AYT RADYOAKTİVİTE

0
32
AYT radyoaktivite konu anlatımı

AYT radyoaktivite konu anlatımı kapsamında çekirdek kararlılığı, radyoaktif bozunmalar, alfa–beta–gama ışımalarının özellikleri, fisyon, füzyon, nükleer enerji ve radyasyonun maddeyle etkileşimi işlenecektir.
AYT fizik konularının tamamına AYT konu anlatımı arşivinden ulaşabilirsiniz.

Çekirdek Kararlılığı ve Radyoaktivite

Atom Çekirdeği, Nükleon ve Bağlanma Enerjisi

Atom çekirdeği proton ve nötronlardan oluşur. Proton ile nötronun ortak adı nükleondur. Bir çekirdekteki proton sayısı atom numarası Z, nötron sayısı N, toplam nükleon sayısı ise kütle numarası A ile gösterilir.

A = Z + N

Protonlar aynı işaretli elektrik yüküne sahip oldukları için birbirini elektromanyetik kuvvetle iter. Çok kısa menzilli güçlü nükleer etkileşim ise komşu nükleonlar arasında çekim etkisi oluşturarak çekirdeğin dağılmasını önler. Bu iki etkinin dengesi çekirdek kararlılığının temelini oluşturur.

Serbest proton ve nötronların toplam kütlesi, bunlardan oluşan çekirdeğin kütlesinden büyüktür. Aradaki fark kütle kusuru olarak adlandırılır ve E = Δm·c2 bağıntısına göre çekirdeğin bağlanma enerjisine karşılık gelir. Bağlanma enerjisinin nükleon sayısına bölünmesiyle bulunan nükleon başına bağlanma enerjisi, çekirdeğin parçalanmaya karşı dayanıklılığını karşılaştırmada kullanılır.

Örnek - 1
K ve L çekirdeklerinin kütle numaraları eşittir. K çekirdeğinin toplam bağlanma enerjisi 128 MeV, L çekirdeğinin toplam bağlanma enerjisi 144 MeV’dir.

Buna göre;

I. L’nin nükleon başına bağlanma enerjisi K’ninkinden büyüktür.
II. L, nükleonlarına ayrılmaya karşı K’den daha dayanıklıdır.
III. K ile L’nin proton sayıları kesinlikle eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Kütle numaraları eşit olduğundan toplam bağlanma enerjisi daha büyük olan L’nin nükleon başına bağlanma enerjisi de daha büyüktür. Bu durum L’nin nükleonlarına ayrılmaya karşı daha dayanıklı olduğunu gösterir. Aynı kütle numarasına sahip farklı izobarların proton sayıları farklı olabilir; III kesin değildir.

Cevap: C

Kararlı ve Kararsız Çekirdekler

Kararlı çekirdek, dış bir etki olmadan kendiliğinden başka bir çekirdeğe dönüşmeyen çekirdektir. Kararsız ya da radyoaktif çekirdek ise daha kararlı bir enerji durumuna geçebilmek için parçacık veya elektromanyetik ışınım yayabilir.

Hafif kararlı çekirdeklerde N/Z oranı çoğunlukla 1’e yakındır. Proton sayısı arttıkça protonlar arasındaki elektriksel itme güçlendiğinden ağır kararlı çekirdeklerde nötron sayısının proton sayısından büyük olması gerekir. Kararlı çekirdeklerin N–Z düzleminde toplandığı bölge kararlılık kuşağı olarak adlandırılır.

Nötron ve proton sayılarına göre kararlılık kuşağı

Kararlılık kuşağının üstündeki çekirdekler nötronca zengindir; bir nötronun protona dönüşmesini sağlayan β− bozunumu bu çekirdekleri kuşağa yaklaştırabilir. Kuşağın altındaki protonca zengin çekirdeklerde β+ bozunumu veya elektron yakalama proton sayısını azaltarak kararlılığı artırabilir. Çok ağır çekirdeklerde ise yalnız N/Z oranı değil, büyük proton sayısının oluşturduğu elektriksel itme de önemlidir; alfa bozunumu hem proton hem nötron sayısını azaltır.

Dikkat
N/Z oranının 1’e yakın olması bütün çekirdeklerin kararlı olduğu anlamına gelmez. Özellikle ağır çekirdeklerde kararlılık kuşağı N = Z doğrusunun üstüne kıvrılır; çekirdeğin büyüklüğü ve nükleon başına bağlanma enerjisi de değerlendirilir.

Örnek - 2
Proton sayıları eşit olan K, L ve M çekirdekleri için NK > NL > NM ve L’nin kararlılık kuşağında bulunduğu bilinmektedir.

Buna göre aşağıdaki yargılardan hangisi kesinlikle yanlıştır?

A) K nötronca zengin olabilir.
B) K’nin β− bozunumu yapması onu kararlılık kuşağına yaklaştırabilir.
C) M protonca zengin olabilir.
D) M’nin β+ bozunumu yapması atom numarasını artırır.
E) L dış etki olmadan bozunmayabilir.
β+ bozunumunda çekirdek içindeki bir proton nötrona dönüşür; bu nedenle atom numarası bir azalır, artmaz. K’nin nötronca zengin, M’nin protonca zengin olması ve L’nin kararlı olması verilenlerle uyumludur.

Cevap: D

Örnek - 3
K, L ve M çekirdeklerinin N–Z düzlemindeki konumları şekilde verilmiştir.

Kararlılık kuşağında K L ve M çekirdeklerinin konumları

Buna göre;

I. K’nin β− bozunumu yapması kararlılık kuşağına yaklaşmasını sağlayabilir.
II. L dış etki olmadan kendiliğinden bozunmak zorundadır.
III. M’nin β+ bozunumu veya elektron yakalama yapması kararlılık kuşağına yaklaşmasını sağlayabilir.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve III
D) II ve III
E) I, II ve III
K kuşağın üstünde olduğundan nötronca zengindir ve β− bozunumu N’yi bir azaltıp Z’yi bir artırarak çekirdeği kuşağa yaklaştırabilir. L kuşağın içindedir; kendiliğinden bozunmak zorunda değildir. M kuşağın altında protonca zengindir; β+ bozunumu veya elektron yakalama Z’yi azaltıp N’yi artırabilir. I ve III doğrudur.

Cevap: C

Doğal ve Yapay Radyoaktiflik

Radyoaktivite, kararsız çekirdeğin parçacık veya elektromanyetik ışınım yayarak başka bir çekirdeğe ya da daha düşük enerjili bir duruma dönüşmesidir. Bozunma dışarıdan bir uyarı olmadan gerçekleşiyorsa doğal radyoaktiflik, kararlı ya da uzun ömürlü bir çekirdeğin parçacık bombardımanı gibi bir etkiyle radyoaktif hâle getirilmesiyle oluşuyorsa yapay radyoaktiflik söz konusudur.

Henri Becquerel uranyum tuzlarının kendiliğinden ışınım yaydığını göstermiş; Marie Curie ve Pierre Curie’nin çalışmaları radyoaktivitenin element çekirdeğiyle ilişkili bir özellik olduğunun anlaşılmasını geliştirmiştir. Radyoaktif bozunma, sıradan kimyasal tepkimeden farklıdır: atomun elektron düzeni değil çekirdek yapısı değişir.

Radyoaktif Bozunmalar ve Korunum İlkeleri

Çekirdek Gösterimi ve Bozunma Denklemi

Bir çekirdek AZX biçiminde gösterilir. X element sembolünü, A kütle numarasını, Z atom numarasını belirtir. Nötron sayısı N = A − Z bağıntısıyla bulunur. Bir nükleer denklemde toplam elektrik yükü, toplam enerji ve toplam momentum korunur; A ve Z toplamları da çekirdek tepkimelerini denetlemek için kullanılır.

Radyoaktif bozunmaların temel görsel ayrımı aşağıdaki gibidir. Alfa parçacığı iki proton ve iki nötronlu bir çekirdektir; beta parçacıkları elektron veya pozitron, gama ışını ise yüksek enerjili fotondur.

Alfa beta eksi beta artı ve gama ışımaları

Alfa Bozunumu

Alfa parçacığı, helyum-4 çekirdeğidir ve 42He ya da α ile gösterilir. Ağır bir çekirdeğin alfa yayması sonucunda ürün çekirdeğin kütle numarası 4, atom numarası 2 azalır:

AZX → A−4Z−2Y + 42He + enerji

Ana çekirdek iki proton ve iki nötron kaybettiği için nötron sayısı da iki azalır. Toplam enerji korunurken bozunma enerjisi alfa parçacığı ile ürün çekirdeğin kinetik enerjilerine dağılır.

