RADYOAKTİVİTE

Atom ve çekirdeği

Atom, çekirdek ve etrafında dolanan elektronlardan oluştuğunu daha önce görmüştük. Burada ise atom çekirdeğinin yapısını ve özelliklerini inceleyeceğiz.

Atom çekirdekleri nötron ve proton adı verilen parçacıklardan oluşur. Sadece hidrojen atomunun çekirdeğinde tek proton bulunur.

Protonlar (+) yüklü olduğu için birbirlerini çok güçlü kuvvetle iterler, aralarında bulunan nötronlar sayesinde çekimsel kuvvet etkisiyle bir arada bulunabilmektedirler.

Atom çekirdeği üç farklı sayısal değerle tanımlanır.

A: Kütle numarası
N: Nötron sayısı
Z: Atom numarası

Çekirdekteki Enerji

İlginçtir ki çekirdeğin kütlesi kendini meydana getiren proton ve nötronların kütleleri toplamından daha küçüktür. O halde şunu söyleyebiliriz. Çekirdeğin toplam enerjisi onu meydana getiren nükleonların enerjileri toplamından daha küçüktür. Çekirdekteki proton ve nötronu bir arada tutmak için kullanılan enerjiye bağlanma enerjisi denir.
Bağlanma enerjisi nükleon sayısına bölünürse nükleon başına bağlanma enerjisi bulunur.

Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi ne kadar büyükse çekirdek o kadar kararlıdır. Kararlı çekirdekler bozunmaya uğramazlar.

Radyoaktiflik

Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi düşük olan kararsız çekirdeklerin elektromanyetik ışıma yaparak ya da parçacık salarak daha kararlı çekirdeğe dönüşmesi olayına radyoaktiflik denir. Bu özelliğe sahip elementlere ise radyoaktif elementler denir. Çekirdeğin bozunması olayında madde bir bütün olarak değil, atom çekirdeklerinin tek tek radyasyon yayarak daha küçük çekirdeklere dönüşümü vardır.

Radyoaktif elementlerin bozunarak enerji yaymaları üç farklı şekilde olur. Bunlara (α) alfa bozunması, β (beta) bozunması, (γ) gama bozunması isimleri verilir. Bu bozunmalarda çekirdek bozunduğundan atom ve kütle numaraları değişebilir.

Gama (γ) Bozunması

Bozunmalar sırasında enerjilerini vermek için ışama yapan çekirdeklerin atom ve kütle numaraları değişmez. Bu nedenle yeni bir atom veya çekirdek meydana gelmez.

Gama ışınları yüksek enerjiye sahip olup elektrik ve manyetik alandan etkilenmezler. Çünkü yüklü parçacık değildirler.

Bu durumun denklemi;

Alfa (α) Bozunması

Bozunma sırasında atom, yapısından parçacık salarak enerjisini kaybeder ve daha kararlı hâle gelir.

Alfa (α) ışıması yapan elementin atom numarası (z) 2, kütle numarası (A) 4 azalır. Alfa (α) ışıması, parçacık salınması demektir. Bu reaksiyon;

Radyoaktif Bozunmalar

Radyoaktifliğin sebebi çekirdeğin enerjisinin fazla olmasındandır. Kendiliğinden bozunan maddelere doğal radyoaktif maddeler denir. Dışarıdan bir etki sonucu bozunan maddelere ise “yapay radyoaktif maddeler denir.

Kararlı ve Kararsız Durumdaki Atomların Özellikleri

Atom çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının oranı atom çekirdeğinin kararlı olup olmadığını belirler. Protonlar ve nötronlar arasında itme çekme kuvveti meydana gelir. Tanecikler arasındaki itme kuvveti çekme kuvvetinden fazla ise çekirdek ışıma yaparak farklı yapıya dönüşür. Bu tip çekirdeklere kararsız (radyoaktif) çekirdek denir. Çekirdekteki tanecikler arasındaki çekme kuvveti itme kuvvetinden büyük ise çekirdek bozunmaya uğramaz. Bu tür çekirdeklere kararlı çekirdek denir.

Kararlı çekirdekler radyoaktif değildir. Kararlı çekirdeklerde nötron sayısının proton sayısına oranını 1’e yakın değerdedir. Atom numarası 20’ye kadar olan elementlerde bu oranı vardır. Atom numarası 20’den büyük olan elementlerin nötron/proton oranı daha büyüktür. Atom numarası 83’ten büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsızdır.

Kararlı doğal izotopların nötron /proton oranı grafiğinde oluşan bölgeye kararlılık kuşağı denir. Bu kuşak çevresi kararsızlık denizi olarak adlandırılır. Kararlılık kuşağının dışında bulunan elementler ışıma yaparak kararlı çekirdek hâline dönüşürler. Bu olaya doğal radyoaktiflik denir. Çift sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler, tek sayıda proton ve nötron içeren çekirdeklere göre daha kararlıdır. 2, 8, 20, 50, 82, 126 tane proton veya nötron taşıyan çekirdekler en kararlı çekirdeklerdir ve bu sayılara sihirli sayılar olarak adlandırılmıştır.