Radyoaktif atomlar, atom altı parçacıklar veya elektromanyetik dalgalar olarak kendiliğinden yayılan enerjileri içermektedir. Bu emisyonlar radyasyon olarak adlandırılır. Radyoaktif maddeler Dünya’da doğal olarak bulunur ve atmosferdeki kozmik ışınlar tarafından sürekli olarak üretilir. İnsanlar tarafından yapılan nükleer reaktörlerde ve parçacık hızlandırıcılarda nükleer reaksiyon oluşturan radyoaktif maddeler üretilir.
Bazı radyoaktif maddeler enerjilerini hızlı bir şekilde yayarken diğerleri yavaşça dışarı yayar. Enerji salım hızı, malzemenin yarı ömrü ile yani başlangıçtaki atomların yarısının enerjilerini serbest bırakma süresiyle ölçülmektedir. Örnek olarak; yarı ömrü 1 dakika olan 100 radyoaktif atomun, 50 tanesi 1 dakika sonra enerjisini yayar bu nedenle 2 dakika sonra 25 tane radyoaktif atom kalacaktır. Nükleer enerji için de aynı durum geçerli olduğundan, bir reaktörün çalışması sırasında oluşan birçok malzeme radyoaktiftir. Maddeler salınırken radyasyon yayarlar. Radyasyonun taşıdığı enerji genellikle biyolojik hücrelere zarar vermek için yeterli enerjiyi içermektedir bu nedenle radyasyon bir sağlık riskidir.
ÖNEMLİ NOT: Kararsız atom çekirdeği daha yüksek kararlılığa sahip çekirdekler oluşturmak amacıyla kendiliğinden ayrışmaktadır. Ayrışma sürecine radyoaktivite denir. Ayrışma sürecinde açığa çıkan enerji ve parçacıklara radyasyon denir. Kararsız çekirdekler doğada kendiliğinden bozunduğunda bu süreç doğal radyoaktivite olarak adlandırılır. Kararsız çekirdekler laboratuvarda hazırlanıp ayrıştırıldığında buna indüklenmiş radyoaktivite denir.
Radyasyon ve Isı Arasındaki Analoji
Radyasyon, ısıya çok benzer ancak radyasyon hissedilmez veya gözle görülmez. Çevremizdeki her şey doğal olarak biraz sıcak olduğu için dünya da biraz radyoaktiftir denilebilir. Kozmik ışınlar uzaydan her an her saniye yayılır. Radon gazı milyarlarca yıldır kayalardan yayılır. Uranyum ve toryumun radyoaktif bozunması nedeniyle yeryüzündeki ısı yaklaşık % 50’dir. Yaklaşık 75 ° F veya 24 ° C’ye kadar olan sıcaklıklar ve yılda 3 mSv kadar olan doğal radyasyon zararlı değildir.
Dünyanın normalden daha sıcak olan bölgelerinde (Florida gibi) yaşayan insanlar da herhangi bir sağlık problemi görülmemiştir. Benzer şekilde, yıllık kozmik ışınları 100 mSv’dan fazla olan Ramsar ve İran’da deniz seviyesinde yaşayanlar veya Denver Colorado gibi yerel jeoloji nedeniyle 2 kat daha yüksek doğal radyoaktiviteye sahip yerlerde yaşayan insanlarda herhangi bir sağlık problemi görülmemiştir. Ancak, çok sıcak ve çok radyoaktif şeyler tehlikelidir. Uzman kişiler tarafından bazı durumlarda çok sıcak ve çok yüksek dozlu radyasyon uygulanarak sağlık konulu problemler çözülmektedir. Örnek olarak; X ışınları hayat kurtaran tıbbi teşhislerin yapılmasını sağlar. Radyoaktif izotoplar ile deniz bilimi deneyleri, Mars gezintileri, uzay sondaları ve kalp pilleri güçlendirildi. İnsan DNA’sının çifte sarmal yapısını keşfetmek için iyonlaştırıcı radyasyon kullanıdı. Nükleer enerji santralleri ile ABD’de de karbonsuz elektrik üretimi gerçekleştirilerek ülkenin yarısından fazlasının elektrik ihtiyacı karşılandı. Kanserli tümörleri öldürmek ve hayat kurtarmak amacıyla vücudun belirli bölgelerinde düzenli olarak radyasyon kullanılmaktadır.
Nükleer Radyasyon Türleri
Radyoaktif çekirdekten yayılabilen birkaç tür parçacık veya dalga vardır. Alfa parçacıkları, beta parçacıkları, gama ışınları ve nötronlar iyonlaştırıcı (tehlikeli) radyasyonun en yaygın biçimleridir.
Alfa Parçacıkları
İlk keşfedilen parçacıklar olmalarından dolayı alfa olarak adlandırılmıştır. Bu parçacıklar, 2 proton ve 2 nötron içeren atomik kütlesi 4, yükü +2 olan helyum çekirdeğinden yayılan pozitif yüklü parçacıklardır. Büyük atomlar genellikle alfa parçacığı yayarak bozunur. Bu parçacıklar nispeten büyüktür ve pozitif yüklüdür bu nedenle maddeye çok iyi nüfuz etmezler. İnce bir kağıt parçası ile neredeyse tüm alfa parçacıkları durdurabilir. Ancak parçacıklar yavaşladıkça, atomların yerini değiştirerek temas ettikleri malzemelerde aşırı hasara neden olurlar. Alfa ışımasına sürekli maruz kalan kağıt bozulur. Bir alfa parçacığı çekirdekten yayıldığında, çekirdeğin kütle numarası 4 birim azalırken atom numarası 2 birim azalır. Örnek olarak;
238 92U → 4 2He + 234 90Th
Helyum çekirdeği alfa parçacığıdır.
