıldızların kalıntılarıyız. Bu şekilde oluşan elementlerin büyük bir kısmı radyoaktiftirler ve o zamandan beri kararlı çekirdeklere bozunmaktadırlar. Birkaç radyoaktif element dünyanın yaşına göre oldukça uzun ömürlüdür ve bugün hala radyoaktiflikleri gözlenebilmektedir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

22 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin22 RADYOAKTİF SERİLER Günümüzde gözlenen radyoaktif elementlerin çoğu ağır elementlerden oluşmaktadırlar. Bu çekirdekler α ve β yayınlayarak Z ve A sayılarını kararlı çekirdeklere ulaşıncaya kadar azaltırlar. Serideki en uzun ömürlü çekirdek yerin yaşı mertebesindeyse aktiflik bugün de gözlenecektir. Dört radyoaktif seriden biri olan Neptünyum serisinin en uzun ömürlü üyesi 237 Np olup yarı-ömrü 2.14x10 6 yıldır. Bu süre Dünyamızın yaşından daha kısa kısa olduğundan bugün bu seri Dünyamızda bulunmamaktadır. Dünyamızda mevcut seriler; toryum ( 232 Th ile başlayan-en uzun yarı- ömürlüsü, 1.41x10 10 yıl), uranyum ( 238 U ile başlayan-en uzun yarı ömürlüsü, 4.47x10 9 yıl) ve aktinyum serileridir ( 235 U ile başlayan, en uzun yarı- ömürlüsü, 7.04x10 8 yıl). BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

23 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin23 RADYOAKTİF SERİLER Serilerin radyoizotopları 4.5x10 9 yıl önce yoğunlaşmış kaya ve minerallerde bulunmaktadır. Genel olarak radyoaktif elementler minerallere sıkıca bağlıdırlar ve sağlığımız için zararlı değildirler. Ancak, kayalar çatladıkları zaman, tüm radyoaktif serilerde bulunan ve gaz halinde olan radyoaktif radon gazı kayaların çatlaklarından sızıp yeryüzüne ulaşabilir ve havaya karışabilir. Radonun ayrıca minerallerin yüzeyinden kaçma olasılığı da vardır. Bu özellikle inşaat yapımında kullanılan maddelerde önemlidir. Bu radyoaktif gazın solunması akciğer kanserine neden olabilir, bu radyoaktif ürünleri akciğer biriktirdiği için sigaranın bu işlemi hızlandırdığına dair kuşkular vardır. Enerjinin korunması için son zamanlarda binaların yalıtılması sıkıca kapatılması eğilimi radon gazı konsantrasyonunun artmasına neden olabilir. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

24 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin24 RADYOAKTİF YAŞ TAYİNİ Radyoaktif bozunumun çok ilginç uygulamaları vardır. Bunlardan biri radyoaktif yaş tayini olup bu metotla eski materyallerin yaşı tayin edilebilmektedir. 14 C METODU Ağaç gibi, canlı maddeden yapılan objenin yaşı doğal radyoaktif 14 C kullanılarak yapılabilir. Yaşayan tüm canlılar havadan CO 2 i soğurur ve onu organik maddelerde sentezde kullanır. Bu karbon atomlarının büyük bir çoğunluğu 12 C izotopundan oluşur. Bunun yanında, kozmik radyasyonun atmosferde etkileşmesi ile çıkan serbest nötronlar aşağıdaki reaksiyon nedeniyle 14 C salınmasına neden olurlar: (2.7) BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

25 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin25 RADYOAKTİF YAŞ TAYİNİ Bir bitki veya bir ağaç yaşadığı sürece sürekli olarak havadaki karbondioksitten karbonu, eskisi yenine yeni bitki dokusunu oluşturmak için, sürekli kullanır. Hayvanlar bitkileri yer ve sürekli olarak kendi dokuları için taze karbon kaynağı alırlar. Böylece, iki izotopun oranı ( 14 C / 12 C) yaşayan canlılarda sabit kalır. 14 C ’ün yarı-ömrü yaklaşık olarak 5730 yıl olup 14 C / 12 C oranı yaşayan bir ağacınkinin yarısı kadar ise aletin yapıldığı ağaç 5730 yıl önce kesilmiştir denilebilir. Karbon yaş tayini metodu, sadece yaşı yıldan daha küçük olan örneklerin yaşını tayin etmede kullanışlıdır. Eski objelerde 14 C miktarı oldukça azdır. Yaş tayininde daha geriye gitmek amacıyla eski örneklerde 14 C miktarını tespitte yeni yöntemler olsa da, çok eski objelerde çok az miktarda 14 C olması nedeniyle yaş tayininin doğru olarak yapılması oldukça zordur. BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE

26 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin26 RADYOAKTİF YAŞ TAYİNİ YAŞLI KAYAÇLARIN YAŞ TAYİNİ Diğer taraftan çok uzun yarı-ömürlü radyoaktif izotoplar da eski örneklerin yaşlarının tayininde kullanılabilir. Örneğin, 238 U çok uzun yarı-ömründen dolayı (4.5x109 yıl), jeolojik zaman ölçeğindeki kayaların yaş tayininde faydalıdır. Bir madde belli bir konumdayken onun bozunumundan sonra oluşan ürün de aynı konumda sabit kalır. Böylece maddedeki 238 U miktarı ürün çekirdeğin miktarına bağlı olarak ölçüleceğinden kayanın katılaşması süresi belirlenebilir. Örneğin, 207 Pb/ 206 Pb oranından yaş tayini yapılabilmektedir: Radyoaktif yaş tayini Yer tarihinin yeniden inşası için hayati derecede önemlidir. (2.8) BÖLÜM 2: RADYOAKTİVİTE


"Prof. Dr. Hüseyin Aytekin1 Radyoaktivite, atom çekirdeklerinin kendiliğinden bozunumudur. Bu olay esnasında çekirdek alfa ( α ) ve beta (β) parçacıkları." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları