Nükleer radyasyon Kararsız çekirdeklerin enerjik parçacıklar yayarak daha kararlı hale geldiği süreçleri ifade eder. Üç tür nükleer radyasyon, alfa, beta ve gama radyasyonunu ifade eder. Kararlı hale gelmek için, bir çekirdek bir alfa parçacığı (bir helyum çekirdeği) veya bir beta parçacığı (bir elektron veya bir pozitron) yayabilir. Çoğu zaman, bir parçacığı bu şekilde kaybetmek, çekirdeği uyarılmış bir durumda bırakır. Daha sonra çekirdek, fazla enerjiyi bir gama ışını fotonu şeklinde serbest bırakır.

Tanıtım

Bir madde nihayetinde atomlardan oluşur. Atomlar sırayla oluşur protonlar, nötronlar ve elektronlar. Protonlar pozitif yüklü ve elektronlar negatif yüklüdür. Nötronlar şarj edilmez. Protonlar ve nötronlar içinde bulunur çekirdek atomun ve protonlar ve nötronlar birlikte denir nükleonlar. Elektronlar, çekirdeğin kendi boyutundan çok daha büyük olan çekirdeğin etrafındaki bir bölgede bulunur. Nötr atomlarda proton sayısı elektron sayısına eşittir. Nötr atomlarda, pozitif ve negatif yükler birbirini iptal ederek sıfır net yük verir.

Atomun Yapısı - Nükleonlar orta bölgede bulunur. Gri bölgede elektron bulunabilir.

Proton, Nötron ve Elektronların Özellikleri

parçacık	Parçacık Sınıflandırması	Yığın	Şarj etmek
Proton ( )	baryon
Nötron ( )	baryon
Elektron ( )	lepton

Nötronun protondan biraz daha ağır olduğuna dikkat edin.

Çekirdekleri Temsil Gösterimi

Bir izotopun çekirdekleri genellikle aşağıdaki biçimde temsil edilir:

Örneğin, hidrojenin izotopları protium, döteryum ve trityum aşağıdaki gösterimle yazılır:

,

,

.

Bazen proton numarası da yayınlanır ve sadece sembol ve nükleon numarası yazılır. Örneğin.,

,

,

.

Proton sayısı elementi (sembol) belirlediğinden, proton numarasının açıkça gösterilmemesinde bir sorun yoktur. Bazen, belirli bir izotop, element adı ve nükleon numarası ile ifade edilebilir, örn. uranyum-238.

Birleşik Atom Kütlesi

Birleşik atom kütlesi (

) olarak tanımlanır

bir karbon-12 atomunun kütlesi.

.

Nükleer Radyasyonun Üç Türü

Alfa Beta ve Gama Radyasyonu

Daha önce de belirttiğimiz gibi, nükleer radyasyonun üç türü alfa, beta ve gama radyasyonudur. İçinde alfa radyasyonu, bir çekirdek iki proton ve iki nötron (bir helyum çekirdeği) yayarak daha kararlı hale gelir. Üç tür beta radyasyonu vardır: beta eksi, beta artı ve elektron yakalama. İçinde beta eksi radyasyon, bir nötron kendisini bir protona dönüştürebilir ve bu süreçte bir elektron ve bir elektron antinötrino salabilir. İçinde beta artı radyasyon, bir proton bir pozitron ve bir elektron antinötrino vererek kendisini bir nötrona dönüştürebilir. İçinde elektron yakalama, çekirdekteki bir proton atomun bir elektronunu yakalar, kendisini bir nötrona dönüştürür ve bu süreçte bir elektron nötrinosunu serbest bırakır. Gama radyasyonu, uyarılmış durumdaki çekirdekler tarafından uyarılmamış hale gelmeleri için gama ışını fotonlarının emisyonunu ifade eder.

Alfa Radyasyonu Nedir?

