N

1
Nükleer bozunma ve Radyoaktiflik

• Ders 5

2
Uran ve toryum elementlerin radyoaktif
bozunmalarinin bilinmesi nükleer fizigin
baslamasinda önemli rol oynamistir. 235U ve 238U
uzun yari-ömürleri var yaklasik dünyanin yasina
es deger (?1010 y) 1903 Marie, Pierre Curie ve
Becquerel ile Ra elementinin dogal
radyoaktifligini buldular. (Nobel fizik 1903
ödülü) 1934 yillinda Curie-Joliot suni
radyoaktifi buldular. (Nobel kimya 1935 ödülü)
3
Kararli olmayan çekirdekler ya elektro manyetik
(?) yayarak ile temel seviyeye (karrli çekirdek)
olmaya çalisir. Yada kararsiz çekirdek bir
tanecik (?,?) yayinlayarak karli bir çekirdege
dogru bozunur.
4
?, ? veya ? ile kararsiz çekirdekler kararli
olmak için bozunurlar örnek
212Pb bozunma sekili çok basitlestirilmis hali.
5
Radioaktif bozunma daha çok ? seklinde bozunur.
Bunun disinda ?,? veya fisyon yoluyla olur. Bu
geçislerin hepsinin kuantum mekanik olarak geçis
olasaligi ?C2 ile hesaplanir. Cgeçis dalga
yüksekligi. Clt?s??bgt ?s son ?b son ve ilk
dalga fonksiyonu. ? Bozunma olasiligi sabiti.
6
Radyoaktif bozunma kanunu Suni radyoaktiflik
örnek 27Al(?,n)30P (?)?30Si bu reaksiyonda
Q-2,64 MeV 6 MeV enerjiye sahip alfa çekirdek (
27Al) ile reaksiyona girer. Reaksiyon ürünü 30P
kisa bir süre ? ile bozunmaya devam eder. Bir
radyoaktif elementin özeligi 1-Radyoaktif tip
(hangi çesit ürün ?,? veya ?) 2-Radyoaktif
enerjisi 3-Yari-ömür
7
Eger bir t aninda N radyoaktif çekirdek varsa ve
numuneye yeni çekirdek ilave edilmiyorsa dt zaman
araliginda bozunan dN çekirdek sayisi N le
orantilidir. AAktiflik dersek birim zamanda
bozunmaya veya parçalanmaya denir. A-(dN/dt)
?N (dN/N) -?dt ve ? integrali alinirsa
lnN-?tC NN0e-?t () Integrasiyon sabiti
seçimi t0 aninda NN0 oldugu zaman.
8
t zamandaki aktiflik A-?N0e-?tA0e-?t burada
A0-?N0 Eger t zaman araliginda N çekirdek sayisi
yariya iniyorsa biz bu zaman yari ömür zamani
t1/2 diyoruz. Eger () denkleminde NN0/2
koyarsak t1/2ln2/?(0,69315/ ?) Ve ortalama
ömür süresi (?) ?(1/?)1,443t1/2 t? aninda
radyoaktiflik 1/e0,36788 oraninda azalir.
9
(No Transcript)
10
Bozunan bir çekirdek seviyesi Heisenberg
belirsizlik ilkesine göre ?E?t ?h bir enerji
araligi söylenebilir. Bu yüzden parçalanma
genisligi (?) ?(h/?)h? dir. Bir çekirdek
çesitli yola bozunur. Bu yüzden toplamlar
alinir, toplam ? ve ? asagidaki gibi dir. ? ?1
?2.. ? ?1 ?2
11
Radyoaktif birimler Radyoaktiflik bir numunenin
birim zamandaki bozunma sayisidir ve bozunma/s
uygun bir birimdir. Aktifligin diger birimi
Curie (Ci) 1 Ci3,7x1010 bozunma/s Aktifligin
SI deki birim becquerel (Bq) saniyedeki birim
parçalanmaya esittir. 1 Bq0,27x10-10Ci Aktiflik
radyasyonun enerjisi ve türü hakkinda bilgi
vermez. Eger radyasyonun biyolojik bir sistem
üzerindeki etkisini bilmek istiyorsak aktiflik
bilgi vermez.
12
Diger birimler Röntgen ?-isinin sebep oldugu
2x109 iyon çiftinin bir mililitredeki hava da
olusumudur. Röntgen1R2,58x10-4 C/kg (hava)
13

• Bir isinin neden oldugu tesir çok önemli bu
  yüzden enerji dozu önem kazaniyor. Birim
  numunenin birim kütlesinin isinim sonucu verilen
  enerji.
• 1 Gray Gy1 J/kg
• ve
• 1 rad 1 rd 10-2 Gy organik büyüklülükler için
  1 R1 rd.
• Bunun disinda
• 1 Siveret1 Svq.1 Gy
• 1 rem 10-2 Sv
• için q1,5
• ? için q20

14
Dogal radyo aktiflik Yaklasik 15x109 yil önce
olusan elementler den çok azi halen radyo
aktiflik devam ediyor. 40K(?-, ? 1,25x109 y),
87Rb(?- 4,9x1010 y) 147Sm(? 1,06x1011 y),
187Re(?- 5x1010 y) Bunlardan 235U, 238U ve
232Th çok önemli. Bu elementler çesitli yol ve
sekilde karali element olusana kadar ?, ? veya ?
ile bozunurlar.
15
Önemli seriler Seri ana T1/2 yil karali
çekirdek çekirdek Thorium 232Th 1,41010 208
Pb 4n Neptunium 237Np 2,1106 209Bi
4n1 Uran 238U 4,5109 206Pb
4n2 Actinium 235U 7,0108 207Pb 4n3 Np
serisi bugün ölçülmüyor çünkü ömür bitmis. Suni
olarak üretimi mümkün. A4nS serileri ntamsayi,
S0,1,2,3
16
238U serisi
17
232Th serisi
18
Dünyanin yasi
Bazi uzun ömürlü elementler 10Be, 14C, 40K
gibi Atmosferde sürekli 14N(n,p)14C reaksiyonu
var. 14C ? bozunumu ile 14N bozunur (t1/25730 y)
ile yas belirlemesi yapilir. 238U ve 232Th
dünyanin yasina yakin.
19
Bunun disinda önemli uzun ömürlü radyo aktif
elementler 14C (?- ve t1/2 5730 yil) kozmik
isinlar sonucu 90Sr (?- ve t1/2 29 yil)
ve 137Cs (?- ve t1/230 yil) Reaktörlerde ve atom
bombasi sonucu.
20
Bozunma türleri ?, ? ve ? bozunumlari burada çok
kisa bahis edecegiz. Geçis bir sekilde daha sonra
bahis edecegiz. Kararsiz bir çekirdek ?, ?
yayarak daha kararli bir çekirdege dönüsmek
ister. ?-bozunumu ise uyarilmis bir çekirdegin
cinsi degismeden temel seviye ye döner.
? ?- ?
21
Bozunma türleri
22
Dallanma oranlari ve yari ömürler Örnek 226Ac da
t1/229 h dir. Toplam bozunum ?t0,693/t1/20,024
h-1 6,6x10-6 s Kismi bozunma sabitleri ??0,83
?t 5,5x10-6 s-1 t1/2?0,693/??35h ??0,17 ?t
1,1x10-6 s-1 t1/2?0,693/??170h ?? 6x10-5 ?t
4x10-10s-1 t1/2?0,693/??55y
Eger yukarda ki bozunmaya bakilirsa 226Ac alfa
nin yayinlanmasi beta dan daha baskin oldugu
görülür.
23
?, ? ve ? bozunma oranlari (dallanma oranlari).
226Ra 222Rn bozunumu 6 ve 94 alfalarla ile
bozunur.
24
Çesitli bozunma sekilleri.
25
Alfa bozunumu Alfa 1908 yilinda Rutherford
tarafinda açiklanmisti. ? Nin bir He çekirdegi
olugu biliniyor 1930 yilinda ? nin hava da ki
erisim menzili 3,84 cm oldugu bulundu.
X ve X ilk ve son çekirdek bu reaksiyon sonucu N
ve Z sayisi korunur. Bir örnek Yariyili 1600 yil
olan Ra 4,6 MeV lik ? ile bozunur.
26
Alfa bozunumu ne zaman enerjik olarak mümkün?
Reaksiyon yariçapi RRçR?r oldugu zaman. Ve
Coulomb potansiyelini geçtigi zaman
V(r)2Ze2/r Normal kuantum mekanikte mümkün
Örnek 226Ra da Vc26 MeV, E?4,9 MeV Klasik
mekanikte bu durumda alfanin çekirdegi terk
etmesi mümkün degil.
27

