Işınım, radyasyon nedir? Işınım özellikleri nelerdir? Işınım (Radyasyon) zararları ve genel anlamda özellikleri nelerdir? Nasıl ölçülür?
Kaynak: pixabay.com
Işınım (Radyasyon) Ne Demek?
Işınım, radyasyon olarak da bilinir, bir kaynaktan, çevreye parçacık akışı ya da dalga biçiminde enerji salımı. Elektromagnetik ışınım elektromagnetik dalgalardan, akustik ışınım ses dalgalarından oluşur. Parçacıklı ışınımda, ışık hızından düşük olmakla birlikte çok yüksek hızlarda hareket eden atom çekirdekleri ya da temel (atomaltı) parçacıkların salımı söz konusudur. Kaynaktan salınan enerji miktarı için de ışınım terimi kullanılır.
Elektromagnetik ışınımı oluşturan elektromagnetik dalgalar boşlukta saniyede y. 300.000 km hızla yol alır.
Bu dalgalar çok geniş bir dalgaboyu tayfını kaplar. Radyo dalgalarının dalgaboyu milyonlarca kilometreden birkaç milimetreye kadar değişir. Kızılötesi ve morötesi ışınımlar ile bunların arasında yer alan görünür ışık birkaç milimetreden birkaç nanometreye uzanan dalgaboyu bölgesini kaplar (1 nanometre = 10^-9 m). Daha kısa dalgaboylu elektromagnetik ışınımlar X ışınları (10-10^-3 nanometre) ve gamma ışınlarıdır (1 nanometreden kısa). Kozmik ışınlar dalgaboyları en kısa elektromagnetik ışınımı oluşturur.
Elektromagnetik dalgaların dalgaboyları λ ile frekansları (v) arasında λ =c/v bağıntısı vardır (c= ışık hızı, y. 300.000 km/sn); örneğin dalgaboyu 1 km olan bir radyo dalgasının frekansı 300 kHz’dir. Elektromagnetik ışınım, dalga niteliğinin yanı sıra parçacık niteliği de gösterir. Elektromagnetik ışınımın enerjisi kuvantalıdır; frekansı v olan bir ışınım enerjisi hv niceliğinin tamsayı katları kadar olabilir; burada h Planck sabitidir. Bu kuvanta (kesikli enerji miktarı) foton olarak adlandırılır.
Bir temel parçacık olarak göz önüne alınan fotonun elektrik yükü ve durgun kütlesi sıfırdır ve ışık hızıyla hareket eder. Elektromagnetik ışınım fotonların akışı olarak düşünülebilir. Alçak frekanslı elektromagnetik ışınımlarda fotonların enerjisi (hv) düşüktür ve bunların (radyo dalgaları, kızılötesi ve morötesi ışınımlar, görünür ışık) dalga niteliği ağır basar; yüksek frekanslı ışınımlarda ise (X ışınları, gamma ışınları, kozmik ışınlar) fotonların enerjileri çok büyüktür, bu durumda ışınımın parçacık niteliği önem kazanır.
Elektromagnetik ışınımların yansıma, kırılma, çift kırılma, girişim, kırınım, kutuplanma ve ayrılım gibi özellikleri en iyi biçimde bunların dalga niteliğiyle açıklanabilir. Buna karşılık fotoelektrik etki (ışınım enerjisi soğuran bir maddenin elektron sâlması), Compton olayı (yüksek enerjili fotonların elektronlar tarafından saçılıma uğratılması) ve çift oluşumu (yeterli enerjiye sahip bir fotonun bir elektron ile bir pozitrona dönüşmesi) gibi olaylar, ışınımın parçacık niteliğiyle açıklanabilir.
Parçacık akışından oluşan ışınımlar, ışık hızından daha düşük hızlarda yol alır.
Elektron, ekşi elektrik yüklü bir parçacık olarak 1897’de İngiliz fizikçi J. J. Thomson tarafından bulundu, daha sonra radyoaktif elementlerin saldığı beta ışınımının da elektronlardan oluştuğu belirlendi. Elektronların parçacık davranışlarının yanı sıra dalga nitelikli oldukları İngiliz fizikçi G. P. Thomson ile ABD’li fizikçiler C. J. Davisson ve L. H. Germer tarafından ortaya kondu (1927). Işınım olarak elektronlar saniyede 10 cm’den ışık hızına yakın değerlere kadar ulaşan hızlara sahip olabilirler. Elektronun karşıt parçacığı olan pozitronun (artı elektrik yüklü elektron) varlığı 1932’de ABD’li fizikçi C. Anderson tarafından ortaya çıkarıldı. Bir pozitron ile bir elektron çarpıştığında çok kısa ömürlü bir ara ürün olan pozitronyum ortaya çıkar; bu da 10^-7 saniye içinde bozunuma uğrayarak gamma ışınımına (fotona) dönüşür.
Temel parçacıkların hepsinin bir karşıt parçacığı vardır ve bir parçacık ile onun karşıt parçacığı çarpıştıklarında birbirlerini yok ederek enerjiye dönüşürler. Yüksek hızla hareket ederek ışınım oluşturan parçacıklar arasında protonlar (hidrojen atomunun artı yüklü çekirdeği), döteronlar (döteryumun yani ağır hidrojenin çekirdeği) ve alfa parçacıkları (helyum atomunun iki artı yüklü çekirdeği) sayılabilir. Daha ağır atomların artı yüklü çekirdekleri de bir elektrik alanı etkisiyle hızlandırıldıklarında benzer dalga nitelikli davranışlar gösterirler. Yüklü parçacıklardan oluşan bütün ışınımlarda elektrik yükü, artı ya da eksi işaretli olmak üzere, ya elektron yüküne eşittir ya da bu yükün bir tamsayı katıdır.
Nötron yüksüz bir parçacıktır ve kütlesi elektron kütlesinin yaklaşık 1.850 katına eşittir. Bazı radyoaktif bozunum süreçlerinde ve çekirdek bölünmesinde nötron salınır. Nötronun boşluktaki yarı ömrü 12-13 dakikadır, bir başka deyişle belirli bir miktardaki nötron 12-13 dakika içinde bozunarak bu miktarın yarısına iner. Bir nötron, bu bozunma sürecinde, bir proton, bir elektron ve bir karşıt nötrinoya (yüksüz, sıfır durgun kütleli, ışık hızıyla yol alan bir parçacık) dönüşür.
Kaynak: pixabay.com
Işınımın etkileri.
Işınımın maddenin fiziksel özelliklerine etkileri ışınım fiziğinin, kimyasal yapısına etkileri ise ışınım kimyasının konusunu oluşturur; bu iki bilim dalı arasındaki sınırlar kesin değildir. Fotokimya ışığın kimyasal etkilerini inceleyen bilim dalıdır ve ışınım kimyasının bir alt dalı olmakla birlikte bağımsız bir inceleme alanı niteliği kazanmıştır. Fotokimyasal etkilerin en önemlileri arasında fotoğrafçılığa ilişkin süreçler ile şekerlerin, aminoasitlerin ve benzer bileşiklerin fotosentezi sayılabilir.
Canlılarda deri renginin Güneş ışınlarının etkisiyle koyulaşması da fotokimyasal bir etkidir. Işığın soğurulmasıyla maddede uyarılmış enerji durumları oluşabilir ve bu enerjinin kaybedilmesi sonucunda ışıldama ortaya çıkar. Görünür ışık ve morötesi ışınımın yol açtığı fotokimyasal değişimlerin çoğu yüksek enerjili ışınımların etkisiyle de ortaya çıkabilir. Yüksek enerjili ışınımları oluşturan ışınlar ve yüklü parçacıklar ışığa oranla daha yüksek girim gücüne sahip olabilir.
Bu tür ışınımlar, örneğin fotoğraf filmini karartır (A. Becquerel radyoaktifliği bu etkiyi gözlemleyerek keşfetmişti), canlı dokuda kansere yol açabilir; öte yandan, denetimli koşullar altında, kanser tedavisinde yararlanılabilir. Bu ışınımlar tek bir hücreden sirke sineğine, bitkilere ve gelişkin memelilere kadar çok değişik karmaşıklık düzeyindeki canlı organizmalarda zararlı ve yıkıcı, çok seyrek olarak da yararlı değişimlere (mutasyon) yol açar. Işınım yeryüzünde yaşamın sürmesi açısından temel önemde bir olgudur.
Güneş ışığı (fotosentez aracılığıyla) yeryüzündeki bütün besinlerin ve kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil yakıtların kaynağıdır.
Güneş’ten ve dış uzaydan gelen yüksek enerjili ışınımlar hava koşullarını ve radyo iletişimini etkiler. Bu ışınımlar Yer’deki doğal ve yapay radyoaktiflikle birlikte hem geçici (rastlantısal) türden, hem de bilinçli olarak gerçekleştirilen değişimlerin kaynağını oluşturur. Fotoğrafçılık, çeşitli ışınımların gümüş halojenürler üzerindeki kimyasal etkilerine dayanır.
Işınım, maddenin kristal yapısında değişimlere yol açabilir, ayrıca maddenin esneklik ve sertlik gibi statik mekanik özelliklerinde, iç sürtünme ve gerinim gibi dinamik mekanik özelliklerinde, ısı iletkenliği ve elektriksel direnç gibi aktarım özelliklerinde değişmelere neden olabilir.
Işıldama olgusu, ışınım nedeniyle elektronların uyarılması (enerji düzeylerinin yükselmesi) sonucunda ortaya çıkabileceği gibi moleküllerin ayrışması sonucunda kimyasal tepkimeye girmeye yatkın kökler de ortaya çıkabilir. Uyarılmanın çok fazla olması durumunda elektronlar atomları terk eder, böylece artı yüklü iyonlar ortaya çıkar. Bu olgu iyonlaşma olarak adlandırılır.