Beta Parçacıkları
Beta parçacıkları, çekirdekten yayılan elektronlardır. Bir nötron bozunarak protona dönüştüğünde beta parçacıkları oluşur. Nötronlar nötr parçacıklar ve protonlar pozitif yüklü parçacıklar olduğu için, yük korunumu negatif yüklü bir elektronun yayılmasını gerektirmektedir. Bazı izotoplar, bir protonu bir nötrona dönüştürerek bozunurlar böylece bir pozitron (bir anti-elektron) yayarlar. Bu parçacıklar, maddeye alfa parçacıklarından daha fazla nüfuz edebilirler. Beta parçacıklarını durdurmak için küçük alüminyum levha gerekmektedir. Bir beta parçacığı püskürtüldüğünde, çekirdekteki 1 nötron 1 protona dönüşür bu nedenle çekirdeğin kütle numarası değişmez ancak atom numarası 1 birim artar. Örnek olarak;
234 90 Th → 0 -1 e + 234 91 Pa
Elektron, beta parçacığıdır.
Gama ışınları
Gama ışınları, çok kısa dalga boyuna (0.0005 ila 0.1 nm) sahip yüksek enerjili ve çekirdekten yayılan fotonlardır. Uyarılmış durumdaki atom, gama ışını yayarak uyarılır. Gama ışınları, yüksek frekansta ve daha enerjili olmaları dışında ışık dalgalarına ve x ışınlarına benzer. Gama radyasyonu emisyonu atom çekirdeğindeki enerji değişikliğinden kaynaklanır. Gama emisyonunda atom numarası ve atomik kütle değişmez. Alfa ve beta emisyonuna genellikle gama emisyonu eşlik eder çünkü uyarılmış çekirdek daha düşük ve daha kararlı bir enerji durumuna geçmektedir. Bu radyasyon türünün yükü yoktur bu nedenle çoğu maddeye kolayca nüfuz edebilirler. Gama ışınlarından korunmak için kurşun tuğlalar gereklidir.
Alfa, beta ve gama radyasyonu indüklenmiş radyoaktivite sırasında da gerçekleşir. Laboratuvarda, kararlı çekirdeği radyoaktif çekirdeğe dönüştürmek için bombardıman reaksiyonları kullanılarak radyoaktif izotoplar hazırlanır. Pozitron (elektronla aynı kütleye sahip ancak -1 yerine +1 yüke sahip olan parçacık) emisyonu doğal radyoaktivitede gözlenmez ancak indüklenmiş radyoaktivitede yaygın olarak gözlenen bozunma türüdür. Bombardıman reaksiyonları doğada bulunmayan elementler de dahil olmak üzere çok ağır elementleri üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
Yaygın Radyasyon Kaynakları
İnsan Faaliyetleri Sonucunda Oluşan Radyasyon Türleri
Duman Dedektörleri
Duman dedektörlerinde Amerikyum-241 izotopunu kullanılır. Bu izotop, 5,4 MeV’ye varan enerjili alfa parçacıkları yayar. Alfa parçacıkları havayı iyonlaştırmak amacıyla kullanılır. Hava iyonlaştıktan sonra içinden küçük bir akım geçer. Duman odaya yayıldığında, akım direncinde bir artış yaşanır ve devre alarmı çalar.
Kömür Yakan Enerji Santralleri
Kömür saf olmayan bir yakıttır ve genellikle 1,3 ppm uranyum ve 3,4 ppm toryum (Arsenik, cıva ve sülfür de içermektedir.) içerir. Kömürün yanması sonucu oluşan izotoplar ekosistemimize girerek atmosfere yayılırlar. Kömürle çalışan termik santrallerdeki etkin doz eşdeğeri, nükleer santrallerden 100 kat daha fazladır.
Nükleer Silah Patlamaları
1963 Sınırlı Test Yasağı Anlaşması ile yasaklanmadan önce yapılan yüzlerce atmosferik nükleer silah testi sonucunda atmosferde uzun ömürlü radyoizotopları kaldı. Bu radyoizotoplarından bazıları hala atmosferdedir ve günlük olarak maruz kaldığımız radyasyon dozunun bir kısmını oluşturur.
Doğal Radyasyon
Radon gazı, topraktan doğal olarak oluşur ve tüm dünyada bulunur. Alfa parçacıkları yayar bu nedenle solunması halinde DNA’ya zarar verebilir ve kansere neden olabilir. Bu nedenle Çevre Koruma Ajansları evlerin radon gazı açısından kontrol edilmesini önerir.
Kozmik Işınlar
Kozmik ışınlar, dünyanın dışından, güneşten, uzak yıldızlardan, galaksilerden ve süpernovalardan dolayı oluşan enerjik parçacıklardır. Bunların çoğu protonlardır. Atmosfer kozmik ışınlardan korunmayı sağlar ancak havada yolculuk yapan kişi de diğer insanlara göre çok daha yüksek doz birikir.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