İçinde alfa radyasyonu, kararsız bir çekirdek bir alfa parçacığıveya bir helyum çekirdeği (yani, 2 proton ve 2 nötron), daha kararlı bir çekirdek haline gelir. Bir alfa parçacığı şu şekilde gösterilebilir:

veya

.

Örneğin, bir polonyum-212 çekirdeği, kurşun-208 çekirdeği olmak için alfa bozunmasına uğrar:

Nükleer bozunmalar bu biçimde yazıldığında, sol taraftaki toplam nükleon sayısı, sağ taraftaki toplam nükleon sayısına eşit olmalıdır. Ayrıca, sol taraftaki toplam proton sayısı, sağ taraftaki toplam proton sayısına eşit olmalıdır. Yukarıdaki denklemde örneğin 212 = 208 + 4 ve 84 = 82 + 2.

Bu nedenle, bir alfa bozunmasıyla üretilen yavru çekirdek, ana çekirdekten iki proton ve dört nükleona sahiptir.

Genel olarak, alfa bozunması için şunu yazabiliriz:

Alfa bozunması sırasında yayılan alfa parçacıkları, ana ve yavru çekirdeklerin kütlelerindeki farkla belirlenen belirli enerjilere sahiptir.

örnek 1

Americium-241'in alfa bozunması için denklemi yazın.

Americium'un atom numarası 95'tir. Alfa bozunması sırasında, americium çekirdeği bir alfa parçacığı yayar. Üretilen yeni çekirdek ("kız çekirdek"), toplamda iki daha az protona ve dört daha az nükleona sahip olacaktır. yani atom numarası 93 ve nükleon numarası 237 olmalıdır. Atom numarası 93, bir neptünyum atomuna (Np) karşılık gelir. Yani, yazıyoruz,

Beta Radyasyonu Nedir?

Beta radyasyonunda, bir çekirdek bir elektron veya bir pozitron yayarak bozunur (pozitron, elektronun antiparçacığıdır, aynı kütleye ancak zıt yüke sahiptir). Çekirdek elektron veya pozitron içermez; bu nedenle, aşağıda göreceğimiz gibi, önce bir protonun veya bir nötronun dönüşmesi gerekir. Bir elektron veya bir pozitron serbest bırakıldığında, lepton sayısını korumak için bir elektron nötrinosu veya bir elektron antinötrinosu da serbest bırakılır. Belirli bir bozunma için beta parçacıklarının enerjisi (elektronları veya pozitronları ifade eder), bozunma işlemi sırasında açığa çıkan enerjinin ne kadarının nötrino/antinötrinoya verildiğine bağlı olarak bir dizi değer alabilir. İlgili mekanizmaya bağlı olarak, üç tip beta radyasyonu vardır: beta eksi, beta artı ve elektron yakalama.

Beta Eksi Radyasyon Nedir?

A beta eksi (

) parçacık bir elektrondur. Beta eksi bozunmada, bir nötron bir protona, bir elektrona ve bir elektron antinötrinosuna bozunur:

Elektron ve elektron antinötrinosu yayılırken proton çekirdekte kalır. Beta eksi süreci şu şekilde özetlenebilir:

Örneğin, altın-202 beta eksi emisyonla bozunur:

Beta Plus Radyasyonu Nedir?

A beta artı (

) parçacık bir pozitrondur. Beta artı bozunmada, bir proton bir nötron, bir pozitron ve bir nötrinoya dönüştürülür:

Pozitron ve elektron nötrinosu yayılırken nötron çekirdekte kalır. Beta eksi süreci şu şekilde özetlenebilir:

Örneğin, bir fosfor-30 çekirdeği beta artı bozunmaya uğrayabilir:

Elektron Yakalama Nedir?

Elektron yakalamada, çekirdekteki bir proton atomun elektronlarından birini "yakalayarak" bir nötron ve bir elektron nötrino verir:

Elektron nötrino yayılır. Elektron yakalama süreci şu şekilde özetlenebilir:

Örneğin, Nikel-59 beta artı bozunmayı aşağıdaki gibi gösterir:

Gama Radyasyonu Nedir?

