ünlük hayatımızın hemen her alanında, gerek doğal yollardan, gerekse teknolojik gelişmelerin getirdiği kolaylıkların, belki de bir bedeli olarak sürekli radyasyona maruz kalmaktayız. Hiç farkında olmadığımız bir şekilde organlarımız, dokularımız radyasyonla etkileşime girmektedir. Bu etkileşim bazı durumlarda gözle görülür sonuçlar doğururken,  bazen de hiç haberimiz olmadan vücudumuzun içinden geçip gitmektedir.

Radyasyonun ne olduğunu, maddeyle ve bedenlerimizle etkileşiminin nasıl gerçekleştiğini anlayabilmek için öncelikle atom hakkındaki bilgilerimizi tazelememiz gerekmektedir.

Atom:

Literatürde atom; bir elementin kimyasal tepkimelere girebilen en küçük parçası olarak tanımlanır. Yalnız bu tanımlamanın en can alıcı kelimesini gözden kaçırmamak gerek: “Küçük” kelimesi kanaatimce, bizler için en ilginç ve anahtar kelimedir. Muhakkak sorulması gereken şey küçüklüğün ne kadar olduğudur.
Şunu söyleyebilirim ki, bu küçüklük bizim düşünce ve hayal sınırlarımızı zorlayacak değerlere sahiptir.
Bu konu ile ilgili rakamsal verilere geçmeden önce, atomun şekli hakkında kısaca bilgi vermek yerinde olur:
İlk atom modeli Rutherford (1911) tarafından sunulmuştur. Bu modele göre ortada pozitif yüklü bir çekirek bulunmaktadır. Çekirdeğin etrafında, durmaksızın dönmekte olan ve çekirdekteki pozitif yük  sayısına eşit sayıda elektron vardır.
Daha sonra bu model, Rutherford ve Bohr`un çalışmalarıyla geliştirilmiştir. Günümüzün modern atom kuramına göre, yüksüz nötron ve pozitif yüklü protondan oluşan bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında belirli  enerji bölgelerinde ve yerleri tam olarak tesbit edilemeyen elektronlar bulunmaktadır.
Bu kısa bilgilerden sonra, hayalimizde küçük bir atom küresi canlandırabiliriz. Yalnız, kürenin çapı, 1 santimetre 100.000.000 eşit parçaya bölündükten sonra, o parçalardan bir tanesinin uzunluğu kadar olacaktır.
Hayal gücünüzü zorlayarak şunu başarmayı deneyin: Önce bir santimetre uzunluğunda bir ip bulun, daha sonra o ipe 100.000.000 adet atom küresi dizebilmeyi hayal edin. Tabii bu küreleri hayalinizde bile görmek çok zor olacaktır.
Bunun ötesinde atomun çekirdeğini göz önüne alırsak, artık hayal sınırlarımızı çoktan aşmış olacağız. Atom çekirdeğinin çapı 1 santimetrenin 1.000.000.000.000`da biridir. Demin verdiğimiz örnek üzerinden düşünmek gerekirse, 1 santimetrelik bir ipe 1.000.000.000.000 adet atom çekirdeğini yan yana dizebiliriz.
Peki, atom çekirdeğinin içindeki parçacıklar için yukarıdaki rakamların nerelere ulaşabileceğini düşünebiliyor musunuz? Her bir protonun da 3 adet kuarktan oluştuğunu söylersek bu kuarkların boyutları hakkında bir fikire sahip olursunuz sanırım.(?)
Atom için düzenlenen ilk modellerde, çekirdek etrafında dönen elektronların belirli yörüngelerde bulundukları düşünülüyordu. Bir çeşit mikrogüneş sistemi olarak tanımlanıyordu diyebiliriz. Daha sonraları, bu yörüngelerin yerine enerji kabukları tanımlandı. Yani her elektronun belli bir enrji kabuğu içinde herhangi bir yerde olacak şekilde hareket ettiği anlaşıldı. Bunu daha iyi hayal edebilmek için iç içe geçmiş içi boş küresel kabuklar düşünebilirsiniz. Bu küresel kabukların her biri elektronların hareket ettiği enerji düzeylerini temsil eder.Ve bu enerjiler, elektronun atomdan kaçmak için  yeterli enerjiye sahip olmadığını belirleyen negatif değerlerdir. En düşük enerji düzeyine “atomun kararlı durumu” ve yüksek düzeylerine de “uyarılmış durumlar” denir. Enerji düzeyi sayısı olan n kuantum sayısı arttıkça buna tekabül eden enerji değeri de sıfıra yaklaşır. N sonsuz sınırında  enerji değeri de sıfır olur ve elektron artık bir atom oluşturmak için çekirdeğe bağlı değildir.
Atomun elektronlarına yönlenmiş herhangi bir enerji elektronda iki tür etkiye neden olur: Eksitasyon (uyarma) ve iyonizasyon.
Eksitasyon olarak tarif edilen olayda elektron kendisine gelen enrji miktarına bağlı olarak bir üst düzeydeki enerji kabuğuna atlama yapar. Bu da elektronun çekirdeğe daha uzak bir düzeye geçiş yapması demektir. Elektron geçiş yaptığı bu yüksek enerjili düzeyde uzun süre kalamaz. Sadece saniyenin 100.000.000 `da biri kadar kısa bir sürede eski düşük enerjili düzeyine geri döner. Geri dönüş sırasında fazla enerjisini bir foton yayrak dışarı atar.