• Bozunumu
• Bir protonun nötrona dönüsüm veya bir nötronun
  protona dönüsüm bozunumudur.
• Üç sekilde bozunur
• n?pe-?078 MeV ?- bozunumu (negatron)
• p?ne? -1,8 MeV ? bozunumu (pozitron)
• pe- ?n? -0,78 MeV elektron yakalama (?)
• Neutrino da yayinlanir.

28
Örnek beta bozunumlari
29
Beta bozunumu sonucu ortaya çikan e- veya e lar
sekildeki gibi bir dagilim gösterirler. Açisal
momentum ve spin korunumun dan dolayi reaksiyon
denklemi

• E, L ve S geçersiz. Fermi 1936 neutrino (?)
  tanecigini bulmustur. Yani e- ve e olusurken
  baska bir tanecik olmasi gerektigini savunmustur.
  
• duran kütlesi m?0 olan ve isik hizi ile
  hareket eden ve enerji, spin ve açisal momentuma
  sahip olan ve yüksüz bir tanecik.
• Deneysel varligi 37Are-?37Cl?

30
Içinde Cd bulunan organik kristal n- nin Cd
içerisinde absorbe olmasi E?(toplam)9,1 MeV
Burada ölçülen 2x511 keV(positronun absorbe
olmasi) gamma ve 9,1 MeV gammalar.
31
Gamma Bozunumu Radioaktif gama yayinlanmasi
optik veya X-isini geçisleri gibi atomik
radyasyon yayinlanmasina benzer. Uyarilmis bir
durum daha küçük uyarilmis bir duruma veya temel
seviyeye ve seviyeler arasindaki farka esit bir
? isini yayinlayarak ile geçer. Gama genelde
alfa ve beta bozunumu sonucu olusur. Gama
yayinlamasinin yari ömrü 10-9 s daha küçüktür.
32
Birde iç dönüsümle bir çekirdek bozunur. Burada
çekirdek enerjisini direkt atoma aktarir ve atom
da bir e- disari atilir. Laborda da bir serbest
e- gözlenir. Bu beta bozunumundan farklidir. Z ve
N lerin sayisi degismez atom uyarilmis olur.
Onun disinda nükleon (proton ve nötron) yayimi
var. örnek 138I 5 nötron (6,5 MeV) yayinlar
137Xe bozunur. 95 beta ile bozunur.
33
Kendiliginden fisyon la kararsiz çekirdekler
bozunurlar. Bu olay alfa bozunumu gibidir. 233U
ve 235U sekildeki gibi bozunur.
34
Radioaktif yardimi ile yas belirlenmesi Örnek
14C Kozmik isin dünya atmosferinde 14N(n,p)14C
reaksiyonu ile 14C(t1/25730y) 14C sonra
canlilarda 14CO2 olusturur. Ölüm olunca bu olusum
durur. Zamanla 14C azaldigi için ömür belirlenir.
1000 30000 yil olarak hesaplanabilir. Baska
örnek Geografik yas belirlenmesi. Buda
izotoplarin orani ile hesaplanir. 206Pb/238U,
207Pb/235U ve 208Pb/232Th gibi bu metotla
dünyamizin yasi tespit edilmistir. 4,5x109 y
35
Bunun disinda tipta tümör in yeri belirlenir.
Nötron mermi ile hedef aktif edilerek yayinlanan
isin ölçülerek hangi element oldugu tespit
edilir. Bunun disinda radioaktif piller
üretilebilir.