Atomların kararlılıkları, ya da kararsızlıkları üzerine

ÇEKİRDEK VE ÇEKİRDEK TEPKİMELERİ
Atom Altı Tanecikler
Atomlardan çok daha küçük olan tanecikleri araştırmak ancak maddenin temel yapıtaşı olan atomu incelemekle mümkün
olmuştur. Yapılan araştırmalarda atomun, pozitif yüklü çekirdek ve çekirdeği çevreleyen negatif yük bulutlarından oluştuğu
öngörülmüştür. Atomun yapısı üzerine yapılan detaylı incelemelerde, çekirdekte bulunan pozitif yüklü taneciklerin(protonların ),
yüksüz nötronların ve çekirdek etrafındaki belirli enerji katmanlarında bulunan elektronların atomun yapısını oluşturdukları
anlaşılmıştır. Keşfedildikleri dönemlerde atom altı tanecikler olarak adlandırılan bu taneciklerin yapılan araştırmalarda dah
küçük taneciklerden oluştukları anlaşılmıştır.
Bilim insanları hızlandırıcılar kullanarak yaptıkları çalışmalarda tanecikler hakkında daha fazla bilgiye ulaşmışlardır. Yapı lan
tanecik fiziği deneylerinde yukarıda belirttiğimiz taneciklerin birbirleriyle çarpıştırılmaları sonucunda yeni tanecikler
oluşturmuşlardır. Yapılan deneylerde yüklü tanecikler, tanecik hızlandırıcılarda elektromanyetik alan içerisinde hızlandırılarak
yönlendirilince, ya sabit hedeflerle ya da birbirleriyle çarpışmış ve yeni tanecikler oluşturmuşlardır. Hızlandırıcılarda açı ğa
çıkan taneciklerin çoğu, saniyenin milyarda biri kadar bir sürede bozunur. Oluşan bu taneciklerin detektör ile incelenmesi ile
özellikleri belirlenir.
Atom altı taneciklerin çarpıştırılmaları sonucunda yapılan ölçümler, protonun yarıçapının yüzde biri kadar o lan uzaklıklarda
yapısını ayrıntılı bir şekilde belirlemişlerdir. Deney sonuçlarıyla geliştirilen "Standat Model", temel taneciklerin nasıl
düzenlendiğini ve birbirleriyle nasıl
etkileştiklerini
açıklamaya
çalışmaktadır. Standart model'e göre
temel tanecikler, kuarklar ve leptonlar
olarak iki gruba ayrılır.
Standart model'e göre evrende, temel
parçacık olarak, 6 çeşit kuark, 6 çeşit
lepton, kuark ve leptonların "karşıt"
parçacıkları ve bu parçacıklar dışında
olan parçacıklar vardır. Kuarklar ve
leptonların temel tanecikler oldukları
düşünülmektedir.
taşıyıcı
Bunlar
tanecikler
kuvvet
aracılığıyla
etkileşime girerek, görünür maddeleri
oluşturmaktadır.
Kuarklar
elektrona benzeyen
kuantum
parçacıklarıdır. Elementer(esas)
parçacıklar kuarklardır. Kuarklar,
spinleri ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya 1/3
olan
parçacıklardır.
Şimdilik
bilinen 6 kuark vardır.Kuarklar, kuark
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 1
ikililerinden oluşmaktadır. Bunların birer de anti kuarkları vardır. Tanecikler, ingilizce adlarının küçük baş harfleriyle yukarıup(u) ve aşağı-down(d), tılsım-charm(c) ve garip-strange(s), üst-top(t) ve alt-bottom(b) olarak gösterilir. Karşıt
parçacıkları ise karşıtı oldukları kuarkın sembolün üstüne birer çizgi konularak, yukarı karşıt( ̅), aşağı karşıt( ̅ , tılsım
karşıt( ̅ garip karşıt( ̅), üst karşıt( ̅ ), alt karşıt(̅) şeklinde gösterilir.
KUARKLAR
Elektrik yükü
Sembol
1. NESĠL
Elektrik yükü
Sembol
Yukarı(up) kuark
Aşağı(down) kuark
Protonda iki , nötronda bir adet bulunur.
Protonda bir, nötronda iki adet bulunur.
u
+
d
Tılsımlı(charm) kuark
2. NESĠL
c
Garip(strange) kuark
+
s
Üst(top) kuark
3. NESĠL
t
-
Alt(bottom) kuark
+
b
-
Tablo. Temel Kuarklar
Leptonlar Elektron, muon, nötrino gibi parçacıkları içine alan ve güçlü etkileşime girmeyen parçacıklar sınıfıdır. Leptonlar,
elektron, muon ve tau parçacıkları ile bu parçacıkların her birinin nötronlarından oluşmaktadır. Her bir leptonun da birer karşıt
leptonu vardır. Elektron(e), muon( ) ve tau( ) ve bunların nötrinoları(ν) Grekçe yazılışlarının baş harfi le gösterilirler.
Elektron nötrinosu için νe, muon nötrinosu için νμ, tau nötrinosu için ντ sembolleri kullanılır.
LEPTONLAR
Elektrik yükü
Sembol
1. NESĠL
Sembol
Elektrik yükü
Elektron nötrinosu
Elektron
Elektriksel ve kimyasal etkileşimlerden
sorumludur
e
-
-1
Muon nötrinosu
Muon
2. NESĠL
0
νe
Elektrondan daha ağır ve kararsız bir parçacık.
Ömrü saniyenin iki milyonda biri kadar.
μ-
3. NESĠL
-1
0
νμ
Tau
Tau nötrinosu
Ağır ve çok kararsız bir parçacık
Henüz gözlenmeyen parçacık
-
τ
-1
ντ
0
Tablo. Temel Leptonlar
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 2
Nötrinoların karşıtları, elektron karşıt nötrinosu, muon karşıt nötrinosu, tau karşıt nötrinosu olarak adlandırılır ve karşıt
elektron(karşıt elektrona pozitron denmektedir) hariç, diğerleri leptonların simgelerinin üzerine birer çizgi konularak göste rilir.
Örneğin muon karşıt nötrinosunun simgesi ̅̅̅ şeklindedir. Leptonlardan elektron, kütlesi 9,1x10 -31 kg ve spini olan negatif
yüklü parçacıktır. Elektron en küçük kütleli leptondur. Bozunduğunda dönüşebileceği daha hafif bir parçacık olmadığından
kararlı bir yapıya sahiptir.
Kuarklar ve leptonlar, boyutları kesin olarak bilinmemekle birlikte kuarkların hepsinin ve lept onlardan elektronun yarıçapı,
kesinlikle 1,0x10 -18 metrenin altındadır. Temel parçacık olarak tanımladığımız bu taneciklerin daha da alt taneciklerden oluşma
olasılığı vardır.
Proton ve nötronlar farklı kuark tiplerinin biraraya gelmesiyle oluşmuştur. Örn eğin proton iki up kuark ve bir down kuarktan
oluşur. Protondaki kuarkların yükleri toplamı +1 olur. Nötron ise iki down kuark ve bir up kuarktan oluşur. Nötrondaki kuarkl arın
yükleri toplamı sıfırdır.
Leptonları ve kuarkları birarada tutan kuvvet taşıyıcıları vardır. Bu taşıyıcılara bozonlar denir. Örneğin fotonlar elektromanyetik
kuvvetin taşıyıcısı olan bozonlardır. Kuarklar ve leptonlar, birbirleriyle 4 temel kuvvet aracılığıyla etkileşirler. Bu kuvvetler:
1. Güçlü Çekirdek Kuvvetleri,
2. Zayıf Çekirdek kuvvetleri,
3. Elektromanyetik Kuvvetler,
4. Kütle çekim kuvvetidir.
Yukarıdaki bu kuvvetler sayesine evren, yaşanılabilir bir yapıya bürünmüştür.
1. Güçlü Çekirdek Kuvvetleri: Kuarklar çok yakın mesafelerden
birbirlerine şiddetli çekme/itme kuvvetleri uygularlar. İki 'u' kuark
birbirini çok şiddetle iterken, 'u' ve 'd' kuarklar birbirini çok şiddetli bir
şekilde çekerler. Burada sözü edilen itme ve çekme kuvetleri,
elektriksel ve manyetik çekim kuvvetlerinin binlerce katıdır.
Bu çekim kuvvetleri sayesinde atomlar biçimlenir. Böylece atomların,
atomdan daha küçük parçalara ayrılması ve bir proton, nötron ve
elektron yığınına dönüşmesi engellenmiş olur. Bu kuvvetlerin kuvvet
taşıyıcısı renkli gluonlardır. Başka bir deyişle buradaki çekme/itme
kuvvetleri kuarkların renk denilen nitelikleri ile ilintilidir. Örneğin,
protonların yapısında yer alan up ve down kuarkların renkleri
birbirine zıttır. Zıt renkler, zıt elektrik yükleri gibi birbirlerini çekerler. Burada kullandığımız renk ifadesi, bildiğimiz renk
ifadesiyle hiçbir anlam yakınlığı taşımamaktadır. Çekme/itmenin temelini oluşturan fiziksel nitelik, başk a bir ad bilinmediği için
renk kelimesi ile nitelendirilmiştir. Başka bir deyişle kuarklardaki renk yükü adlandırmasının bildiğimiz ışık ve renklerle b ir ilgisi
yoktur. Standat modele göre, atom altı tanecikler arasındaki itme,çekme kuvvetleri, gerçekte ço k küçük parçacıkların kuarklar
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 3
arasında alışverişi sonucunda mümkün olur. Kuarkların etkileşimi sırasında alınıp verilen temel parçacıklar(gluon) sayesinde
kuvvetli etkileşimler gerçekleşir.
Proton ve nötronda asıl yapı taşı olan kuarkları bir arada tutan, renk zıtlığı temeline dayalı güçlü nükleer kuvvetlerdir. Bu
kuvvetler sayesinde nükleonlar, çok büyük enerjilerle karşılaşmadıkça kararlı kalırlar. Ayrıca proton ve nötronların,
yapılarındaki yukarı ve aşağı kuarkların dağılımı simetrik olmadığı için, su molekülünün elektriksel dipollüğüne benzer şekilde
renk dipolleri olduğuna da dikkat etmek gerekir.
2. Zayıf Çekirdek Kuvveti: Proton ve nötron içi yük dağılımı tam simetrik değildir. Protonu oluşturan iki yukarı kuarka karşılık
bir aşağı kuarkın, nötronu oluşturan iki aşağı kuarka karşılık bir yukarı kuarkın konumlarından kaynaklanan dipol karakter,
protonlar ve nötronlar arasında , güçlü nükleer kuvvetlerden daha zayıf da olsa bir dipol çekim etkileşimi sağlar. Çekirdek
içerisinde sadece proton-nötron çekimi değil, proton-proton, nötron-nötron çekimi de gerçekleşir. Bu etkileşimler, protonlar
arası itmeyi fazlasıyla karşıladığı için, protonların özdeş yüklerine rağmen çekirdek kararlıdır. Bu kararlılığı sağlayan,
nükleonlar arasındaki zayıf çekirdek etkileşimleridir.
Bazı çekirdeklerin kararsız olması, nükleonlar arası elektriksel ve zayıf nükleer kuvvetler temelinde açıklanabilir. Bir çeki rdekte
nükleon sayısı çok fazla değilse, zayıf nükleer kuvvetler(çekim kuvvetleri), protonlar arsı elektriksel kuvvetleri(itme kuvvetleri)
yener ve çekirdek kararlı olur. Ancak çekirdek içerisindeki nükleon sayısı arttıkça(örneğin proton sayısı 83'ü aşmışsa), bir
araya toplanan nükleonlar arası mesafe yer yer artacağı için, çok zayıflayan nükleer kuvvetlerin değeri sıfıra yaklaşır.
Elektriksel kuvvetlerde nükleonlar arası mesafe ile küçülse de, oluşan küçülme nükleer kuvvetler kadar etkili değildir. Sonuç
olarak elektriksel itme kuvvetleri daha etkili bir duruma geleceği için çekirdek parçalanır.
Zayıf çekirdek kuvveti , güçlü çekirdek kuvvetinden, yaklaşık 1000 kez daha güçsüzdür. Bir anlamda, çekirdek içer isindeki bir
arada tutucu güce karşı çalışarak, bazı nükleer parçalanmalara imkan verir. Bazen çekirdek, genel istikrarı korumak için,
kendisini bırakır. Bazı radyoaktif dönüşümler, çok şaşırtıcıdır. Örneğin bir metal radyum atomu, bir alfa parçacığını(2 proton, 2
nötron) fırlattığında, metalden radon diye bilinen bir gaza dönüşür. Yani katı metalden, sıvı gaza tek sıçrayışta geçilmiş
olur. Radon gazı da, bozunumu esnasında, aynen radyum gibi bir alfa parçacığı fırlatır ve tekrar metale dönüşür.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 4
3. Elektromanyetik Kuvvet : Elektrik kuvveti, elektrik yüklü 2 parçacığın, birbirini ittiği ya da birbirini çektiği kuvvettir. Manyetik
kuvvet ise, elektrik yüklü bir parçacığın, manyetik alandan geçerken, üzerine etki eden kuvvettir. Bu 2 kuvvet, birbiriyle
ilişkilidir. James Clerk Maxwell, 1873 de elektrik ve manyetik kuvvet alanlarının, uyduğu denklemleri buldu. Böylece
günümüzde, elektomanyetizma denilen bir birleşik teoriyi, elde
etmiş oldu. Bu kuvvet, çok büyük bir menzile sahiptir. Manyetik
alanların, yıldızlararası etkileri söz konusudur. Elektromanyetik
kuvvetiç, güçlü çekirdek kuvvetlerinden, yaklaşık 100 kez daha
zayıftır. Kuvvet taşıyıcısı fotondur.
4. Kütleçekim Kuvveti: Kütleçekim kuvveti , güçlü nükleer
kuvvetten 1042 kez daha zayıftır. En zayıf kuvvet olmasına
rağmen, keşfedilen ve sayısal olarak tanımlanan, ilk kuvvet
kütleçekimdir. Kuvvet taşıyıcısı, gravitondur. Bir atomun
büyüklüğünün 10
-10
metre dışına çıkıldığında, çekirdek
kuvvetlerinden hiçbiri etkili değildir. Birkaç cm'nin ötesine
geçildiğinde, aynı şey elektomanyetik kuvvet için de
geçerlidir.Evrendeki çoğu bölge, kütle çekimin etkisi altındadır.
Erken dönem evrendeki gazları, devasa galaktik bulutlara çevirip,
daha sonra da dönen yıldız ve gezegenleri oluşturacak şekilde
sıkıştırarak, evrenin yapısını biçimlendiren şey de kütleçekimi idi. Uzaydan bakıldığında, Güneş, Ay ve Dünya 'nın kusursuz
çemberler olduğu görülür. Buna sebep olan şey de, yerçekimi(kütleçekimi) dir. Her biri,kütlesel çekimin etkisiyle, bütün
yönlerden eşit olarak içeri çökerek, birer küreye dönüşmüştür.
Atom çekirdeğini oluşturan temel parçacıklar proton ve nötronlardır. Ancak günümüzde atom çekirdeğin de pozitron, nötrino,
mezon vb. parçacığın bulunduğu bilinmektedir.
Atom çekirdeğinde yer alan parçacıklara genel olarak nükleonlar denir. Çekirdeğin yarıçapı çekirdekteki tanecik sayısına göre
değişir. Ortalama olarak çekirdek yarıçapı 10 12 cm kadardır. Çekirdeklerin özkütlesi 10 14 g/cm 3 tür. Bu 1 cm 3 lük hacimde 100
milyon ton kütle bulunduğu anlamına gelir. Atom çekirdeklerinin son derece küçük olduğunu olduğunu biliyoruz. Atom
çekirdeği çok küçük olduğuna göre, çekirdeği oluşturan proton ve nötronların çok sıkışık durumda olmaları gerekir. Protonlar;
aynı cins elektrikle yüklü ve aralarındaki uzaklık çok küçük olduğundan, Coulomb yasasına göre birbirlerini çok büyük
kuvvetlerle itiyor olmaları gerekir. Ayrıca çekirdekteki proton sayısı arttıkça, birbirlerine karşı uyguladıkları Coulomb itme
kuvvetleri artıyor olmalıdır. Bu durum çekirdekteki kararsızlığın nedenidir. Doğada bulunan kararsız atom çekirdekleri, fazla
miktarda enerji kapsar. Kararsız atom çekirdekleri, kararlı hale geçmek için bozunurlar ve bazı ışımalar yaparak daha kararlı
atom çekirdeklerine dönüşürler. Işte bu tür elementlere doğal radyoaktif elementler denir. Bu elementlerin kendiliklerinden
ışın yaydıkları gözlenmiştir. Yayılan ışınlar atomların çekirdeklerinden çıkar. Çekirdek çevresindeki elektronlarla ilgisi yoktur.
Radyoaktif bir elementin tüm bileşikleri de radyoaktif olur. Radyoaktif elementin yalnız başına ya da çeşitli bileşikler hali nde
bulunması, radyoaktiflik özelliğini etkilemez. Yani radyoaktiflik kimyasal yapıya bağlı değildir.
Örnek 1:
I.
XZ bileşiği radyoaktiftir.
II. XYZ bileşiği radyoaktiftir.
III. XQ ve YQ bileşiği radyoaktif değildir.
Buna göre, X, Y, Q ve Z elementlerinin radyoaktifliği için ne söylenebilir?
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 5
Örnek 2:
Uranyum radyoaktif bir elementtir. Uranyum elementi, hidroklorik asit içerisine atıldığında, uranyum klorür oluşurken hidrojen
gazı çıkışı olur. Bu olayla ilgili olarak aşağıdakilerden hangisi ya da hangileri doğrudur?
a) Olay kimyasal bir tepkimedir.
b) Oluşan bileşik radyoaktiftir.
c) Oluşan hidrojen gazı radyoaktif özellik göstermez.
d) Uranyum bileşikte kimyasal özelliklerini korumuştur.
Örnek:
Aşağıda üç tepkime verilmiştir:
I.
Uranyum  Radyum +  ve  - ışımaları
II. Uranyum + Oksijen  Uranyum oksit
III.Radyum + Hidroklorik asit  Radyum klorür + hidrojen
Bu tepkimelerden hangisi ya da hangileri çekirdek tepkimesidir?
Doğada bulunan çekirdeklerin gözlenmesinden bazı sonuçlar çıkarılabilir. Bunlara kısaca değinelim:
1. En basit çekirdek 1 protondan oluşan H çekirdeğidir. Proton sayısı ikiye çıkınca bun ların yanında nötronlarında
bulunduğunu görüyoruz. O halde protönların bir arada bulunabilmesinde nötronların bir görevi vardır.
2. Kalsiyuma (20Ca) kadar olan çekirdeklerde proton sayısı nötron sayısına ya eşit, ya da nötron sayısı proton
sayısından bir fazla oluyor. Kalsiyumdan sonraki çekirdeklerde nötron s ayısının proton sayısına göre giderek arttığı görülüyor.
Orneğin Ca çekirdeğinde (20 p + 20 n), Fe çekirdeğinde (26 p + 30 n), U çekirdeğinde (92 p +146 n) bulunur. Demek ki, P
sayısı arttıkça bunların bir arada durabilmesi için daha fazla nötrona gereksinim vardır.
3. 83’ten fazla proton bulunan çekirdeklerin tümü radyoaktiftir. Bunlar değiş meye uğrayarak sonunda 82 protonlu
çekirdeğe (kurşun) dönüşüyor. O halde çekirdekteki proton sayıs ı 83’ü geçerse çekirdek düzen tutmuyor.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 6
4.
12
6C
çekirdeği
kararlı
olduğu
14
14
halde, 6 C çekirdeği radyoaktiftir. 6 C
'te nötron sayısı, diğerindeki nötron
sayısından 2 fazladır. Demek
ki
nötronların fazla olması da çekirdeği
kararsız yapıyor.
nötronlarla
Kararlı çekirdekler
bombardıman
edilerek
çekirdeklerindeki nötron sayısı arttırılırsa
radyoaktif çekirdekler elde
Örneğin, kararlı
59
bombardımanı
ile
edilir.
Co çekirdeği nötron
radyoaktif
çekirdeğine dönüştürülür.
60
Co
60
Co kanser
tedavisinde kullanılmaktadır.
Buraya kadar söylediklerimizden şu
sonuç çıkar:
Bir çekirdeğin kararlı olabilmesi için
proton nötron sayısı arasında bir
denge olmalıdır. Çekirdekteki kararlılığı
belirleyen unsur, nötron sayısının proton
sayısına oranıdır. Kararlı çekirdeklerde
bu oran 1'e yakındır. Atom numarası 20
den küçük ve çift sayı olan element
atomlarında, genellikle proton sayısı ile
nötron sayısı eşit olur. Bunlar kararlı
çekirdeklerdir. Atom numarası 20 den
küçük olan kararsız çekirdekler de
vardır. Proton sayısı büyüdükçe, nötron
sayısı proton sayısından çok olur. Hatta
atom numarası 82 den büyük olan ağır
çekirdeklerde, nötron
sayısı, proton
sayısından daha da çok olur ve n/p oranı 1,5'a yaklaşır. Bu tür çekirdeklerde kararsızlık daha fazladır. Gerçekten de, atom
numarası 82 den büyük olan bütün atom çekirdekleri kararsız olup, radyoaktittir. Kararsız atom çekirdeklerinin büyük
çoğunluğu doğada bulunur. Bazıları da yapay olarak elde edilirler. Kararlı atom çekirdekleri, n/p oranına göre dar bir bölgede
bulunurlar. Bu bölgeye kararlılık kuşağı denir.Kararlılık kuşağı dışında kalan bütün atom çekirdekleri kararsızdır.
Atom çekirdeklerinin kararlılığının bir ölçüsü de bağlanma enerjisidir. Bu enerji, çekirdekteki nötron ve protonları birarada
tutan enerjidir.
Atom çekirdeğinde kararlılık ya da kararsızlıkla, proton-nötron sayıları arasındaki ilişki şöyle genellenebilir:
1.
Atom numarası 1-20 arasındaki atomların çekirdeklerinde proton sayısı  nötron sayısıdır.
2.
Atom numarası 20-83 arasındaki çekirdeklerde nötron sayısı proton sayısından fazladır.
3.
Atom numarası 84 ve daha büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsız olup radyoaktiftir.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 7
4.
Atom numarası veya nötron sayısı çift olan
atomların, atom numarası ve nötron sayısı tek
olan
atomlara göre, daha çok sayıda kararlı
izotopu vardır. Örneğin, atom numarası 18 olan
elementin üç kararlı izotopu, 19 olan elementin iki
kararlı izotopu, 20 olan elementin beş kararlı
izotopu ve 21 olan elementin bir kararlı izotopu;
nötron sayısı 18 olan çekirdeğin üç kararlı
izotopu, 20 nötronu olan çekirdeğin dört kararlı
izotopu varken, 19 nötronu ve 21 nötronu olan
çekirdeklerin kararlı izotopları yoktur.
5.
Atomların kararlılıkları, ya da kararsızlıkları
üzerine bazı gerçekler vardır. Henüz nedeni
bilinmemekle birlikte nötron sayısı ve proton
sayısı çift olan atom çekirdekleri daha kararlıdır.
Örneğin, proton sayısı ve nötron sayısı çift olan 157 tane kararlı izotop bulunmaktadır. Fakat proton ve nötron sayısı tek olupta
kararlı olan çekirdek sayısı, ancak 4 tanedir. 2, 8, 20, 50, 82, 126 tane proton veya nötron taşıyan çekirdekler en kararlı
çekirdeklerdir. Bu nedenle bu sayılara sihirli sayılar denir.
Bu sihirli sayıların varlığı, elektronların dizilişine benzer şekilde, çekirdek için
tabaka modelinin önerilmesine yol açmıştır. Çekirdekte, proton veya nötron
tabakaları sihirli sayılarda proton veya nötronlarla tamamlandığı zaman, çekirdek
kararlı bir yapıya ulaşmaktadır. Aşırı kararlı bir çekirdekte, tabakalar hem proton lar
hem de nötronlarla dolmuştur.
Kararsız atom çekirdekleri zamanla bozunurlar ve kararlılık kuşağı içinde bulunan
atom çekirdeklerine dönüşmeye çalışırlar. Bunun için  (alfa),  (beta),  (gama),
1
0n
(nötron), 