İyonizasyon olayında ise atomdan elektron kopması söz konusudur. En dış enerji seviyesindeki elektronlar atoma bağlılıkları en düşük olan elektronlardır. Bu bağlılık (kararlılık durumu) iç kabuklara gidildikçe artış gösterir. Dolayısıyla, bir atomdan elektron koparmak için gerekli olan minimum enerji, en dış yörüngedeki elektronun atoma bağlılık enerjisine eşittir. Yeterli enerjiyi alan elektron atomdan ayrılır. Bu şekilde ortaya çıkan eksik elektronlu atoma iyon ismi verilir. Meydana gelen elektron ve iyon ikilisi ya tekrar birleşir ya da başka atomlarla etkileşerek eksiklerini tamamlama yoluna giderler.

Radyasyon Çeşitleri ve Radyoaktif Maddeler

Radyasyon bir kaynaktan çıkan ve boşlukta yayılan enerji olarak tanımlanabilir. Birkaç çeşit radyasyon türü vardır. Bunları şu başlıklar altında toplamak mümkündür:

Parçacık  Radyasyonu :  Alfa (a) , beta (b) , proton (p) , nötron (n) olarak sayabiliriz.
Elekromagnetik Radyasyonlar : Mikrodalga, ınfraruj, görünen, ultraviyole, c-ışınları, g-ışınları, kozmik ışınlar.
İyonize Etmeyen Radyasyon : Ses, ultrases…

Radyoaktif maddeler, bulundukları ortama radyasyon yayan maddelerdir. Doğada atom çekirdekleri kararsız durumdan daha kararlı bir duruma geçmek için çekirdekleri içindeki bazı parçacıkları atarlar. Buna radyoaktivite denir. Kararsız durum ne demektir kısaca açıklamak gerekirse, parmağınızın ucunda havada tutmaya çalışacağınız topu örnek olarak vermek mümkündür. Topun parmağınız üzerinde kalması ihtimali son derece düşük olup her an öne, arkaya, sağa ya da sola düşmesi ihtimali söz konusudur. Bu dururmda topun kararsız bir durumda olduğunu söylemek mümkündür. Aynı şekilde sepet içine koyduğunuz topun da dış etkenler olmaksızın oradan çıkma ihtimali sıfırdır. Buna da kararlı durum diyebiliriz.
Bir çekirdeğin kararlılığı dendiğinde, çekirdeği oluşturan parçacıkların birbirlerine ne derecede güçlü bağlı olduklarını düşünmek gerekir. Buna çekirdeğin bağlanma enerjisi denir. Çeşitli çekirdeklerin parçacık başına düşen ortalama bağlama enerjilerine dikkât ettiğimizde, demir, nikel, kobalt gibi en kararlı çekirdeklerin atom ağırlıklarının 60 civarında olduğunu görürüz. Bu nedenle doğada, demir ve benzeri metaller, uranyum ve toryuma göre daha fazla bulunur.

Doğada atom numarası yani çekirdekteki proton sayısı 83 `ten büyük olan tüm elementler kararsız durumdadır.Dolayısıyla hepsi radyoaktiftir. Radyoaktif olarak dünya üzerinde 40 kadar element ve 80 kadar radyoizotop bilinmektedir.

Yukarıda da belirttiğimiz gibi kararsız bir atom çekirdeği daha kararlı bir duruma geçmek için içinde bulunan parçacıkların bazılarını atar. Bu olaya bozunma adı verilir. 

Radyoaktif atomlardan oluşan bir maddenin atomlarının yarısının bozunuma uğraması için geçen süreye o maddenin yarı ömrü denir. Örneğin, her canlının içinde bulunan, Karbon 14'ün bir gramının yarısı 5770 yıl içinde bozunuma uğrayarak azot gazına dönüşür. Bu değişim sırasında Karbon 14 çekirdeğinden bir elektron atılır. Burada bahsedilen 5770 yıl, yarı ömürdür. Toryum bir milyar dört yüz milyon yıl gibi uzun bir yarı ömüre sahiptir.

Çekirdek içinden parçacık atmak yoluyla daha kararlı duruma geçen atomların yanı sıra kararlı bir duruma geçebilmek için tümüyle ikiye bölünen kararsız atomlar da bulunmaktadır. Bu ikiye bölünme olayının teknik adı fisyondur. Örneğin doğada bulunan Uranyum 238 çekirdeğinin kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü 10.000.000.000.000.000 yıldır.

Buna karşılık, insan yapısı olan Fermium'un kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü,  bir  yıldan daha azdır. İlk yapay radyoaktif element olan radyoaktif fosfor  F.Joliatre Irere Joliot tarafından 1934 yılında elde edilmiştir. Günümüzde 2000` den fazla yapay radyoelement üretilmiştir.

Devam edecek...

Fiz. Müh. Serter Saltık
http://afyuksel.com
30.11.2000