Radyoaktivite
Radyoaktivite, kararsız bir çekirdeğin parçacık veya foton yayarak kendiliğinden başka bir çekirdek durumuna ya da nüklide dönüşmesidir. Tek bir çekirdeğin ne zaman bozunacağını önceden söylemek mümkün değildir; buna karşılık çok sayıda özdeş çekirdeğin davranışı üstel bozunma yasasıyla yüksek doğrulukta açıklanır.
Görsel model
Etkileşimli model
Alfa, beta ve gama
Alfa bozunmasında bir ⁴He çekirdeği yayılır; A dört, Z iki azalır. Beta eksi bozunmasında çekirdekte bir nötron protona dönüşür, elektron ve antinötrino çıkar; A değişmez, Z bir artar.
Gama ışıması, uyarılmış çekirdeğin daha düşük enerji durumuna elektromanyetik geçişidir. Gama fotonu A veya Z'yi değiştirmez. Bir alfa ya da beta bozunmasından sonra kız çekirdek uyarılmış kalırsa gama yayımı sık görülür.
Korunum yasaları denklemi denetler
Nükleer denklemlerde elektrik yükü ve nükleon sayımı tutarlı olmalıdır. Beta süreçlerinde enerji, momentum ve lepton sayısının korunumu için nötrino ya da antinötrinonun da hesaba katılması gerekir.
²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He örneğinde 238 = 234 + 4 ve 92 = 90 + 2'dir. Bu basit kontrol yanlış kız çekirdek veya yanlış bozunma türünü hızla ortaya çıkarır.
Bozunma sabiti ve yarı ömür
Radyoaktif çekirdek sayısı N(t)=N₀e^(−λt) ile azalır. Yarı ömür T₁/₂ = ln2/λ, çok büyük bir toplulukta başlangıç çekirdeklerinin yarısının bozunmuş olduğu süredir.
Yarı ömür, her tek çekirdeğin tam olarak bu kadar 'beklediği' anlamına gelmez. Tekil bozunma rastlantısaldır; sabit olan modelde birim zamandaki bozunma olasılığıdır.
Aktivite ve bekerel
Aktivite zaman başına bozunma sayısıdır: A_act = λN. SI birimi bekerel (Bq), saniyede bir bozunma demektir. Aynı Bq değeri aynı soğurulan doz veya aynı biyolojik risk anlamına gelmez.
N azaldıkça aktivite de azalır. İki yarı ömür sonunda çekirdeklerin dörtte biri kalır; λ değişmiyorsa aktivite de başlangıç değerinin dörtte biridir.
Maddeyle etkileşim ve risk
Alfa parçacıkları yoğun iyonlaştırıcıdır ama maddede kısa mesafe ilerler; gama ışınları çok daha nüfuz edicidir. Beta ışımaları bu iki sınır arasında yer alır. Uygun zırhlama, ışınım türü ve enerjisine göre seçilir.
Risk değerlendirmesinde yalnız 'radyoaktif' sözcüğü yeterli değildir. Aktivite, enerji, ışınım türü, maruz kalma süresi, mesafe, maddenin vücut içinde veya dışında oluşu ve soğurulan doz birlikte önemlidir.
Alıştırmalar
İki yarı ömür
İki yarı ömür sonra başlangıç miktarının ne kadarı kalır?
Çözüm: (1/2)² = 1/4, yani %25.
Alfa bozunması
Alfa bozunmasında A ve Z nasıl değişir?
Çözüm: A dört, Z iki azalır.
Aktivite
500 Bq ne demektir?
Çözüm: Örnekte ortalama saniyede 500 radyoaktif bozunma gerçekleşir.