Nükleer Kararlılığın Kuralları
Çift sayıda proton ve nötron iç eren çekirdekler diğerlerine göre daha kararlıdırlar. Aksine tek sayıda proton ve tek sayıda nötron içeren çekirdekler en az kararlı olanlardır. ( şekil 22.11 ) 2,8,20,50,82,126 tane proton veya nötron taşıyan çekirdekler en kararlı çekirdeklerdir. Bu sayılara sihirli sayılar denir.
Örneğin kalay ( Z = 50 ) ise sadece iki kararlı izotopu bulunur. a parçacığının iki protonu iki nötronu olduğu için, bu tanecik ‘’ çifte sihirli ‘’ dir. Daha ileride göreceğimiz gibi, bazı aktinirler, 126 nötron ve 82 protonlu diğer bir çifte sihirli bir çekirdek olan, 208Pb izotopuna ulaşıncaya kadar art arda bozunmaya uğrarlar. Aynı kararlılık kuralı, atomdaki elektronlara da uygulanabilir. 2,10,18,36,54 ve 86 elektronlu atomlar, soygazdır. Bu atomların kararlılıkları, elektronların enerji düzeyleri ile ilgilidir. Bu da, çekirdekteki taneciklerin belirli enerji düzeylerinde bulunduğuna işaret sayılır.
Kararlı çekirdekler kararlılık kuşağı içinde yer alırken, bu bandın civarı kararsızlık denizidir. Kararsızlık denizindeki çekirdekler ışıma yayarak bozunurlar. Atom numarası yaklaşık 20’ye kadar olan kararlı nütlikter hemen hemen eşit sayıda nötron ve proton içerirler.
Bu nedenle kütle numarası, ZZ’ye yakındır. Bilinen daha yüksek atom numaralı kararlı ve kararsız tüm çekirdeklerin nötron sayısı proton sayıların dan daha fazladır. ( A < ZZ ‘dir .) bu durumu yüklerle açıklayabiliriz. Protonlar aynı yüklü oldukları için, birbirlerini iterken, nötronlar yüksüz olduğu sağlam nükleer kuvvetlere katkıda bulunur. Çünkü, ilave itme kuvveti getirmez. Çok protonlu bir çekirdekte, protonların elektriksel itmelerini karşılamak için çok fazla nötrona ihtiyaç vardır.
Nötronca zengin nüklitler kendiliğinden nötron yayarak da nötron sayılarını azaltabilirler.
Kr ---> Kr + n
Kararsızlık kuşağının altındaki kararsız izotopların nötron oranı düşüktür. Bu elementler protonca zengin olarak sınıflandırılır ve pozitron yayarak kararlılık bandına yaklaşırlar.
P ---> Si + b
Protonca zengin nüklitler, aşağıdaki örneklerde görüldüğü gibi, elektron yakalayarak veya proton yayarak da protonlarını azaltabilirler.
Be + b ---> Li
Reaksiyonu, bir elektron yakalama (e– caphture ) örneğidir.
Sc ---> Ca + p + y
Z < 83 olan tüm çekirdekler kararsızdır ve radyoaktiftir. a parçacığı yayarak bozunurlar. Z < 60 olan çekirdeklerin çok azı a parçacığı yayabilir. Z< 83 olan elementlerin izotopları atom numaralarını azaltmak üzere proton yaymalıdırlar. Genel olarak, nötron da kaybederler. Bu çekirdekler adım adım bozunara, bir radyoaktif seri oluştururlar. Önce bir a parçacığı atılır. Bunu bir a veyab parçacığı izler ve bu atılmalar, kararlı bir çekirdek oluşuncaya kadar devam eder. Son nüklit genellikle kurşunun izotopudur ( sihirli numarası 82 olan element, ) doğal olarak bulunan nüklitler üç ayrı radyoaktif seri oluşturur.
Uranyum – 238 serisi : uranyum 238 ile başlar ve kurşun – 206 da biter.
Uranyum – 235 serisi : uranyum 235 ile başlar ve kurşun – 207 de biter.
Toryum – 232 serisi : toryum – 232 ile başlar ve kurşun – 208 de biter.
Eskiden , radyoaktif maddeler, sadece ağır elementlerin bozunmasıyla elde edildiği için, radyoaktif seri son derece önemliydi. Radyoaktif seri, nükleer yakıtların davranışlarını anlamada bu gün de faydalıdır.
