Radyoaktivite Hocalara Geldik

Radyoaktivite Umut Öncül

Radyoaktivite Tamer Hoca

• Günlük hayatta kullanılan cep telefonu, mikrodalga fırın ve bilgisayar radyasyon yayar mı?
• Nükleer enerjinin teknolojik ve çevresel etkileri neler olabilir?
Bu bölümde radyoaktif madde, radyoaktivite, radyoaktif ışıma kavramları üzerinde durularak alfa, beta ve gama ışınımları açıklanacaktır. Nükleer enerji ile çalışan sistemler hakkında bilgi verilerek nükleer reaktörlerin bilime, teknolojiye, ülke ekonomisine ve çevreye etkileri üzerinde durulacaktır. Atom bombasının yıkıcı etkileri tarihî gerçekler üzerinden açıklanarak nükleer silahsızlanmanın dünya barışı açısından önemi anlatılacaktır. Yaşam alanlarında var olan radyasyon kaynakları, radyasyondan korunma yolları ve radyasyon güvenliği hakkında bilgiler verilecektir.

Dünya, fosil yakıtlarının aşırı tüketiminden kaynaklanan çevre sorunları ile karşı karşıyadır. Fosil yakıtların azalıyor olması insanların yeni enerji kaynaklarına yönelmesine neden olmuştur. Bu enerji kaynaklarından biri de nükleer enerjidir. Nükleer enerji, atom çekirdeklerinin parçalanması veya birleşmesi sonucunda açığa çıkan bir enerji türüdür. Ülkemizde Görsel 4.11’de maketi görülen Mersin Akkuyu Nükleer Güç Santrali de artan enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla yapılmaktadır. Radyoaktivite, atom çekirdeğinin tanecik veya gama ışıması yayarak parçalanmasıdır. Bu parçalanma sonucunda enerji açığa çıkar. Bazı atom çekirdekleri çeşitli yollarla ışıma yapabilir. Kendiliğinden veya dışarıdan bir etkiyle çekirdeği bozunuma uğrayabilen atom çekirdeklerine radyoaktif çekirdek, bu atomların oluşturduğu maddelere radyoaktif madde denir. Radyoaktif bozunma kendiliğinden gerçekleşirse doğal radyoaktiflik, dışarıdan bir etki ile gerçekleşirse yapay radyoaktiflik adını alır. Radyoaktif bozunma sonucu açığa çıkan enerjiye kısaca radyasyon enerjisi denir. Radyasyon enerjisinden özellikle nükleer santrallerde elektrik üretimi ve tıpta görüntüleme, teşhis ve tedavi amaçlı yararlanılmakla beraber Radyasyon enerjisi jeoloji ile arkeolojide de radyokarbon tarihleme amaçlı kullanılmaktadır.

Kararlı ve Kararsız Atomların Özellikleri
Pozitif elektrik yüklü proton ve elektrik yükü taşımayan nötrondan oluşan çekirdeğin hacmi, atomun hacminin çok az bir kısmını kaplarken kütlesi atom kütlesinin büyük bir kısmını oluşturur. Yapılan çalışmalar çekirdek kütlesinin, çekirdeği oluşturan proton ve nötronların kütleleri toplamından daha az olduğunu göstermektedir. Albert Einstein, bu kütle farkının enerjiye dönüştüğünü ifade etmiştir. Çekirdekteki proton ve nötronları bir arada tutan bu enerjiye bağlanma enerjisi adı verilir. Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi büyük olan çekirdeklere kararlı çekirdek denir. Demir ve bakır elementleri kararlı çekirdeklere örnektir. Bağlanma enerjisi küçük olan çekirdeklere ise kararsız (radyoaktif) çekirdek denir. Kararsız atom çekirdekleri kararlı hâle gelmek için çeşitli yollarla ışıma yapar. Uranyum, toryum, aktinyum ve radyum gibi elementler kararsız çekirdeklerdir. Kararlı çekirdeklerde nötron sayısının proton sayısına oranı 1 e yakın olurken bu oran 1 den uzaklaştıkça kararlılık azalır. Atom numarası 20 ye kadar olan elementlerin nötron ve proton oranı ( p n ) 1 e yakındır. Bu nedenle atom numarası 20 ye kadar olan atomların çekirdekleri genellikle kararlıdır. Nötron sayısının proton sayısına oranı, 1 den büyük olan çekirdeklerde nötronlar protonlara, 1 den küçük olan çekirdeklerde ise protonlar nötronlara dönüşerek kararlı hâle gelmeye çalışır (Şekil 4.23).

Nükleer Fisyon
Nükleer enerji denince akla ilk gelen ağır atom çekirdeklerinin parçalanmasıyla açığa çıkan çok yüksek enerjidir. Bu enerjiyi günlük hayatta kullanılan elektrik enerjisine çevirmenin aracı ise nükleer güç santralleridir. İnsanlığın artan elektrik enerjisi ihtiyacının çoğunu nükleer güç santralleriyle hidroelektrik ve termik santraller karşılamaktadır. Nötronlarla bombardıman edilen ağır atom çekirdeğinin parçalanarak daha hafif iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesine fisyon denir.

Nükleer reaktörlerde enerji, uranyum ya da toryum çekirdeklerinin kontrollü fisyonu sonucunda elde edilebilir. Nükleer reaktörlerde, nükleer enerji elde etmenin yanı sıra tıpta ve diğer birçok alanda kullanılan radyo izotoplarının büyük kısmı üretilir. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu tarafından yayımlanan rapora göre dünyada 31 ülkede nükleer güç reaktörü mevcuttur. Çalışır hâlde olan reaktörler, dünyadaki elektrik üretiminin %10-15 ini sağlamaktadır. Nükleer reaktörlerin atıkları güvenle muhafaza edildiği sürece temiz bir enerji türüdür.

Fisyon reaksiyonları sonucunda elde edilen atom bombasında, 92U 235 çekirdeklerinin nötronlarla bombardıman edilmesi sonucunda zincirleme reaksiyon meydana gelir ve büyük miktarda enerji açığa çıkar. Atom bombası ilk olarak 2. Dünya Savaşı’nda kulanılmıştır. Japonya’nın Hiroşima (Görsel 4.13) ve Nagasaki kentlerine atılan atom bombaları büyük hasar vermiş, binlerce insanın hayatını kaybetmesine sebep olmuştur. Nükleer silahların kullanılması çevreye verdiği büyük zararların yanında kalıcı genetik hastalıklara sebep olmaktadır. Nükleer silahlara sahip olan devletler her ne kadar kendi savunmalarını ve güvenliklerini gerekçe gösterse de bu silahların yeryüzünde bulundurulması insanlığın geleceğini tehdit etmektedir. Nükleer silahsızlanma kalıcı barışın sağlanması için gereklidir.

Nükleer Füzyon
Dünyanın artan nüfusu; ısıtılacak ve aydınlatılacak daha çok ev, gıda ve temel gereksinimleri üretecek daha çok fabrika, insanları taşıyacak daha çok otomobil, gemi, uçak kısacası daha çok enerji demektir. Nüfus artışıyla birlikte insanların enerjiye duyduğu ihtiyaç hızla artmaktadır. Bu nedenle bilim insanları temiz ve neredeyse tükenmez bir enerji kaynağı elde etmek için en hafif ve bol bulunan hidrojen atomlarını birleştirerek enerji elde edilebilmesi çalışmaları yapmaktadır. Çok yüksek sıcaklıklarda atom numarası küçük olan radyoaktif atom çekirdeklerinin daha ağır atom çekirdeklerini oluşturmasına füzyon denir.

Radyasyonun Canlılar Üzerindeki Etkileri
Dalga ya da parçacık şeklinde yayılan enerjiye radyasyon denir. Enerji miktarına göre düşük ve yüksek enerjili radyasyon olarak ikiye ayrılır. Yüksek enerjili radyasyon, atomdan elektron koparabilen dolayısıyla atomu iyonlaştırabilen radyasyondur. Bu tür radyasyonlara iyonlaştırıcı radyasyon denir. İyonlaştırıcı radyasyon atom çekirdeğinden yayımlanıyorsa γ, yörüngelerden yayımlanıyorsa X-ışını şeklindedir. Radyasyon çeşitleri Şekil 4.29’da gibidir.

Radyasyonun iyonlaştırıcı etkisi nedeniyle canlı dokular zarar görebilir. İyonlaştırıcı radyasyon ciltteki yanıktan kansere kadar farklı hastalıklara sebep olabilir. Üreme hücrelerindeki DNA yapısının bozulması bedensel ve zihinsel engelli bireylerin dünyaya gelmesine neden olur. DNA yapısındaki değişim nesilden nesile aktarılarak kalıcı izler oluşturur. Canlılar yaşamları boyunca belirli miktarda radyasyona maruz kalır. Bu radyasyonun çoğu Güneş’ten ve uzaydan gelen kozmik ışınlardan kaynaklanır. Teknolojik ürünler de radyasyon yaymaktadır.