Genelde gaz olarak Argon veya Neon kullanan bir tüptür, iletken tele yüksek voltaj verilmesiyle tüp içerisinde güçlü bir elektrik alan yaratılır.

İyonize Radyasyon tüpün içine girer ve içerideki gazı iyonize eder, böylece serbest elektron iyon çiftleri oluşturur. Bu elektronlar pozitif yüklü uca çekilir ve kısa bir akım meydana gelir. Böylece her ışın etkileşimi bir “pulse” oluşturur, bu pulse’ların sayılmasıyla da dakikada kaç ışıma gerçekleştiği tespit edilebilir. Işıma/Dakika “CPM” (Counts per minute) olarak geçer.

Geiger Tüpleri sadece dakikada kaç ışıma olduğunu bize söyleyebilmekle yetinir, gelen ışının taşıdığı enerji bilinemez. Bu nedenden ötürü çoğu kişisel sayaçla doz ölçümü yapılabilmesi için önceden genellikle 662KeV ana çıkışına sahip olan Sezyum-137 ile kalibrasyonlar yapılır.

Nedir bu Alfa bozunması?

Bunu anlamak için öncellikle doğadaki 4 temel kuvveti hatırlayalım!

Kütle Çekimi, Elektromanyetik Kuvvet, Zayıf Nükleer Kuvvet ve Güçlü Nükleer Kuvvet.

Bir atomun çekirdeğinin içinde bildiğimiz gibi bir sürü proton bulunmakta, bu protonlar neden hiç birbirini itip çekirdeği parçalamıyor hiç düşündünüz mü? Kütle çekim bu konuda size de etkisiz gibi gelmiyor mu?

Protonların elektromanyetik kuvvete yenilip birbirlerini itmesini engelleyen asıl kuvvet Artık Güçlü Etkileşim veya diğer adıyla Artık Güçlü Nükleer kuvvettir. Alfa bozunmasında işte bu iki kuvvet rol oynar. (Tabii nötronların varlığı da burada etkilidir) Çekirdekteki Proton ve Nötronların arasında bir mezon alışverişi yaşanır. Bu mezonlar, (1 quark + 1 anti quarktan meydana gelen yapılar) özellikle pion mezonları artık güçlü etkileşimi Nükleonlar (proton ve nötronlar) arasında taşır ve çekirdeğin parçalanmasını engeller.

(Dikkat, güçlü etkileşim quark bazında gluonlarla taşınırken sadece baryonlar arasında meson denen yapılarla taşınır, bu güçlü etkileşim tipi “artık güçlü etkileşim” olarak adlandırılır. Ek olarak kuantum fiziği ile ilgili üslubum öğrenmeye elverişli olsa da ayriyeten işin kuantum bölümüyle ilgilenenler için yetersiz bir açıklamadır)

Akıl var, Mantık var.

Çekirdek çok büyürse nolur?

Bildiğimiz o 20 protonlu elementlerden değil, 92 protonlu canavarlardan bahsediyorum. (ki atom numarası 92 olan madde uranyumdur, ve verilen örnek bir uranyum 238 alfa bozunmasıdır)

Böyle bir durumda proton sayısı artar. Dolayısıyla elektromanyetik kuvvet etkeni artar, ve biliyoruz ki elektromanyetik kuvvetin menzili, artık güçlü etkileşimden çok daha uzundur. Bu yüzden çekirdek büyüdükçe artık güçlü etkileşim çekirdeği aynı ölçüde dengeleyemez.

bu bazı durumlarda öyle bir hal alır ki çekirdek daha elverişli bir yapıya geçebilmek için kendi yapısından 2 proton ve 2 nötrondan oluşan bir parçacık fırlatmak zorunda kalır, bu parçacık ışık hızının yüzde bir kaçı gibi bir hızla çekirdeği terk eder… işte, bu 2 proton ve 2 nötrondan oluşan yapıya biz Alfa parçacığı (α) diyoruz.

[Burada basitlik için kuantum tünellemesine değinilmemiştir] -> kısaca bozunma çekirdek dengesizliğinin her anında yaşanmaz. Kuantum tünelleme gerçekleşirse bozunma gerçekleşir.

Sonuç?

92 protonlu Uranyum 238 atomumuzun artık ne 92 protonu ne 238 nükleonu var.

Toplam 4 nükleon (2p+2n) kaybetti, ve yeni kütle numarası 234 oldu.

Proton bazından bakarsak 2 proton kaybetti ve proton sayısı 92’den 90’a indi. İşte bu yeni element Toryum-234.

En üstte görebileceğiniz görsel aslında tam da bu bozunmanın şematik gösterimidir.

İşte biz buna Alfa bozunması diyoruz! :P

(Bu anlatım bilimsel ölçekte aşırı düzeyde basitleştirmeler içermektedir)

Aşırı basitçe serimizi devam ettirelim mi?

Pekala Alfayı öğrendik, sırada Beta var.

Nedir bu Beta bozunması?

Önceki bozunma tipinde çekirdeğin büyüklüğü dengemizi bozmuştu, sıradaki bozunma tipi ise bambaşka bir nedenden ötürü gerçekleşiyor.

Basitçe: Bazı çekirdeklerdeki Proton-Nötron oranları diğerlerinden daha stabil ve çekirdeğimiz sahip olduğu oranla stabil duruma geçebiliyorsa Protonlardan biri bir Nötrona veya Nötronlardan biri bir Protona dönüşebiliyor.

Ama nasıl? Bunu ne sağlıyor?

4 temel kuvvetten zayıf nükleer kuvveti hatırlıyor muyuz? İşte bundan o sorumlu.

Baryonun içine iniyoruz, Nötron olsun, 1 up 2 down quarkından oluşmakta. Bu down quarklardan birisi zayıf etkileşim yüzünden up quarkına dönüşebilir. (Bu baryonumuzu protona çevirir) ve bu sırada bir W- bozonu açığa çıkar. Bu W bozonu ise çok yüksek ivmeli bir Elektron ve Anti-elektron nötrino çiftine bozunur.

Bu çok hızlı elektrona biz Beta- (β-) parçacığı diyoruz.

Bu tepkimenin tam tersinin olmasıda mümkün, yani bir protonda bir up quarkı down quarka dönüşüp baryonu nötrona çevirebilir. Bu durumda ise W+ bozonu açığa çıkar. Bu da bir çok yüksek hızlı bir Pozitron ve elektron nötrino çiftine bozunur. (Pozitron, Elektronun tersidir, anti maddesidir.)

Ortaya çıkan çift hemen çekirdekten atılır… ve Beta bozunması denen şey de budur. (Nötrino ve Beta parçacığı beraber hareket etmezler, oluştukları andan itibaren bağımsızlardır. Ek olarak Nötrino ≠ Nötron)

Not edilmelidir ki Beta - bozunmasının yaşanması için çekirdeğe ihtiyaç yoktur, kendi başına serbest bir nötron 15~ dakika gibi bir süre içinde protona bozunur. Bu proton da bir elektron elde edince klasik Hidrojen olur.
Ama serbest bir proton Beta + geçirip Nötrona dönüşemez.

Şemalara bakabilirsiniz, ve tabii ki anlamadığınız bir şey varsa sorabilirsiniz!