Radyasyonun Etkileri
Üç temel radyasyonun maddeye girginlik özellikleri farklı farklıdır. En az girgin olan a ışıması olup kağıttan geçmez. Çok yüklü a parçacıkları maddeyle çok kuvvetli etkileşir, madde tarafından yavaşlatılır. Çevredeki maddelerden elektron yakalar ve kısa zamanda helyum atomlarına dönüşürler. a parçacıkları maddeye çok nüfuz etmez: ama çok zarar verirler. Çünkü maddeye çarpma anındaki enerjileri, molekülden atomları doku içine girerse, şiddetle zarar verir ve ciddi hastalıklara, hatta ölümlere sebep olabilir. DNA veya onun protein msen9tez mesajını yorumlayan enzim sindirim yoluyla alınırsa vücudumuzda ciddi tahribatlar oluşturabilir. Örneğin plutonyum en radyoaktif maddelerden birisi olarak kabul edilir. a ışıması, çoğunlukla, daha az zarar verebileceği ölü derinin yüzeyinde absorplanır. Solunum veya sindirim yoluyla alınırsa vücudumuzda ciddi tahribatlar oluşturabilir. Ama plutonyum dokuya girerse, Fe+3 ile benzer kimyasal özelliklere sahip/ olan Pu+4 e atılmaz: vücut tarafından tutulur. Radyasyon hastalığı ve kanser meydana getirebilir.
Işımanın artan nüfuz gücü bakımından , a ışınlarından sonra b ışınları gelir. Bu ışınları oluşturan hızlı elektronlar, moleküllerin elektron ve yüzeyden 1 cm içeriye kadar nüfuz edebilirler.
Radyoaktif İzotopların Kullanılması
Organik maddelerin yaşını tayinde karbon –14 ün kullanıldığını gördük. Çok yaşlı maddelerin, örneğin kayaların yaşını tayinde yarı – ömrü uzun olan nüklitler gereklidir. Uranyum –238 ( t = 4,5 X 109 y ) ve potasyum – 40 ( t = 1,26 X10 9 y ) yaşlı kayaların yaşını tayinde kullanılır. Uranyum –238, seri halde birbirini izleyen a ve b parçacıkları yayarak kurşun – 206’ya bozunur. Uranyum içeren bir kayanın yaşını tayin etmek için 238 U’in 206 Pb’ya oranı ölçülmelidir. Potasyum –40, elektron yakalayarak arfon –40 oluşturmak üzere bozunur. Kaya, önce vakuma konur sonra da iyice ezilir. Uzaklaşan arfon gazını ölçmek için kütle spekrometresi kullanılır. Kaliforniyada sahildeki kayaların ve Ay’ın yüzeyinin yaşını tayin etmede bu teknik kullanıldı. Daha genç örneklerin yaşını tayinde, aynı karbon –14 yaş tayinindeki teknik kullanılarak, trityum ( t = 12,3 y ) aktifliği ölçülür.
Bir yolu izlemek için radyoaktif izleyiciler denilen izotoplar kullanılır. Örneğin, petrol şirketleri boru hatlarına, yarı – ömrü kısa olan radyoaktif izleyiciler pompalar. Boru hattı boyunca uygun aralıklarda radyasyon dedektörleri yerleştirip radyoaktif izotopun hangi hızda hareket ettiğini bulurlar. Radyoaktif izotopun yarı – ömrü kısa olduğu için petrol borudan çıkarken artık radyoaktif değildir. Kimyacılar, reaksiyon mekanizmalarını aydınlatmada izleyici izotoplar kullanırlar. Örneğin, şeker numunesi, karbon – 14 ile etiketlenebilir. Yani, şekerdeki karbon –12 atomlarının bir kısmı ışıma sayaçları ile belirlenebilen karbon –14 atomlarıyla etiketlenir. Böylece, şeker moleküllerinin vücuttaki değişim işlemleri izlenebilir. Radyoaktif azot, fosfor ve potasyumla etiketlenen gübreler bitki büyümelerinin mekanizmalarını izlemede ve bu elementlerin çevreye dağılmalarını izlemede kullanılır.
Radyoaktif nükliklerin endüstride de önemli kullanım alanları vardır. Örneğin Amerikyum – 243 duman dedektörlerinde kullanılır. Çünkü bu izotoptan çıkan ışınlar dumandaki partikülleri iyonlaştırır ve bir akım oluşturur. Böylece alarmı harekete geçirir. Çeliğe konulan karbon –14, çelik parçanın aşınıp aşınmadığını kontrol etmede, plastiğe konulan karbon –14 ise, düzgünlüğü ( homojenliği ) kontrol etmede kullanılır. Yiyecekleri sterilize etmede, patatesi bozulmadan, kokuşmadan korumada radyasyon kullanılır. Radyasyon, yiyecekleri bozan bakterileri öldürür. Fakat zararlı maddeler oluşturmaz.
Çok fazla enerji oluşturabilen radyoaktif izotoplar, bilhassa jeneratör kullanımının mümkün olmadığı yerlerde ( jeneratör boşaldığında tekrar doldurulmasının mümkün olmadığı yerlerde ) güç kaynağı olarak kullanılırlar. Kutuplara yakın hava üslerinde, pisti aydınlatmak için kullanılan ışıklar, Kuzey ve Güney Kutuplarındaki meteoroloji istasyonları, Voyager 2 gibi insansız uzay mekikleri radyoizotoplardan enerji sağlarlar.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder