Bizler, yer kabuğunda sürekli radyasyon püskürten radyoaktif elementlerin yaydıkları yüksek enerjili ışınlarla sürekli ışınlanıyoruz. 

Soluduğumuz havada radon, içtiğimiz suda radyum ve yediğimiz yiyeceklerde çeşitli radyoaktif elementler bulunuyor.

Ancak paniğe kapılmak için bir neden yok. 

İnsan türü ve diğer tüm canlı yapılar ve her şey, çağlar boyunca bu doğal radyasyon ortamında oluştu, gelişti ve bizleri şekillendirdi. 

Peki bu radyasyon ortamının kaynağı ve mekanizması nedir?

Bunun yanıtını maddenin temel yapıtaşı olan atomun içinde, atom çekirdeğinde arıyoruz.

Radyasyon ve radyoaktivite

Bir atom, genelde kararlı bir yapıdır. Atom çekirdeğinde bulunan artı yüklü protonlar ile aynı sayıda eksi yüklü elektronlar bir atomu elektriksel olarak yüksüz ve kararlı yapar. Atom çekirdeği içinde ise dengeyi protonlar ve nötronlar sağlamaktadır.

Ancak bazı elementlerin atomları ve özellikle büyük kütleli olanlar, atom çekirdeğini oluşturan çok sayıdaki nötron ve protonları bir arada tutmakta zorlanır ve bu çekirdekler doğası gereği daha dengeli bir yapıya dönüşmeye çalışırlar. 

Bu tür bir kararsız çekirdek, zamanla kendiliğinden bozularak elektromanyetik dalga veya parçacık şeklinde fazla enerjisini atar. Kararsız atom çekirdeğinden kendiliğinden saçılan enerji ve parçacıklar "radyasyon" olarak adlandırılır.

Bugün onların alfa, beta ve gama ışınları olduğunu biliyoruz.

Kararsız atom çekirdeği, fazla enerjisini elektromanyetik dalga formunda attığında ona "gama ışını"; bir elektron saldığında "beta ışını" ve helyum çekirdeği formunda bir parçacık atıyorsa ona "alfa ışını" denilmektedir.

Radyoaktif atom, parçacık atarak farklı bir atom çekirdeğine dönüşür ve süreç daha küçük ve daha kararlı başka bir çekirdekle sonlanır.

Radyasyon üreten bu özelliğe "radyoaktivite" ve bu tür kararsız atom çekirdeklerine sahip olanlara da "radyoaktif atom" veya "radyoaktif madde" deniyor. 

Nükleer etkileşimli zayıf kuvvet

Bu sürecin sorumlusu ise atom çekirdeği içinde hakim olan "nükleer etkileşimli zayıf kuvvet"; bu kuvvet evrenin tasarımında etkili dört temel kuvvetten biri.

Biliyorsunuz, atomik yapının keşfiyle elektromanyetik kuvvetin, atomların içinde çekirdek ve elektronları bağlayan güç olduğu anlaşılmıştı.

Ancak atom çekirdeğini oluşturan protonların tümü pozitif yüklüydüler ve onların itici gücünü yenerek bir arada olmalarını sağlayan başka bir güç vardı ve o “güçlü etkileşimli nükleer kuvvet” idi.

Daha sonra radyoaktif bozunumla ilintili başka bir gücün varlığı ortaya çıktı. Elektromanyetik kuvvetten daha zayıf olan bu güç, “zayıf etkileşimli nükleer kuvvet” olarak tanımlandı.

Bu kuvvet bir anlamda, çekirdekteki proton ve nötronların dengesini koruyordu.

Kararsız bir atom çekirdeği, daha kararlı bir duruma geçmeye çalışırken alfa veya beta parçacığı atması sürecinde zayıf nükleer kuvvet etkilidir. 

Güneş'te meydana gelen nükleer füzyon olayında da etkili olan bu kuvvettir.

Peki neden ona zayıf etkileşimli kuvvet diyoruz? En zayıf kuvvet olduğu için mi?

Bu kuvvet, atomik yapı içinde etkili üç kuvvetten en zayıfı olanıdır. Aslında evreni şekillendiren dört temel kuvvet içinde en zayıf olanının yerçekimi olduğunu biliyoruz.

Radyoaktif bozunum zinciri

Radyoaktif atom, parçacık atarak farklı bir atom çekirdeğine dönüşmüş ve süreç daha küçük ve daha kararlı başka bir çekirdekle sonlanır, demiştik.

Ama bu her zaman böyle olmayabilir; bazen kararsız atom çekirdeği tek bir enerji salınımıyla kararlı hale gelmez. Enerji boşalımı, kararlı hale gelene kadar belirli aralıklarla devam eder.

Bu süreçte radyoaktif çekirdek her defasında alfa ve beta türü parçacık ile beraberinde enerji yayarak kimlik değiştirmekte, başka ve daha hafif bir elemente dönüşmektedir.

Radyoaktif bozunum sonucu oluşan element, yaydığı ışın türüne göre daha hafif bir başka elemente dönüşmekle kalmıyor; yenisi de ışın yayarak farklı bir elemente, o da bir başkasına dönüşüyor.

Ortaya çıkan zincirleme dönüşüm, bugünkü tanımıyla bir "radyoaktif bozunum serisi"dir.