(pozitron)
gibi ışımalar yaparlar veya fisyon, füzyon gibi
değişmeler sonucu kararlı izotoplara ulaşmaya çalışırlar. Daha önce de
söylediğimiz gibi, doğada bulunan ve dışarıdan bir etki olmaksızın kendiliğinden
ışıma yaparak bozunan elementlere doğal radyoaktif elementler denir. Bunlardan başka yapay olarak elde edilen ve doğada
bulunmayan radyoaktif izotoplar da vardır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 8
Kararlılık kuşağı içinde yer alan bütün çekirdekler kararlıdır. Kuşağın dışında kalan çekirdekler kararsızdır yani radyoaktiftir.
Genel olarak n/p  1,5 olan çekirdekler kararlı ya da az kararlı, n/p> 1,5 olan çekirdekler kararsızdır. Bu elementlere ışıma
yapan anlamında radyoaktif elementler denir.
Radyoaktif elementlerin bazı genel özellikleri aşağıdaki gibidir:
1)
lşıma yaparak bozunurlar ve zamanla daha kararlı izotoplara dönüşürler.
2)
Radyoaktif izotopların bazıları n/p oranını küçülterek kararlı hale geçmeye çalışır. Bu tür radyoaktif e lementler   ışıması
yaparlar. Bazı radyoaktif element atomları ise n/p oranını artırarak kararlılık kuşağına ulaşırlar. Bunlar ise,  veya pozitron
ışıması yaparlar.
3)
Radyoaktif bir elementin bozunma hızı, sıcaklık ve basınç gibi çevre koşullarına bağ lı değildir. Bozunma hızı, radyoaktif
elementler için ayırdedici özelliktir.
4)
Radyoaktiflik, radyoaktif element atomlarının çekirdeklerinin özelliğidir.
5)
Kimyasal olaylar, bir elementin radyoaktif özelliğini etkilemez. Bu nedenle bir elementin oluşturd uğu bileşikler de
radyoaktif olur. Örneğin, saf Uranyum (U) elementi ile uranyumun herhangi bir bileşiğinin (UO, UCI2 USO4 gibi) radyoaktif
özelliği aynıdır.
6)
Radyoaktif elementlerin yaydığı ışınlar, gözle görülmezler. Bu ışınların b azı etkileri vardır. Örneğin, karanlık odadaki
fotoğraf filmini bozarlar.
7)
Radyoaktif bir maddenin birim zamanda yaydığı ışıma miktarı (fırlattığı tanecik sayısı), maddenin miktarına ve çekirdeğin
türüne (yarı ömrüne) bağlıdır.
8)
Doğal radyoaktif elementler bozunarak kararlı atom çekirdeklerine ulaşırken bazı radyoaktif seriler oluştururlar.
Üç tane doğal radyoaktif parçalanma serisi vardır. Bunların hepsinde  ve   ışınları yayılır.
A) Toryum (Th) serisi:
B) Uranyum (
C) Uranyum (
Mustafa Atalay
235
238
232
90 Th
U ) serisi:
U ) serisi:
208
izotopu ile başlar, 82 Pb izotopu ile sonlanır. 6, 4  ışıması olur.
235
92 U izotopu
238
92 U
207
ile başlar, 82 Pb izotopu ile sonlanır. 7, 4  ışıması olur.
206
izotopu ile başlar, 82 Pb izotopu ile sonlanır. 8, 6  ışıması olur.
mustafaatalay.wordpress.com
Page 9
Demek ki doğal radyoaktif elementler, sonuçta kararlı Pb izotoplarına dönüşürler. Oluşan
208
Pb,
207
Pb,
206
Pb izotoplarının
hepsi kararlı izotoplardır. Bütün doğal radyoaktif elementler, yuka rıda anlatılan üç doğal seriden birinde bulunur.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 10
ÇEKİRDEK TEPKİMELERİ
Kimyasal tepkimelerde atomların sayısı ve türü değişmemekte, atomlar farklı şekilde düzenlenerek yeni bileşikler
oluşturmaktadır.
Radyoaktif bir atom ise ışıma yaparken başka bir atoma dönüşmektedir. Buna göre, radyoaktiflik kimyasal bir olay değil, atom
çekirdeğinde olan değişmelerle ilgilidir.
Atom çekirdeğindeki değişiklik, bir elementin başka bir elemente dönüşmesine neden olur. Böyle tepkimelere çekirdek
tepkimeleri adı verilir.
Çekirdek tepkimelerinde yeni atomlar oluştuğundan, tepkime denklemleri , atom numaraları ve kütle numaraları yönünden
denkleşmiş olmalıdır.
Kimyasal Tepkimeler ve Çekirdek Tepkimelerinin Karşılaştırılması
Kimyasal Tepkimeler
Çekirdek Tepkimeleri
Atomlar bağların kopması ve oluşmasıyla yeniden
Element atomu ya başka bir element atomuna ya da kendi
düzenlenirler.
izotopuna dönüşür.
Atomlar arası bağların kopması ve yeniden oluşumunda
Atomu oluşturan proton, nötron, elektron ve diğer tanecikler
sadece elektronlar görev alır.
rol alabilir.
Tepkimeye giren atomların ayısı ve cinsi korunur.
Tepkimede atom sayısı ve cinsi değişebilir.
Kimyasal tepkimelerde kütle korunur.
Kütle korunmaz.
Tepkime hızı, sıcaklık, basınç, derişim ve katalizör gibi
Tepkime hızı dış etkilerden etkilenmez.
etkenlerle değişir.
Açığa çıkan veya soğurulan enerji miktarı küçüktür.
Açığa çıkan veya soğurulan enerji miktarı çok fazladır.
Aktifleşme enerjisine gereksinim vardır.
Doğal radyoaktif tepkimelerde aktifleşme enerjisine gerek
yoktur.
RADYOAKTĠF BOZUNMA TÜRLERĠ
Bir çekirdekte, proton - nötron dengesi yoksa, çekirdek dengeyi sağlamak için bir
takım ışımalar yapar. Işıma sonunda çekirdekteki proton ve nötronların ikisi birden
azaldığı gibi, biri azalırken diğeri artar.
4
1) Alfa bozunması (alfa ıĢıması): Alfa () taneciği, +2 yüklü 2 He atomudur. Alfa
4
bozunmasında, bozunmaya uğrayan radyoaktif izotop, 2 He tanecikleri fırlatır. Alfa
ışımasını genellikle atom numarası 83 ten büyük olan çekirdekler yapar.
4
Bir 2 He taneciğinde 2 tane proton ve 2 tane nötron vardır. Buna göre 1 tane 
ışıması yapan radyoizotopun nötron sayısı ve proton sayısı 2 şer azalır.Böylece kütle
numarası 4, atom numarası 2 azalmış olur. Yani her  ışıması yapan atom
çekirdeğinin kütle numarası(A) 4 azalır, atom numarası(Z) 2 azalır.  ışımasını
234
92 U

