Radyasyon

3 farklı tipteki radyasyon ışınlarının geçişi
Alfa (α) ışınları kâğıt sonrasına nüfuz edemiyor.
Beta (β) ışınları kağıdı geçtikten sonra alüminyum plakadan geçemiyor.
Gama (γ) ışınları ise kâğıt, alüminyum ve kurşun plakalardan körelerek de olsa geçiyor.

Radyasyon veya ışınım, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. "Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına" veya "Uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına" da radyasyon denir. Bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla veya oldukça az ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere radyoaktif madde denir.

Tarih

Batıya göre 1896'da, Henri Becquerel ilk olarak uranyum tuzunun görünmez ışınlar yaydığını fark etmiştir. İki sene sonra Marie Curie ve eşi Pierre Curie uranyum ile deney yaparken benzer ışınlara rastlamışlardır. Bu deneyde polonyum ve radyum oluştuğunu görmüşlerdir ve bu iki elementi ilk keşfedenler olmuşlardır. Polonyum ve özellikle radyumun daha fazla ışın yaydıklarını gözlemişlerdir.

Alfa ışınları

Bir atom çekirdeğinin parçalanmasından meydana çıkan helyum çekirdeklerine (2 proton, 2 nötron) alfa parçacıkları denir. Alfa ışınları bu parçacıkların yayılmasından oluşur.

Bir radyum-226, 88 proton ve 138 nötrona sahiptir. Bu durumda nötron sayısı, proton sayısına göre daha fazla olduğu için, atomun çekirdek yapısı sağlam değildir. Bu yüzden radyum, çekirdeğinden bir helyum çekirdeği ayırarak parçalanır ve radyumdan, 86 proton ve 136 nötrona sahip olan yeni element radon oluşur. Radyum çekirdeğinden ayrılan 2 protonlu helyumdan alfa ışınları oluşur:

$\mathrm {^{226}_{88}Ra\rightarrow _{86}^{222}Rn+_{2}^{4}He}$

Beta ışınları

Beta ışınları da alfa ışımaları gibi bir atom çekirdeğin parçalanmasından oluşur. Bu parçalanmada çekirdekten 2 proton değil, bir elektron veya bir pozitron ayrılır. Bu elektron, çekirdeğin içindeki bir nötronun bir protona dönüşmesinden oluşur ve asla atomun kendi elektronu değildir. Çekirdeğin içindeki bir protonun bir nötrona dönüşmesinde bir pozitron oluşur. Bu çekirdekte oluşan elektronlara beta^- parçacıkları denir, pozitronlara ise beta⁺ parçacıkları. Bu parçacıklardan beta^- veya beta⁺ ışınları oluşur.

Beta^- ışınları oluşması için çekirdeğin içinde bir nötron, bir proton ve bir elektrona dönüşür:

$\mathrm {^{1}_{0}n\rightarrow _{1}^{1}p+_{-1}^{-0}e}$

Bir 55 protonlu sezyum atomundan beta^- parçalanmasında 56 protonlu baryum oluşur:

$\mathrm {^{137}_{55}Cs\rightarrow _{56}^{137}Ba+_{-1}^{-0}e}$

Beta⁺ parçalanmasında çekirdekten bir elektron değil, bir pozitron ayrılır. Bu pozitron bir protonun bir nötröna dönüşmesinden oluşur:

$\mathrm {^{1}_{1}p\rightarrow _{0}^{1}n+_{+1}^{+0}e}$

Bu durumda atomun proton sayısı bir eksilir. Örneğin 11 protonlu sodyum çekirdeğinden bir pozitron ayırarak 10 protonlu neona dönüşür:

$\mathrm {^{22}_{11}Na\rightarrow _{10}^{22}Ne+_{+1}^{+0}e}$

Gama ışınları

Gama ışınlarının dalga boyu ışığın dalga boyundan daha kısa olmasına rağmen ışık gibi fotonlardan oluşur ve ışık hızıyla yayılır. Atom çekirdeğinden bir alfa veya bir beta parçacığı ayrıldıktan sonra çekirdekte fazladan enerji oluşur. Gama ışınları, atomun fazladan sahip olduğu enerjiyi çekirdeğinden ayırmasından oluşur. Yüksek enerji seviyesine sahip olan atom çekirdeğinin yapısı kararsız olur. Kararlı bir yapıya sahip olmak için çekirdekten enerji ayrılır. Gama ışınları çekirdekten ayrılan elektromanyetik enerjidir.
Enerji seviyesi yüksek olan baryum atomu kararsız yapılıdır ve bu enerjiyi gama ışınları şeklinde çekirdeğinden ayırır:

$\mathrm {^{137*}_{56}Ba\rightarrow _{56}^{137}Ba+\gamma \ }$

Gama parçacıklarının enerjisi kütlesiyle eşit değer de olduğu için Einstein'ın E=mc² formülüyle enerji miktarına göre gama parçacıklarının kütlesi hesaplanabilir:

${E=m*c^{2}\mathrm {\rightarrow } m=E/c^{2}}$

Bu formül ile hesaplanmış olan gama parçacıklarının kütlesi bir elektron kütlesi ile aynıdır.

Gama ışınları bilinen röntgen ışınlarının aynısıdır. Tek farkı çekirdeğin enerjisinden oluşmasıdır.

Zararlı radyasyon

Alfa, Beta ve Gama ışınları elektromanyetik spektrumun en üstünde yer alır, insan sağlığına zararı tartışılmaz ve bir sonraki başlıkta incelenmiştir. Bunun hemen altındaki X ışınlarının da insan sağlığına zararlı olduğu bilinir. X ışınlarının altındaki UV (Morötesi) bölgesi de, cilt kanserleri başta olmak üzere birçok zarar verir. Ozon tabakasındaki incelmelerden kaynaklanan; güneşin kanser yapıcı etkisi budur.

UV bandının hemen altında görünür ışık bölgesi vardır. Direkt olarak göze (retinaya) ve çok yüksek şiddette uygulanmadığı sürece bir zararı daha bilimsel olarak tespit edilmemiştir, Tam aksine çevremizi görebilmek için görünür ışığa ihtiyacımız vardır. Görünür ışığın "zararsız radyasyon" sınıfına girdiği söylenebilir.

Görünür ışığın altında, "ısınmamızı" sağlayan IR (Infra Red-Kızılötesi) bandı vardır. IR bandında radyasyon yapan kaynaklara örnek olarak mangal, kömür sobası, kalorifer peteği, Elektrikli IR ısıtıcılar verilebilir. IR bandı da ikiye ayrılır. Üst IR bölgesindeki kızıl ışık veren elektrikli IR ısıtıcılar Mangal, Alt IR bölgesindekiler ise Kalorifer peteği ve ışık vermeyen elektrikli ısıtıcılar gibi kaynaklardır. IR bandındaki radyasyonun da zararsız olduğu kabul edilir.

IR bölgesinin altında mikrodalga ve radyo dalgaları bulunur. Bu banttaki elektromanyetik radyasyon kaynaklarına Cep telefonu, Baz istasyonları, Mikrodalga ısıtıcılar örnek verilebilir. Bu kaynakların yakın ve yüksek güçte olması, IR gibi vücutta ısınmaya sebep olur. Ancak bu ısınma deriye değil, vücudun derinliklerine işleyebildiğinden hem hissedilmesi zordur, hem de bu aşırı ısınma insana zararlı olabilir. Ancak gücün çok yüksek, mesafenin de çok yakın olması durumunda IR'de olduğu gibi yanma (pişme) belirtileri derhal görülür.

Radyasyonun zararları

X ışınları, ultraviyole ışınlar, görülebilen ışınlar, kızıl ötesi ışınlar, mikro dalgalar, radyo dalgaları ve manyetik alanlar, elektromanyetik tayfın parçalarıdır. Elektromanyetik parçaları, frekans ve dalga boyları ile tanımlanır. Alfa, beta, gama, X ışınları ile kozmik ışınlar ve nötronlar çok yüksek frekanslarda olduğundan, elektromanyetik parçacıklar kimyasal bağları kırabilecek enerjiye sahiptir. Bu bağların kırılması sonucu iyonlaşma olur.

İyonlaştırıcı elektromanyetik radyasyon, hücrenin genetik materyali olan DNA'yı parçalayabilecek kadar enerji taşımaktadır. DNA'nın zarar görmesi ise hücreleri öldürmektedir. Bunun sonucunda doku zarar görür. DNA'da çok az bir zedelenme, kansere yol açabilecek kalıcı değişikliklere sebep olur. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon (radyo dalgaları, mikro dalgalar vb.) kansere neden olmaz.