Biliyoruz ki doğada dört radyoaktif bozunum serisi bulunuyor. Bugün bunlardan üçü aktif. Bu bozunum serilerinin her birinin başlangıç elementi doğada bulunan en ağır element olan Uranyum ve Toryum.

Bir bozunum zincirinde yer alan dönüşüm süreleri her radyoaktif element için farklı, sabit ve karakteristiktir. Bu karakteristik özellik, "yarılanma ömrü" olarak tanımlanır. Yarılanma ömrü, bir radyoaktif maddenin atomlarının ışın yayarak, yarısının azalması ve başka bir elementin atomlarına dönüşmesi için geçen süredir.

Uranyum veya toryum ile başlayan bozunum zincirleri, kararlı bir element olan bir kurşun izotopu ile son bulur. Bozunum zincirlerinde bazı radyoaktif maddelerin yarı ömürleri bir kaç dakika olabilirken, diğer bazılarınınki binlerce, hatta milyon yıl olabilmektedir.

İçinde yaşadığımız radyasyon ortamına büyük oranda katkı veren radyoaktif elementlerin kaynağı bu bozunum ürünleri olan elementler. Ayrıca uzaydan gelen atmosferi geçerek yeryüzüne ulaşan kozmik ışınlar, doğal radyasyonun %20 sini oluşturuyor.

Ve biliyoruz ki bu radyoaktif elementlerin çevreye saçtığı radyoaktif ışınlar canlı hücrelere zarar verebiliyorlar.

 Bunların bir kısmı vücudumuzdan kolayca geçerken, bir kısmı da moleküllerimize etkileşime giriyor ve bizi çok küçük dozlarda radyasyona maruz bırakıyorlar. 

Ancak insan bu doğal radyasyon içinde evrimleşmiştir. Ve bu radyasyon seviyesi, insanlık tarihi boyunca yerkürenin her tarafında farklı olsa da sabit bir değerde kalmıştır.

Ancak bugün asıl sorun insan yapımı radyasyon kaynaklardan geliyor. Nükleer bombalar ve geçmişte yapılan çok sayıda nükleer testler yanı sıra endüstriyel ve tıbbi prosedürler yoluyla bugün karşı karşıya kaldığımız radyasyon dozunun, doğal radyasyon seviyesinin çok üzerinde olduğu rapor ediliyor.

İnsanlık tarihi boyunca sabit bir radyasyon banyosu içinde evrimleşmiş insan ve diğer canlı türler, son 50 yılda insan yapımı radyasyonlar nedeniyle doğal radyasyon seviyesinin üzerinde bir radyasyon ortamı içinde bulunuyorlar. Bu durumun gelecek türler üzerinde nasıl bir etki yaratacağı ise oldukça tartışmalı bir konu.

Net yanıtı ise zaman verecek!

 Kaynakça:

https://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/rutherfordsoddy.cfm

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1908/rutherford/biographical/

https://www.newscientist.com/definition/antimatter/

https://www.symmetrymagazine.org/article/this-radioactive-life

https://www.iflscience.com/how-the-building-blocks-of-life-survived-early-earths-extreme-radiation-71860

Nafiye Güneç Kıyak kimdir? Nafiye Güneç Kıyak, lisans eğitimini İstanbul Üniversitesi (İÜ) Fizik Bölümünde ve yüksek lisans eğitimini İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Nükleer Enerji Enstitüsünde tamamladı. Çalışma hayatına Türkiye Atom Enerjisi Kurumu - Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nde araştırma reaktörü radyasyon güvenliği sorumlusu olarak başladı.  Doktora sonrası Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu bursu ile Almanya-GSF (Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung-München)'de "nükleer santraller çevre analizleri, radyasyon dozimetrisi, nükleer teknikler" alanlarında çalışmalarda bulundu.  Yurda dönüşünün hemen ardından doçent ve daha sonrasında da profesör oldu. 1996 yılında kurulan Işık Üniversitesi'nin kuruluş çalışmalarına katıldı ve çeşitli kademelerde görev alarak kurucu fizik bölüm başkanlığı, Fen Bilimleri Enstitüsü müdürlüğü görevlerinde bulundu. "Lüminesans Araştırma ve Arkeometri Laboratuvarı"nı kurdu modern fizik konularında lisans ve yüksek lisans dersleri verdi. 2010- 2015 yılları arasında Işık Üniversitesi Rektörü olarak görev yaptı.  Rektörlük süresini tamamlamasının sonrasında Feyziye Mektepleri Vakfı okulları CEO'su görevinde bulundu.  Prof. Kıyak'ın uluslararası bilimsel dergilerde yayımlanmış çok sayıda bilimsel makalesi, yurtiçi ve yurt dışında sunulmuş 200 dolayında bilimsel çalışması bulunmaktadır. Ayrıca popüler bilim alanında üç kitabın yazarıdır: Aklın bilinmeyene yolculuğu: KOZMOS; Sırlar evrenine açılan kapı: KUANTUM ve Başlangıcın ötesi: ÇOKLU EVRENLER.  2019'dan bu yana T24 Haftalık'ta popüler bilim konularında yazılar yazmaktadır.  Prof. Kıyak evli ve iki çocuk sahibidir.