radyoaktivite

Testi yapmak için, bu ışınların etkisi altında kararan bir fotoğraf filmi kullanıldı. Deney, test malzemesinin filmi karartması için güneş radyasyonunun gerekli olmadığını göstermiştir. Ancak, bu ilk hipotezle çelişiyordu, bu nedenle daha fazla araştırma yapılması gerekiyordu. Bu kez görev, filmdeki değişikliğe neden olan faktörün X-ışınları olduğunu doğrulamak ya da reddetmekti. X-ışınlarının herhangi bir yük taşımaması dolayısıyla manyetik alan tarafından bükülmemeleri kullanılmıştır. Becquerel, uranyum ve fotoğraf filmi içeren bir malzemeyi manyetik bir alana yerleştirilmiş bir vakum odasına yerleştirdi. Deney sonucunda, test edilen numunenin yaydığı ışınların manyetik alanda büküldüğü, yani X-ışınları ile aynı olmadığı keşfedildi. Bilim adamı, araştırmasına devam ederken, malzemelerin yayabileceği üç tür radyasyon olduğunu gösterdi – nötr, pozitif yüklü ve negatif yüklü. Bu varsayımlara dayanarak, sonraki araştırmacılar tezlerini ileri sürdüler ve daha fazla deney yaptılar. Maria Skłodowska Curie ve Pierre Curie sonraki radyoaktif elementleri keşfettiler: polonyum ve radyum. Kimyada Nobel Ödülü sahibi Ernest Rutherford da kariyerinin bir bölümünü radyoaktiviteye ayırdı ve Becquerel tarafından keşfedilen radyasyon türlerini alfabenin Yunan harfleriyle adlandırdı: alfa, beta ve gama.

Radyoaktivite nereden geliyor?

Araştırmalar, radyoaktivitenin bazı elementlerin bir özelliği olduğunu göstermiştir. Bu, atom seviyeleriyle ve daha spesifik olarak atom çekirdeği ile yakın ilişkisini gösterir. Üç radyasyon türünün her biri, kararsız bir çekirdeğin yayabileceği bir kuantum enerjidir. Bu, radyasyonun aslında bozunmalarının sonucu olduğu anlamına gelir. Bu tür kararsız çekirdeklerin ortaya çıkışı, pratikte protonların nötronlara oranlarından kaynaklanır. Farklı instabilite türleri nedeniyle, farklı radyasyon türleri de vardır. Radyoaktiviteyi anlamanın anahtarı, izotoplar ve bunların atomik seviyedeki farklılıklarıdır. Örneğin en yaygın karbon izotopu ^12C radyoaktif değilken ^14C radyoaktiftir. Atom numaraları ve dolayısıyla proton sayıları aynıdır. Fark ayrıca elektron sayısından da kaynaklanamaz, çünkü o zaman atom pozitif veya negatif yüklü bir iyon olacaktır. İzotoplar söz konusu olduğunda tek olasılık, çekirdekteki nötron sayısındaki farklılıklardır. ¹⁴ C’nin ¹² C’den iki nötronu daha vardır, dolayısıyla daha ağırdır. Tüm elementler için izotopların varlığı, radyoaktif çekirdek sayısının da fazla olduğu anlamına gelir. Bu tür kararsız ve radyoaktif izotoplara radyoizotoplar denir, ancak bunların yaygınlığı, elementlerin periyodik tablosunda görülenler kadar yüksek değildir.

Çekirdek neden kararsız olabilir?

Çekirdekteki protonlar ve nötronlar, onları bir arada tutan ve protonlar arasındaki elektrostatik itmenin üstesinden gelen büyük nükleer kuvvetlere tabidir. Protonların aksine, nötronların nükleer kuvveti güçlendirmede olumlu bir etkisi vardır. Nötron sayısının protonlara oranının yaklaşık 1,5:1 olması gerektiği gösterildi. 20u’nun altındaki daha hafif atomlar için kararlı oran 1:1’dir. Aksi takdirde, çekirdekler parçalanma eğilimindedir. Atom ağırlığı 208’in üzerinde olan elementlerin tüm izotopları kararsızdır.

Resim 1 Çekirdekteki nükleon sayısına bağlı olarak kararlılık alanının grafiği. Kaynak: http://ch302.cm.utexas.edu/nuclear/radioactivity/selector.php?name=band-stability

1. Alfa bozunması, özellikle büyük çekirdeklerde, iki proton ve iki nötron yayar,
2. Beta eksi bozunma, çekirdeğin çok az protona sahip olması ve bunun sonucunda elektronların salınması,
3. Atom çekirdeğinde pozitron emisyonu ile fazla proton varsa beta artı bozunma.

Bu tür bozunmalar, çekirdekteki protonların sayısında bir değişikliği ve dolayısıyla kimyasal elementin birinden diğerine değişmesini içerir.

Alfa (α) radyasyonu

Deneysel olarak, 1909’da E. Rutherford ve T. Royds, alfa parçacıklarının helyum iyonlarıyla aynı olduğunu gösterdi. Alfa radyasyonu bir vakum odasının ince duvarlarından geçtikten sonra, gaz odasında elde edilen optik spektrometre üzerindeki spektral çizgilerin görüntüsü bunu açıkça doğruladı. Örneğin, ²⁴⁰ Pu çekirdeği aşağıdaki reaksiyona göre alfa radyasyonuna maruz kalır: Alfa radyasyonu, havada birkaç santimetre menzile ve çok düşük geçirgenliğe sahip pozitif yüklü parçacıklarla karakterize edilir. Bir parça kağıt onları durduracaktır.

Beta (β) radyasyon

Beta-eksi radyasyon durumunda, çekirdekten gelen elektronlar yayılır. Çekirdekler elektronların varlığı ile karakterize edilmediğinden, yalnızca bozunma sırasında oluşurlar ve bunlara ek olarak ikinci bir parçacık da yayılır – elektron anti-nötrino. Moleküldeki proton sayısının artması nedeniyle beta bozunan element daha yüksek atom numarasına sahip başka bir elemente dönüşür. Bir çürüme kursu örneği, bu mekanizma ile tutarlıdır: Bu radyasyon, havada birkaç düzine santimetre menzile sahip negatif yüklü parçacıklar ve alfa radyasyonuna kıyasla daha fazla geçirgenlik ile karakterize edilir. Yaklaşık 3 ila 4 mm kalınlığında bir alüminyum levha ile durdurulur. Beta-artı bozunma benzer şekilde gerçekleşir, ancak pozitron parçacıkları ve elektron nötrinoları yayar. Çekirdekteki proton sayısı azalır ve buna maruz kalan element, örnekteki gibi daha düşük atom numaralı başka bir elemente dönüşür:

Gama (γ) radyasyonu

Bir elementi diğerine dönüştürmeyen tek radyasyon türüdür, çünkü herhangi bir parçacık yaymaz, sadece gama radyasyonunun kendisidir. Kızılötesi veya ultraviyole ışığa benzer şekilde elektromanyetik dalga türlerinden biridir, ancak gama radyasyon dalgası en kısa olanıdır. Bozunma süreci, atomun uyarılmış çekirdeğinin daha düşük bir enerji durumuna geçişine neden olur ve bu da, bireysel durumlarda atom çekirdeğinin enerji eşdeğeri olan fotonların yayılmasına neden olur. Gama bozunmasının seyrinin diyagramı şu şekilde yazılabilir: Gama radyasyonunun özelliği, yüksek frekanslı ve ışık benzeri bir elektromanyetik dalga ile tanımlanmasıdır. Havadaki menzil teorik olarak sınırsızken, geçirgenlik tüm radyoaktivite türlerinin en büyüğüdür. Yalnızca kalın bir duvar veya on beş santimetrelik bir kurşun tabakasıyla durdurulur.