230
90 Th
+
4
2 He
ya da
234
92 U

230
90 Th
+ 
şeklinde
gösterebiliriz.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 11
Örnek:
Aşağıda verilen radyoaktif bozunma denklemlerini tamamlayınız.
A)
210
84 Po
un  bozunması
B)
220
86 Rn
un  bozunması
C)
234
92 U
un 4 bozunması
Örnek:
226
88 Ra
2)
izotopu 2 ışıması yaparsa, oluşan elementin atom ve kütle numarası ne olur?
Beta bozunması (beta ıĢıması): Beta taneciği, kütlesi sıfır kabul edilen 1 yüklü
0
taneciktir. Beta taneciğinin gerçek kütlesi, elektronun kütlesine eşittir. Beta,   veya 1 e
1
1
şeklinde gösterilir. 1 tane   ışıması yapan atom çekirdeğinde, 1 nötron, 0 n  1 p +
0
1 e
0
şeklinde parçalanarak 1 proton ile 1 elektrona dönüşür. 1 e , beta ışıması olarak
fırlatılır. Proton ise, atomun çekirdek yükünü 1 artırır. Buna göre, 1 tane   ışıması
yapan elementin kütle numarası değişmez, atom numarası 1 artar. Yani 1   ışıması
yapan atomun nötron sayısı 1 azalır, proton sayısı 1 artar.   ışıması, radyoaktif
parçalanmanın en çok görülen yollarından biridir. Beta ışıması yapan bir izotop n /p
oranını küçülterek kararlılık kuşağı içindeki bir izotopa ulaşmaya çalışır.
225
225
Örneğin, 88 Ra , beta bozunmasına uğradığında 89 Ac elementine dönüşür. Bu olayın
denklemi,
225
88 Ra

225
89 Ac
+ 
ya da
225
88 Ra

225
89 Ac
0
+ 1 e
biçiminde yazılır.
Burada da görüldüğü gibi,   ışıması yapan radyoaktif bir izotopun atom numarası 1
artmakta, kütle numarası değişmemektedir.
Örnek:
Aşağıda verilen radyoaktif bozunmaların denklemlerini yazınız.
A)
234
90 Th
B)
214
83 Bi
C)
226
88 Ra
un   bozunması
un   bozunması
un 3 ve 2  bozunması
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 12
3) pozitron ıĢıması: Pozitron, kütlesi elektrona eşit fakat yükü (+) olan bir taneciktir.
0
0
Yükü +1 dir. Yani   ( 1 e ) taneciğinin ters işaretlisidir.Pozitron,   veya 1 e
1
şeklinde simgelenir. Pozitron ışıması yapan atomun çekirdeğindeki bir proton, 1 p

1
0n
0
+ 1 e tepkimesine göre, nötron ile pozitif yüklü bir elektrona (pozitron)
dönüşür. Böylece atomun çekirdeğindeki proton sayısı 1 azalır, nötron sayısı 1
artar. Pozitron ışıması yapan bir radyoaktif izotop, n/p oranını artırarak kararlı bir
izotopa dönüşmeye çalışır. Bir tane pozitron ışıması yapan atomun kütle numarası
değişmez, atom num arası bir azalır.
Örnek:
7
A) 4 Be un pozitron bozunması
54
B) 27 Co ın pozitron bozunması
19
C) 10 Ne un pozitron bozunması
4)
Elektron yakalaması:Bu tür bozunmalarda, kararsız bir atom çekirdeği, kendinin 1s
yörüngesinden (K kabuğundan) bir elektronunu çekerek, çekirdeğindeki bir proton ile
birleştirir ve
1
1p
1
0n
0
+ 1 e
tepkimesine göre bir nötrona dönüştürür. Böylece atomun proton sayısı 1 azalır, nötron
sayısı 1 artar. Çekirdek, K yörüngesindeki bir elektronu aldığı için, buna K yakalaması da
denir. K yakalaması sonucu elementin kütle numarası değiĢmez, atom numarası bir
azalır.
Örnek:
Aşağıdaki radyoaktif bozunmaların denklemlerini yazınız.
40
A) 19 K un elektron yakalaması
B)
177
73 Ta
un elektron yakalaması
68
C) 32 Ge un elektron yakalaması
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 13
5)
Gama ıĢıması (): Gama kısa dalga boylu elektromagnetik ışımadır. Gama ışınları
yüksüz, kütlesiz fotonlardır. Çekirdek tepkimelerinde, uyarılmış duruma gelen atom
çekirdekleri, fazla enerjilerini  ışını şeklinde yayarak kararlı duruma geçerler. Gama
ışıması yapan çekirdeğin kütle numarası ve atom numarası değişmez.
Örnek:
Aşağıdaki radyoaktif bozunmaların denklemlerini yazınız.
A)
214
84 Po
un 2, 2  ve 1 ışıması yapması
B)
230
90 Th
un 4, 1  ve 3 ışıması yapması
     IġINLARININ ÖZELLĠKLERĠ:
Doğal radyoaktif bozunmalarda oluşan en önemli ışımalar,   ve  ışımalarıdır.
 ışınlarının dalga boyları büyük, hızları azdır. Hızları yaklaşık olarak, ışık hızının onda
biri kadardır. Başka maddelerden geçicilikleri azdır. Örneğin, bir karton kağıdı
geçemezler.
 ışınlarının hızları, ışık hızına yakındır. Dalga boyları daha kısadır. Geçicilikleri daha
fazladır.
 ışınlarının, hızları çok büyük, dalga boyları çok küçük elektromanyetik dalgalardır. Çok girgin (geçici) ışınlardır.
 ışınları pozitif yüklü,  ışınları negatif yüklü,  ışınları ise yüksüz taneciklerdir. Bu nedenle 
ve  ışınları elektrik ve magnetik alandan geçirilince sapma gösterirler;  ışınları sapmadan
geçerler.
Örnek:
Aşağıdaki radyoaktif bozunma denklemlerini tamamlayınız.
A)
211
0
82 Pb 1 e
B)
220
4
86 Rn 2 He
C)
elektron yakalaması
177
 ?
73Ta 
D)
146
0
56 Ba 1 e  ?
58
?
?
0
E) 29 Cu 1 e  ?
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 14
F)
elektron yakalaması
68
 ?
32 Ge 
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 15
YAPAY RADYOAKTĠFLĠK
Çekirdek Dönüşümü(Çekirdek Transmutasyonu):
Radyoaktif olmayan kararlı çekirdekler, dış etki ile kararsız hale getirilebilir. Örneğin
14
N çekirdekleri kararlıdır. 1915 yılında
4
Rutherford azotla doldurduğu bir tüp içerisinden  tanecikleri ( 2 He ) geçirip kararlı azot atomlarını bombardıman etti. Tüpteki
gaz analiz edildiğinde, radyoaktif
17
O izotoplarının oluştuğunu gözlemledi. Bu olay, bir elementin başka bir elemente
dönüştürüldüğü ilk yapay çekirdek tepkimesi olarak tarihe geçti. Bir elementin başka bir elemente dönüştürüldüğü bu tür
olaylara çekirdek dönüşümü ya da transmutasyon denir.
14
7N
4
+ 2 He
17
8O
+
Rutherford'un çalışmalarından sonra 1933 yılında Irene Joliot-Curie(Marie Curie'nin kızı), ve eşi Frederic Joliot, alfa
tanecikleriyle aluminyumu bombardıman ederek nötronlar ve pozitronlardan oluşan iki çeşit parçacığın yayınlandığını
gözlemlediler. Curie ve eşi, alfa tanecikleri ile bombardıman durdurulduğunda nötron yayınlanmasının durduğunu ama
pozitron yayınlamasının devam ettiğini de gözlemlediler. Aluminyum çekirdeğinin bom bardımanı sonucu
atomu da pozitronlar yayınlayıp radyoaktif bozunmaya uğrar ve
oluşur. Oluşan
atomuna dönüşür.
Böylece bir element başka bir elemente dönüşmüş olur. Bu tür tepkimelere yapay çekirdek tepkimeleri denir. Tepkimelerde
atom ve kütle numaralarının toplamının girenler ve ürünlerde eşit olduğu görülür.
Aşağıda verilen benzer çekirdek tepkimelerinde, yeni elementler ile birlikte nötron,  tanesi ve  ışınları oluştuğu
görülmektedir.
9
4
12
1
4 Be 2 He 6 C 0 n
27
1
24
4
13 Al 0 n 11 Na 2 He
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 16
12
1
13
6 C 1H 7 N 

