Radyoaktif çürüme
|Bu madde veya bölüm Radyoaktivite maddesine çok benzemektedir ve bu iki maddenin tek başlık altında birleştirilmesi önerilmektedir. Birleştirme işlemi yapıldıktan sonra sayfaya {{Geçmiş birleştir}} şablonunu ekleyiniz.|
|Bu maddenin veya maddenin bir bölümünün gelişebilmesi için konuda uzman kişilere gereksinim duyulmaktadır.


Ayrıntılar için maddenin tartışma sayfasına lütfen bakınız.
Konu hakkında uzman birini bulmaya yardımcı olarak ya da maddeye gerekli bilgileri ekleyerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz.
Radyoaktif bozunma
Daha genel bir konseptte parçacık bozunması için, Parçacık bozunması bakınız. Bozunmadan kaynaklı çeşitli tür radyasyonların tehlikeleri hakkındaki bilgi için,Ionizing radiation bakınız.
Alfa bozunması, atom çekirdeğinin alfa parçacığı yaydığı ve atom numarasının 2 sayı, kütle numarasının ise 4 sayı azalarak başka bir atoma dönüştüğü bir tür radyoaktivite bozunmasıdır.
Radyoaktif bozunma, aynı zamanda nükleer bozunma ya da radyoaktivite olarak da bilinir; alfa, beta, gama ve elektron dönüşümlerinin yaydığı radyasyon ile sabit olmayan bir atom çekirdeğinin enerji kaybetmesi işlemidir. Bu gibi radyasyon yayan maddelere radyoaktif maddeler denir.
Radyoaktif bozunma kuantum teorisine göre, tek bir atom seviyesindeki rastgele bir işleyiştir. Belirli bir atomun ne zaman bozulacağını kestirmek imkansızdır. Verilen bir atomun bozunma şansı asla değişmez, atomun ne kadar uzun süre varolduğu da önemli değildir. Ancak büyük yığında halindeki atomların bozunma oranı, ölçülen bozunma sabitlerinden ya da yarı ömürlerinden hesaplanabilir. Bu radyometrik tarihlemeye dayanır. Radyoaktif atomların yarı ömürlerinin alt ve üst limitleri evrenin yaşından daha büyük maddeler için bilinmiyordu. Bir radyoaktif kaynak bozunma ürünlerini eş yönlü bir şekilde yayar. Birçok farklı radyoaktif bozunma türü vardır (aşağıdaki tabloda). Bir bozunma, ya da çekirdekten enerji kaybı tek türlü çekirdeğe sahip bir atomun farklı proton ve nötron sayılarına sahip başka konumdaki bir çekirdeğe dönüşmesidir, ana radyonüklid (ya da ana radyoizotop) olarak da adlandırılır. Ürün yavru nüklid olarak adlandırılır. Bazı bozunmalarda, ana ve yavru çekirdekler farklı elementlerdir ve bu bozunma süreci farklı bir elementin bir atom yaratmasıyla sonuçlanır. Bu da nükleer dönüşüm olarak adlandırılır.
Keşfedilen ilk bozunma işlemleri alfa, beta ve gama bozunmalarıdır. Alfa bozunması çekirdeğin bir alfa parçacığı (helyum çekirdeği) fırlatmasıyla oluşur. En yaygın çekirdek yayılması işlemidir, ama diğer nadir bozunma türlerinde ya da diğer elementlerin çekirdeğinin küme olarak bozunması halinde çekirdek proton fırlatır. Beta bozunması çekirdek elektron, pozitron ve nötrino yaydığında, bir protonun nötrona dönüşmesi işlemidir. Çekirdek elektron yakalama işleminde, bir protonun nötrona dönmesine neden olan dönme halindeki bir elektronu yakalabilir. Tüm bu işlemler tanımlanmış nükleer dönüşümlerdir. Tam tersine, nükleer dönüşümlerle sonuçlanmayan radyoaktif bozunma işlemleri de vardır. Uyarılmış çekirdek enerjisi gama ışını olarak yayılabilir, bu işleme gama bozunması denir ve uyarılmış çekirdek tarafından bir orbital elektronu fırlatmak için kullanılabilir, bu işlem de iç dönüşümdür. Çok uyarılmış nötronca zengin çekirdek diğer bozunma türü ürünleri gibi oluşur ve duruma göre nötron emisyonu ile enerji kaybeder, böylece element diğer bir izotopuna dönüşmüş olur. Diğer tür radyoaktif bozunma ürünleri tanımlanmaz, ancak orijinal çekirdeğin “parçaları” olarak ortaya çıkar. Bu bozunmada, buna ani parçalanma da denir, büyük dengesiz bir çekirdek aniden daha küçük iki yavru çekirdeğe bölünür ve genellikle bu ürünlerden gama, nötron ve diğer parçacıkların emisyonu gerçekleşir. Dünya üzerindeki radyoaktif olan yirmi dokuz kimyasal element bulunmaktadır. Güneş sisteminin oluşumundan önce 34 tane radyonüklid bulunmaktaydı, bunlara ilk nüklidler denir. Bilinen örnekleri uranyum ve toryumdur, ama doğal olarak uzun ömürlü olan potasyum-40 gibi elementler de vardır. Diğer elli veya radyum, radon gibi kısa ömürlü radyonüklidler de dünya üzerinde bulunur ve ilk nüklidlerle veya carbon 14, azot 14 ürünleri gibi kozmik süreçlerle başlayan bozunma zinciri ürünleridir. Radyonüklidler parçacık hızlandırıcılar veya nükleer reaktörlerde yapay olarak üretilebilirler, bunların 650 tanesinin yarı ömrü bir saatten fazladır ve yüzlercesi de daha kısa ömürlüdür.
Keşfin tarihi
Radyoaktivite 1896 yılında, Fransız bilimadamı Henri Becquerel tarafından fosforesan malzemelere çalışırken keşfedildi. Bu malzemeler ışığa maruz kaldıklarında karanlıkta parlıyorlardı ve Becquerel X ışınları tarafından katot ışın tüplerinde ürettilen ışığın fosforlanma ile ilgili olabileceğinden şüphelendi. Siyah bir kağıda fotoğrafik plaka sardı içine çeşitli forsforlu tuzlar yerleştirdi. Uranyum tuzları kullanana kadar sonuçlar negatifti. Uranyum tuzları, siyah kağıda sarılı plakayı kararttı. Bu radyasyonlara “Becquerel Rays” adı verildi. Daha sonra, plakanın kararmasının fosforesans ile ilgili olmadığı açığa çıktı, çünkü kararma uranyumun ve metalik uranyumun fosforesanlı olmayan tuzları tarafından üretiliyordu. Bu deneyler görünmeyen radyasyonla ilgiliydi ve kağıttan geçebiliyordu, yani ışığa maruz kaldığında plakanın reaksiyonuna neden oluyordu.
Ilk başta, daha önceden keşfedilmiş X ışınları ile benzer yeni bir radyasyon keşfedilmiş gibi göründü. Becquerel Ernest Rutherford, Paul Villard, Pierre Curie, Marie Curie, ve diğerleri tarafından ileride yapılan araştırmalar bu tür radyoaktivitenin bir hayli karmaşık olduğunu gösterdi. Rutherford tüm bu elementlerin aynı matematik üssel formülüyle uyumlu bozunduğunu ilk farkeden kişiydi. Rutherford ve öğrencisi Frederick Soddy birçok bozunma işlemlerinin bir elementten diğer bir elemnte dönüşüm olduğunu ilk kez bulanlardı. Ardından, Fajns ve Soddy’nin radyoaktif yer değiştirme yasası alfa ve beta bozunma ürünlerini tanımlamak için formülüze edildi. Erken dönem araştırmacılar uranyumun yanında diğer kimyasal elementlerin de radyoaktif izotoplara sahip olduğunu keşfettiler. Uranyum madenlerindeki toplam radyoaktivite için sistematik araştırma Pierre ve Marie Curie tarafından polonyum ve radyum olan iki yeni elementi ayrıştırmak için yapıldı. Radyumun radyoaktivitesi dışında, baryuma olan kimyasal benzerliği iki elementi ayırt etmeyi güçleştiriyordu. Marie ve Pierre Curie’nin radyoaktivite çalışması bilim ve tıp için çok önemlidir. Becquerel’in ışınlarını araştırdıktan sonra, radyum ve polonyumun keşfi ile radyoaktivite terimini geliştirdiler. Uranyumdan sızan ışınlar ve radyumun keşfi üzerinde araştırmaları kanserin tedavisi için uranyum kullanımında yeni bir çağ başlattı. Radyum keşfi ilk başta nükleer enerji ve modern nükleer tıbbın kullanımı için barışçıl görünebilir.
Erken dönem sağlık tehlikeleri
1896’da ilk Crookes tüp aparatlarında bir X-ışını resmi alırken. Crookes tüpleri merkezde görülür. Ayakta duran adam elinde bir floroskop ekranı tutuyor; bu bir tüpü yerleştirirken çok yaygın yapılır. Radyasyon maruziyetine karşı hiçbir önlem yoktur, tehlikeleri o zamanlar bilinmemektedir. Radyoaktiviteden dolayı iyonlaşan radyasyonun tehlikeleri ve X ışınları o zamanlar bilinmiyordu.
X-ray ışınları
1895 yılında Wilhelm Röntgen tarafından keşfedilen x ışınları bilimadamları, doktorları ve kaşifleri daha geniş deneylere yöneltti. 1896 yılı başında birçok insan yanık hikâyeleri, saç kaybı ve daha kötü teknik sakatlıklarla karşılaşıyordu. Yılında Şubat ayında, Vanderbilt Üniversitesi’nden Professor Daniel ve Dr. Dudley, X ışınları içeren ve Dudley’in kafasında saç kaybına neden olan bir deney yaptılar. Dr. H.D.Hawks’ın raporuna göre, el ve göğüs yanıkları X ışınları kaynaklıydı, ilk kez bu rapor Electrical Review dergisinde yayınlandı.
Elihu Thomson, ve Nikola Tesla gibi diğer kaşifler de yanıkları raporladılar.Thomson parmağını X ışını tüpüne maruz bıraktı ve bir süre sonra acı çekti, kabardı ve su topladı. Ultraviyole ışınları ve ozonun diğer etkileri bazen hasardan sorumlu tutuldu ancak birçok doktor hala X ışınlarının maruziyetinin hiçbir zarar vermediğini iddia etti. Buna rağmen, erken dönem sistematik tehlike araştırmaları yapıldı ve 1902 yılının başında William Herbert RollinsX ışınlarının dikkatsizce arkadaşları tarafından ve endüstride kullanılmasının yaratacapı tehlikeler hakkındaki uyarılarını kaleme aldı. Aynı zamanda, Rollins X ışınlarının deney hayvanlarını öldürdüğünü kanıtladı, hamile hayvanlarda düşüğe neden oluyordu ve hatta fetüsü öldürüyordu. Hatta “çeşitli hayvanların harici bir X ışığına maruz bırakılmaları konusundaki şüpheleri” ni yazdı ve X ışınları ile tedavi edilecek hastalardaki etkilerinin farklı olabileceği konusunda uyardı.
Radyoaktif maddeler
Radyoaktivite büyük atom numarasına sahip elementlerin bir özelliğidir. En az kararlı bir izotopu bulunan elementler açık mavi ile gösterilmiştir. Yeşil olan yerdeki elementlerin çok kararlı izotopları vardır ve yarı ömürleri milyonlarca yıldır. Sarı ve turuncu renkteki elementler daha az kararlıdırlar, yarı ömürleri yüzlerce hatta binlerce yıldan bir güne kadar düşmektedir. Kırmızı ve mor renkli yerler çok aktif ve çok yüksek radyoaktif elementleri göstermektedir, en kararlı izotoplarının yarı ömrü bir gün ya da daha azdır. Ancak, radyoaktif maddelerden olan radyasyonun biyolojik etkilerini ölçmek çok kolay değildi. Bu durum birçok doktor ve girişimciye patent ilaçları olarak radyoaktif maddelerin pazarlama olanağı verdi. Radyum şırınga tedavileri ve radyum içeren içilebilir tonikler bunun örnekleriydi. Marie Curie bu tür bir tedaviye karşı çıktı, radyasyonun vücuttaki etkilerinin tam olarak anlaşılmadığı konusunda uyarılar yaptı. Curie daha sonra iyonlaşan radyasyona maruziyetten ilaca bağlı aplastik anemi hastalığından öldü. 1930larda kemik nekrozu ve radyuma bağlı tedavilerden sonra, radyum içeren ilaçlar piyasadan kaldırıldı.
Radyasyon koruması
Röntgen’in X ışınları keşfinden bir yıl sonra, Amerikalı mühendis Wolfram Fuchs (1896) ilk koruma tavsiyesini verdi, ama 1925’te ilk uluslararası Radyoloji Kongresi uluslararası koruma standartları oluşturmak için yapıldı. Radyasyonun kanser riskini içeren genler üzerindeki etkileri daha sonra tanındı. 1927 yılında, Hermann Joseph Muller genetik etkiler üzerine araştırmasını yayımladı ve 1946’da Fizyoloji ve Tıp alanındaki bulgularından dolayı Nobel ödülü aldı.
İkinci kongre 1928 yılında Stockholm’de yapıldı ve röntgen biriminin uyumu öne sürüldü ve “Uluslararsı X ışınları ve Radyum Koruma Komitesi” oluşturuldu. Başkan Rolf Sievert idi, cesaret veren kişi ise İngiliz Ulusal Fizik Laboratuvarı başı George Kaye idi. Komite 1931, 1934 ve 1937 yıllarında toplandı.
İkinci Dünya savaşında radyoaktif maddelerin oranı ve niceliğinin artmasından sonra, askeri ve sivil nükleer programları büyük işçi ve halkın potansiyel olarak iyonlaşan radyasyona maruz kaldığı çeşitli gruplar oluşturdu.1950 yılında Londra’da ilk savaş sonrası ICR gerçekleşti ve ardından uluslararası Radyoloji Koruma Komisyonu (ICRP) oluşturuldu. ICRP radyasyon korumasının uluslararası sistemlerdeki varlığını tüm radyasyon tehlikelerini kapsayarak geliştirdi.
Radyoaktivitenin birimleri
Grafik, radyoaktivite ve tayin edilen iyonlaşan radyasyon arasındaki ilişkiyi gösteriyor.
Uluslararası Birim Sistemi (SI) radyoaktivite aktivitesinin birimi becquerel (Bq) idi, Henri Becquerel ‘in onuruna bu birim verilmişti. Bir Bq saniyedeki bir dönüşüm (bozunma) olarak tanımlanmıştı.
Radyoaktivitenin eski birimi Curie, Ci idi, orjinalinde “bir gram radyum elementiyle denge halindeki radyum sızıntı kütlesi veya niceliği” olarak tanımlandı. Bugün, curie saniyedeki 3.7×1010 bozunmadır, bu yüzden 1 curie (Ci) = 3.7×1010 Bq. Radyolojik korumalar için, Amerikan Nükleer Düzenleme Komisyonu SI birimi olarak curie kullanımına izin verir, Avrupa Birliği ölçüm yönerge birimleri için “toplum sağlığı….amaçlar” ın olmasını 31 Aralık 1985 itibariyle yerine getirir.
Bozunma türleri
Alfa parçacıkları bir parça kağıt ile tamamen durabilir, beta parçacıkları ise alüminyum kalkanı ile durur. Gama ışınları sadece çok kalın kurşun bir tabaka gibi kütleli bir maddeile azalabilir.
Erken dönem araştırmacıları elektrik ve manyetik alanın radyoaktif ışımalarla üç farklı ışına ayrılabildiğini buldu. Bu ışınlar maddenin içine işleme sırasına göre alfa, beta, gama idi. Alfa bozunması sadece atom numarası 52(telleryum) ve üstü olan maddelerde gözleniyordu, diğer iki ışıma ise bu elementler tarafından üretiliyordu. Atom numarası 82 olan kurşun radyoaktif bozunma için kararlı izotopa sahip en ağır elementtir. Radyoaktif bozunma, atom numarası 83 (bizmut) veya daha büyük olan tüm maddelerin izotoplarında görülür. Bizmut, çok az radyoaktiftir.
Bozunan ürünlerin doğasını analiz ederken, alfa ışınlarının pozitif, beta ışınlarının negatif, gama ışınlarının nötr yük taşıdığı harici manyetik ve elektrik alanları tarafından elektromanyetik kuvvetlerin uygulanma yönünde ışımalar olması açıktır. Sapmaların büyüklüğünden, alfa parçacıklarının beta parçacıklarından daha ağır olduğu açıktır. Çok ince camdan geçen ve boşalan tüpte hapsolan alfa parçacıkları, bilim adamlarına yakalanan parçacıkların yayılım spektrumunu çalışma olanağı verir ve alfa parçacıklarının helyum çekirdeği olduğu kanıtlanmıştır. Bozunma türleri arasındaki ilişki incelenmeye başlandı: Örneğin, gama bozunması neredeyse her zaman diğer bozunmalarla ilişkilidir ve ardından yakın zamanlarda oluşur. Gama bozunması yarı ömrü ile birlikte ayrı bir olaydır, diğer tür ışımalardan oluşan uyarılmış orta kararlı nükleer izomerlerinin gama bozunmasının bir sonucu olan doğal bir radyoaktivite olarak bulunmuştur. Alfa, beta ve gama radyasyonları çok yaygın olarak bulunmasına rağmen, diğer tür yayılmalar da keşfedilmiştir. Kozmik ışın ürünlerindeki pozitron (pozitron emisyonu) keşfinden kısa bir süre sonra, nötrinolar (klasik beta bozunması entinötrinolar üretir) boyunca klasik beta bozunmasının pozitron üretebileceğiyle aynı süreçler gerçekleşmiştir. Elektron yakalanması gibi daha yaygın benzer bir süreçte, bazı protonca zengin nüklidlerin pozitron yaymak yerine kendi atomik elektronlarını yakaladıkları bulunmuştur, ve bu nüklidler uyarılmış çekirdekten sadece bir nötrino ve bir gama ışını yayarlar (ve bazen eksik yakalanan elektronların yerini doldurmak için elektronların tekrar düzenlenmesinin bir sonucu olarak Auger elektronları ve karakteristik X ışınlarıdır). Bu tür bozunmalar elektronların nükleer yakalanması, elektronların veya pozitronların yayılmasını içerir ve bu yüzden toplam verilen nükleon sayısı için bir çekirdeğin nötron proton oranında sahip olduğu en az enerjiyle hareket eder. Böylece, daha kararlı ve daha az enerjili bir çekirdek oluşur. (Elektron yakalama ile benzer olan pozitron yakalamanın teorik bir süreci amtimadde atomlarda da olasıdır, ama gözlenmez; antelyuma doğru karmaşık antimadde atomlarına deneysel olarak ulaşılamaz. Böyle bir bozunma en az berilyum 7 gibi karmaşık bir antimadde atomunu gerektirir, berilyum 7 elektron yakalama ile bozunan normal bir maddenin bilinen en hafif izotopudur) 1932’de nötronun keşfinin ardından, Enrico Fermi nadir beta reaksiyonlarının aniden bozunan bir parçacık olarak nötron ürettiğini anladı (nötron yayılması). İzole edilmiş proton yayılması bazı elementlerde gözlenir. Bazı ağır elementlerde bulunur ve çeşitli bütünlerde ani parçalanmalara gider. Küme bozunması olarak bilinen olayda, alfa parçacıklarından farklı nötron ve protonların özel kombinasyonları atomlardan yansımış olarak bulunur. Diğer tür adyoaktif bozunmaların önceden görülen parçacıkları yaydığı bulundu, ama farklı mekanizmalarla. Ilk elektron yayılımı, ardından karakteristik X ışınları ve Auger elektronları yayılımı sonucu olan, beta ve gama ışımalarını içermeyen iç dönüşüm buna bir örnektir. Bir nötrino yayılmaz, hepsini yayacak enerji olsa bile çekirdekten varolan hiçbir elektron ya da foton yayılmaz. İzomerik geçiş gama ışını ve nötron yayılması gibi iç dönüşüm bozunması uyarılmış bir nüklidle bir elementin diğerine dönüşümü olmadan enerji salınımı içerir. Beta bozunma türü olayların bir kombinasyonunu içeren nadir olaylar bilinir (aşağıya bakınız). Her biri ayrı ayrı tayin edilememelerine rağmen, enerji korunumu ve momentum yasalarını (ve belki parçacık korunum yasaları) çiğnemeyen herhangi bir bozunma işleminin gerçekleşmesine izin verilmez. Son kısımda tartışılan ilginç bir örnek, renyum 187’nin sınır konumundaki beta bozunmasıdır. Bu işlemde, ana nüklidin beta elektron bozunmasına beta elektron yayılımı eşlik etmez, çünkü beta parçacığı yansıyan elektronun K kabuğunda yakalanmıştır. Bir antinötrino negatif beta bozunması olarak yayılır. Radyoaktif nüklidler farklı reaksiyonlara girebilirler, bunlar aşağıdaki tabloda sıralanmıştır. Bir çekirdeğin kütle numarası A ve atom numarası Z olarak gösterilir (A, Z). “Yavru çekirdek” yeni çekirdek ve orijinal çekirdek arasındaki farkı gösterir. Bu yüzden, (A − 1, Z) kütle numarası bir azalır, atom numarası sabit kalır. Enerji durumları geçerli ise, verilen bir radyonüklid birçok yarışan tür bozunma olayına girer, bazı atomlar bir stepte bozunur, bazıları diğer stepte. Bakır 64, 29 protonu ve 35 nötronu vardır; yarı ömrü 12.7 saattir. Bu izotop bir eşleşmemiş protona ve bir eşleşmemiş nötrona sahiptir, bu yüzden proton ve nötron zıt parçacıklara bozunabilir. Bu özel nüklid proton bozunması boyunca neredeyse aynıdır, pozitron yayılması (18%) veya elektron yakalaması (43%) boyunca üretir; elektron yayılması (39%) ile nötron bozunması üretir. Bu bozunmalardan üretilmiş uyarılan elektron konumları taban enerji konumunu sonlandırmada başarısız olur, sonradan zamanın % 0.5 ile iç dönüşüm ve gama bozunması üretir.
|Bozunma modu||Katılan parçacıklar||Yavru çekirdek|
|Çekirdek yayılması ile bozunmalar:|
|Alfa bozunması||Çekirdekten bir alfa (A = 4, Z = 2) parçacağı yayılır||(A − 4, Z − 2)|
|Proton yayılması||Çekirdekten bir proton fırlar||(A − 1, Z − 1)|
|Nötron yayılması||Çekirdekten bir nötron fırlar||(A − 1, Z)|
|İkili proton yayılması||Aynı anda çekirdekten iki proton fırlar||(A − 2, Z − 2)|
|Ani bölünme||Çekirdek bir veya daha küçük çekirdeğe ya da parçacıklara bölünür||—|
|Küme bozunması||Çekirdek alfa parçacığından daha büyük küçük bir çekirdek türünü fırlatır||(A − A1, Z − Z1) + (A1, Z1)|
|Beta bozunmasının farklı modları:|
|β− bozunması||Bir çekirdek bir electron ve elektron antinötrino fırlatır||(A, Z + 1)|
|Pozitron yayılması (β+ bozunması)||Bir çekirdek pozitron ve electron antinötrino fırlatır||(A, Z − 1)|
|Elektron yakalama||Bir çekirdek dönen bir elektronu yakalar ve bir nötrino yayar, yavru çekirdek uyarılmış kararsız seviyenin solunda kalır.||(A, Z − 1)|
|Sınır konumu beta bozunması||


Özgür bir nötron veya çekirdek bir elektron veya bir antinötrinoya beta bozunur, ama electron yayılmaz, çünkü boş K kabuğunda yakalanır; yavru çekirdek uyarılmış ve kararsız seviyede soldadır. Süreç özgür nötron bozunmaları için azınlıktadır (%0.0004), çünkü hidrojen iyonlaşmasının enerjisi düşüktür ve K kabuğundaki boşluklara sahip iyonlaşmış atomlar haricini durdurur.
|(A, Z + 1)|
|Ikili beta bozunması||Bir çekirdek iki elektron ve iki antinötrino yayar.||(A, Z + 2)|
|İkili electron yakalama||Bir çekirdek iki orbital elektronu emer, iki nötrino yayar – yavru çekirdek uyarılmış ve kararsız seviyenin solundadır.||(A, Z − 2)|
|Pozitron ışıması ile electron yakalanması||Bir çekirdek bir orbital elektronu emer, bir positron ve iki nötrino yayar.||(A, Z − 2)|
|İkili positron yayılması||Çekirdek iki positron ve iki nötrino yayar.||(A, Z − 2)|
|Aynı çekirdeklerin konumları arasındaki geçişler:|
|İzomerik geçiş||Uyarılmış çekirdek yüksek enerjili foton yayar (gama ışını)||(A, Z)|
|İç dönüşüm||Uyarılmış çekirdek atomdan sonradan fırlatılan bir orbital elektrona enerji transfer eder||(A, Z)|
Radyoaktif bozunma toplam kütlenin azalmasıyla enerji salınımıyla birlikte sonuçlanır. Buna rağmen, bozunma enerjisi bazen ana nüklid ürünleri ve bozunma ürünleri arasındaki farkla ilişkilidir; bu sadece kütle ölçümleri için geçerlidir, biraz enerji ürün sisteminden uzaklaştırılır. Bu doğrudur, çünkü bozunma enerjisi E = mc2formüle göre her zaman kütleyi taşımalıdır. Bozunma enerjisi ilk olarak yayılan fotonların enerjisi ve yayılan parçacıkların kütlesinin kinetik enerjisi olarak salınır. Bu parçacıklar çevreyle termal dengeye ulaştığında, fotonlar emilir ve sonra bozunma enerjisi kütle sabit kalarak termal enerjiye döner.
Bozunma olayının teorik dayanağı
Çekirdeği oluşturan nötron ve protonlar, hatta kendilerine yeterince yakın diğer parçacıklar birçok etkileşim tarafından yönetilirler. Makroskopik ölçekte gözlenmeyen en güçlü nükleer kuvvet, atomlararası uzaklığı aşan en güçlü kuvvettir. Elektrostatik kuvvet her zaman çok önemlidir ve beta bozunmasında zayıf nükleer kuvveti içerir.
Bu kuvvetlerin karşılıklı etkileşimi çekirdek içindeki parçacıkların tekrar düzenlenmesiyle enerji salınımı yaratabilem birçok farklı olay yaratır. Bu düzenlenmeler ve dönüşümler, aniden oluşmasınlar diye enerji bakımından engellenebilirler. Bazı durumlarda, rastgele kuantum vakum dalgalanmaları kuantum tünellemesi olarak bilinen bir olayda daha düşük enerji seviyesine geçmek için gevşemeyi teşvik ederek teorileştirilirler. Nüklidlerin radyoaktif bozunma yarı ömrü 6.9 x 1031 (hidrojen 7) saniyeden 2.3 x 10−23 (telleryum 128) saniyeye 55 dizi büyüklüğündeki zamanölçekleriyle ölçülürler. Bu zamanölçeklerinin sınırı sadece cihazın hassasiyetiyle kurulur ve bir radyonüklidin radyoaktif bozunması için yarı ömrünün ne kadar uzun olacağının sınırlarını bilinmez.
Tüm engellenen enerji dönüşümleri gibi bozunma süreçleri karlı bir dağ ile kıyaslanabilir. Buz kristalleri arasındaki sürtünme kar kütlesi tarafından desteklenebilir, system doğal olarak düşük potansiyel enerjisinden dolayı kararsızdır. Daha büyük entropiye geçilmek istendiğinde: Sistem en alt tabana doğru hareket eder, ısı üretilir ve kuantum seviyelerini aşarak toplam enerji dağılır. Bu çığ ile sonuçlanır. Toplam enerji bu süreçte değişmez, ama termodinamiğin 2.yasasından ötürü çığlar sadece tek bir yönde ve “alt taban”a doğru gözlenir – ulaşılabilir enerji içeren en büyük yollara dağılır.
Böyle bir çöküntü (bozunma olayı) özel olarak aktivasyon enerjisi gerektirir. Bir kar çığı için, bu enerji system dışından bir rahatsızlık olarak gelir, ancak bu tür rahatsızlıklar isteğe göre küçük olabilir. Uyarılmış atom çekirdeğinde, isteğe bağlı küçük rahatsızlıklar kuantum vakum dalgalanmalarından kaynaklanmaktadır. Radyoaktif bir çekirdek kararsızdır (veya kuantum mekaniğindeki herhangi uyarılmış bir sistem) ve aniden daha az uyarılmış bir sistemde dengeye geçebilir. Dönüşüm sonucu çekirdeğin yapısını değiştirir ve bir foton ya da kütleli yüksek hızda bir parçacığın (alfa parçacığı, electron ya da diğer tür bir parçacık olabilir) emisyonuyla sonuçlanır.
Oluşumu ve uygulamaları
Big Bang Teori’ye göre, en hafif beş elementin (H, He, Li, Be ve B’un az miktarları) kararlı izotopları evrende varolduktan kısa bir süre sonra Big Bang nüklosenteziz olarak adlandırılan bir süreçte üretildiler. En hafif kararlı nüklidler (döteryumu da içeriyor) bugün hala varlar, ancak bu hafif elementlerin herhangi radyoaktif izotopları Big Bang sürecinde bozunmuştur. Borondan ağır elementlerin izotopları Big Bang süreci boyunca üretilmemiştir ve bu beş element uzun süre bozunmayan radyoizotoplara sahip değildir. Tüm radyoaktif çekirdekler bu yüzden, göreceli olarak evrenin yaşı ile ilgilidir ve yıldızlarda (özel olarak süpernovalarda) kararlı izotoplar ve enerjetik parçacıklar arasında süregelen etkileşimler sonucu olan nüklosentezin çeşitli türleri sonradan oluşmuştur. Örneğin, karbon 14 yarı ömrü 5.730 yıl olan radyoaktif bir nükliddir ve kozmik ışınlar ile azot arasındaki etkileşimlerden dolayı dünyanın üst katmanlarında sürekli üretilmektedir.
Kararlı veya kararlı olmayan radyoaktif bozunma ile oluşan nüklidlere radyojenik nüklidler denir. Erken dönem güneş sisteminde kısa süre yaşayan nesli tükenmiş radyonüklidlerden kararlı radyojenik nüklidler oluşur. İlk kararlı nüklidlerin arka planına karşı olarak bu kararlı radyojenik nüklidlerin ekstra varlığı (I 129’dan Xe 129’a kadar) çeşitli anlamlar ifade edebilir.
Radyoaktif bozunma radyoizotopik etiketleme tekniğinde kullanılmıştır, bu teknik karmaşık bir sistem boyunca (yaşayan bir organizma gibi) bir kimyasal maddenin geçişinde kullanılır. Maddenin örneği kararsız atomların yüksek konsantrasyonuyla sentezlenir. Sistemin bir ya da diğer kısmındaki maddenin varlığı, bozunma olaylarının yerini tayin ederek belirlenir.
Radyoaktif bozunmanın aslında rastgele (sadece kaotik olmasından değil) gerçekleşmesinde, rastgele sayı üreten donanımlar kullanılmıştır. Çünkü zaman geçtikçe mekanizma sürecinin çok fazla değiştiği düşünülmez, ayrıca belli maddelerin tam yaşlarını tahmin etmede önemli bir araçtır. Jeolojik malzemeler için, radyoizotoplar ve onların bozunma ürünlerinden bazıları sert kayalıklarda hapsolmuştur ve katılaşmanın tarihini tahmin etmek için daha sonra kullanılabilir (çok fazla bilinen niceliklere bağlıdır). Bunlar birbirlerine karşı aynı anda gelişen birçok işlemi ve ürünlerinin sonuçları ile aynı örneğin kontrolünü içermektedir. Benzer bir yolla, sertleşmeye bağlı kalarak, çeşitli çağlarda karbon 14 oluşumu ve izotopun yarı ömrüne bağlı olarak belli dönemlerde olan organik maddelerin oluşma tarihi tahmin edilebilir. Çünkü karbo 14 yaşlanan organic maddenin içinde hapsolmaya başlar ve havadan yeni karbon 14’ler de içerir. Ondan sonra, organic maddedeki karbon 14 miktarı bozunma süreçlerine göre zamanla azalır. Bu süreçler bağımsız olarak çapraz kontrol edilebilir (örneğin, bireysel ağaç halkalarındaki karbon 14’lerin kontrolü gibi).
Radyoaktif nüklidlerin orjini
Dünya üzerinde bulunan radyoaktif ilk nüklidler güneş sisteminin oluşmasından önce supernova patlamalarından arta kalanlardır. Şimdiye kadar gezegen hızlanmalarıyla ilk güneş nebulasında varolan radyonüklidlerin uzun dönemli yaşayan parçaları bunlardır. Kayalarda bulunan kısa dönemli radyojenik radyonüklidlerin doğal oluşumu, bu ilk radyoaktif nüklidlerin yavrularıdır. Doğal olarak oluşan radyoaktif nüklidlerin diğer kaynağı kozmik nüklidlerdir, dünya atmosferindeki veya kabuğundaki kozmik ışın bombardımanı ile oluşmuşlardır. Dünyanın manto ve kabuğu ile kayalardaki bu radyonüklidlerin radyoaktif bozunmaları dünyanın iç ısısına önemli katkıda bulunur.