BÖLÜM 5: DOĞAL RADYOAKTİVİTE VE RADYOAKTİF GEÇİŞ YASALARI 5.1. DOĞAL RADYOAKTİVİTE

Transkript

1 ÖLÜM 5: DOĞL RDYOKTİVİTE VE RDYOKTİF GEÇİŞ YSLRI 5.1. DOĞL RDYOKTİVİTE omik v nüklr fizikki pk çok fikir v knik radyoakif lmnlrin, bunların ışımasının, bunlar üzrindki çalışmaları v bunların kullanımının üzrin ourulmuşur da cqurl uranyum un ışıkla lüminsansını inclrkn, uyarıcı ışık kaldırıldığı hald ışımanın dvam iği gözlmiş v doğal ışımayı bulmuşur. Işımayı siyah kağıda sarılmış fooğrafik plakayla görünülmiş; manyik alanda ışımanın bir kısmının sapığınıda gözliyrk iyon odalarının yapımına sbp olmuşur. urada M Curi nin yapığı dnylr nrsandır. Pk çok lmn dndilr v oryum un radyoakif olduğunu gözldilr. ir uranyum cvhrini inclrkn uranyum içriğindn daha çok ışıma gözldilr, bu maddyi uranyumdan ayırmak için 1 on cvhri işldilr v sonunda klörür şklind.1 g radyum olarak adlandırdıkları maddyi buldular, bu işlmlr snasında buldukları diğr bir maddy d M Curi nin doğduğu ülky ihafn polonyum adı vrildi. Curi v Ruhrford un ilk dnylri radyoakif maddlrdn yayılan radyonun madd içind farklı ilrlm kabiliylrin sahip olduklarını gösrmişir. Girginliğin n az olan ışımalar α-ışımalarıdır bunlar birkaç cm hava vya.15cm kalınlığındaki bir mal yapraka amamn soğurulurlar. 1 mm kurşun arafından amamn soğurulabiln daha nrjik parçacıklar β-ışımalarıdır. unlar manyik alanda sapıklarından yüklü parçacıklardır. 19 yılında Villand 1 cm kalınlığındaki kurşunu gçirbiln mıknaısla yönü dğişirilmyn γ- ışımalarını buldu. Daha sonra bunların lkromanyik karakrd olduğu blirlndi. Kağı düzlmin dik manyik alanın α-, β- v γ- ışımaları üzrindki kisi α- ışımaları hlyum çkirdğinin aynıdır. Poziif yüklüdür. β-işımalar lkronların aynıdır. ncak yüksk hız yapıklarında m = m v 1 c formülün gör küllri büyür. Örnğin v = c / için m = 1.5 m dır. gaif yüklüdürlr. α v β ışımalarında çkirdk v dolayısı il lmn dğişir. γ-ışımaları lkromanyik dalgalardır.

2 u ışımalarla ilgili gniş bilgi daha sonraki bölümlrd vrilckir. üklr bozunumun ksponansiyl(üsl) yasaya oldukça iyi uyduğu gözlnmişir. u sismd birysl aomlarının birr birr bozunumunu akip dr. irim zamandaki akiviyi, yani birim zamandaki bozunumu d /d olarak yazabiliriz. Gözlnn üsl durum d = d olmasını grkirir. urada (birimi 1/s) bozunum sabiidir v bir aomun saniydki bozunum olasılığıdır. Eğr, = arasındaki radyoakif aaom sayısı is = olur. Oralama ömür τ = d d = ( d / d) ( d / d) d 1 = d radyoakif aomların yarısının bozunumu için grkli sür yarı ömür T 1/ olarak adlandırılır v 1 T1/ = ln.693 T1/ = = =.693τ şklinddir. lirli bir zaman aralığında yayılan parçacıkların sayısındaki oynama Poisson dağılımına gör olur. parçacık gözlmk için, oralama sayı is, olasılık: W ( n) = n! yani rasgl bir sürç v bozunum olasılığı küçük sabi olduğunda bu formül gçrlidir. n α- b β- ışımalarında çkirdk bir ürdn öbürün gçr. irbirini akip dn dğişikliklr sonucunda radyoakif srilr oluşur. unlar yrdğişirm yasalarına abidir. una gör α-ışıması il (,Z) çkirdği (-4,Z-4) çkirdğin v β - ışıması il (,Z) çkirdği (,Z+1) çkirdğin dönüşür. Uzun sürdir srilrin bilinn n son ana radyoakif çkirdklri, dünya yaşına yakın yaşam sürsin sahip haln yrli mikarda dünyada bulunabilirlr. unlar: 1) Toryum srisi: ana çkirdk 3Th T 1/ = 1.39x1 1 y aynı zamanda 4n srisi olarak bilinir çümki =4n dir. urada n bir sabiir.

3 ) Uranyum srisi: na çkirdk 38 U, T 1/ =4.5 x 1 1 y, 4n+ srisi olarak bilinir. 3) kinyum srisi: na çkirdk 35 U, T 1/ = 7.7 x 1 8 y 4n+3 çkirdk srisi.

4 4) urada kayddilmyn 4n+1 srisi 194 larda nüklr rakörlrd ld dilmişir. pinyum srisi, ana çkirdk 37 p, T 1/ = 3. x1 6 y 4n+1 srisi. aşlangıça oluşan üm npinyum uzun sür önc kaybolmuşur. Dikka dilirs bu srilr 8 Pb, 4 i, 6 Pb v 7 Pb sabil çkirdklrin ulaşığında durur. α- yayımı son çkirdği biraz nöron zngini bırakır bu da, β- ışıması il nöronun proon dönüşümü il düzlilir. ir grup durumda α v β bozunumları birlik görülür. Skondr bozunumlarda is nüklr bir raksiyon 39 U, 38 U in nöron yakalaması sonucu oluşan, 38 U

5 bol bir izoopur.bu yapay izoop nüklr bir yakı vya palayıcı olarak 35 U!a bir alrnaif olarak kullanılabilir. 35 U daha az bol olan bir uranyum izoopudur. Vriln bir uranyum madnindki üm 6 Pb nin uranyum srilrindn sonuçlandığı v bozunumun hızlarında v ürünlrd hiçbir dğişiklik olmadığını birbirin oarnı minralin oluşum yaşını vrir. U U = Pb burada şu anda bulunan sayıdır. 1 9 τ = u = 7.5x1 y dolayısı il, U 6 Pb aomları 9 ( ) Yaş = x7.5x1 y = x1 38 U aomları başlangıça 35 U v 38 U un aynı mikarda oluşurduğunu kabul dip, şu anda 35 U in daha kısa ömrü dolayısı il çok daha az oluşuna bağlarsak : T 1/ 35 8 ( U ) = 7.7x ( U ) = 4.5x1 y T1/ Gözlnn bolluk oranı da 35 U / 38 U = 1 / 14 lmn oluşumundan iibarn gçn sür 5x1 9 y şklinddir. Kalan çkirdğ dönüş + ana çkirdkn yayılan parçacık bir nrji açığa çıkarır: aşağıdaki raksiyonda : Z Z α 4 +Q çığa çıkan nrji Q poziifir. v nin küllrindki fark, α parçacığının külsindn fazladır. - α + Q öylc bağlanma nrjisi ğrisi yüksk dğrlri için yrli dikliğ kavuşuğunda bu şar sağlanır v > 1 için abii radyoakiflik ld dilir. nzr şkild ZR Z+1 S + β + Q β-parçacığının külsi ihmal dilbilir. γ- ışınları için; ZX ZX + γ + Q Uyarılmış Düşük Düzy Düzy Diğr doğal radyoakif çkirdklr ağır çkirdklr bölgsinin dışında da priyodik ablo boyunca çşili sbplrl bulunur. b v Sm zayıf α- radyoakifir bunlar dform bölgddir. R, Lu, In, Rb, V v K zayıf β-ışıması gösrir. 4 K normal poasyumun sadc %.1 ini oluşurur yani ömrü 1.5 x1 9 y dır. Grani kayalarda oldukça yüksk bolluka bulunan 4 K, dünyanın ısınmasınıın K radyoakivisindn kaynaklandığına işar dr. Laborauvarlardaki ışıma ölçümlrind daima bulunan ml ışıma (background) olarak görünür. y 6 y Radyoakif bozunum yasaları : Farklı bozunum sabilri il C D... bozunumu bir sri düşünülürs: nın

6 d = d nin bozunumu v gşilmsi için: d = d ilk rim dan y ikinci rim is dn C y dğişimi gösriri. Zaman sıfır olduğunda mikarları bulabilirsk v bulunabilir. ununla birlik, bozunum hızı vya akivi daha çok bilinmk isniln şydir. v akivisi : = ( ) v = () + ()( ) burada (), sıfır anında mvcu aomları gösrir. İkinci ifadyi şöyl bulabiliriz. nin akivisi: nin akivisi: d = = ( ) () d boydan boya + il çarpıp düznlnirs : d ( ) + = ( ) d vya d ( ) ( ) = ( ) d ingral alınırsa () ( ) = + c il çarpım: = anında () = bu yrin konursa ( ) = () + c bir sabi olacağından C = ( ) () ( ) = ()( ) + () dolayısı il akivi : ( ) = () + olur. Eğr başlangıça yoksa, yani () = is akivisi = 1 akivisi ()( ( ) ( ) )

7 şklinddir. Şimdi üç lümi durumu gözönün alalım : ( i ) > faka karşılaşırılabilir, yani kız anadan daha kısa yaşarsa, akivi oranı /( ) sabi dğrin yönlir. Sonunda hr iki akivi ara yaşam sürsinc d bozulacakır. u sabi dğr am ulaşıldığı an gçici dng sağlanır. = d =. böylc bu anda =, akivilr şi olur. Örnğin 8 Th un yarı ömrü 1.9 yıldır. u 8 Ra, T 1/ = 6.7 yıl ın, 8 c, T 1/ = 6.1 h u akip dn bir üründür. öylc aradaki lmanın ömrü çok kısa olduğundan = 3.35x1-9 s -1, = 1.x1-8 s -1 gçici dng 4.8 yılda oluşur. u durum aşağıdaki şkild görülmkdir. (ii) >> yani ana, kızdan çok daha fazla yaşarsa, bu durumda akivilr oranı ( çok küçük olduğundan) 1 yaklaşır v ana nın ömründ bozunur. nin akivisi ananın akivisin yaklaşıncaya kadar büyür. una skülr dng dnilir. Örnğin 38 U, T 1/ =4.5x1 1 y, 35 Th, T 1/ = 4 gün (d) a bozunur, uranyum srisindki gibi durumlarda ana çok fazla n uzun ömr sahipir. Dolayısı il sridki üm ürünlr şklind vrilir. = = c c = D D = sabi Skülr dngnin diğr bir örnği akivinin bir hızlandırıcı vya rakörd P/saniy ürilmsind bulunur. Işınlama nin yarı ömrü il karşılaşırıldığında uzun sürrs P= dir. Eğr ışınlama uzun sürmzs sonuça ld diln mikar 1 = P (1 ) (iii) Eğr < yani kız daha uzun yaşarsa dng durumu olmaz v akivi sürkli olarak arar.

8 OZUUM SİTİ ÖLÇÜMLERİ En yaygın ölçüm, blirli aralıklarla akivinin gözlnmsidir. kiviy karşılık zaman yarı logarimik bir kağıda çizilirs yarı ömür doğrudan okunabilir. u mod yani ömrün dakika,saa v günlr için ölçümünd uygulanır. Daha kısa yarı ömürlr için, dakikanın küçük bir parçası gibi, dönn bir disk rafında pk çok ddkör vya harkli kaynak çrçvsind ddkörlr yrlşirilrk vya gcikirlmiş koinsidans(çakışma) modu uygulanarak yarı ömür blirlnmsi yapılır. Çok uzun ömürlr için bilinn bir küldki bozunumların ksin sayısını oluşan α-parçacığı sayısına şiliyrk bozunum sabii bulunur: m /, burada m(gram) kül vagadro sayısı ana çkirdğin aom ağırlıdır. bulundukan sonra T 1/ ld dilir. kiflik irimlri Tml birim Curi dir, 1 Curi = 3.7 x 1 1 bozunum/saniydir. u 1 gram 6 Ra nın saniydki bozunum sayısı civarındadır. Curi oldukça yüksk bir birimdir. Dolayıs il laborauarlarda daha sık olarak milicuri (mci) vya microcuri(µci) kullanılır.bir laborauarda 5 µci civarında bir kaynakla çalışılırsa çok yaklaşılmadığı sürc önmli bir zarar vrmz. iyolojik ki havada vya dokularda iyonizasyon gücü olarak arif dilir. Röngn X-vya γ- ışımalarının, normal sıcaklık v basınça 1cc, yani.193 g havada poziif v ngaif 1.s.u. yük aşıyan iyonlar ürbilck mikardadır. u havaya 83.8 rg/g, biyolojik dokuya is 93 rg/g nrji ransfrin dnkir. Hrhangi bir ışın dmi bu nrjiyi 1 grama ilirs bunun şiddi 1 röngn in fiziksl şlniği vya 1 rp olarak adlandırılır.ğr ilkn 1 rg/g is şidd bir rad dır. X-vya γ-ışınları dışındaki ışımalar için daha fazla vya daha az iyonlaşma yoğunluğu oluşabilir, bu da daha fazla vya daha az hücr ahribin sbbiy vrbilir. u düzlm fakörü bağıl biyolojik kinlik vya RE olarak adlandırılır. u fakörlr aşağıdaki abloda görülmkdir. Işıma RE

9 β-, - vya γ- ışımaları 1 α-parçacıkları 1 Hızlı nöronlar(mvdüzyind) 1 ğır çkirdk vuruşu Rp x RE insan için röngn ş dğri (rm) olarak adlandırılır. Hafalık doz müsadsi, vücudun 5 cm drinliğindn fazlası için 1 milirm dn az olmalıdır. Kaba bir kaid olarak c, curi lik bir γ-ışımasının nrjisi E MV is bundan 35 cm uzaklıkaki şidd 6CE rad/saa ir. ağıl biyolojik kinlik(re) farklı nöron nrjilri için farklı dğrlr sahipir. unlar aşağıdaki abloda görülmkdir. öron nrjisi RE kı yoğunluğu n/cm.s. Eş dğr.5 milirm/saa Trmal KV 8 8 1MV MV dolayısı il müsaad dilbilir nöron dozu, 1 MV nöron akısında sadc 17 nöron/cm.s dir ki, çok az sayıdır. u is hızlı nöronlara karşı n kadar dikkali olunması grkiğini gösrir.

10