Alfa veya beta bozunmasından sonra, çekirdek genellikle uyarılmış bir enerji durumundadır. Bu çekirdekler daha sonra bir gama fotonu yayarak ve fazla enerjilerini kaybederek kendilerini uyarırlar. Bu işlem sırasında proton ve nötron sayısı değişmez. Gama radyasyonu tipik olarak şu şekli alır:

burada yıldız, uyarılmış bir durumda çekirdeği temsil eder.

Örneğin, kobalt-60, beta bozunması yoluyla nikel-60'a bozunabilir. Oluşan nikel çekirdeği uyarılmış haldedir ve uyarılmamış hale gelmek için bir gama ışını fotonu yayar:

Gama ışınları tarafından yayılan fotonlar da çekirdeğin belirli enerji durumlarına bağlı olarak belirli enerjilere sahiptir.

Alfa Beta ve Gama Radyasyonunun Özellikleri

Nispeten, alfa parçacıkları en yüksek kütleye ve yüke sahiptir. Beta ve gama parçacıklarına göre daha yavaş hareket ederler. Bu, madde içinde seyahat ederken, temas ettikleri madde parçacıklarından çok daha kolay bir şekilde elektronları sıyırabilecekleri anlamına gelir. Sonuç olarak, en yüksek iyonlaştırıcı güce sahiptirler.

Ancak iyonizasyona en kolay neden oldukları için enerjilerini de en hızlı şekilde kaybederler. Tipik olarak, alfa parçacıkları, iyonlaştırıcı hava parçacıklarından tüm enerjilerini kaybetmeden önce havada yalnızca birkaç santimetre ilerleyebilir. Alfa parçacıkları insan derisine de giremezler, dolayısıyla vücut dışında kaldıkları sürece herhangi bir zarar veremezler. Bununla birlikte, alfa parçacıkları yayan bir radyoaktif malzeme yutulursa, güçlü iyonizasyona neden olma yetenekleri nedeniyle bu çok fazla hasara neden olabilir.

Nispeten beta parçacıkları (elektronlar/pozitronlar) daha hafiftir ve daha hızlı hareket edebilir. Ayrıca bir alfa parçacığının yarısı kadar yüke sahiptirler. Bu, iyonlaştırıcı güçlerinin alfa parçacıklarına kıyasla daha az olduğu anlamına gelir. Aslında, beta parçacıkları birkaç milimetre alüminyum levha ile durdurulabilir.

Gama radyasyonundan yayılan fotonlar yüksüz ve “kütlesizdir”. Bir malzemeden geçerken, malzemeyi oluşturan ve iyonizasyona neden olan elektronlara enerji verebilirler. Ancak iyonlaştırıcı güçleri alfa ve betaya göre çok daha azdır. Öte yandan bu, malzemelere nüfuz etme yeteneklerinin çok daha fazla olduğu anlamına gelir. Birkaç santimetre kalınlığındaki bir kurşun bloğu, gama radyasyonunun yoğunluğunu azaltabilir, ancak bu bile radyasyonu tamamen durdurmak için yeterli değildir.

Aşağıdaki tablo alfa, beta ve gama radyasyonunun bazı özelliklerini karşılaştırmaktadır.

Mülk	alfa radyasyonu	beta radyasyonu	gama radyasyonu
Parçacığın doğası	bir helyum çekirdeği	Bir elektron/pozitron	bir foton
Şarj etmek			0
Yığın			0
bağıl hız	Yavaş	Orta	Işık hızı
Bağıl iyonlaşma gücü	Yüksek	Orta	Düşük
Tarafından durduruldu	Kalın kağıt	Birkaç mm alüminyum levha	(bir dereceye kadar) Birkaç cm kurşun bloğu

Referanslar:

Parçacık Veri Grubu. (2013). Fiziksel Sabitler. 24 Temmuz 2015, Particle Data Group'tan alındı: