Tarih: 17:36, 2/3/2005

 

 

                                                                    ilkan kavlak

 

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü 26040 Eskişehir

 ilkankavlak@gmail.com

 

 

 

 

ÖZET

 

Radyasyon,Radyoaktivite, Yarı ömür, İyonlaştırıcı radyasyon, iyonlaştırıcı radyasyon çeşitlerine ve bunların özelliklerine değinilecek ve alfa gama beta gama ışınları ve bu ışınların çevreye ve bizlere zararları anlatılacaktır. Son olarak Radyasyon ölçü birimleri üzerine durulacaktır.

 

Anahtar Kelimeler: Radyasyon, Radyoaktivite, curie, alfa, beta

 

1.GİRİŞ

Radyasyon dalga, parçacık, veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjidir. Radyo ve televizyon iletişimde zaten bu sayede olanaklı hale gelmiştir. Radyasyondan tıpta, iletişim sektöründe, endüstride, x ışınları ile  bir kristalin kimlik kartının hazırlanmasından faydalanmaktayız Hatta Nükleer reaktörler ile enerji üretimi de bu enerji sayesinde olanaklı hale gelmektedir. Radyasyonun gündelik hayatta kullanımına bir başka örnekte ameliyat malzemelerinin veya  geri dönüşüm malzemelerinin sterilizasyonudur.

2 TEORİK GELİŞME

2.1 RADYASYON VE RADYOAKTİVİTE

Radyasyon genellikle bir atomun çekirdeğinde başlar. Atomları da proton ve nötronların oluşturduğu bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen elektronlar oluşturur. Ağır yani çekirdeğinde 83 den fazla proton barındıran elektronlar kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma esnasında çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar bu yolla enerji veren elementlere de radyoaktif elementler adı verilir. Bir radyoaktif çekirdeğin kendinden başka bir çekirdeğe dönüşmesi olayına dezentegrasyon, yapma olarak bir çekirdekten bir başka çekirdeğin elde edilmesi olayına transmüsyon denir. Teknolojideki çok hızlı gelişimler sonucunda üretilen TV, radyo, bilgisayar, röntgen, tomografi vb tıbbi cihazların yaygınlaşması ile meydana gelen radyasyonun elektromagnetik kirliliğe yol açtığı anlaşılmıştır. Bir başka deyişle radyasyon elektromagnetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji emisyonu yada aktarımıdır.

Atom çekirdeğinin bir dış etki olmaksızın kendiliğinden ışıma yapmalarına ve bu tür ışıma yapan atomlara da radyoaktif atom denir. Radyoaktif atomların çekirdekleri kararsızdır. Atom çekirdeklerinin kararlılığı nötron ve proton sayısına bağlıdır. He,C,N,O gibi hafif atom çekirdeklerinde nötron sayısı, proton sayısına eşittir. Yani nötron sayısının proton sayısına oranı “1” dir. Bu atomlara kararlı atomlar adı verilir. Fakat   ⁴⁰₂₀Ca   atomundan fazla olan atomlardan  nötron sayısı  proton sayısına eşit olan başka bir atom yoktur. Bu atomlarda çekirdekteki Coulomb itme kuvvetleri ile kararlı durum ortadan kalkar ve Ağır elementlere doğru çekirdekteki nötron sayısı proton sayısına göre üstünlük kurmaya başlar. Bu şartlar altında bizlerin bir çekirdeğe Radyoaktif diyebilmemiz için şu iki kuralın sağlanması gerekir.

·        Çekirdekte bulunan nötron sayısının proton sayısına oranı 1,5 ten büyük olmalı

·        Atom numarası 83 ten büyük olmalı.

Görüldüğü üzere bir elementin Radyoaktiflik özelliği tamamen atomun çekirdeğine bağlıdır.

Ve kimyasal durum, sıcaklık, basınç gibi çeşitli durumlar radyoaktiviteyi etkilemez. Bunlara

ek olarak  radyoaktif maddenin katı sıvı gaz gibi halleri de radyoaktiviteyi etkilemez.

radyoaktiflik Henry Becquerel tarafından 24. Şubat. 1896 da x ışınlarının keşfinden iki ay

sonra keşfedilmiştir. Radyoaktivitenin keşfinden sonra bilim adamları bu ışınların tabiatını

anlamak için yani yüklü parçacıklar mı yoksa elektromagnetik dalgalar mı olduklarını anlamak için çeşitli incelemelerde bulundular. Bunlara Radyoaktif malzemelerden çıkan ışınlar ile fotoğraf filmine etkisinin incelenmesi, florasans ışınımı, havayı iyonlaştırmak örmek olarak verilebilir sonuçta radyoaktif ışınım için en güzel bilgi magnetik saptırma ile elde edilmiştir.

Kurşun bir kroze içerisine bir miktar radyum koyup bir magnetik alana koyacak olursak radyasyonlar üç gruba ayrılacaktır. Bir kısmı hafifçe sola sapar pozitif yüklülerdir. Bunlar iki elementer yüke sahip olan helyum çekirdekleridir. Yani alfa parçacıklarıdır. Bir kısmı fazlaca sağa sapar bunlar ise negatif elektronlar olup beta ışınlarıdır. Bir kısmı hiç sapmaz bunlar ise gama ışınlarıdır.

Radyoaktif malzemelerden yayılan alfa beta ve gama ışınları çeşitli olaylara sebep olurlar mesela karı, sıvı ve gaz halindeki maddelere iyonlaştırırlar. Sanırım birilerinin küresel ısınma konusunda birilerini uyarmanın vakti geldi. Cam, porselen, fayans gibi malzemeleri renklendirirler. İnsanlarda ise pek iç açıcı sonuçlar vermez. Kalıtsal hastalıklara, genetik sorunlara ve kansere karşı etkilidir fakat ilginç olan kanserli hastaların tedavisinde de Radyasyon kullanılır kısacası Radyasyon aslında bir güçtür fakat önemli olan şey bu gücü kontrollü kullanabilmektir.

 

(şekil 2,1,1)

2.1.2 ATOMLARDA UYARILMA VE MADDENİN IŞIMASI

Normal bir halde bir atomu uyarmak yani atomdaki bir elektronu bulunduğundan daha yüksek enerjili bir kata çıkarmak için buna dışarıdan uygun büyüklükteki bir enerji aşırısı sağlamak gereklidir. Uyarılan bir atomda elektronlar pek kısa zaman zarfında bir saniyenin yüz milyonda biri kadar bir sürede kalabilirler; hemen yer bulmaları olanağı olan en aşağı enerjili yörüngede dönerler. İşte bu sırada elektronun yukarı yörüngeye geçerken almış olduğu enerji, görünen veya görünmeyen mor ötesi kızıl ötesi gibi bir ışıma halinde yayınlanırlar

Genel olarak bir atomu uyarmak üzere ona enerji yollanması türlü yollardan yapılabilir. Örneğin madde uyarılacak atomun çeşidine göre çok veya az ısıtılır. Bu ısıtmayla hareketleri gitgide hızlanan atomlar çok sayıda çarpışmalar yaparlar. Böylece en dış elektronlar kolayca uyarılır. Alkali veya toprak alkali metallerin atomların ufak alevde bile uyarılmış bir hale geçerken ışın yayabilirler. Elektronların normal halden daha yüksek kuantalı bir hale getirilmesi ve böylece atomun ışın hale gelmesi elektriksel boşalma borularında uçan elektronların (katot ışınları) uçma enerjisi ile de sağlanabilir. Üzerlerine ışık yollanan bazı maddeler flüoresans denilen kendiliğinden ışın vermeleri de bu esaslara dayanmaktadır.

Aşağıdaki bir atomun uyarılma halleri görünüyor. Prensip bakımından bir atomda her elektronu boş yer buldukça daha yüksek enerji katına geçirmek mümkündür. Çeşitli katlar arasındaki terkip imkanları göz önüne alınacak olursa birçok farklı uyarılmış hallerin mümkün olacağı görülür. Uyarılmanın şiddetiyle bir yada birkaç elektron atom yapısından büsbütün ayrılıp uzaklaştırılabilir. Bu taktirde elektrik bakımından çekirdek dengelenemez bu çeşit bir uzaklaştırma sonucu atomda pozitif bir iyon meydana getirilmiş olur. Bu olay sonucu verilen enerjiye iyonlaşma enerjisi denir.

Sodyum buharı içerisinden çeşitli dalga boyları ve dolayısıyla (az enerjili kızılötesinden bol enerjili morötesi veya daha kısa dalga boylarına kadar) çeşitli ışık kuantlarından bileşik bir ışınım geçirilecek olursa uygun elektron atlayışlarına elveren kuantlara seçilip yutulur elvermeyenler ise aynen geçer. Bu da şu anlama gelmektedir buhar içinden geçen ışık tayf analizine tabi tutulursa ışığın bazı dalgaları yutulmuş olduğu için bu dalgalara ait yerleri siyah çizgilerle kesilmiş olan yani emilme bir tayf görülür.

Son olarak

Atom fiziğinde 1 ∞ iken enerji seviyelerinde farkın giderek azalarak sıfıra gideceği görülebilir . .n=∞ iken artık bir süreklilik vardır ve bu bölge sürekli bölge olarak adlandırılır. .n=∞ iken enerji sıfırdır yani kuantumlu seviyelerin enerjileri hep negatiftir. Herhangi bir n seviyesi ile enerjisi arasında

 Enų= Eı-|En| ………………  (denk2.1.2.1)

gibi bir bağıntı vardır. 

şekil 2.1.2.1

 

2.2 DOĞRUDAN İYONLAŞTIRICI RADYASYONLAR

Etkileşmeler sonucunda iyonizasyon meydana getirebilmek için yeterli kinetik enerjiye sahip yüklü parçacıklar doğrudan iyonlaştırıcı parçacıklardır. Alfa beta gibi hareketli ve yüklü parçacıklar madde içerisinden geçerken madde atomun dış elektronunun almak için gerkeli etkileşmeyi sağlayacak şekilde atoma yaklaşırlar elektronu alınan atom pozitif yüklü iyon olduğundan elektron ile birlikte bir iyon çifti oluştururlar Böylece elektrik yüklü parçacıklar madde içerisinden geçerken iyonizasyon oluşturur ve yolları boyunca pek çok iyon çifti ortaya çıkar.

2.2.1 ALFA BOZUNMASI (IŞIMASI)

Ramsay 1904 de ince çeperli fakat gazları geçirmeyen bir cam ampul içerisine radon gazı koymuş, ve bu ampul de daha büyük ve havası boşaltılmış ve iki elektrot içeren bir başka kabın içerisine koymuştur. Bir müddet sonra dış ampulde gözlenen deşarjın helyum spektrumunu verdiğini görmüştür. Radonun bozunması aşağıda ki gibi olmuştur.

₈₆Rn²²²à₈₄Ra²¹⁸+₂He⁴………………….(denk 2.2.1.1)

böylece kesinlikle alfa parçacıklarının helyum çekirdeklerinden oluştuğu gözlemlenebildi.

Alfa ışınları radyoaktif atomdan büyük hızlar ile yayınlanırlar.

Bir radyoelementin verdiği alfa ışınları genellikle anı enerjiye sahiplerdir. Yani bunların monokinetik veya eşenerjili gruplu olarak kendilerini gösterirler. Bir ışının oluştuğu ve durdurulduğu ana kadar bir ortamda aldığı yola ışının ortamdaki yolu denir. Radyoaktif cismin verdiği anda verdiği parçacıkları saymak istersek bunu avogadro sayısı ile bulabiliriz. Alfa parçacıkları enerjileri 4-8 MeV arasında değişir. Alfa parçacıkları Beta parçacıklarına göre daha az giricidir. Alfa parçacıklarının havadaki yolları ilk hızlarının kübü ile orantılıdır.

R=kV_o³…………….(Geiger Kanunu)(denk 2.2.2.2)

Bu kanunun geçerli olduğu sınırlar içersinde alfa parçacıklarının iyonlaştırıcı gücü, parçacığın hızı ile ters orantılıdır ve bir alfa parçacığının meydana getirdiği iyon sayısı R parçacığın yolu olmak üzere R^2/3 ile orantılıdır. Bazı radyoaktif çekirdeklerden yayınlanan alfa parçacıklarının enerjileri ve havadaki yolları çizelge 2.2.2.1 de verilmiştir.

 

 

Element	Enerji (MeV)	Havadaki yol (cm)
Uranyum 238	4,18	2,73
Uranyum 234	4,75	3,28
Plutonyum 239	5,159	3,75
Polonyum 210	5,298	3,84

Çizelge (2.2.2.1)

 

Alfa parçacıkları doğal olarak yayınlanabildiği gibi suni radyoaktif malzemelerden de yayınlanabilir. Alfa parçacıklarından en enerjik olanı 9MeV civarında bir enerjiye sahiptir. Alfa parçacıklarının havadaki ve diğer maddeler içerisindeki yolları oldukça kısadır. Bu yüzden ince kağıt tabakaları ile durdurulabilirler. Ağır ve iyonlayıcı parçacık olduklarından giricilikleri azdır. Sağlığa, vücuda solunum veya sindirim yoluyla alınırsa ciddi zararları vardır.

(şekil 2,2,2,1)

2.2.2 BETA BOZUNMASI:

Beta ışımaları da iyonlaştırıcı ışınlar grubuna girmektedir ve magnetik alanda sağa doğru fazlaca kayan bir ışındır. Bu ışınlar çok girici olup yolları alfa ışınlarına göre oldukça uzundur. Bu ışımalarda olan olay tamamen kararsız olan çekirdekten proton fazlalığına ve ya nötron fazlalığına göre negatron(elektron) veya pozitron yayınlamaktır. Çekirdekteki enerji fazlalığı Einstein’ın özel Görelelikte belirttiği gibi E=mc² formülüne göre çekirdek civarında kadardır. Çekirdekteki bu enerji proton fazlalığından ileri geliyor ise pozitronlar yayınlanırken nötron fazlalığından meydana geliyorsa elektron yayınlanır. Zaten bir başka değişle beta ışımalarına elektron veya pozitron yayılımı olan radyoaktif olay diyebiliriz. Bu iyonlaştırıcı ışınları başlıca iki gruba ayırabiliriz bunlar primer beta ışımaları, ve seconder beta ışımalarıdır. Primer beta ışımaları çekirdekten gelen ışınlardır. Örnek verilecek olursa

₈₃Bi²¹⁰à₈₄Po²¹⁰+ β  ^-………………(denk 2.2.2.1)

buradaki dönüşme tamamen;

nàp+ β ^-…………………………..(denk 2.2.2.2) şeklindedir. Bir radyoaktif elementin verdiği beta ışınları monoenerjik değildir. Bunların enerjileri en küçüğünden en büyüğüne kadar değerler alabilir şekil (2.2.2.1) de görüldüğü gibi Yaklaşık olarak maksimum maksimal enerjinin üçte birine tekabül etmektedir. Bu şekilde kesiksiz bir enerji dağılımını gösteren beta ışınları, primer beta ışınlarından oluşmaktadır. Bazı atomlarda bunların yanında aynı enerjiye sahip beta ışınları grupları da yer alır ki bunlara seconder beta ışınları denir.

Şekil 2.2.2.1 C14 ün verdiği beta parçacıklarının spektrumu N(E)dE, enerjileri E ile E+dE arasında bulunan elektron sayısıdır.

 

şimdi biraz negatif beta parçacığı yayınlandığı zaman neler gözlemleniyor onlara değinecek olursak, Negatif beta parçacıkları ışık hızına çok yakın hızlarda kararsız olan atom çekirdeklerinden fırlatılırlar. Burada ki önemli olan sorun çekirdekte elektron yok bulunamaz ama nasıl çekirdekten elektron fırlatılıyor bu işte illüzyon

₀¹nà ₁P⁺ + β^- +(nötrino) ……………(denk 2.2.2.3)

Bu bozunma sırasında eksi betaların kütlesi ihmal edilecek kadar küçük olduğu için atomun kütlesine etki etmez. Beta yayınlanan radyoaktif bir malzemenin enerji spektrumunun sürekli olduğunda şekil 2.2.2.1 de görülmektedir. Kuantum teorisine göre çekirdekten yayınlanan parçacıkların aynı miktarda enerji taşıması gerekmektedir. Çünkü ışıma sonucunda çekirdekten salınan enerji belirli bir büyüklükte olmalıdır. Bir de kuantum teorisine göre çekirdekte ki bazı parçacıkların diğerlerinden büyük olması mümkün değildir. Bunun sebebi çekirdekten eksi betalar ile beraber yüksüz olan ve elektronlar göre ihmal edilebilir ağırlıklı nötrino neden bir parçacığın salınmasıdır. Yüksüz olduklarından madde ile etkileşmezler.

 

Pozitron yayınlanan beta bozunması ise negatron yayınlanan olay ile benzerlik içermektedir. Pozitronlar 1932 yılında keşfedilmiştir. Elektrik yükleri hariç pozitronlar kütleleri elektronlara aynıdır fakat elektrik yükleri pozitiftir zaten bir başka deyişle elektronun anti maddesi pozitrondur. Bu elektrik yüklerinin farklı olması magnetik alanda zıt yönlü bir yönelmeye neden olmaktadır. Pozitron yayınlanması olayında, pozitronlara yörünge elektronlarından birinin yayınlanması ile eşlik edilir. Bu olaya iç dönüşüm denilmektedir ve ilerleyen kısımlarda üzerinde durulacaktır. Bu eşlik olayı ise tamamen mutualdir. Çünkü birilerinin çekirdekteki elektriksel dengeyi koruması gerekmektedir. Elektriksel denge protonun nötrona dönüşmesi ile bozulmakta ve sistem nötron oranının artması ise kararsız hale geçmek istemektedir. Bu kararsızlık işte elektriksel dengeyi bozacaktır. Çekirdeğin mutfağından gelen tıkırtılar onun hiç hoşuna gitmeyecek ve elektronlarından birisini onu güvenli kendinden uzaklaştırmak için pozitronun peşinden gönderecektir.

₁¹Pà ¹₀ n+ β⁺ + nötrino……………………(denk 2.2.2.4) 

2.2.2.1 ELEKTRON YAKANMASI

Elektron yakalanması olayında atomun çekirdeği yörünge elektronlarından birini yakalar. Bu elektron çekirdekteki protonlardan biri ile birleşerek nötr hale gelir.

P+e^-àn……………(denk 2.2.2.1.1)

Bu olay atomun proton sayısının z-1 haline gelmesine sebep olur yani pozitron bozunmasına benzer ve yörüngedeki bir elektronun çekirdek tarafından yakalanması yörüngede bir elektron boşluğu meydana getirir bundan dolayı yörüngeler arasındaki elektron geçişleri başlar ve bunun sonucunda da X ışınları meydana gelir. Yani birinci ürünler X ışınları salarak ikinci ürün haline gelirler. Bu nedenle elektron yakalanması olayı iki etaptan oluşan bir yarıştır. Birinci kısımda kaçan elektron çekirdeğe karşı koyamaz ve çekirdek tarafından yakalanır. Ve atomu uyarılmış bir halde bırakır ikinci kısımda ise elektromagnetik radyasyon yayınlanır. Bu olayda yakalanan elektron genellikle iç tabaka yani k tabakası elektronlarıdır. Ve bu sebeple bu tür yakalanma olayına genellikle K yakalanması denir bu olay genellikle pozitron bozunmasına uğrayan atomlar için alternatif bir bozunma şeklidir. Ve proton fazlalığı olan kararsız atomlar genellikle iç dönüşüm veya izomerik geçiş ile bozunma şansına sahiptir.

 

2.2.2.2 İÇ DÖNÜŞÜM

Bu olay esnasında çekirdek fazla enerjisini doğrudan yörüngede ki elektrona iletir. Ve bu yörüngeden bir elektron fırlatılır. Bu olayda elektron tarafından taşınan enerji salınan enerjiden daha küçüktür. Çünkü enerjinin bir kısmı elektron koparabilmek için harcanmıştır. Bu sebeple elektron koparmak için gerekli olan enerji bağlanma enerjisine eşittir. Bu olay genellikle K yörüngesi elektronları ile olursa da bazen diğer yörünge elektronları da bu olaya karışabilir. Çekirdeğin enerjisi doğrudan atomun elektronlarına iletilir yani bu olayda foton yoktur doğrudan iletişim sağlanır ve elektron fırlatılır. Bu dönüşüm sonunda yörünge de bir elektron boşluğu olur bu boşluğa diğer yörüngelerden bir elektron gelerek doldurur ve bir X ışını yayınlanır. Bu X ışını belirli atom ve yapıya bağlı olarak o elemente ait karakteristik ışınlardır. Yayınlanan karakteristik x ışınları elektron yakalanmasına birinci ürünün karakteristiğidir. İç dönüşümde nükleer yükte hiçbir değişim yoktur ve yayınlanan karakteristik tamamen orijinal atoma aittir. İç dönüşümde yayınlanan elektron aynı enerji ile salınır buna beta ışını çizgi spektrumu denir. Sonuç olarak bir eksi beta yayınlayan radyoaktif malzeme incelendiğinde eksi beta parçalarının devamlı bir spektrumu olduğu ve belli spektrum üzerinde bir çizgi spektrumu varsa bunun da bir içi dönüşüm nedeniyle meydana gelen beta ışını çizgi spektrumu olduğu söylenir.

 

 

 

 

2.2.2.3 İZOMERİK GEÇİŞ

İzomerik geçiş olayında bozunmalardan sonra uyarılmış kalan radyoaktif atomlar tarafından gerçekleştirilir. Çünkü atomların en sevmedikleri şey kararsız durmaktır ve sürekli kararsızlıktan kararlı bir duruma geçebilmek için bir eğilimleri vardır. Ve bu tür atomlar bu tür geçişi sağlayabilmek için gama ışını yayınlarlar bu olayda proton sayısı ve nötron sayısı değişmez izomerik geçiş daha çok iç dönüşüm ile yarış halindedir. İzomerik geçişlerde atom genellikle gama ışıması yapması çok zamanı almaktadır bu yüzden böyle atomlar genellikle radyoizotop olarak kabul edilir.

2.2.3 GAMA IŞIMASI

Gama ışınları aslında doğrudan doğruya iyonlaştırıcı radyasyon değillerdir fakat meydana getirdikleri elektronlar ile bunu yapabilirler. Gama ışınlarının etki güçleri çok yüksektik beta ışınlarına göre 100 kat daha fazla nüfus edebilme kabiliyetleri vardır. Gama ışınlarının kütlesi ve yükü sıfır kabul edilmektedir. Zaten iyonlaştırıcı ışınlara verdiğimiz ilk örnekte de

(şekil  2.1.1 ) gama ışınlarını hiçbir sapma göstermediğini görmekteyiz. Gama ışınlarını bir başka değişle kısa boylu elektromagnetik dalgalardır diyebiliriz. Bir çekirdekte alfa yada beta ışınları meydana geldikten sonra atom genellikle uyarılmış bir şekilde kalır. Uyarılmış şekilde duran bir çekirdeğin her zaman bir enerji fazlalığı vardır. Ve bu fazlalıkta çekirdekten bir taneciğin fırlatılması ile giderilebilir. Eğer böyle giderilemezse çekirdek izomerik geçişe başvurur ve bu sırada gama ışınları yayınlanır. Gama ve x ışınları farklı kaynaktan çıkmalarına rağmen benzer özellikler göstermektedirler. Her ikisi de ışınım spektrumlarında birbirlerine komşu olan elektromagnetik dalgalardır. Yalnız x ışınları kinetik enerjili elektronların bir maddeye çarpması ile madde atomunun elektron kabuğundaki değişmeler sonucunda meydana gelir. X ışınlarının kaynağı atomun elektriksel kabuklarıdır. Fakat gama ışınlarının kaynağı çekirdektir. Elektromagnetik spektrum gama ışınlarının kesin çizgilerini veren çizgiler ile gösterilir. Bu çizgiler atomik boyutlara oranla çok küçüktür. X veya gama ışınları tek enerjili fotonlardan ibarettir ve bunlar madde içerisinden geçerken soğurmaya uğrarlar. Yeğinliği (Io) olan bu ışınlar kalınlığı (x) cm olan bir maddeden geçtikten sonra yeğinliği (I) olur bunu matematiksel olarak ifade edecek olursak

Not:Işıksal Yeğinlik: belirli bir yönde yayılan ışığın yoğunluğu…………..(not 2.2.3.1)

I=Io e^-µx……………………….(denk 2.2.3.1)

 Olarak ifade edilebilir. Burada µ maddenin soğurma katsayısıdır. Bu soğurmayı meydana getiren olaylar fotoelektrik olay, compton olayı ve çift üretim etkileridir.

Işınların madde ile etkileşmesi üç yolla olmaktadır bunlar düşük enerjilerde fotoelektrik olay orta enerjilerde Compton saçılması yüksek enerjilerde ise çift oluşturma olayıdır.

2.2.3.1 FOTOELEKTRİK OLAY :

Işığın tanecikli yapıda olduğunu gösteren ilk deney fotoelektrik olaydır. Olay ilk defa 1877 yılında H.Hertz tarafından gözlemlenmiştir. 1905 yılında Einstein tarafından formülize edilmiştir. Einstein bu açıklamalarından dolayı 1921 yılında Nobel Fizik Ödülünü almıştır. Olayın bugünkü anlamda ilk deneyi Milikan tarafından yapılmıştır.

Fotoelektrik olay, ışığa duyarlı bir yüzeye fotonlarla vurularak oradan elektron sökmek ve bu elektronları sökmek ve bu elektronları bir akıma dönüştürerek belirli maksatlar için kullanmak demektir. Elektronu kolay sökülebilen maddeler genellikle alkali atomlardır.çünkü alkali atomların en dış yörüngelerinde bir tek elektronları vardır. Ve oda atomun çekirdeğine bağlıdır. Katottan etrafa saçılan elektronlar istenirse belirli bir yöne örneğin plakaya doğru yönelebilirler. Bunun için plakaya katoda göre artı potansiyel uygulanır. Ancak fotonlar yeterince enerji sahibi iseler, potansiyel uygulamadan da plakaya varabilirler. Tüpün içinde elektronların moleküllerin çarpışmasından dolayı ortaya çıkan dağılmaları önleyebilmek için tüpün havasının boşaltılmış olması gerekmektedir. Plakaya varan elektronlar bir akım oluştururlar ve bu akıma plaka akımı veya foto akım adı verilir. Plaka akımını sıfır yapmak için devreye bir – potansiyel uygulanır. Bu potansiyel negatif voltaj Vo ile gösterilir. Ve öyle ayarlanabilir ki katodtan en büyük hız (Vmak) ile çıkan elektroların Plakaya varamaması gerekmektedir. İşte bu potansiyele durdurma potansiyeli denir.

fotoelektrik olayın daha sonra yapılan hassas deneylerle de saptanan önemli özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.

·  Metal yüzeyler ışık ile aydınlatıldıkları zaman elektron yayabilirler fakat pozitif iyonlar yayamazlar.

·  Metal yüzeylerin bu şekilde elektron yayıp yayamayacakları gönderilen ışığın frekansına bağlıdır. Metalden metale değişen bir frekans eşiği vardır ve ancak frekansı bu eşik değerden büyük olan ışık bir fotoelektrik akım oluşturur.

·  Fotoakım oluştuktan kısa süre sonra kararlı değerine ulaşarak büyüklüğü ışığın şiddeti ile doğru orantılı olarak artar.

Foto elektronların kinetik en