Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik. Çekirdek reaksiyonları. ONÜÇÜNCÜ HAFTA Çekirdek kimyası. Radyoaktiflik. Çekirdek reaksiyonları. 1

ÇEKİRDEK KİMYASI Çekirdeğin yapısı ile ilgili ilk bilgiler radyoaktifliğin keşfi ile başlar. H.Becquerel, 1892 yılında, radyoaktifliği tesadüfen buldu. Bir uranyum bileşiğinin (K2SO4.UO2SO4.2H2O) yanında karanlıkta kağıda sarılı olarak duran fotoğraf plakalarının kararması radyoaktifliğin ilk işareti olmuştu. Daha sonra radyoaktifliği büyük çapta bilime kazandıran radyum ve polonyumu keşfeden Curie’lerin (Marie ve Pierre Curie, kızları Irene ve damatları Frederic Joliot Curie) çalışmaları gelir. Bu sahada ayrıca Rutherford, Soddy, Fermi ve daha birçok bilim adamının çalışmaları da önemli bir yer tutar.

Kütle, enerji ve çekirdek enerjisi Evrenin toplam enerjisi sabit olduğu fikrinden yola çıkarak A.Einstein 1905 yılında madde ve enerji arasındaki ilişkiyi (relativity: görelik teorisi) ortaya koydu:

Radyoaktiflik Radyoaktiflik, kararsız çekirdeklerin kendiliğinden parçacıklar ve/veya elektromanyetik radyasyon yaymalarına (ışıma), radyoaktiflik denir. Tabiatta mevcut olan uranyum, radyum gibi elementlerin çekirdeklerinin parçacıklar ve/veya ışımalar yaymalarına doğal radyoaktiflik, laboratuarlarda yapay olarak elde edilen izotopların radyoaktifliğine de suni (yapay) radyoaktiflik denir. Elementlerin üçte biri doğal radyoaktif izotoplarına sahiptirler. Bizmuttan daha ağır izotopların hepsi radyoaktiftir.

Radyoaktif Parçalanma Kinetiği Radyoaktif bozunma I. mertebeden bir reaksiyondur. Aktiflik, bir radyoaktif kaynaktan birim zamanda yayınlanan ışıma miktarıdır. Radyoaktifliği madde miktarı veya aktiflikteki değişme cinsinden ifade edebiliriz. Log qo/q = kt/2.303 veya log ao/a = kt/2.303 qo : başlangıçtaki madde miktarı ao : başlangıçtaki aktiflik q : bir t zamanı sonundaki madde miktarı a : bir t zamanı sonundaki aktiflik k : reaksiyon hız sabiti

Yarılanma Ömrü, t ½ Yarılanma ömrü, radyoaktif elementlerde bilinmesi gereken en önemli bir özelliktir. Çünkü yarılanma ömrü, radyoaktif izotopların kararlılığının bir ölçüsüdür. Yarılanma ömrü çok büyük olan bir izotop küçük olana göre daha kararlıdır. Yarılanma ömrü: t ½ = 0.693 / k bağıntısıyla verilir.

Radyoizotopla ömür belirlenmesi Canlılar yaşadıkları sürece bünyelerinde belirli bir 14-C (radyoaktif) ve 12-C (kararlı) izotopları oranına sahiptirler. Canlı yaşadığı sürece 14-C izotopunun aktifliği 15.3 ışıma/dak g karbon olarak sabit kalır. Ancak canlı öldüğü andan itibaren çevreden karbonlu bileşik vücuda alamadığından dolayı 14-C’nun aktifliği azalır. Cansız kütlelerin, dünyamız ve ayın yaşı da 238U nun bozunma sonucu 206Pb ye dönüşen oranı dikkate alınarak hesaplanır.

Çekirdek Reaksiyonları Çekirdek reaksiyonları, dört ana kısımda incelenir. 1. Doğal veya suni radyoaktif izotopların kendiliğinden ışımalar yaparak bozunmaları, 2. Bombardıman reaksiyonları ki bunda elektromagnetik radyasyon veya hızlı parçacıklar bir çekirdek tarafından yakalanır ve kararsız hale gelen bu çekirdek bu defa kendiliğinden bozunmaya başlar, 3. Kararsız ağır çekirdeklerin parçalanması (fisyon), 4. Doğal olarak yıldızlarda ve güneşte meydana gelen hafif çekirdeklerin birleşmesi (füzyon).

Tüm kendiliğinden bozunmalarda bu ışımaların hepsinin birden olması şartı yoktur. Belki sadece biri veya ikisi bazen de üçü birden oluşabilir. -ışınlarının deliciliğini bir kabul edersek  ışımasının 100,  ışımasının ise 10000 dir. Somut bir örnek olarak;  ışınları bir insanın elbisesini delip geçemez,  ışınları elbiseyi deler, fakat deride kalır.  ışınları ise insan vücudunu baştan sona deler geçer.

Radyasyon, Geiger sayacı ile ölçülür Radyasyon, Geiger sayacı ile ölçülür. Bir Geiger cihazının şeması Şekil 15.3 de gösterilmektedir. Tüp içine pencereden giren radyasyon argon gazını iyonlaştırır ve bu iyonların anot ve katoda doğru gidip yapışmasıyla akım geçer. Bu geçen elektrik akımı ölçülür ve radyasyon birimine dönüşmüş olarak sayaçtan okunur. Geiger Sayacı