Azot elementinin alfa bombardımanı sonucunda oksijen izotopuna transmutasyonu aşağıdaki şekilde gerçekleşir.
Doğada bulunmayan bazı izotopların yapay çekirdek tepkimeleri ile elde edilmesi örnekleri aşağıda verilmiştir.
Tellür-130 izotopunun nötronla bombardımanı sonucu tellür-131 oluşur. Tellür-131'in de beta ışıması sonucunda iyot-131 elde
edilir. iyot-131, tıp alanında yaygın kullanımı olan izotoplardan biridir.
Talyum-203 izotopunun protonlarla bombardımanı sonucu kurşun-201 radyoizotopu elde edilir. Kararsız Pb-201 izotopu da
pozitron ışıması yaparak Tl-201 radyoizotopuna dönüşür. Bundan da tıp alanında yararlanılır.
Teknetyum-99, nükleer tıpta tanı ve tedavi amacıyla kullanılan radyoizotoplardan birisidir. Teknetyumun atom numarası 43
olmasına rağmen bütün izotopları radyoaktiftir. Teknetyum izotopu
(
Kobalt-60, doğal halde bulunan ve radyoaktif olmayan
izotopundan elde edilir.
) izotopu yarı kararlı yapıdadır.
çekirdeğinin nötronla bombardıman edilmesi sonucu elde edilir.
Yukarıda denklemi verilen transmutasyon denkleminin basit yazılımı,
(
)
şeklindedir. Genel olarak transmutasyon denklemleri hedef atom(gelen parçacık, fırlatılan parçacık)ürün şeklinde yazılır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 17
Örnek:
transmutasyon denkleminin kısa
gösterimi
şeklinde olur. Parantez içerisindeki 'd' dötoryum
(d, 2n)
izotopunu, 'n' nötronu göstermektedir.
Transmutasyonda yeni elementler ve bilinen elementlerin izotopları elde edilir.
Atom çekirdeğine gönderilen parçacığın hızı yeteri kadar yüksek olduğunda,
aynı yükler arasındaki elektriksel itme kuvvetleri yenilir ve parçacıkla çekirdek
bombardımanı gerçekleştirilmiş olur.
BÖLÜNME VE KAYNAġMA TEPKĠMELERĠ
Güneşin nükleer reaktörlerin ve atom bombasının ortaya çıkardığı enerjinin
kaynağı radyoaktif çekirdeklerin bölünerek veya kaynaşarak daha kararlı hale
gelmeye çalışmasıdır. Çekirdeklerin bölünmesi veya kaynaşması sırasında çekirdeklerde bulunan enerji açığa çıkar. Açığa
çıkan bu enerji nükleer enerji olarak adlandırılır. Nükleer enerji fizyon ve füzyon tepkimeleri sonucu elde edilir.
Bölünme (Fisyon) Tepkimeleri
Büyük ve kararlılığı az çekirdekler, kararlı çekirdeklere bölünüyorsa, bu olaya bölünme (fizyon) tep kimesi denir. Büyük atom
çekirdeklerinin bölünerek daha kararlı çekirdekler
oluşturması olayında, büyük miktarlarda enerji
açığa
çıkar.
Atom
bombalarında
bölünme
tepkimesi olur. Bu tepkimelerde büyük atom
çekirdekleri, nötronlarla bombardıman edilir ve
çekirdek ikiye bölünür.
Tepkimede oluşan yeni nötronlar diğer uranyum
çekirdeklerini etkiler ve böylece hızı gittikçe artan
bir tepkime oluşur. Böyle tepkimelere
zincir tepkimesi denir.
U-235
izotopunun
bombardımanıyla
nötron
oluşan bir başka
fizyon zincir tepkimesi de aşağıdaki
gibidir.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 18
Çok kısa sürede büyük hızlara ulaşan zincir
tepkimesi sonucunda açığa çıkan enerjinin
yıkma
gücü
bölünme
çok yüksektir. Bu
tepkimeleri, atom
yapımında
kullanılmıştır.
nedenle
bombalarının
Nükleer
enerji
santrallerinde de aynı tür tepkimeler olur.
Santralde kullanılan radyoaktif maddenin içine
nötron yutucular karıştırılarak tepkimenin hızı
kontrol edilir. Nükleer reaktörlerde bölünme
tepkimesinin hızı düşürülerek, açığa çıkan
enerjinin elektrik üretimi gibi yararlı amaçlarla
kullanılması sağlanır.
Füzyon tepkimelerinde açığa çıkan enerji çok
büyüktür.
Bir
zincir
enerjinin
kontrol
tepkimede,
salınan
edilmemesi durumunda
patlama gerçekleşir. Atom bombas ının temeli
burada
böyledir.
Kontrollü
gerçekleşebilmesi için
bölünmenin
235
U izotopunun kritik
kütleye ulaşması gerekir. Kritik kütle zincir
tepkimesini sürdürmeye yeterli nötronu verebilecek
235
U kütlesidir.
Atom bombasında açığa çıkan enerji kontrolsüz zincir tepkimesi sonucunda oluşur. Nükleer reaktörlerde fizyon tepkimeleri ile
elde edilen enerji ise kontrollü zincir tepkimeleri sonunda ortaya çıkar. Bu amaçla kullanılan basınçlı su reaktörü modeli
şekildeki gibidir. Bu reaktörlerde kontrol çubuklarının ve basınçlı suyun moderatörlüğünde fizyon tepkimesinin kontrolü
sağlanır. Reaktörde yakıt olarak kullanılan zenginleştirilmiş uranyum genellikle kadmiyumdan yapılmış moderatör(kontrol
çubukları) içinde basınçlı suda 70 ila 150 atm basınç altında asılı du rumda bulunulur. Fizyonla açığa çıkan enerji, basınçlı su
reaktöründeki suyu yaklaşık 300 oC sıcaklığa kadar ısıtır.
Bu
sıcaklıktaki
su,
borularla
ısı
değiştirici olarak adlandırılan bölümde
soğuk su ile temas ederek ısısını
soğuk suya aktarır ve soğuk suyun
buhara dönüşmesini sağlar. Oluşan
yüksek
basınçlı
buhar,
elektrik
üreteçlerini hareket ettiren türbinlere
gönderilir, türbinlerin döndürülmesini
sağlar ve böylece elektrik üretilmiş
olur.
Ancak
bu
tip
reaktörlerde
uranyumun zenginleştirilmiş olması
gerekir. Yani doğadaki uranyum, içinde
%0,7 oranında bulunan ve kolayca
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 19
parçalanabilen uranyum -235 izotopunun oranının %3'lere zenginleştirilmesi gerekir. Bu arada geri kalan %97 oranındaki kolay
parçalanamayan uranyum -238 izotopu da nötron darbeleriyle ve birtakım geçişlerle kolayca parçalanabilen bir izotop olan
plutonyum-239'a dönüştürülür.
Nükleer reaktörler, sadece enerjinin üretildiği birimler değildir. Birçok alanda kullanılan radyoizotopların büyük bir kısmı nükleer
rektörlerde üretilir.
Nükleer enerji santrallerinin kurulması, işletilmesi ve nükleer tepkimeler sonucu oluşan radyoaktif ürünlerin saklanması diğer
santral çeşitlerine göre daha maliyetlidir. Nükleer santrallerin en önemli dezavantajlarından birisi çevreye ve canlılara
verebileceği olası tehlikelerdir. Nükleer reaktörlerde oluşan ve kullanılamayan radyoaktif izotopların oldukça zararlı olmasıdır.
Bu nedenle bu atıkların uygun yöntemlerle zırhlanarak korunaklı yerlerde saklanması gereklidir. Bu da maliyeti artıran
unsurlardan biridir.
Fakat nükleer atıklar sanayi atıkları gibi çevrede olduğu gibi kalmaz. Örneğin, sanayi atıklarından olan kurşun, cıva ve siyanür
gibi maddeler doğada oldukları gibi bozunmadan kalır ve canlı yaşamını tehdit eder. Radyoaktif atıkların etkisi ise zamanla
azalır. Bu da radyoaktif izotopların yarı ömürleri ile ilgilidir.
Radyoaktif İzotoplar ve Yarı Ömür
Radyoaktif bir izotopun başlangıçtaki miktarının yarısının bozunması için geçen süreye yarılanma süresi veya yarı ömür denir
ve t1/2 ile gösterilir.
Yarılanma süresi her element için karakteristiktir. Yarılanma süresi, saniyenin milyonda biri gibi çok kısa olan izotoplar ol duğu
gibi milyonlarca yıl olan izotoplar da vardır. Bununla birlikte aynı elementin farklı iki izotopunun yarılanma süreleri de
farklıdır.
Nükleer santrallerde kullanılan uranyumun ışıma serilerinde oluşan radyoizotoplarının da yarı ömürleri farklıdır. Çok kısa
ömürlü olanları olduğu gibi çok uzun ömürlü olanları da vardır. Nükleer reaktör atıklarının önemli bir kısmını oluşturan Sr -90
ve Cs-137 izotoplarının ömürleri oldukça uzundur. Bir radyoaktif maddenin özelliğini kaybetmiş olabilmesi için yaklaşık 10 yarı
ömür
geçirmiş
olması
gerekir. Bu durumda yarı
ömrü 28 yıl olan Cs -137
izotopunun
etkinliğini
kaybetmesi için yaklaşık
280 yıl, yarı ömrü 30 yıl
olan Sr - 137 izotopunun
etkinliğini kaybetmesi için
yaklaşık 300 yıl saklanması
gereklidir. Yarı ömrü 24000
yıl olan plutonyumun ise
yaklaşık
240000
yıl
saklanması gereklidir.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 20
KaynaĢma (Füzyon) Tepkimeleri
Küçük ve kararlılığı az olan çekirdeklerin, birleşerek kararlı büyük çekirdekler oluşturmasına, kaynaşma (füzyon) denir.
12
C
çekirdekleri  ışınları ile bombardıman edilirse,
12
6C
4
+ 2 He

16
8O
+ Enerji
Füzyon tepkimeleri çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen tepkimeler olduğundan termonükleer tepkimeler olarak da
adlandırılırlar. Kaynaşma tepkimelerinde açığa çıkan enerji, bölünme tepkimelerine göre çok daha büyüktür. Hidrojen
bombasındaki tepkime, bir kaynaşma tepkimesidir. Bu tepkimede, hidrojen
çekirdekleri kaynaşarak helyum çekirdeklerini oluşturur. Kaynaşma tepkimeleri
çok yüksek sıcaklıklarda (bir milyon derecenin üstü) gerçekleşir. Örneğin
hidrojen bombası füzyona dayanır ve patlatılması için fizyon temelli bir
bombanın kullanılması gerekir. Bu nedenle hidrojen bombasındaki çekirdek
tepkimesinin gerçekleştirilebilmesi için atom bombası kullanılır. Hidrojen
bombasının patlatılması için atom bombası bir çakmak görevi görür. Bunun için
bir fizyon bombası,
ve
(dötoryum) ile hazırlanan bir madde ile sarılır ve
fizyon sonucu oluşan nötronlar,
ile tepkimeye girerek füzyon için gerekli
(trityum) oluşturulur.
Oluşan trityum, dötoryum ile aşağıdaki tepkimede gösterildiği gibi kaynaşır.
Atık depolama sorunları ve kaza riski taşıyan fizyona karşın bu sorunları
taşımayan füzyon tepkimelerinde daha fazla miktarda enerji açığa çıkar. Füzyon
tepkimesinde, bu tepkimeyi başlatan fizyonda açığa çıkan zararlı radyoaktif
izotoplar haricinde başka zararlı radyoaktif izotop ortaya çıkmaz.
Kaynaşma tepkimesi, hidrojen bombasında oldukça kolay gerçekleştirilmesine
karşın bunun bir enerji santralinde denetimli olarak gerçekleştirilmesi hiç de
kolay değildir. Eğer füzyon tepkimesi kontrol altına alınabilirse sonsuz bir enerji
kaynağı elde edilir.
Füzyonun,fizyona göre birtakım üstünlükleri vardır. Bunlar:

Enerji kaynağı olarak fizyona göre yakıtının bol ve oldukça ucuz
olması(dötoryum okyanuslardan elde edilebilir),

Birim yakıt kütlesi başına daha çok enerji açığa çıkarması,

Radyoaktif ürünler oluşturmaması şeklinde sıralanabilir.
Güneş enerjisinin çoğunluğunu oluşturan füzyonun gerçekleşmesi Güneş'teki
yüksek sıcaklık dolayısıyla kolaydır. Bilim insanları, aynı koşulları Dünya
üzerinde oluşturmak ve füzyon enerjisinden yararlanmak için araştırmalar yapmaktadırlar.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 21
Güneşin enerjisinin bir bölümü füzyon ile hidrojen çekirdeğinin helyum çekirdeğine dönüşmesi ile sağlanır. Füzyonun
gerçekleşebilmesi için dötoryum ve trityum çekirdeklerinin birbirlerine çok fazla yaklaştırılabilmeleri gerekir. Atom çekirde kleri
birbirlerini ittiklerinden, bu yaklaşmanın olabilmesi için çekirdeklerin yüksek basınç altında yüksek enerjilere sahip olmaları
gerekir. Füzyon tepkimeleri, çekirdeklerin kinetik enerjilerinin itmeyi yenebilecek kadar fazla olduğu yaklaşık 2000000 K gib i
yüksek sıcaklıklarda yürür. Bu sıcaklıkta tamamen plazma haline gelen
ve
çekirdekleri birleşerek
çekirdeğine
dönüşür.
Güneşte sürekli olarak kaynaşma oluştuğu ve açığa çıkan enerjinin uzaya yayıldığı kabul edilmektedir.
MADDE VE ENERJĠ
Yapılan deney ve gözlemler, kütlenin enerjiye, enerjinin de kütleye dönüşebildiğini göstermektedir. Günümüzde kütle yerine
enerjinin korunduğuna inanılmaktadır. Kütlenin Korunumu Yasasının geniş anlam daki tanımı, Enerjinin Korunumu Yasası adı
altında şu şekilde belirtilebilir: Evrende enerji sabittir, enerji kütleye, kütle de enerjiye dönüşebilir.
Kütlesi olan her şey maddedir demiştik. Madde enerjinin yoğun halidir diye de tanımlanır. Böylelikle madde enerji ikilemi
ortadan kalkar. Madde enerji ilişkisi, E=mc2 eşitliği ile verilir. Burada E enerji, m kütle, c de ışık hızıdır.
Fiziksel ve kimyasal olaylarda kütle korunduğu halde, büyük enerji değişimi nedeniyle çekirdek tepkimelerinde kütle korunmaz.
Azalan kütle enerjiye dönüşür. Bu nedenle nükleer enerji santrallerinde büyük miktarlar da enerji elde edilebilir.
BAĞLANMA ENERJĠSĠ
Bir atomdaki protonlara ve nötronlara, nükleon denildiği daha önce belirtilmişti. Bir atomu oluşturan nükleonların serbest
haldeki kütleleri toplamı, çekirdek içindeki kütleleri toplamından çoktur. Yani protonlar ile nötronlar, bir çekirdeği oluştu rmak
üzere biraraya geldiklerinde bir kütle kaybı olur. Bu kütle, enerjiye dönüşür. Işte bu enerjiye, bağlanma enerjisi denir.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 22
Bu enerji çekirdekteki nükleonların toplamına bölündüğünde, 1 nükleon başına düşen bağlanma enerjisi bulunur. İşte bu
enerjinin büyüklüğü, atom çekirdeğinin kararlılığının bir ölçüsüdür. Bir atomdaki nükleon başına düşen bağlanma enerjisi ne
kadar büyük ise, bu atom o kadar çok kararlı olur. Şimdi 11
5 B atomunu örnek alarak, bağlanma enerjisini hesaplayalım.
11
5B
elementinde proton sayısı 5, nötron sayısı 6’dır.
Protonların (p) gerçek kütlesi = 1,6726 x 10-24 gram
nötronların (n) gerçek kütlesi = 1,6748 x 10-24 gram
Protonların kütlesi = 5 x 1,6726 x 10-24 = 8,363 x 10 -24gram
Nötronların kütlesi = 6 x 1,6748 x 10
Toplam =18,4118x10
-24
-24
= 10,0488 x 10
-24
gram
gram
-24
Bu sonuca göre, 11
gram olması gerekir.
5 B atomunun gerçek kütlesinin 18,41x10
-24
Oysaki 11
5 B atomunun gerçek kütlesi 17,9585 x 10 gram
Fark kütle = 18,4118 x 10
-24
— 17,9585 x 10
-24
Fark kütle = 0,4533 x 10-24gram
0,4533 x 10 -24 g = 4,533 x 10-28 kg
İşte bu fark kütle, bağlanma enerjisine dönüşen kütle olmalıdır.
E = mc2 bağıntısından fark kütlenin, enerji olarak değeri hesaplanabilir.
E = Enerji (J)
m = Kütle (kg)
8
c =Işık hızı (3x 10 m/s)
E = 4,533 10 -28 x (3 x 10 8)2
E = 4,0797 x 10 -11 J
Yukarıda hesaplanan 4,0797 x 10
bakıma
11
5B
-11
J’lük enerji, 11
5 B atomunda nükleonları bir arada tutan bağlanma enerjisidir. Bu enerji, bir
atomu çekirdeğinin parçalanabilmesi için
gereken enerji miktarıdır.
YARILANMA SÜRESĠ
Radyoaktif bir elementin her hangi bir andaki kütlesinin veya
atom sayısının yarısının bozunması için geçen süreye o
elementin yarılanma süresi veya yarı ömrü denir. Yarıömür,
t1/2 simgesi ile gösterilebilir.
Yarılanma süresi, yalnızca çekirdeğin türüne bağlıdır. İzotop
atomlarda bile, çekirdekteki tanecik sayıları farklı olduğu için,
yarılanma süreleri farklı olmaktadır. Bir radyoaktif maddenin
birim zamanda ne kadar ışıma yapacağı (bozunma hızı),
1.
radyoaktif maddenin türüne ve kütlesinin büyük ya da
küçük olmasına bağlıdır.
2.
ışıma süresi ile doğru orantılıdır.
3.
radyoaktif maddeye olan uzaklığın karesiyle ters
orantılıdır.
Örnek:
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 23
Yarılanma süresi 3 dakika olan 16 gram kütlesindeki bir radyoaktif maddenin 9 dakika sonra kaç gramı bozunmadan kalır?
Örnek:
Bir radyoaktif maddenin % 93,75 inin bozunması için 20 dakika geçmiştir. Buna göre yarılanma süresi kaç dakikadır?
Örnek:
Yarılanma süresi 4 gün olan radyoaktif elementin 8. gün sonunda yüzde kaçı bozunmadan kalır?
IġIMA MĠKTARININ ÖLÇÜLMESĠ
Radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınların miktarı sayıcı denilen cihazlarla ölçülür. Bunlar bir saniyede bozunan çekirdek
miktarını sayarlar. Bunların en yaygını Geiger sayıcılarıdır.
Işıma birimi olarak Curie (Ci) ve Becquerel kullanılmaktadır. 1 curie lik ışıma (radyas yon), 3,7 x 10 10 bozunma/saniye olarak
tanımlanır. Becquerel, 1 /Ci dir.
Benzer şekilde tüm atomların çekirdek bağlanma enerjileri hesaplanabilir.
Örnek:
Aşağıdaki tepkimelerden hangileri doğal çekirdek tepkimesidir?
a)
7
0
7
4 Be 1e 3 Li
b)
14
1
15
7 N 1 p 8 O
c)
27
1
24
4
13 Al 0 n 11 Na 2 He
d)
108
1
109
48 Cd 0 n 48 Cd 
e)
9
2
10
1
4 Be 1H 5 B 0 n
f)
234
230
4
92 U 90Th 2 He
g)
213
4
216
83 Bi 2 He 85 At
h)
23
1
24
11Na 0 n 11 Na
i)
411 H 42 He 2 01 e
j)
11
0
11
6 C 1 e 5 B
Mustafa Atalay


mustafaatalay.wordpress.com
Page 24
k)
27
27
0
14 Si 13 Al 1e
l)
226
222
4
88 Ra 86 Rn 2 He
m)
40
4
43
1
18 Ar  2 He 20 Ca 0 n
n)
24
24
0
11Na 12 Mg 1e
Örnek:
Bir radyoaktif izotop 3, 2  ışıması yaptığında oluşan çekirdeğin proton ve nötron sayısı için ne söylenebilir?
Örnek:
235
92 U
207
izotopu hangi ışımalar sonucunda 82 Pb izotopuna dönüşebilir?
Örnek:
2A grubunda bulunan bir elementin radyoaktif izotopu 2  ve 3  ışıması yapıyor. Oluşan X atomunun periyodik cetveldeki
grubu ne olur?
Örnek:
Yarı ömrü 25 yıl olan X atomundan alınan 32 gramlık bir örnekten, 75 yıl sonra kaç gramı bozunmadan kalır?
Örnek:
Yarılanma süresi 4 dakika olan bir radyoaktif izotopun 3,2x10 23 atomundan 3,0x10 23 tanesinin bozunması için geçen süre kaç
dakikadır?
Örnek:
Yarılanma süresi 2 saat olan radyoaktif bir izotopun 8 saat sonra 5 gramı bozunmadan kaldığına göre, başlangıçta izotoptan
kaç gram alınmıştır?
Örnek:
Yarılanma süresi 6 s aat olan radyoaktif bir izotopun 18. ve 30. saatler arasında 375 gramı bozunduğuna göre, bu izotoptan
başlangıçta kaç gram alınmıştır?
Örnek:
X radyoaktif izotopunun yarılanma süresi 4 dakika, Y radyoaktif izotopunun yarılanma süresi ise 3 dakikadır. X ve Y
maddelerinden eşit kütlelerde içeren bir karışımın 12. dakika sonunda kütleleri oranı (m x/m y) kaç olur?
Örnek:
238
1
92 U 0 n
X
X  Y 01e
Y  Z 01e
Yukarıdaki olaylarda oluşan X, Y, Z çekirdeklerindeki proton ve nötron sayıları hakkında neler söylenebilir?
Örnek:
218
84 Po
210
taneciği bir dizi ışıma sonucunda 82 Pb taneciğine dönüşüyor. Buna göre radyoaktif çekirdek kaç  ve kaç   ışıması
yapmıştır?
Örnek:
ABC, AD, BD, BC, CE, BE bileşiklerinden yalnız 3 tanesi radyoaktiftir. Buna göre elementlerden hangisi radyoaktiftir?
Örnek:
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 25
226
88 Ra  X
 3 çekirdek tepkimesinin yarı ömrü 1622 yıldır. Bu maddenin 45,2 gramından, 3244 yıl sonra kaç gram X elde
edilir?
Örnek:
Radyoaktif özellik gösteren bir alkali metal izotopu 2,2

ışıması yaptığında oluşan element periyodik cetvelin hangi
grubunda olur?
Örnek:
Bir radyoaktif maddenin 16 gramından 1 gramının kalması sırasında 20 gün geçiyor. Bu radyoaktif mad denin başlangıç
miktarının %87,5'inin bozunması için kaç gün geçmelidir?
Örnek:
Yarılanma süresi 40 gün olan 210X radyoaktif izotopu bir  ışıması yaparak kararlı hale geliyor. 120 gün sonra 2,8 gram  elde
etmek için başlangıçta kaç gram X elementi alınmalıdır?
Örnek:
Kapalı kurşun duvarlı bir kaba 8 mol radyoaktif X elementi konuluyor. 24 gün sonra,
X  Y 224 He
bozunması sonucunda kapta 14 mol helyum gazı oluşuyor. Buna göre X elementinin yarılanma süresi kaçtır?
Örnek:
208
6, 4 - ışıması yaptığında 82 Pb izotopuna dönüşen atomun atom numarası ve kütle numaras ı kaçtır?
Örnek:
230
90 Th
210
izotopu hangi ışımalar sonucunda 82 Pb izotopuna dönüşür?
Örnek:
230
90 Th
radyoaktif element izotopu,
230
222
90 Th 86 Rn
 2
tepkimesine göre bozunuyor.
mol  ışıması yapılabilmesi için
230
90 Th
230
90 Th
izotopunun yarılanma süresi n gün olduğuna göre, 2n günde 0,3
izotopunun başlangıç kütlesi kaç gram olmalıdır?
Örnek:
Radyoaktif X ve Y elementlerinin yarılanma süreleri sırasıyla 5 ve 10 gündür. X ve Y elementlerinden eşit kütleler alınarak b ir
kaba konuluyor. 20 gün sonra kaptaki Y kütlesi 80 gram olduğuna göre, başlangıçta kaba kaç gram X konulm uştur?
Örnek:
Radyoaktif X ve Y elementlerinin yarılanma süreleri sırasıyla 3 ve 6 gündür. X ve Y elementlerinden eşit kütleler alınarak bi r
kaba konuluyor. 12 gün sonra kaptaki Y kütlesi 4 gram olduğuna göre, bozunan X kütlesinin, bozunan Y kütlesine oran ı kaç
olur?
Örnek:
226
0
Ra izotopunun yarılanma süresi 1590 yıldır. 0 C sıcaklıkta 11,2 litrelik bir kaba 1 mol
226
222
4
88 Ra  86 Rn  2 He
226
Ra konuluyor. 3180 yıl sonra,
denklemine göre gerçekleşen bozunma sonucunda, kaptaki basınç kaç atmosfer olur?
Örnek:
X ve Y radyoaktif elementlerinden oluşan bir karışım 120 gramdır. X ve Y elementlerinin yarılanma süreleri sırasıyla 2 gün ve 4
gündür. 8 gün sonra karışımın kalan kütlesi 15 gram olduğuna göre, başlangıç karışımının kaç gramı Y elementidir?
Örnek:
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 26
X ve Y radyoaktif elementlerinden oluşan bir karışım 200 gramdır. X ve Y elementlerinin yarılanma süreleri sırasıyla 3 gün ve 4
gündür. 12 gün sonra karışımın kalan kütlesi 15 gram olduğuna göre, b aşlangıç karışımının kaç gramı X elementidir?
Örnek:
Yarılanma süresi 8 saat olan radyoaktif bir elementin 16. ve 32. saatler arasında 30 gramı bozunmaktadır. Buna göre
elementin başlangıçtaki kütlesi kaç gramdır?
Örnek:
Yarılanma süresi 5 gün olan radyoaktif bir elementin 15. ve 30. saatler arasında 17,5 gramı bozunmak tadır. Buna göre
elementin 30 saat sonunda kalan kütlesinin, başlangıçtaki kütlesine oranı kaçtır?
Örnek:
Yarılanma süresi 4 saat olan radyoaktif bir elementin 8. ve 16. saatler arasında 12 gramı bozunmaktadır. Buna göre elementin
12 saat sonunda bozunan m iktarı kaç gram olur?
Örnek:
Yarılanma süresi 2 saat olan X radyoaktif elementi  ışıması yaparak bozunmaktadır. Bu radyoaktif elementin 0,8 molü 4
saatte,
X  Y 24 He denklemine göre bozunduğunda, oluşan He gazı, 27 0C sıcaklıkta 8,2 litrelik kap içerisinde kaç atmosfer basınç
yapar?
Örnek:
27
13 Al
elementi, nötron ile bombardıman edildiğinde, Y elementi ile birlikte 1  taneciği oluşmaktadır. Oluşan Y elementinin 9F
ile oluşturacağı bileşiğin formülü nedir?
Örnek:
64 gram X elementi,
X  Y 224 He tepkimesine göre bozunuyor. Yarı ömrünün 4 katı zaman geçtiğinde 0,25 mol Y oluştuğuna göre, Y'nin atom
kütlesi ne olur?
Örnek:
160 gram X elementi,
X  Y 224 He tepkimesine göre bozunuyor. Yarı ömrünün 2 katı zaman geçtiğinde 0,5 mol Y oluştuğuna göre, Y'nin atom
kütlesi ne olur?
Örnek:
X  Y 224 He tepkimesine göre, kurşundan yapılmış bir kaba 1,2 mol radyoaktif X elementi konuluyor ve 24 dakikada 7,2
gram He gazı oluşuyor. Buna göre, X elementinin yarılanma süresi kaçtır? (He=4)
Örnek:
X  Y 224 He tepkimesine göre, kurşundan yapılmış bir kaba 0,4 mol radyoaktif X elementi konuluyor ve 24 dakikada 2,8
gram He gazı oluşuyor. Buna göre, X elementinin yarılanma süresi kaçtır? (He=4)
Örnek:
X çekirdeğinden başlayan bir dizi radyoaktif bozunmada art arda 2  ve 3 - ışıması sonucu Y çekirdeği oluşmaktadır. Y
atomunun çekirdeğinde 82 proton ve 124 nötron bulunduğuna göre, X atomunun çekirdeğinde kaç nötron bulunur?
Örnek:
X  Y + -
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 27
X + 01 n  Z +  Y  R +
yukarıda gerçekleşen olaylarda yer alan X, Y, Z atomlarından hangileri birbirinin izotopudur?
Örnek:
Yarılanma süresi 9 saat olan X elementi
a
X  Y  2
tepkimesine göre bozunmaktadır. Buna göre, 1 mol X elementinden 18 saat sonra kaç gram Y elde edilir?
Örnek:
231
89 Ac
radyoaktif izotopu bir dizi zincir radyoaktif bozunma sırasında, sırasıyla 2  , 4  , 1  , 1  ve

ışımaları yapıyor.
Oluşan çekirdekteki nötron sayısı kaç olur?
Örnek:
XY
Y  Z  
Z T
Yukarıdaki radyoaktif bozunma tepkimelerinde X toprak alkali bir element olduğuna göre, T elementinin periyodik cetveldeki
yeri için ne söylenebilir?
Örnek:
Atom no
X
86
Yandaki grafik, kararlı bir çekirdeğin oluşumu sırasında, X çekirdeğinin Y
çekirdeğine dönüşmesi ile ilgili ışımaları göstermektedir. Buna göre X çekirdeği Y
85
çekirdeğine dönüşürken hangi ışımaları yapmıştır?
84
83
82
Y
222 218 214 210 206
Kütle no
Örnek:
Kütle no
Yandaki grafik, X çekirdeğinin Y çekirdeğine dönüşmesine ait radyoaktif bozunma
214
210
206
X
basamaklarını göstermektedir. Buna göre, X çekirdeği Y çekirdeğine dönerken
hangi ışımaları gerçekleştirmiştir?
Y
81 82 83 84
Atom no
Radyoaktif Işınların Giriciliği ve İyonlaştırma Etkisi
Varlığı 1900'lü yıllarda keşfedilen radyasyon evrenin oluşumundan beri vardı. Ancak teknolojinin ve sanayileşmenin
gelişmesi, radyoaktif izotopların kullanılması ve elektronik ürünlerin yaygınlaşmasıyla radyasyonun etkileri giderek art mıştır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 28
Radyasyon üreten bir çok kaynak vardır. Örneğin, Güneş ve yıldızların enerjisi nükleer reaksiyonlar sonucu oluşur. Bu
nedenle dünyamıza uzaydan ısı ve ışık ile birlikte nükleer radyasyon da gelir. Dünyaya gelen bu tür ışınlara kozmik radyasyon
denir. Atmosferdeki ozon tabakası tarafından bu radyasyonun çoğu soğurulsa da az bir kısmı yeryüzüne ulaşır.
Televizyon, radyo, buzdolabı, saç kurutma makinesi ve cep telefonu gibi elektrik ve elektronik araçlar da etrafına radyasyon
yayar. Ayrıca X - ışını üreten tıbbi ve endüstriyel röntgen cihazları da radyasyon kaynaklarındandır.
Radyasyonun madde üzerindeki etkisini ışımanın giriciliği ve iyonlaştırıcı etkisi belirler.
Bir ışın veya taneciğin bir madde içerisindeki ilerleme özelliğine giricilik adı verilir.
Her bir ışımanın kendine özgü giriciliği vardır. Ayrıca giricilikte ışımanın çarptığı maddenin özellikleri de önemlidir.
Bir ışının maddenin 1 cm lik kısmında oluşturduğu iyon çifti sayısı iyonlaĢtırıcı etki olarak adlandırılır.
Cep telefonları, baz istasyonları ve elektrikli araçların ürettiği radyasyonlar ile ultraviyole ışınları, kızıl ötesi, radyo dalgaları ve
mikrodalgalar iyonlaĢtırıcı olmayan radyasyonlardır.
X - ışınları, gama ışınları, alfa ışınları, beta ışınları, kozmik ışınlar ve nötron ışımaları ise iyonlaĢtırıcı radyasyonlardır.
Alfa Işınlarının Giriciliği ve İyonlaştırıcı Etkisi:
Alfa ışınları iki proton ve iki nötrondan oluşan çekirdeğidir. Dolayısıyla alfa ışınları büyük kütle ve hacme sahip +2 yüklü
taneciklerdir. Ayrıca alfa tanecikleri diğer ışımalara göre daha düşük hızda hareket eder. Düşük hızlı ve büyük kütleli oldukları
için alfa tanecikleri bir maddeye çarptığında çok fazla ilerleyemez. Dolayısıyla alfa taneciklerinin giricilikleri oldukça azdır. Bu
nedenle alfa tanecikleri ince bir engelle bile durdurulabilir. Örneğin alfa taneciği bir kağıdı geçemez. Alfa ışınları giriciliği diğer
ışınlara göre en az olan radyoaktif taneciklerdir.
Alfa ışınları 2+ yüklü tanecikler olduğu için madde içine girdiğinde maddenin atomlarındaki elektronları alarak kendisi nötr He
atomuna dönüşür. Böylece maddenin iyonlaşmasına neden olur. Bu nedenle alfa ışınlarının iyonlaştırıcı etkisi yüksektir.
Alfa ışınlarının iyonlaştırıcı etkisi diğer ışınlara göre en büyüktür.
Beta Işımasının Giriciliği ve İyonlaştırıcı Etkisi:
Beta ışınları kütlesi çok küçük fakat -1 yüklü elektronlardır. Ayrıca beta tanecikleri çok hızlı hareket eder. Yüksek hızlı ve küçük
hacimli (kütleli) olan beta tanecikleri maddeye çarptığında maddenin atomlarındaki çeki rdek ve elektronlar ile etkileşir. Bu da
beta taneciklerinin hızının yavaşlamasını sağlar. Böylece beta tanecikleri madde içerisinde alfa taneciklerine göre daha fazl a
ilerledikten sonra durur. Bu nedenle beta taneciklerinin giriciliği alfa taneciklerinden yüksektir. Beta ışınları birkaç milimetre
kalınlığındaki bir alüminyum levha ile durdurulabilir. Beta ışınları -1 yüklü tanecikler olduğundan çarptığı maddenin elektronları
ile etkileşerek onları iyonlaştırır. Ancak beta ışınlarının iyonlaştırıcı etkisi a lfa ışınlarının etkisine göre daha azdır.
Gama Işımasının Giriciliği ve İyonlaştırıcı Etkisi:
Gama (Y) ışınları kütlesiz, yüksüz çok hızlı hareket eden yüksek enerjili elektromanyetik dalgalardır. Bu nedenle çarptıkları
maddeler içerisinde oldukça uzun yol alabilirler. Dolayısıyla giricilikleri oldukça yüksektir. Gama ışınları insan vücudundan,
camdan ya da günlük hayatta karşılaştığımız bir çok maddeden kolaylıkla geçebilirler. Bu nedenle gama ışınlarını
durdurabilmek için bir kaç cm kalınlığında kurşun bloklar veya bir kaç metre kalınlığında beton engel gereklidir. Gama ışınları
giriciliği en yüksek olan radyoaktif ışımalardandır. Gama ışınları elektromanyetik dalgalardır. Bu nedenle iyonlaştırıcı etkileri,
alfa ve beta taneciklerine göre daha zayıftır.
Nötronun Giriciliği ve İyonlaştırıcı Etkisi:
Nötronlar, kütlesi alfa ışınlarının dörtte biri kadar olan nükleer taneciklerdir. Çeşitli nükleer reaksiyonlar sırasında çeki rdekten
kopan nötronlar insan sağlığı için en tehlikeli radyasyonlardan biridir. Çünkü nötron elektrik yükü olmadığından çok büyük
giricilik özelliğine sahiptir. Nötron ışınları kütle etkisinden dolayı bir iyonlaştırıcı etkiye sahiptirler. Gama ışınlarına göre etkileri
daha fazla, alfa ışınlarına göre etkileri daha azdır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 29
Aktiflik
Radyoaktif ışınların taşıdıkları enerjiler ve madde üzerindeki etkileri birbirinden farklıdır. Bu etkilerin düzeyinin belirlenmesi
radyasyondan korunma için önemlidir.
Radyoaktif maddelerin yaptıkları ışımaların şiddetini ölçmek için ışınların iyonlaştırıcı etkisin den yararlanılır. Bu yöntemi ilk
olarak Becquerel (Bekerel) kullanmıştır. Becquerel radyoaktif ışınların fotoğraf filmlerini karartmasına bakarak ışımaların
şiddetini karşılaştırdı. Çünkü radyoaktif ışınlar fotoğraf filmine etki ederek fotoğraf filmini siyahlaştırır. Radyoaktif ışınların
şiddetinin fotoğraf filmi ile belirlenmesi zaman alıcı ve hata oranı yüksek bir yöntemdir. Buna rağmen Becquerel yöntemi hâlen
radyoaktif maddeler ile çalışanlar ve röntgen vb. çekimi yapan insanlar tarafından kullanılır. B u insanlar yakalarına taktıkları
bir fotoğraf filminin siyahlaşmasını kontrol ederek ne kadar radyasyona maruz kaldıklarını denetlerler. Teknolojik gelişmelere
paralel olarak radyoaktif ışıma şiddetinin belirlenmesi için kullanılan yöntemler de gelişti. Bu yöntemler de yine ışınların
iyonlaştırıcı etkisini kullanarak ölçüm yapmaktadır. Örneğin sintilasyon sayıcısı, VVilson (Vilsın) sis odası veya Geiger - Müller
(Gayger Müller) sayacı bunlardan bazılarıdır. En yaygın olarak kullanılan araç ise Geiger - Müller sayacıdır. Bu araçlar
radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınları sayarak maddenin ışıma şiddetini ölçer.
Farklı radyoaktif maddeler farklı oranlarda ve farklı enerjilere sahip ışımalar yaparlar. Radyoaktif maddelerin sahip oldukla rı bu
ışıma gücüne aktiflik denir ve aşağıdaki gibi tanımlanır.
Bir radyoaktif maddenin 1 saniyede oluşturduğu radyoaktif ışıma sayısı aktiflik olarak adlandırılır.
Bir radyoaktif izotop atomunun bozunmasından her zaman bir ışıma meydana gelmez. Bazen bir atomun bozunmasıyla
birden fazla ışın veya tanecik oluşur. Bu nedenle maddenin aktifliği için bozunma sayısı önemlidir. Radyoaktif maddelerin
bozunma sayısını belirtmek için SI birim sisteminde Becquerel kullanılır.
Bir saniyedeki nükleer bozunma sayısı 1 becquerel olarak adlandırılır ve Bq sembolü ile gösterilir.
Radyoaktif maddelerin ışıma şiddetlerinin belirlenmesi çok önemlidir. Çünkü hem çevreye hem de sağlığa birçok zararları
vardır.
Radyoaktif maddelerin ışıma şiddetleri ise ışımayla yaydıkları enerjiye bağlıdır. Bu da ışımanın türüne ve sahip olduğu
enerjiye bağlıdır.
Farklı radyoaktif maddelerin ışıma şiddetleri de farklıdır ve maddeler için karakteristiktir. Örneğin, Co-60 ve I-192 izotopları
sanayide gama ışını kaynağı olarak kullanılır. Co-60 enerjisi 1,33 ve 1,17 olan gama ışınları yayar. I-192 izotopu ise enerjisi
0,31, 0,47 ve 0,60 MeV olan gama ışınları yayar. Co-60 in yaydığı gama ışınları daha yüksek enerjili olduğu için bu ışınların
giriciliği daha fazladır. Bu nedenle Co-60 dan korunmak için daha kalın zırh kullanılmalıdır.
1 Curie : 1 gram Ra-226 İzotopunun 1 saniyede oluşturduğu bozunma sayısıdır. 1 g Ra-226 izotopu ise saniyede 3,7 x 10 10
bozunma yapar. Bu durumda Gi birimi; 1 Ci = 3,7 x 1010 bozunma/saniye şeklinde olur.
Ci birimi sayısal değerin çok büyük olması nedeniyle SI birim sisteminde Ci birimi yerine Becquerel birimi kullanılmıştır.
Bu birimler arasındaki ilişki; 1 Ci = 3,7 X 10 10 Bq ve 1 Bq = 2,703.10 11 Ci şeklindedir.
Absorblanmış Doz ve Biyolojik Eşdeğer Doz:
Biyolojik sistemlerin radyoaktif maddelerden etkilenmesi maruz kaldıkları ışıma türüne ve ışıma sayısına ve ışımanın
enerjisine göre değişiklik gösterir. Bütün bunlar radyasyona maruz kalan biyolojik sisteme aktarılan enerjinin miktarını etki ler.
Biyolojik sistemlere radyoaktif ışınlar tarafından aktarılan enerjiyi belirtmek için aşağıda belirtilen iki farklı birim kullanılır.

Absorblanmış (soğurulmuş) doz

Biyolojik eşdeğer doz
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 30
AbsorblanmıĢ Doz:
Radyoaktif ışınlar biyolojik sistemlere nüfuz ettiğinde enerjisini biyolojik sisteme aktarır. Bu da biyolojik sistemde zarara neden
olabilir. Biyolojik sistemin radyoaktif ışınlardaki enerjiyi almasına absorlama (soğurma) denir.
Radyasyona maruz kalan bir dokunun absorbladığı (soğurduğu) enerji miktarına absorblanmıĢ doz adı verilir. Absorblanmış
dozu belirtmek için Rad ve Gray (Gy) birimleri kullanılır. Radyasyonun biyolojik etkilerinden bahsedilirken kullanılan birimlerden
biride Rem'dir(kişi başına eşdeğer röntgen miktarı). Bir kişinin birim yılda aldığı radyasyon yaklaşık 0,2 Rem olur. Bu
radyasyonun %82'si doğal kaynaklardan, %18'i ise insan yapımı radyasyon kaynaklarından alınır.
-2
1 kg biyolojik sistemin absorbladıği 10 J enerjilik radyasyon 1 Rad olarak tanımlanır.
1 Rad = 1 x 10 -2 J.kg-1
1 kg biyolojik sistemin absorbladıği 1 J enerjilik radyasyon 1 Gy olarak tanımlanır.
1 Gy = 1 J.kg -1
Rad ve Gy birimleri arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.
1 Gy = 100 Rad veya 1 Rad = 10 -2 Gy
Biyolojik Eşdeğer Doz:
Radyasyonun biyolojik sistemlerdeki zararlı etkisi sadece ışımanın sisteme a ktardığı yani sistemin soğurduğu
enerjiye bağlı değildir. Radyasyonun biyolojik sistemde oluşturacağı zarar soğrulmuş enerjinin yanında, ışımanın türüne,
biyolojik sistemin türüne, biyolojik sisteminin niteliğine ve biyolojik sistemin büyüklüğüne bağlıdır. Bu nedenle radyasyonun
biyolojik sistemde oluşturacağı etkiyi belirtmek için farklı bir birim olan biyolojik eşdeğer doz kullanılır. Biyolojik eşdeğer doz;
iyonlaştırıcı etkiye sahip radyoaktif ışınların bir biyolojik sistem üzerinde oluşturduğu radyasyon etkisinin bir ölçüsüdür.
Biyolojik eşdeğer doz absorblanmış enerjinin bir biyolojik faktör ile çarpılmasıyla elde edilir. Bu nedenle eşdeğer dozun bir imi
absorblanmış doz ile aynıdır. Fakat biyolojik eşdeğer dozun birimi SI birim sisteminde Sievert olarak adlandırılır ve Sv ile
gösterilir.
1 Sv = 1 J.kg -1 doku = 100 rem
Absorblanmış doz ile biyolojik eşdeğer doz birbirinden farklıdır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 31
Radyasyonun Oluşturduğu Tehlikeler ve Korunma Yöntemleri
Uzayda saniyede yaklaşık 300.000 km gibi çok yüksek hızlarla hareket eden radyoaktif ışınlar kolaylıkla insan vücuduna nüfuz
edebilir ve vücudu oluşturan biyolojik hücrelere hasar verebilirler. Ayrıca, bu ışınlar hücrelerin kimyasal yapılarını değiştirmesi
de mümkündür.
Özellikle iyonlaştırıcı etkiye sahip ışınlar s aniyenin binde biri gibi çok kısa sürede hücre moleküllerini parçalayıp iyonlarına
ayrıştırır ve serbest radikaller oluşturur. Oluşan yüksek enerjili serbest radikaller diğer hücreleri de etkiler. Bütün bunla rın
sonucunda radyasyona maruz kalan bir hücre ya ölür veya kanserleşerek işlevini yitirir. Aslında az sayıda hücrenin ölmesi
önemli değildir. Çünkü, normal yaşamda yıpranan hücrelerin ölümü ve yerlerine yenilerin doğması doğaldır. Ancak, yüksek
radyasyon sonucu çok sayıda hücrenin aniden ölmesi veya no rmal çalışmasının bozulması canlının sağlığını önemli ölçüde
etkileyecek bir olaydır. Hayati önemi fazla olan dokularda (kemik iliği, dalak, kan ve üreme hücreleri) radyasyonun etkisi da ha
erken görülür. Çünkü, bu hücreler daha çabuk çoğaldığından bir hücredeki hasar, sakat doğan yeni hücrelerle çığ gibi büyür.
Bu ise uzun bir zaman dilimi içerisinde her an bir tümör olarak sonuçlanabilir. Radyasyonun kanserojen etkisi bu şekilde
ortaya çıkmaktadır.
En büyük tehlike ise hücre çekirdeği içindeki DNA'ların bozulmasıdır. DNA'lardan oluşan kromozomların yapılarının
değişmesi, taşıdığı sırların kaybolması ve yeni genetik yapılı hücreler hâline dönüşmesi sonucunda ebeveyne benzemeyen
yeni bir genotip ortaya çıkar. Bu farklılaşmaya mutasyon adı verilir. Eğer bu d urum, bireyin üreme hücrelerinde gerçekleşirse
radyasyondan kaynaklanan bu değişiklik gelecek nesillere de aktarılır.
Yüksek dozda radyasyona maruz kalmış bireylerde görülebilecek başlıca hastalıklar şunlardır: Kanda ve kan yapan
organlarda tahribat (anemi, lösemi), ciltte ateş yanığını andıran yaralar, gözde katarakt, kısırlık, kanser ve kalıtımsal
bozukluklar.
Bir insan vücudunun kısa bir süre belirli bir radyasyon dozuna maruz kalması sonucu görülebilecek rahatsızlıklar ise kişiden
kişiye değişebilir. Radyasyona en dayanıklı canlılara salyangoz ve akrep örnek olarak verilebilir. İnsanların dakikalar içinde
%100 ölüm gerçekleştiği bir radyasyonda bu canlılarda %50 ölüm gerçekleşir.
Radyasyondan Korunma Yöntemleri:
Radyasyona maruz kalma ölüme götürecek kadar ciddi sonuçlar doğurur. Bu nedenle radyasyondan korunma önemlidir.
Radyasyondan korunma ile ilgili Uluslararası Radyasyondan Korunma Komitesi (ICRP) tarafından hazırlanan ve ALARA
(kabul edilebilir en düşük radyasyon sınırı) olarak adlandırılan korunma yöntemleri uygulanır. ALARA ya göre;

Radyasyon uygulaması pozitif ve net bir şekilde yarar sağlamıyorsa kesinlikle yapılmamalıdır.

Bütün sosyal ve ekonomik gibi faktörler dikkate alınarak en düşük düzeyde radyasyon uygulaması yapılmalıdır.

Birey için belirlenen eşdeğer doz limiti kesinlikle aşılmamalıdır.
ALARA kurallarının uygulamada hayata geçirilebilmesi için duruma göre farklı yöntemler uygulanabilir.
İnsanlar dışarıdaki bir maddelerin veya vücuda bir şekilde giren maddelerin oluşturduğu radyasyona maruz kalabilirler. Bu
nedenle radyasyona maruz kalmamak için duruma en uygun yöntemler uygulanmalıdır.
Dış Radyasyondan Korunma:
Maruz kalınan radyasyon dozu radyoaktif kaynağın aktivitesine ve maruz kalma süresine bağlıdır. Alınan doz radyasyon
kaynağından olan uzaklığa bağlıdır. Çünkü radyasyonun etkisi kaynağın vücut dokusuna uzaklığının karesi ile ters orantılıdır.
Yani radyasyon kaynağı uzaklaştıkça dokularda oluşturacağı etki azalır.
Radyoaktif kaynağın aktivitesi kontrol edilebilecek bir faktör değ ildir. Bu nedenle radyasyonun zararlı etkilerini azaltmak için
kontrol edilebilir olan kaynakla olan mesafe ve radyasyona maruz kalma süreleri ile ilgili yöntemler geliştirilmelidir. Buna göre,
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 32

Radyasyona maruz kalma süresi en kısa tutulmalıdır. Bunun için yapılacak çalışma önceden mutlaka planlanmalı ve
vakit kaybetmeden en kısa sürede tamamlanmalıdır.

Çalışma yapan kişilerin ya da radyasyona maruz kalacak olan kişilerin aldıkları toplam doz sürekli takip edilmeli ve
kişisel olarak belirlenmiş eşdeğer doz limiti kesinlikle aşılmamalıdır.

Radyoaktif kaynaktan mümkün olan en uzak mesafede çalışılmalıdır.

Korunmak amacıyla zırhlama yapılab ilir. Zırhlama, radyoaktif kaynak i!e kişi arasına yayımlanan ışınları tamamen
veya kısmen soğuracak bir engel konulmasıdır. Zırhlamanın niteliği, radyoaktif kaynaktan yayınlanan ışının türüne ve
şiddetine göre değişir.
İç Radyasyondan Korunma:
Radyoaktif maddeler ile çalışma yapanlar ve radyoaktif maddelerin bulunduğu ortamlarda çalışanlar ağız, solunum veya cilt
yoluyla radyoaktif maddeleri vücutlarına alabilirler. Vücuda giren bu maddelerin içerden oluşturduğu radyasyon dokulara zarar
verebilir. Bu nedenle vücut içinde bir radyasyonun oluşmasını engellemek için aşağıdaki önlemler alınabilir.

Radyoaktif maddelerle yapılan çalışmalar çeker ocaklarda yapılmalıdır. Çeker ocak sürekli kontrol edilerek ters hava
girişine izin verilmemelidir

Laboratuvarlar yapılacak çalışmaya uygun olmalı ve iyi havalandırılmadır. Laboratuvar malzemeleri düzenli olmalı,
en önemlisi kolay temizlenebilir olmalıdır. Laboratuvara yiyecek içecek ve kişisel malzemeler kesinlikle
sokulmamalıdır.

Radyoaktif maddelerden direkt temastan kaçınılmalı ve asla çıplak elle tutulmamalıdır.

Çalışmalarda özel tasarlanmış ve özel malzemelerden üretilmiş koruyucu el biseler kullanılmalıdır.
Radyasyon Uyarı İşaretleri:
1975 yılında ISO tarafından belirlenen yandaki iyonlaştırıcı radyasyonun sembolü tüm Dünya'da ve ülkemizde halen
kullanılmaktadır. Bu sembol alfa, beta, gama, nötron, pozitron ve yüksek enerjili elektron ışımalarının varlığını belirtir.
Yukarıdaki sembol toplum tarafından bilinmediği ve gerekli uyarıyı yapmadığı için Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı ve ISO
tarafından geliştirilen yandaki yeni sembol 2007 yılında kullanılmaya başlanmıştır.
Bu iki sembol de günümüzde kullanılmaktadır.
RADYOAKTİF MADDELERİN KULLANIN ALANLARI
Bilimsel Araştırmalarda Radyoizotopların Kullanımı
Radyoaktif izotoplar ile radyoaktif olmayan izotopların kimyasal özellikleri aynıdır. Bundan dolayı radyoaktif izotoplar izle yici
olarak bilimsel araştırmalarda yaygın bir şekilde kullanılırlar. İzlemesi yapılan radyoaktif izotopun ortama katılmasına ise
sistemin etiketlenmesi denir.
Bir kimyasal tepkimenin mekanizması ya da bir bileşiğin yapısı çoğu zaman deneylerde radyoaktif izleyiciler kullanılarak
aydınlatılır. Örneğin karbon - 14 izotopu ile fotosentez olayı incelenmiştir. Fotosentezde bitkinin aldığı CO 2 gazı C-14
radyoiztopu ile etiketlenmiş ve bitkinin bünyesinde glikozun oluşumuna kadar meydana gelen olaylar takip edile rek
belirlenmiştir.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 33
Radyoaktif izleyiciler tarımla ilgili araştırmalarda da kullanılmıştır. Örneğin bitki besin maddesine az miktarda katılan rad yoaktif
özelliğe sahip P-32 izotopu ile, fosforun bitki tarafından kullanılması izlenebilir. İzleyiciler özel likle tarımda kimyasal gübrelerin
en uygun bileşiminin ve kullanım biçiminin bulunmasında büyük önem taşır.
Bilimsel çalışmalarda radyoizotoplar sadece etiketleme yöntemi ile kullanılmaz. Farklı yöntemlerle de kullanılırlar. Örneğin C14 izotopu arkeolojik kalıntıların yaş tayininde kullanılır. Yarılanma ömrü 5730 yıl olan C- 14 izotopu ışıma yaparak N-14
izotopuna dönüşür. Bulunan arkeolojik insan, hayvan veya bitki kalıntılarındaki N-14 izotopunun miktarı belirlenir. Buradan
belirlenen miktardaki N-14 izotopunun oluşabilmesi için ne kadar C-14 izotopunun bozunmuş olduğu belirlenir. Kalıntı
içerisindeki kalan C-14 (bozunmamış) izotopunun da miktarı belirlenerek bozunan ve bozunmayan miktar arasındaki ilişkiye
göre kaç defa yarılandığı tespit edilir. Sonuç olarak C-14 ün yarı ömrü ve yarılanma sayısı çarpılarak kalıntının kaç yıllık
olduğu belirlenir.
Yer kabuğunun ve kayaların yaşlarının belirlenmesinde ise K-40 ve U-238 izotopları kullanılır. K-40 ün yarı ömrü 1,25 x 10
9
yıldır. Kaya parçası oluştuğunda içinde hapsolan K-40 izotopu şeklinde bozunma yapar ve zamanla kayada miktarı artar. Bu
nedenle incelenen kaya parçasındaki Ar-40 izotopunun miktarı belirlenir. Daha sonra belirlenen miktar Ar-40 izotopunun
oluşabilmesi için ne kadar K-40 izotopunun bozunması gerektiği hesaplanır. Kaya parçası içerisindeki kalan K -40
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 34
(bozunmamış) izotopunun da miktarı bulunduktan sonra bozunan ve bozunmayan K-40 miktarları arasındaki ilişki kullanılarak
kaç defa yarılanma olduğu tespit edilir. Yarı ömür ve yarılanma sayısı çarpıldığında kaya parçasının kaç yaşında olduğu
belirlenmiş olur.
Kayaların yaş tayininde yaygın olarak U-238 izotopu da kullanılır. Bu yöntemde yarı ömrü 4,47 x 10 9 yıl olan U-238
izotopunun Pb-206 izotopuna dönüşmesinden yararlanılır. Uranyum içeren kaya oluştuğunda içerisinde Pb -206 izotopu
bulunmaz. Zamanla, tepkimesi gerçekleştikçe kayadaki Pb-206 izotopu miktarı artar, incelenen kayadaki Pb-206 ve U-238
izotopları ile Pb-206 oluşumu için bozuna U-238 miktarı belirlenerek yanlanma sayısı bulunur. Daha sonra yarılanma sayısı
ve U-238 izotopunun yarı ömrü çarpılarak kayanın yaşı hesaplanır. Bu yöntemle yapılan bilimsel çalışmalar sonucunda
magma tabakasının donarak yer kabuğunu oluşturmasının 4,5 milyar yıl önce gerçekl eştiği tespit edilmiştir.
Tıpta Teşhis ve Tedavi Amaçlı Radyoizotopların Kullanımı
Tıpta da radyoaktif izotoplar izleyici olarak hastalıkların teşhisinde kullanılır. Örneğin, radyoaktif iyot-131 izotopu tiroid bezi ile
ilgili hastalıklarda kullanılır. Hastaya iyot-131 izotopu içeren Nal çözeltisi verilir. Kan dolaşımındaki bu izotopun vücuttaki
hareketi radyasyon algılayıcılarıyla izlenir. Bunun sayesinde tiroid bozuklukları tiroid kanserleri, böbrek ve karaciğer
hastalıkları teşhis edilebilir.
Kalp ve damar bozukluklarının belirlenmesinde ise Na-24 izotopu kullanılır. Na-24 izotopu içeren NaCI çözeltisi koldan
damara verilir. Kan yoluyla vücudun her yerine dağılan Na-24 izotopunun ışımaları Geiger-Müller sayacı ile takip edilir.
Dolaşım bozukluğu olan bölgelerde Na-24 izotopu sinyali izlenmez. Böylece tıkalı damarlar belirlenmiş olur. Na-24
radyoizotopu kalbin yeterince kan pompalayıp pompalamadığının tespiti için de kullanılmaktadır. Vücutta toplardamarlar
yoluyla kan sağ kulakçığa, oradan sağ karıncığa, sonra akciğerlere, ardından sol kulakçığa gelir ve en son sol karıncıktan
tekrar atardamarlar yoluyla vücuda gönderilir. İçeriğinde çok az miktarda Na -24 radyoizotopu bulunan tuzlu su sol kulakçığa
vücuttan gelen kana verilir. Bu arada kalbin üzerine Geiger-Müller sayacı yerleştirilir. Kan ile birlikte akciğerlere oradan da
tekrar kalbe dönen Na-24 radyo izotopunun varlığı belirli aralıklarla görülür. Bu sürecin uzaması ya da kısalması kalbin kanı
pompalama gücünü gösterir.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan pozitron ışın tomografisi (PET scan) özellikle beyindeki bazı hastalıkların teşhisinde
kullanılır. Bu yöntemde hastaya çok az miktarda C-11 izotopu içeren glikoz (C 6H12O6) verilir. Daha sonra glikoz ile beyne
giden C-11 izotopunun yapmış olduğu pozitron ışınlarını belirlemek için beyin tomografisi çekilir. Bu yolla beyindeki
anormallikler teşhis edilebilir.
Radyoaktif izotoplar teşhisin yanında tedavi amaçlı da kullan ılırlar. Örneğin vücutta oluşan tümörlerin yani kanserli dokuların
yok edilmesinde veya oluşumlarını durdurmada kullanılırlar. Bu tür uygulamalara radyoterapi denir.
Teşhis ve tedavi için kullanılan radyasyon dozu çok az miktarda ve kişide kalıcı etki bıra kmayacak kadar kullanılır.
Radyoterapide yüksek enerjili X-ışınları veya Co-60 ve benzeri gama ışını yayan izotoplar kullanılır. Radyoterapide kanserli
hücreler röntgen filmlerinde alınan dozunun binlerce katı radyasyona maruz bırakılır. Böylece kanserli h ücrelerin büyümesi
engellenmeye ya da boyutlarının küçültülmesine çalışır.
Co-60 izotopunun yarı ömrü 5,26 yıldır. Bu izotop birçok alanda radyum ve yüksek enerji harcayan X - ışını kaynaklarının
yerini almıştır.
Yarı ömrü 14,3 gün olan F-32 izotopu ise kanserli hücrelerin işaretlenmesinde kullanılır. Normal hücrelerden çok daha aktif
olan tümör hücreleri daha fazla kan ve dolayısıyla F-32 izotopu alır. Ameliyatta cerrah ameliyat yapılan yeri radyasyon
algılayıcısı ile tarar ve tümörün en küçük kalıntılarını dahi kazıdığından emin olduktan sonra ameliyatı sonlandırır.
Endüstride Radyoizotopların Kullanımı
Radyoizotoplar endüstride üretim aşamasından kalite kontrol aşamasına, depolamadan dağıtıma ve denetime kadar çok geniş
bir yelpazede kullanılır.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 35
Endüstride Ir-192 ve Co-60 gibi radyoizotopların ürettiği gama ışınları kullanılır. Bu ışınlar ile metal ve plastik levhaların
kalınlıklarının ölçülmesi, iç yapılarının incelenmesi mümkündür. Örneğin üretilen boruların, buhar kazanlarının ve her türlü
makine parçalarının herhangi bir hata içerip içermediği tespit edilebilir.
Kağıt, plastik ve metal levhaların kalınlıkları kontrol edilebilir. Bunun için levhanın üzerine gönderilen ışın levhanın altındaki bir
cihaz tarafından sayılır. Levha kalınlaştıkça ölçülen radyasyon azalır. Levha inceldikçe ise ölçülen radyasyon artar. Böylece
üretim aşamasında sürekli levha kalınlığı kontrol edilir. Sterilizasyon amaçlı da radyoaktif izotoplar kullanılır. Bunun için yaygın
olarak ucuz ve yarı ömrü oldukça uzun olan Co-60 izotopu kullanılır. Co-60 izotopunun yaydığı gama ışınlan, etrafındaki
bakteri, parazit ve kurtçukları maddeye zarar vermeden yok eder. Bu nedenle Co -60 tıbbi malzemelerin ve gıda sanayisinde
meyvelerin sterilizasyonunda kullanılır. Gıdaların radyasyonla sterilize edilmesi soğuk pastörizasyon olarak adlandırılır.
Radyoizotopların diğer bir kullanım alanı ise petrol endüstrisidir. Örneğin , bir petrol boru hattından gönderilen maddeye katılan
az miktarda radyoizotop (örneğin Sb-124) ile borunun dışından madde akışını izlemek mümkündür. Ana boru hattından
benzin, gaz ve motorin gibi petrol ürünleri arka arkaya gönderilebilir. Aktarılan ürünlerin son kısımlarına konulan radyoizotoplar
sayesinde boru hattının diğer ucunda bir ürünün bitip diğer ürünün başladığı anlaşılabilir.
Yine yeraltı sularının akışı, yönü ve hızı hakkında bilgi elde etmek için bu sulara 1 -131 izotopu katılarak takip edilir.
Diğer Kullanım Alanları
Radyoaktif izotoplar havaalanlarında ve yüksek güvenlik gerektiren yerlerde bomba dedektörü yapımında kullanılır. Bu
dedektörler nötron bombardıman aracı ve nötron analizöründen oluşur. Bomba yapılan maddeler azot açısından
zengindirler. Bu nedenle içeriklerinde az da olsa N-14 izotopu da vardır. Nötron bombardımanı bu izotopların N-15
izotopuna dönüşmesine neden olur. Böylece azotun varlığı dolayısıyla bombanın varlığı tespit edilmiş olur.Nötron
analizörleri maddenin yapısına zarar vermeden analiz edilmesini sağlar. Bunun için birçok biyolojik örneklerde ve tarihi eser
niteliğindeki tabloların incelenmesinde kullanılır. Bu yöntemle balıklarda bulunan ağır metallerin miktarı da balığa zarar
vermeden tespit edilebilir.
Bazı radyoizotoplar kullanılarak ışıklı düzenekler yapılmıştır. Örneğin trityum radyoizotopundan enerji alan trafik lambalan
yapılmıştır. Radyum yayınladığı alfa tanecikleriyle yine bir fosforu bombalayarak görünür ışık pırıltısının oluşturulduğu fos forlu
saatler oluşturulmuştur.
Mustafa Atalay
mustafaatalay.wordpress.com
Page 36