RADYASYON FİZİĞİ

101537

RADYASYON FİZİĞİ

Ankara Üniversitesi

Nükleer Bilimler Enstitüsü

TEMEL KAVRAMLAR

• Radyasyon,

• Elektromanyetik Dalga,

• Uyarılma ve İyonlaşma,

• peryodik cetvel

• radyoaktif bozunum

• Radyoaktivite,

TEMEL KAVRAMLAR

• Radyasyon

: Dalga ya da parçacık şeklinde uzayda enerji yayınlanmasıdır.

Aşağıdakiler örnek olarak verilebilir:

• Dalga şeklinde yayınlananlar:

• Radyo dalgaları

• Görünen ışık

• Isı

• X-ışınları

• Gamma ışınları

• Parçacık şeklinde yayınlananlar:

• Alfa radyasyonu

• Beta radyasyonu

• Nötron radyasyonu

• Transfer edilen enerji miktarına bağlı olarak radyasyon, iyonize ve iyonize olmayan radyasyon olarak ikiye ayrılabilir.

• Bu dersin kapsamında, aksi belirtilmedikçe, radyasyon denildiğinde iyonize radyasyon kast edilecektir.

• Atomun yapısı, radyasyonunun kaynağının ve doğasının anlaşılmasında önemlidir. Atomun Bohr modeli, nükleer ve atomik dönüşümlerin gösterilmesinde önemlidir. • Bohr modeli aşağıda verilen iki postülata dayanır:

• i) Çekirdek etkisi altında bulunan elektronlar, sadece belli enerji seviyelerini işgal ederler.

• ii) Bir atomik elektron bir seviyeden başka bir seviyeye geçerken, enerji soğurarak ve bırakarak sadece enerjisini değiştirir. Enerji soğurma ya da yayınlama,

elektromanyetik radyasyon ile olmaktadır.

ELEKTROMANYETİK DALGA

• Görünebilir ışık, radyo dalgaları ve ultroviyole ışınları dalga şeklinde

yayılan radyasyon biçimleridir. Bunlar

elektromanyetik dalga

çeşitleridir.

• Elektromanyetik dalgalar (e.m), bir kaynaktan bir alıcıya enerji ve

momentum taşırlar ve boşlukta ışık hızıyla yayılırlar:

• Burada

,

λ: Dalga boyu;



: frekans

• Elektromanyetik dalgalar foton adı verilen enerji kuantumlarından

oluşur. Foton enerjisi ise,

E=hv

ile verilir. Burada,

h,

Planck sabitidir.





c

Elektromanyetik Dalga

• Güneş ve çeşitli doğal yada

yapay kaynaklar değişik

dalga boylarında

elektromanyetik enerji

saçarlar. Görünen ışık; insan

gözü tarafından görülebilen

veya algılanabilen

elektromanyetik enerji

aktarımının birçok

şekillerinden sadece birisidir.

Radyo dalgaları, ısı, morötesi

(ultraviyole) ışınları, x

ışınları diğer benzer

şekillerdir.

Bir Elektromanyetik Dalga.

Elektromanyetik Dalga

• Fizik yasalarından bildiğimiz gibi, dalgaların için genel eşitlik;

c =



. λ

• Bir diğer kuram ise kuantum enerjisi ile açıklanabilir.

E = h .





= E / h ise burdan ,

h.c

E =

---λ

•

Böylece kuantum kuramında da kuantum enerjisinin dalga

boyuyla ters orantılı olduğu görülür. Sonuçta; “Daha uzun dalga

boyu, daha düşük enerji taşır” şeklinde bir açıklama elde edilir .

Elektromanyetik Spektrum

Güneş Işınımının Etkisi



Optik algılayıcıların kaydettikleri enerji güneşten gelen enerji

ile ilgilidir. Her ne kadar güneşten gelen enerjinin tayfsal dağılımı

sabitse de bir cisme ulaşan miktar atmosferden geçerken değişime

uğrar.

Atmosfer dışında güneş ışıması Siyah cisim ışıması

Deniz düzeyinde güneş ışıması

Enerji

UYARILMA VE İYONLAŞMA

• Yörüngesel bir elektrona transfer edilen enerji seviyesini

aşarsa, elektron daha yüksek enerjili bir düzeye çıkar. Bu

durumda elektron

uyarılmıştır

denir.

• Eğer, elektrona yeteri kadar enerji transferi yapılırsa elektron

tamamen çekirdek etkisinden kurtulur ve uzaklaşır. Bu

durumda atom

iyonlaşmıştır

denir.

ÇEKİRDEK KUVVETLERİ

Proton ve nötronlar çekirdek içinde, Coulomb itmesinin üstesinden gelen nükleer kuvvetlerle bağlanırlar. nükleer potansiyeli r V(r) Coulomb itmesi Nükleer potansiyel

KARARLILIK EĞRİSİ

Radyoaktif Bozunma Kanunu

Bir atomun çekirdeğinin bir α parçacığı , bir β parçacığı , bir γ ışını veya başka herhangi bir parçacık yayınlaması ya da ekstra çekirdek kabuğundan bir elektron yakalaması işlemine radyoaktif bozunma adı verilir .

 λ : Bozunmamış herhangi bir çekirdeğin gelecek bir saniye içindeki bozunma olasılığı ( λ << 1 )

 Bir dt zaman aralığında her bir atomun bozunma olasılığı λdt ' dir .

 Verilen bir zamanda eğer N sayıda bozunmamış atom varsa dt küçük aralığında bozuncak atom sayısı :

dN = - λdtN

• dN / N = - λdt

( t=0 'da, N = N

sınır şartı )

• ln N = - λt + C ( integral alınırsa )

• ln N

= C ln N = - λt + ln N

• ln N - ln N

= - λt

• ln ( N / N

) = - λt

• N / N

= e

• N = N

e

•

• N : Herhangi bir anda bozunmadan kalan atomların sayısı

• λ : Parçalanma veya bozunma sabiti

•

• Aktiflik : Verilen bir numunede saniyedeki parçalanma sayısıdır .

•

• dN = - λdtN

• Aktiflik = | dN / dt | = + λN = A

N₀ N₀/2 N₀/4 N₀/8 t1/2 t2/2 t3/2 t A0 4 2 (a) (b) RADYOAKTİVİTE α

Prof.Dr.Niyazi MERİÇ 16

ÖRNEK: Başlangıçta 1000 atom bir numunenin bozunma sabiti

λ = 0,1 sn-1 _{ise 2 saniye sonra bozunacak olan atom sayısı ve aktivitesi nedir ?}

λ = 0,1 sn-1 _{'in anlamı 1 saniyelik zaman diliminde atomların % 10 u parçalanacak}

demektir .

1.saniyede 0,1 x 1000 = 100 atom parçalanacak . Aktiflik = λN = 0,1 x 1000 = 100

Geriye 1000 – 100 = 900 atom kaldı .

2.saniyede 0,1 x 900 = 90 atom parçalanacak geriye 900 – 90 = 810 atom kalacak .

Prof.Dr.Niyazi MERİÇ 17

A₂= 90 A = A₀e-λt

Yarı - Ömür : Başlangıçta bulunan bozunmamış atomların sayısının yarıya düşmesi için geçen

zamandır . t₀= 0 N₀ atom t_½= T atom N = N₀e-λt N₀/ 2 = N₀e-λt ln ( 1 ) - ln ( 2 ) = - λt_½ t_½ = ln ( 2 ) / λ. t_½ = 0,693 / λ

Ortalama Ömür ( τ ) : Bir çekirdeğin bozununcaya kadar geçirdiği ortalama süredir . t süresi

içinde bozunmadan kalan çekirdeklerin sayısı N( t ) ' dir ve t ile t + dt aralığında bozunanların sayısı | dN

𝑑𝑡 | dt ' dir. Bu durumda ortalama ömür ;

τ = =׬0 ∞ 𝑡 𝑑𝑁 ׬₀𝑁0 𝑑𝑁 = − ׬_∞0 λt𝑁₀𝑒−λt 𝑁0 =׬0 ∞ λt𝑒−λt𝑑𝑡 τ = 1

ÖRNEK:

Aşağıda bir radyoaktif maddenin farklı zamanlarda ölçülen aktivite değerleri

verilmektedir .

Prof.Dr.Niyazi MERİÇ 18

ZAMAN (saat) A(sayma/dakika)

0 4810 12 4215 24 3705 36 3281 48 2850 60 2520 72 2211 84 1998 96 1775 108 1502

a) Bozunma sabitini bulunuz.

b) Yarı ömrünü bulunuz.

c) Ortalama ömrünü bulunuz.

d) Kaynağın iki hafta sonraki aktivitesini bulunuz .

e) 2 hafta sonraki bozunmamış atomların sayısını bulunuz.