RADYOAKTİVİTE VE RADYOAKTİF BOZUNMA

... konulu sunumlar: "RADYOAKTİVİTE VE RADYOAKTİF BOZUNMA"— Sunum transkripti:

1 RADYOAKTİVİTE VE RADYOAKTİF BOZUNMA
Dr. Dilek KÖSEHAN

2 Atom çekirdeğinin temel yapı taşları proton (p) ve nötron (n)dur ayrıca çekirdeğin etrafında proton sayısına eşit miktarda elektron yer almaktadır. Pozitif yüklü proton ile yüksüz nötronlar yaklaşık eşit kütlededir, negatif yüklü elektronlar ise çok daha küçük bir kütleye sahiptir.

3 proton+nötron = nükleon (n+p) = kütle numarası (A)
proton sayısı (nötr atomlarda=elektron sayısı) = atom numarası (Z) izotop= atom numarası aynı, kütle numarası farklı çekirdekler →elementlerin birçoğu için birden fazla kararlı izotop ya da bazı kararsız radyoaktif izotoplar bulunabilir.

4 Atom çekirdeklerinin, parçalanma ve nükleer bozunmaya karşı dayanıklılığı “çekirdek kararlılığı” olarak tanımlanır. Çekirdek kararlılığında en büyük etken, atom çekirdeklerinin bünyesinde yer alan nötron ve protonların birbirlerine oranıdır.

5 Çekirdeklerin kararlı olabilmesi için nötron/proton oranının bir veya bire yakın bir değerde olması gerekir. Atom kütlesi büyük olan çekirdeklerin kararlı olabilmesi için nötron/proton oranının yaklaşık 1.5 civarında olması gerekir.

6 n/p 1.00 Kararlı 1.16 1.33 Kararsız n/p 1.51 Kararlı 1.56 Kararsız 1.68 kararsız

7 Atomların atom numarası arttıkça proton sayısı artar, protonlar arası itme etkileşimi de buna paralel olarak artar, çekirdeği bir arada tutan çekme kuvvetlerinin önüne geçerek çekirdek kararlılığının azalmasına neden olur.

8 Atom çekirdeklerindeki nötron sayısı ne kadar çok olursa olsun yine de kararlı bir çekirdekte bulunan proton sayısı sınırlıdır. En büyük atom numarasına sahip kararlı çekirdek atomundan daha büyük atom numarasına sahip çekirdeklerin hepsi radyoaktif özelliktedir.

9 Radyoaktif çekirdekler kararlı bir nötron/proton oranına ulaşıncaya kadar “radyoaktif çekirdek bozunması” olarak adlandırılan bir süreçle “radyasyon” yayarlar. Ağır elementlerin çoğu radyoaktif özelliğe sahiptir.

10 Çift sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler, tek sayıda proton ve nötron içeren çekirdeklerden daha kararlıdır. Bazı özel sayıda proton ve nötron içerden çekirdekler çok kararlıdır. Bu sihirli sayılar, protonlar ve nötronlar için, 2, 8, 20, 28, 50, 82 ve nötronlar için 126’dır. Hem proton hem nötron sayıları sihirli olan çekirdekler aşırı kararlıdır.

11 Genelde atom numarası 82 den büyük olan elementer parçacıklar doğada radyoaktif olarak bulunur. Doğada 4 radyonüklid seri bilinmektedir. Bunlar: Thoryum serisi, kurşun 208 e kadar, Aktinyum serisi, kurşun 207 ye kadar , Uranyum 238 serisi, kurşun 206 ya kadar, Neptunyum serisi ise bizmut 209 a kadar parçalanarak kararlı hale ulaşırlar

12

13 Radyoaktif çekirdekler kararlı bir nötron/proton oranına ulaşana kadar bozunmaya uğrarlar.
ana çekirdek→ ilk bozunmaya uğrayan radyoaktif çekirdek yavru çekirdek→ ana çekirdeğin radyoaktif bozunmaya uğraması sonucu oluşan çekirdek

14 Bozunma sürecindeki radyoaktif çekirdekler, alfa (α), beta (ß) ve gamma (γ) bozunmaları sonucu yavru çekirdekler oluşturan seriler, “radyoaktif seriler” olarak tanımlanır.

15 Alfa (α) Bozunması Radyoaktif çekirdekten kütle numarası 4, atom numarası 2 olan bir taneciğin ayrılması sonucu gerçekleşir. Ayrılan tanecik aslında bir helyum çekirdeğidir. Elektronlardan yaklaşık olarak 7300 kez daha ağırdır.

16

17 Alfa taneciklerinin penetrasyonu (giricilikleri-nüfuz etme gücü) düşüktür, enerjilerini çok kolay kaybederler, hava içinde birkaç mm den fazla gidemezler. Yumuşak dokuda girginlik menzili, enerjisiyle değişmekle beraber en fazla mikron kadardır. Bu tanecikler ince bir kağıt yardımıyla durdurulabilirler. İnsan derisi alfa (α) taneciklerini hücrelere ulaşmadan durdurabilir.

18 Beta (ß) Bozunması Çekirdekten yayınlanan yüksek enerjili bir elektrondur. Radyoaktif çekirdekte bulunan bir nötron, bir proton ve bir elektrona dönüşür.

19

20 Nötron/proton oranı çok yüksek radyoaktif çekirdeklerde, beta bozunması n/p oranının azalmasına ve dolayısıyla kararlılık artışına neden olur. Radyoaktif çekirdek ardında kütle numarası aynı fakat atom numarası farklı bir yavru çekirdek bırakır. Ana ve yavru çekirdeklerin kütle numarasının değişmemesine karşın yavru çekirdeğin atom numarasında bir eksilme olmaktadır.

21 Beta (ß) tanecikleri, alfa (α) taneciklerinden yaklaşık 200 kat küçük bir kütle ve yaklaşık yarısı kadar bir elektrik yüke sahiptir. Bu nedenle de α taneciğine göre daha etkilidir ve penetrasyonları da yaklaşık 100 kez daha fazladır. ß tanecikleri kağıttan geçerler, birkaç metre hava tabakası ve birkaç mm alüminyum levha ile bu ışınlar durdurulabilir. ß ışınları dış derideki ölü seviyeye nüfuz eder, derinin iç kısmında durduğu için dış derideki dokulara yakarak zarar verir.

22 Gamma (γ) Bozunması Gamma (γ) ışınları tanecik değildir, kısa dalga boylu ve yüksek enerjili ışınlardır, kütleleri ve elektrik yükleri yoktur. α ve ß bozunması sırasında birçok atom çekirdeği uyarılmış (yüksek enerjili) birer yapıya ulaşır ve gamma ışıması yaparak enerjisini azaltmaya çalışır.

23

24 Gamma ışıması sürdüren bir çekirdekte kütle numarası ve atom numarası değişikliğe uğramaz.
Kısa dalga boylu elektromanyetik dalga özelliğinde olan bu ışımanın elektriksel yükü ve kütlesi olmadığı için hava ve dokuda erişme uzaklıkları çok fazladır.

25 Gama(γ) ve X-ışınları fotonun kaynağı dışında diğer fiziksel özellikleri bakımından aynıdırlar.
Tıpkı ışık gibi boşlukta yayılabilirler. X-ışınları atomun orbital elektron yapısındaki değişikliklerden, (γ)ışınları çekirdekteki değişikliklerden meydana gelir.

26

27 Yarı-Ömür Radyoaktif maddeler kendilerine özgü bozunma hızına sahiptir. Yarı ömür sabit bir değer olup ısı, basınç gibi değişikliklerden etkilenmez. Yarı ömür; radyoaktif bir atom çekirdeğinin bozunmaya uğrayan atomlarının yarısının bozunmaya uğraması için geçen zamandır. Radyoaktif özelliğe sahip farklı izotoplara ilişkin yarı ömürler ve yayınladıkları radyasyon türleri farklıdır.

28

29 Bozunma sabiti Bir nükleusun belli bir birim zaman içerisinde bozunma olasılığıdır. Yarı- ömür ile ters orantılıdır. Bozunma olasılığı düşük ise uzun yarı ömürlü, bozunma olasılığı yüksek ise kısa yarı ömürlü demektir.

30 Çekirdek fizyonu (bölünmesi)
Ağır bir çekirdeğin, hafif çekirdeklere ve nötronlara bölünmesidir. İlk fizyon reaksiyonu sonrası ortaya çıkan enerji diğer reaksiyonları tetikleyerek “çekirdek zincir reaksiyonları” oluşturur ve önemli miktarda enerji açığa çıkar. Atom bombası ve nükleer reaktörlerden enerji elde edilmesi fizyon reaksiyonu ile gerçekleşir.

31 235U + 1 neutron → 3 neutrons +92Kr + 141Ba + ENERGY

32 Çekirdek füzyonu Hafif çekirdeklerin daha ağır bir çekirdek oluşturmak üzere birleşmeleridir. Önemli miktarda enerji açığa çıkar. Bu reaksiyonların güneşte de olduğuna inanılır ve güneş enerjiisinin bir bölümü çekirdek füzyonu ile hidrojen çekirdeğinin helyum çekirdeğine dönüşmesi ile sağlanır.

33 Çekirdek füzyonu reaksiyonları termonükleer reaksiyonlar olarak da adlandırılır.
Hidrojen bombası füzyon reaksiyonuna dayanır. Füzyon reaksiyonlarının çekirdek füzyon reaktörlerinde elektrik enerjisi elde etmek amacıyla kullanılması üzerinde çalışılmaktadır.

34

35

36

37 Radyoaktivite Ölçümü Radyoaktif ışınların analizi en kullanışlı olan Geiger-Müller sayacıdır. Tüpe ince bir pencereden giren α veya β parçacıkları veya γ ışıması sonucu tüpte mevcut argon gazını iyonlaştırır ve iyonlarını oluşturur. Tüpün elektronları arasına bir gerilim uygulanırsa bu iyonlar elektriksel boşalmaya neden olur ve puls verirler. Bu pulsların şiddeti artırılarak ve çoğu zaman ses dönüştürülerek otomatik olarak sayılırlar.

38 Radyoaktif maddenin saniyedeki bozunma sayısına aktivite denir
Radyoaktif maddenin saniyedeki bozunma sayısına aktivite denir. Aktivitenin SI birimi Becquerel (Bq) olarak adlandırılır. Curie (Ci) SI öncesi kullanılan radyoaktivite birimidir. 1 Curie, bir gram radyumun saniyede uğradığı bozunma sayısı olarak tanımlanmıştır.