Örnek - 4
23892U çekirdeği art arda iki alfa bozunumu yapıyor.

Son çekirdeğin proton sayısı P, nötron sayısı N olduğuna göre P ve N kaçtır?

A) P = 86, N = 144
B) P = 88, N = 142
C) P = 88, N = 150
D) P = 90, N = 144
E) P = 90, N = 148
Her alfa bozunumu A’yı 4, Z’yi 2 azaltır. İki bozunma sonunda A = 238 − 8 = 230 ve Z = 92 − 4 = 88 olur. Nötron sayısı N = A − Z = 230 − 88 = 142’dir.

Cevap: B

Beta Eksi, Beta Artı ve Elektron Yakalama

Beta eksi (β−) bozunumunda çekirdek içindeki bir nötron protona dönüşür; elektron ile elektron antinötrinosu yayılır:

n → p + e− + ν̄e
AZX → AZ+1Y + e− + ν̄e

Kütle numarası değişmez; atom numarası bir artar, nötron sayısı bir azalır.

Beta artı (β+) bozunumunda çekirdek içindeki bir proton nötrona dönüşür; pozitron ile elektron nötrinosu yayılır:

p → n + e+ + νe
AZX → AZ−1Y + e+ + νe

Kütle numarası değişmez; atom numarası bir azalır, nötron sayısı bir artar. Pozitron, elektronun antiparçacığıdır; kütlesi elektronla aynı, yükü +e’dir.

Elektron yakalamada çekirdek, atomun iç katmanlarından bir elektronu yakalar. Bir proton nötrona dönüşür ve nötrino yayılır:

p + e− → n + νe
AZX + e− → AZ−1Y + νe

Elektron yakalama ile β+ bozunumu, ürün çekirdeğin A ve Z değerleri bakımından aynı değişimi oluşturur; yayılan parçacıklar farklıdır.

Örnek - 5
146C çekirdeği β−, 127N çekirdeği ise β+ bozunumu yapıyor.

Parantezlerde (A, Z) sırası kullanıldığına göre, oluşan ürün çekirdeklerin değerleri sırasıyla hangisidir?

A) (14, 5) ve (12, 8)
B) (14, 6) ve (12, 7)
C) (14, 7) ve (12, 6)
D) (13, 7) ve (11, 6)
E) (14, 8) ve (12, 5)
β− bozunumunda A değişmez, Z bir artar; 146C çekirdeğinden A = 14, Z = 7 olan 147N oluşur. β+ bozunumunda A değişmez, Z bir azalır; 127N çekirdeğinden A = 12, Z = 6 olan 126C oluşur.

Cevap: C

Gama Bozunumu

Alfa ya da beta bozunumundan sonra ürün çekirdek uyarılmış enerji düzeyinde kalabilir. Çekirdeğin daha düşük enerji düzeyine geçerken yüksek enerjili foton yaymasına gama bozunumu denir:

AZX* → AZX + γ

Gama bozunumunda A, Z ve N değişmez; çekirdeğin iç enerjisi azalır. Gama ışını yüksüz ve kütlesiz bir foton olduğundan elektrik ve manyetik alanlarda sapmaz. Yüksek enerjisi nedeniyle maddeye nüfuz etme gücü alfa ve beta parçacıklarından genellikle daha büyüktür.

Örnek - 6
Uyarılmış 13756Ba* çekirdeği yalnız gama fotonu yayarak temel enerji düzeyine geçiyor.

Bu olayda aşağıdaki niceliklerden hangisi değişir?

A) Çekirdeğin proton sayısı
B) Çekirdeğin nötron sayısı
C) Çekirdeğin kütle numarası
D) Çekirdeğin iç enerjisi
E) Elementin atom numarası
Gama yayımında çekirdeğin proton ve nötron sayıları değişmez; dolayısıyla atom numarası ve kütle numarası korunur. Uyarılmış çekirdek daha düşük enerji düzeyine geçtiği için iç enerjisi azalır.

Cevap: D

Alfa, Beta ve Gama Işımalarının Özellikleri

Yük, Kütle, Hız ve Alanlarda Sapma

Özellik Alfa (α) Beta (β−/β+) Gama (γ)
Yapı Helyum-4 çekirdeği Elektron / pozitron Foton
Elektrik yükü +2e −e / +e 0
Durgun kütle Yaklaşık 4 u Elektron kütlesi 0
Elektrik ve manyetik alanda sapma Sapar; büyük kütlesi nedeniyle az eğrilir Sapar; alfa parçacığına göre daha çok eğrilir Sapmaz
Boşluktaki hız Işık hızından küçüktür Işık hızından küçüktür Işık hızı c

Alfa, beta ve gama ışımalarının üçü de enerji ve momentum taşır. Bu ortaklık, üçünün de elektrik yüküne veya durgun kütleye sahip olduğu anlamına gelmez.

Örnek - 7
K, L ve M ışımaları, üst levhası pozitif ve alt levhası negatif olan elektrik alan bölgesine aynı hız doğrultusunda giriyor.

Elektrik alanında K L ve M radyoaktif ışın yolları

K yolundaki parçacığın sapması M yolundakinden daha büyüktür. Buna göre K, L ve M sırasıyla hangisidir?

A) α, β−, γ
B) β−, γ, α
C) β+, γ, α
D) γ, β−, α
E) β−, α, γ
Negatif yüklü β− üstteki pozitif levhaya doğru sapar; K bu ışımadır. Yüksüz γ ışını elektrik alanda sapmadığı için L’dir. Pozitif α parçacığı alt negatif levhaya doğru sapar ve büyük kütlesi nedeniyle beta parçacığına göre daha az eğrilir; M, α’dır.

Cevap: B

İyonlaştırma, Giricilik ve Zırhlama

Bir ışımanın atom veya molekülden elektron koparabilme etkisine iyonlaştırma gücü, madde içinde ilerleyebilme yeteneğine giricilik denir. Alfa parçacığı büyük yükü ve kütlesi nedeniyle maddeyle sık etkileşir; iyonlaştırma gücü yüksek, giriciliği düşüktür. Beta parçacığının iki özelliği orta düzeydedir. Gama fotonu yüksüz olduğu için daha seyrek etkileşir; iyonlaştırma gücü daha düşük, giriciliği daha yüksektir.

Alfa beta ve gama ışınlarının kağıt alüminyum ve kurşunda giriciliği

Kâğıt alfa parçacıklarını, birkaç milimetrelik alüminyum beta parçacıklarını durdurabilir. Gama ışınlarının şiddetini azaltmak için kalın kurşun, beton veya benzeri yoğun malzemeler kullanılır. Zırhlama “bütün fotonları tek levhada kesin olarak durdurma” biçiminde değil, ışın şiddetini soğurma ve saçılma yoluyla azaltma olarak değerlendirilir.

Örnek - 8
Aynı kaynaktan çıkan K, L ve M ışımalarının soğurucu levhalardaki ilerleme sınırları şekilde verilmiştir.

K L M ışımalarının kâğıt alüminyum ve kurşun levhalardaki ilerleyişi

Buna göre K, L ve M sırasıyla hangisi olabilir?

A) α, β, γ
B) α, γ, β
C) β, α, γ
D) β, γ, α
E) γ, β, α
K kâğıtta durduğu için düşük giricilikli alfa, L kâğıdı geçip alüminyumda durduğu için beta, M ise kâğıt ile alüminyumu geçip kurşun içinde zayıfladığı için gama ışınıdır.

Cevap: A

Örnek - 9
Alfa, beta eksi ve gama ışımaları için;

I. Momentum taşıma
II. Elektrik alanında sapma
III. Boşlukta ışık hızıyla ilerleme
IV. Maddeyi iyonlaştırabilme

özelliklerinden hangileri üçü için de ortaktır?

A) Yalnız I
B) I ve IV
C) II ve III
D) I, II ve IV
E) I, III ve IV
Üç ışıma da enerji ve momentum taşır, ayrıca yeterli enerjide maddeyi iyonlaştırabilir. Gama yüksüz olduğundan elektrik alanında sapmaz. Yalnız gama boşlukta ışık hızıyla ilerler; alfa ve beta parçacıklarının hızı c’den küçüktür. Ortak özellikler I ve IV’tür.

Cevap: B

Örnek - 10
Hızları ışık hızına göre küçük olan, eşit kinetik enerjili α ve β− parçacıkları düzgün manyetik alana hızları alana dik olacak biçimde giriyor.

Parçacıkların yük büyüklükleri ve kütleleri dikkate alındığında aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

A) İkisi de sapmadan ilerler.
B) Aynı yönde ve aynı yarıçapla saparlar.
C) Zıt yönlerde saparlar; β− daha küçük yarıçaplı yörünge çizer.
D) Zıt yönlerde saparlar; α daha küçük yarıçaplı yörünge çizer.
E) Yalnız α sapar.
Yük işaretleri zıt olduğundan sapma yönleri zıttır. Manyetik alandaki yarıçap r = p/(|q|B) bağıntısına bağlıdır. Eşit kinetik enerjide momentum yaklaşık √(2mEk) ile arttığından alfa parçacığının çok büyük kütlesi, yükünün 2e olmasına rağmen daha büyük yarıçap oluşturur. β− daha küçük yarıçapla sapar.

Cevap: C

Ardışık Bozunmalar ve Parçacık Korunumu

Bozunma Zincirlerinde A ve Z Değişimi

Bir çekirdek ardışık bozunmalar sonucunda farklı çekirdeklere dönüşebilir. x kez alfa, y kez β− ve z kez β+ bozunumu yapan AZX çekirdeğinin son değerleri

A’ = A − 4x
Z’ = Z − 2x + y − z

bağıntılarıyla bulunur. Gama bozunumları A ve Z’yi değiştirmediği için bu denklemlere sayı olarak eklenmez; yalnız çekirdeğin enerjisini azaltır.

Örnek - 11
X çekirdeğinin iki ardışık bozunma sonunda Y ve T çekirdeklerine dönüşümü şekilde verilmiştir.

Ardışık alfa ve beta bozunumlarında A ve Z değişimi

Buna göre 1. ve 2. bozunma sırasıyla hangisidir?

A) α ve β−
B) α ve β+
C) β− ve α
D) β+ ve γ
E) γ ve β−
İlk adımda A dört ve Z iki azaldığı için alfa bozunumu vardır. İkinci adımda A değişmeden Z, Z−2’den Z−1’e yükselmiştir; bu değişimi β− bozunumu oluşturur.

Cevap: A

Örnek - 12
22688Ra çekirdeği, ardışık bozunmalar sonunda 21082Pb çekirdeğine dönüşüyor. Süreçte yalnız alfa ve β− bozunumları gerçekleştiğine göre alfa ve β− bozunumu sayıları sırasıyla kaçtır?

A) 2 ve 1
B) 3 ve 2
C) 4 ve 1
D) 4 ve 2
E) 5 ve 4
Kütle numarası 226’dan 210’a, yani 16 azalmıştır. Her alfa A’yı 4 azalttığı için x = 4’tür. Dört alfa sonrası Z = 88 − 8 = 80 olur. Son atom numarası 82 olduğundan iki β− bozunumu Z’yi iki artırmalıdır.

Cevap: D

Lepton Sayısının Korunumu

Beta bozunumlarında elektrik yükü ve nükleon sayısı yanında lepton sayısı da korunur. Elektron ve nötrinoların lepton sayısı +1, bunların antiparçacıklarının lepton sayısı −1 alınır. Bu nedenle β− bozunumunda elektronla birlikte antinötrino, β+ bozunumunda pozitronla birlikte nötrino bulunur.

Örnek - 13
n → p + e− + X bozunmasında X parçacığı aşağıdakilerden hangisidir?

A) Elektron nötrinosu
B) Elektron antinötrinosu
C) Pozitron
D) Foton
E) Nötron
Başlangıçtaki nötronun lepton sayısı 0’dır. Ürünlerde elektronun lepton sayısı +1 olduğundan toplamın yeniden 0 olması için X’in lepton sayısı −1 olmalıdır. Bu parçacık elektron antinötrinosudur.

Cevap: B

Nükleer Fisyon ve Enerji Üretimi

Fisyon Tepkimesi ve Kütle–Enerji Dönüşümü

Nükleer fisyon, ağır bir çekirdeğin çoğunlukla nötron soğurduktan sonra iki orta kütleli çekirdeğe ayrılmasıdır. Tepkimede birkaç nötron ve büyük miktarda enerji açığa çıkabilir. Örnek bir uranyum-235 fisyonu

10n + 23592U → 14156Ba + 9236Kr + 310n + enerji

biçiminde yazılabilir. Sol ve sağ tarafta toplam kütle numarası 236, toplam atom numarası 92’dir. Ürünlerin toplam kütlesi başlangıçtakinden biraz küçüktür; kütle farkı E = Δm·c2 bağıntısına göre enerjiye dönüşür.

Örnek - 14
Bir nötronun U-235 çekirdeğinde başlattığı fisyon sonucunda K ve L ürün çekirdekleri ile üç nötron oluşuyor.

Uranyum 235 fisyonunda K L çekirdekleri ve üç nötron

K ve L çekirdeklerinin atom numaraları toplamı ZT, kütle numaraları toplamı AT olduğuna göre ZT ve AT kaçtır?

A) ZT = 89, AT = 232
B) ZT = 92, AT = 233
C) ZT = 92, AT = 235
D) ZT = 93, AT = 233
E) ZT = 95, AT = 236
Girişte U-235 ve bir nötron bulunduğundan toplam kütle numarası 236, toplam atom numarası 92’dir. Ürünlerdeki üç serbest nötron A toplamına 3 katkı yapar, Z toplamına katkı yapmaz. Bu nedenle K ile L için AT = 236 − 3 = 233 ve ZT = 92 olur.

Cevap: B

Zincirleme Tepkime ve Denetim

Bir fisyonda açığa çıkan nötronlar başka bölünebilir çekirdeklere ulaşıp yeni fisyonlar başlatırsa zincirleme tepkime oluşur. Her kuşakta etkili yeni fisyon sayısı artıyorsa tepkime büyür; kayıp nötronlarla yeni fisyon sayısı dengeleniyorsa süreç kararlı hızda sürer.

Uranyum 235 çekirdeğinde nötronla başlayan fisyon zincirleme tepkimesi

Nükleer reaktörde nötronların bir bölümü kontrol çubukları tarafından soğurularak tepkime hızı düzenlenir. Yavaşlatıcı, hızlı nötronların enerjisini azaltarak yeni fisyon oluşturma olasılığını yükseltebilir. Soğutucu akışkan ise çekirdekte açığa çıkan ısıyı enerji dönüşüm sistemine taşır. Bu bileşenlerin görevleri birbirinden farklıdır.

Örnek - 15
Bir fisyon reaktöründe kontrol çubukları daha derine sokulduğunda;

I. Serbest nötronların daha büyük bölümü soğurulur.
II. Yeni fisyon oluşturabilecek nötron sayısı azalır.
III. Zincirleme tepkimenin hızı artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) Yalnız I
B) Yalnız III
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Kontrol çubukları nötron soğurur. Daha derine sokulmaları, yeni çekirdeklere ulaşan nötron sayısını ve dolayısıyla fisyon hızını azaltır. I ve II doğru, III yanlıştır.

Cevap: C

Nükleer Santralde Enerji Dönüşümü

Reaktörde fisyonla açığa çıkan nükleer enerji önce çekirdek ve ürünlerin kinetik enerjisine, ardından ortamın iç enerjisine dönüşür. Isı, suyu veya ikincil devredeki akışkanı buharlaştırır. Buhar türbini döndürür; türbinin mekanik enerjisi jeneratörde elektrik enerjisine çevrilir. Yoğunlaştırıcı, türbinden çıkan buharın ısısını uzaklaştırarak suyu çevrime geri kazandırır.

Reaktör ısı eşanjörü türbin jeneratör ve soğutma kulesi enerji dönüşümü

Nükleer Füzyon

Hafif Çekirdeklerin Birleşmesi

Nükleer füzyon, hafif çekirdeklerin birleşerek daha ağır ve nükleon başına bağlanma enerjisi daha büyük bir çekirdek oluşturmasıdır. Pozitif yüklü çekirdeklerin elektriksel itmesini aşacak kadar yaklaşabilmesi için çok yüksek sıcaklık ve uygun yoğunluk gerekir.

Döteryum ile trityumun birleştiği örnek tepkime

21H + 31H → 42He + 10n + enerji

biçimindedir. Girişte ve çıkışta toplam A = 5, toplam Z = 2’dir. Ürünlerin toplam kütlesi biraz daha küçük olduğundan kütle farkı enerjiye dönüşür.

Döteryum ve trityumdan helyum-4 ile nötron oluşumu
Örnek - 16
K ve L çekirdeklerinin birleşmesi sonucunda M çekirdeği, bir nötron ve enerji oluşuyor. Şekilde kırmızı küreler protonları, mavi küreler nötronları göstermektedir.

K L ve M çekirdekleri ile serbest nötron

Buna göre K, L ve M sırasıyla hangisidir?

A) Hidrojen-1, döteryum, helyum-3
B) Döteryum, trityum, helyum-4
C) Trityum, döteryum, lityum-5
D) Döteryum, helyum-3, helyum-4
E) Trityum, helyum-4, lityum-6
K’de bir proton ve bir nötron bulunduğundan K döteryumdur. L bir proton ve iki nötron içerdiği için trityumdur. M’de iki proton ve iki nötron bulunduğundan helyum-4 çekirdeğidir. Serbest kalan bir nötronla birlikte A ve Z korunur.

Cevap: B

Fisyon ve Füzyonun Karşılaştırılması

Özellik Fisyon Füzyon
Temel olay Ağır çekirdeğin bölünmesi Hafif çekirdeklerin birleşmesi
Başlatma koşulu Uygun çekirdeğin nötron soğurması Çekirdeklerin elektriksel itmesini aşacak yüksek sıcaklık
Doğal örnek Bazı ağır çekirdeklerin bölünmesi Güneş ve yıldızların çekirdekleri
Teknolojik kullanım Nükleer reaktörlerde kontrollü zincirleme tepkime Deneysel kontrollü füzyon çalışmaları
Enerjinin kökeni Ürünlerde nükleon başına bağlanma enerjisinin artması Ürünlerde nükleon başına bağlanma enerjisinin artması
Örnek - 17
Fisyon ve füzyon tepkimelerinde enerji açığa çıkmasının ortak fiziksel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

A) Ürünlerin toplam elektrik yükünün azalması
B) Ürünlerin toplam kütle numarasının azalması
C) Ürün çekirdeklerde nükleon başına bağlanma enerjisinin artması ve kütle farkının enerjiye dönüşmesi
D) Tepkimelerde toplam enerjinin korunmaması
E) Bütün ürünlerin radyoaktif olması
Fisyon ve füzyon farklı yönlerde ilerleyen çekirdek süreçleridir; ancak her ikisinde de ürünler daha güçlü bağlanmış duruma geçebilir. Ürünlerin toplam kütlesindeki küçük azalma E = Δm·c2 bağıntısına göre açığa çıkan enerjiye karşılık gelir. Toplam enerji korunur.

Cevap: C

Radyasyonun Kaynakları, Etkileri ve Kullanım Alanları

İyonlaştırıcı ve İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyon

Radyasyon, enerjinin elektromanyetik dalga veya parçacık biçiminde yayılmasıdır. Her radyasyon radyoaktif bozunmadan doğmaz. Radyo dalgaları, mikrodalgalar ve görünür ışık elektromanyetik radyasyondur; fakat çekirdek bozunması ürünü değildir.

Madde atomlarından elektron koparabilecek enerjiye sahip radyasyon iyonlaştırıcı radyasyon olarak adlandırılır. Alfa ve beta parçacıkları, gama ışınları ve X ışınları bu gruptadır. Radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi ve görünür ışık genel olarak iyonlaştırıcı değildir. Morötesi bölgenin yüksek enerjili kısmı iyonlaştırıcı etki gösterebildiğinden elektromanyetik tayf değerlendirmesinde keskin olmayan bir enerji sınırı bulunduğu dikkate alınır.

Dikkat
“Radyasyon” ile “radyoaktivite” eş anlamlı değildir. Radyoaktivite kararsız çekirdeğin dönüşümüdür; radyasyon ise enerjinin dalga veya parçacık biçiminde taşınmasıdır. X ışınları iyonlaştırıcı radyasyondur ancak radyoaktif çekirdek bozunumu olmak zorunda değildir.

Doğal ve Yapay Kaynaklar

Kozmik ışınlar, yer kabuğundaki uranyum ve toryum serileri, radon gazı ve canlılardaki doğal izotoplar doğal iyonlaştırıcı radyasyon kaynaklarıdır. Tıbbi görüntüleme, radyoterapi, endüstriyel ölçüm ve araştırma düzenekleri yapay kaynaklara örnektir. Bir kaynağın doğal olması zararsız, yapay olması zararlı olduğu anlamına gelmez; biyolojik etki alınan doz, ışın türü, maruz kalma süresi ve ışınlanan dokuya bağlıdır.

