Bütün nesneler saf olarak tek bir elementten ya da elementlerin birleşerek oluşturduğu bileşiklerden meydana gelirler. Elementlerin yapı taşları da atomlardır. Evrende 94 atom yani doğal element bulunur.
Bilim insanları bazı elementlerin çekirdeklerinin her zaman aynı kalmadığını, elementlerin atom çekirdeklerinin bir anda bir başka elementin çekirdeğine dönüştüğünü fark ettiler. Dönüşüm geçiren bu elementlere (Örneğin; Uranyum, Radyum, Polonyum, Radon) radyoaktif element adını verdiler.
Şekil-1: Periyodik Tabloda Radyoaktif Elementler (Kaynak: https://www.ck12.org/)
Bu radyoaktif elementlerin atomları yüksek enerjilidir ve kararsızdır. Kararlı hale gelmek için atom çekirdeklerinden dışarıya enerji vermeleri yani ışıma yapmaları gerekir. Bu ışıma olayına radyasyon denir. Elementin radyasyonla bir başka elemente dönüşmesine de radyoaktivite adı verilir.
Radyoaktivitenin Tarihçesi
1895’te Alman fizikçi Wilhelm Röntgen, katot ışınlarıyla deneyler yaparken karşı duvardaki floresan panonun aydınlandığını fark etti. Halbuki pano ile ışınların arasında kalın bir örtü vardı. Röntgen buradan yola çıkarak röntgen ışınlarını (X ışınları), sonra da röntgen filmini keşfetti.
1896’da Henri Becquerel, Wilhelm Röntgen’in önceki yıl keşfettiği x ışınlarını yayabilecek maddeler üzerinde çalışıyordu. Bu maddelerden birinin uranyum olduğunu düşünüyordu. Güneş’in enerjisini emen uranyumun fotoğraf filmi üzerinde iz bırakacağını umuyordu ama hava güneşli olmadığı için deneyini erteledi. Tozların sarılı olduğu filmleri karanlık bir yere koydu. 1 Mart 1896’da deneyi yapacakken uranyumun Güneş gibi bir enerji kaynağına gerek duymadan kendi kendine ışıma yaptığını fark etti. Bu sonucu 2 Mart 1896’da Fransa Bilim Akademisine makale olarak sundu ve radyoaktiviteyi keşfetmiş oldu. Bu ışınlar 1898 yılına kadar Becquerel ışınları olarak adlandırıldı, 98 yılında Marie Curie bu terimi radyoaktivite ile değiştirdi.
Şekil-2: Fotoğraftakiler soldan sağa Henri Becquerel, Pierre Curie, Marie Curie (Kaynak : www.sciencephoto.com)
Radyoaktif Işımalar
Işıma; atomun yapısından bazı parçaların atılmasıdır.
α ışıması;
Alfa parçacıkları (α), birbirine sıkıca bağlı iki proton ve iki nötrondan oluşan bileşik parçacıklardır. Alfa bozunması adı verilen bir radyoaktif bozunma sırasında bazı radyonüklidlerin çekirdeğinden yayılırlar. Bir alfa parçacığı iki kat iyonize edilmiş bir helyum atomunun çekirdeğiyle aynıdır.
• α ışıması yapan atomun proton ve nötron sayısı 2 azalır.
• Pozitif yüklü olduğundan elektriksel alanda ve manyetik alanda negatif (–) kutba sapar.
β ışıması;
Beta parçacıkları (β), beta bozunması adı verilen bir radyoaktif bozunma biçimi sırasında bazı radyonüklidler tarafından çekirdekten yayılan yüksek enerjili ve hızlı elektronlar (β-) veya pozitronlardır (β+). Beta bozunması normalde kararlılığı sağlamak için çok fazla nötrona sahip olan çekirdeklerde meydana gelir.
• β ışıması yapan atomun proton sayısı 1 artar, nötron sayısı 1 azalır.
• Negatif yüklü olduğundan elektriksel alanda ve manyetik alanda pozitif (+) kutba sapar.
g ışıması;
Radyoaktif bozunmadan kaynaklanan gama ışınlarının enerjileri, birkaç kiloelektronvolt (keV) ile yaklaşık 8 megaelektronvolt (~8 MeV) arasında değişir. Bu enerjiler uzun ömürleri olan çekirdeklerdeki tipik enerji seviyelerine tekabül eder. Cygnus X-3 mikrokuasar gibi kaynaklardan 100-1000 teraelektronvolt (TeV) aralığında çok yüksek enerjili gama ışınları gözlemlenmiştir.
• g ışıması yapan atomun proton ve nötron sayıları değişmez. Sadece enerjileri azalır.
• Yüksüz olduğundan elektriksel alanda ve manyetik alanda sapma göstermez.
Şekil-3: Radyoaktif Bozunma Çeşitleri