Biyolojik Etki ve Korunma

İyonlaştırıcı radyasyon atom ve molekülleri iyonlaştırarak hücrelerde, özellikle DNA’da hasar oluşturabilir. Hasarın büyüklüğü yalnız kaynağın etkinliğine değil; soğurulan enerjiye, ışın türüne, süresine ve dokunun duyarlılığına bağlıdır.

Radyasyondan korunmada üç temel fiziksel değişken kullanılır: süre azaltılır, uzaklık artırılır ve ışın türüne uygun zırhlama uygulanır. Noktasal kaynağın şiddeti ideal koşullarda uzaklığın karesiyle ters orantılı azalır. Zırhlama malzemesi ışımaya göre seçilir; alfa için kalın kurşun kullanmak gerekli değildir, gama için yalnız ince kâğıt yeterli olmaz.

Örnek - 18
Noktasal kabul edilen bir gama kaynağından 2 m uzakta ölçülen ışın şiddeti I’dır. Soğurma ihmal edilerek aynı doğrultuda 6 m uzağa gidildiğinde ışın şiddeti kaç I olur?

A) 1/3
B) 1/6
C) 1/9
D) 1/18
E) 1/36
Noktasal kaynakta şiddet uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Uzaklık 2 m’den 6 m’ye, yani üç katına çıkınca şiddet 32 = 9 kat azalır. Yeni şiddet I/9 olur.

Cevap: C

Tıp, Endüstri ve Enerji Uygulamaları

İyonlaştırıcı radyasyon tıbbi görüntülemede dokuların farklı soğurma özelliklerinden, radyoterapide hedef dokuda enerji bırakma etkisinden yararlanır. Radyoizotoplar izleyici olarak metabolik süreçlerin ve endüstriyel akışların incelenmesinde; gama ışınları sterilizasyon ve malzeme kontrolünde kullanılabilir. Nükleer santrallerde ise kontrollü fisyonla açığa çıkan enerji elektrik üretimine dönüştürülür.

Uygulamanın yararlı olması, radyasyonun etkisiz olduğu anlamına gelmez. Kaynak seçimi, doz planlaması, zırhlama ve maruz kalma süresi fiziksel güvenliğin ayrılmaz parçalarıdır.

Örnek - 19
Aşağıdaki uygulama–fiziksel özellik eşleştirmelerinden hangisi yanlıştır?

A) Tıbbi görüntüleme – dokuların ışını farklı oranlarda soğurması
B) Radyoterapi – iyonlaştırıcı radyasyonun hedef dokuda enerji bırakması
C) Endüstriyel izleyici – radyoizotopun sistem içindeki hareketinin algılanması
D) Nükleer reaktör – kontrolsüz füzyonla türbinin doğrudan döndürülmesi
E) Gama sterilizasyonu – mikroorganizmalarda iyonlaştırıcı etki oluşturulması
Güncel nükleer güç reaktörlerinde kontrollü fisyonla ısı üretilir; bu ısı buhar çevrimi üzerinden türbin ve jeneratöre aktarılır. Kontrolsüz füzyon ve türbinin doğrudan çekirdek tepkimesiyle dönmesi doğru değildir. Diğer eşleştirmeler ilgili uygulamanın temel fiziksel ilkesini açıklar.

Cevap: D

Örnek - 20
Radyasyon ve radyoaktiviteyle ilgili;

I. Gama ışını elektromanyetik dalgadır ve iyonlaştırıcı olabilir.
II. X ışını iyonlaştırıcı olmasına rağmen mutlaka radyoaktif çekirdek bozunmasıyla üretilmez.
III. Görünür ışık elektromanyetik radyasyon olduğu için radyoaktiftir.
IV. Bir kaynağın doğal olması, biyolojik etkisinin her koşulda sıfır olduğu anlamına gelmez.

yargılarından hangileri doğrudur?

A) I ve II
B) I ve III
C) II ve IV
D) I, II ve IV
E) I, II, III ve IV
Gama ışınları yüksek enerjili elektromanyetik fotonlardır ve iyonlaştırıcıdır. X ışınları hızlandırılan elektronların maddeyle etkileşmesiyle de üretilebilir; radyoaktif bozunma zorunlu değildir. Görünür ışık radyasyondur fakat “radyoaktif” olarak adlandırılmaz. Doğal kaynaklar da yeterli dozda biyolojik etki oluşturabilir. I, II ve IV doğrudur.

Cevap: D

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz