Radyoaktivitenin dolaysız etkilerine dayanan metotlar nelerdir?

Cevap

Değerli kardeşimiz,

Uranyum Metodu

Uranyum Metodu, yaş tayin metotlarının bir ailesidir. Bu metotların hepsinin esası, uranyum ile onun kardeş elementi olan toryumun uzun bozunma zincirleri boyunca kurşun ve helyum hâsıl etmeleri esasına dayanır. Bu olay alfa bozunumu olarak adlandırılır. Olayda alfa parçacıkları, ana atom­ların çekirdeklerinden sabit bir hızla ayrılırlar. Bunlar helyum gazının pozitif yüklü atomlarıdır

Radyoaktif elementlerin başında uranyum ve toryum gelir. Uran­yumun iki izotopu vardır. Bunlardan birincisi U238’dir ve yarı ömrü 4.5 milyar yıldır. Diğeri U235’dir ve yarılanma ömrü 0.7 milyar yıldır.

Normal kurşun minerali olan galenitte (PbS) kurşunun üç izotopu bir arada yer alır. Bu elementleri ihtiva eden herhangi bir tabakada kur­şunun dördüncü bir izotopu olan Pb204’ü, diğer izotoplarla birlikte bulmak mümkündür. Bun­dan dolayı ona “yaygın kurşun” denir. Jeolojik zamanlar boyunca diğer izotopların miktarı gittikçe arttığı hâlde, Pb204’ün miktarı hep aynı kalır. Bu bakımdan Pb204’ün radyometrik yaş bulmada önemi büyüktür. Kurşun ihtiva eden bir mineralde Pb204’ün miktarı genel kurşun miktarından çı­karılınca, geride radyoaktif bozunum ürünü olan Pb izotopları kalır. Bun­ların miktarının tayiniyle de, içinde bulundukları mineralin yaşı tespit edi­lebilir.

Radyoaktif elementlerde belirli bir zamanda bozunum yoluyla mey­dana gelen atom sayısı (n) ile mineralde bulunan radyoaktif elementin atom sayısı (N) doğru orantılıdır.

Matematik olarak bu kanun:

n = N.e-λt formülüyle gösterilir.

n = “t” zaman sonra kalan atom sayısı.

N = Zamanın başlangıcında, yani t=0 olduğunda mevcut olan atom sayısı.

l = Radyoaktif bozunum sabitesi (her element için karakteristiktir).

Başlangıçta numunede bulunan radyo aktif elementin ve bugüne kadar radyoaktiviteyle meydana gelmiş elementin miktarı bilinirse, rad­yoaktivite kanunlarıyla son miktarın teşekkülü için geçen müddet he­saplanabilir.

Bozunum hızı zaman ve radyoaktif izotopların yaşına bağlı de­ğildir. Bu hızı istatistikî olarak tespit mümkündür. Meselâ radyumun 10 milyon atomundan (N) her yıl 4 bin 273 tanesi (n) bozunuma uğrar. Burada n/N oranına “bozunum sabitesi” denir. Bu değer, radyum için yıl başına:

l = n / N = 4273 / 107

l = 0.0004273 eder.

Yarı ömrü ise:

T= 0.693 / l

T = 0.693 / 0.0004273 = 1622 yıldır.

Uranyum Metodu’nun Kritiği

Uranyumun radyoaktif bozunumuna dayanan yaş tayin metotlarının sakıncalı tarafları vardır. Bunları şöyle özetlemek mümkündür:

1. Uranyum mineralleri her zaman açık sistemlerde bulunur.

Uranyum ihtiva eden kayaç kapalı bir sistemde olmadığı için, dış etkilere maruzdur. Meselâ uranyum yer altı suyu tarafından kolayca çö­zülebilir. Ara elementlerden olan radon gazı, uranyum sisteminden dı­şarıya veya içeriye kolayca geçebilir. Radyoaktif yaş tayini konusunda söz sahibi Henry Fauld, bu hususa şöyle dikkat çekmektedir:

“Jeolojik zamanda hem uranyum hem de kurşun, tortulu şist­lerin içinde yer değiştirmişlerdir. Detaylı analizler, bu elementlerle uygun yaşların elde edilemediğini göstermiştir. Benzer güçlüklerle, uranyum ve radyum ihtiva eden maden damarlarının yaşını tayin etme teşebbüslerinde de karşılaşılır. Aynı noktadan alınan örnekler üzerinde farklı yaşların tespit edildiği ve birçok kimyevi aktivitenin vuku bulduğu bilinmektedir.” (Fault, H. Age of Rocs, Planets and Stars. NewYork. McGraw-Hill  Book. Co. Inc. 1966, p.61.)

2. Uranyum bozunum hızı değişken de olabilir.

Radyoaktif bozunmalar atomik yapı tarafından kontrol edildiklerinden, diğer olaylardan kolay kolay etkilenmezler. Fakat atomik ya­pıları etkileyebilen faktörler, radyoaktif bozunum hızını da et­kileyebilirler. Bunun en bariz misali, kozmik radyasyon ve bunun ürünü olan nötrinolardır. Bir başka misâl de, reaktörlerden çıkan veya farklı yol­lardan hâsıl olan serbest nötronlardır. Eğer bu parçacıkların yerküredeki miktarlarını artıracak herhangi bir şey meydana gelmişse, radyoaktif bo­zunum hızlarını da artıracaktır.

3. Oğul ürünler, kayacın ilk teşekkülünde orada yer almış olabilir. Uranyum ve toryum bozunumuyla ortaya çıkan radyojenik oğul ürün­lerin, bu mineraller ilk defa teşekkül ettiği zaman orada mevcut olması mümkündür. Günümüzde yerkürenin iç tabakalarından lavların akmasıyla meydana gelen kayaların, bazen hem radyojenik hem de müşterek kur­şun ihtivâ ettikleri bulunmuştur.

4. Oğul ürünlerin hepsi o kayaca has olmayabilir. Radyoaktif bo­zunmayla teşekkül eden oğul ürünlerin hepsi o kayaçta kalmayabileceği gibi, başka kayaçta teşekkül etmiş oğul ürünler de oraya gelmiş ola­bilirler. (Kieth, M.S. and Anderso, G.M. Radiocarbon Dating: Fictitious Tesults with  Mollusc   Shells. Science, August, 16. A. 634, 1963).

Potasyum-Argon Metodu

Potasyum mineralleri volkanik kayaların büyük çoğunluğunda ve bazı tortul kayaçlarda bulunurlar. Geniş kullanım alanları vardır. Po­tasyum 40, yan ömrü 1.3 milyar bir hızla, elektron yakalama olayıyla Argon 40’a dönüşür.

Rubidyum-Stronsiyum Metodu

Bu metot, Rubidyum 87’nin 47 milyar yıllık yarılanma süresiyle Stronsiyum 87’ye dönüşmesine dayanır. Rubidyumun yarılanma süresi bazı otoriteler tarafından 60 milyar yıl, bazıları tarafından da 120 milyar yıl olarak kabul edilir. Bu metodun uranyum metoduna göre ayarlanması ge­rekir. Dolayısıyla uranyum yaş tayin metodundan daha güvenilir değildir. Gerek uygulama yönünden gerekse uygulamada karşılaşılan mahzurlar bakımından Potasyum-Argon Metodu ile Rubidyum-Stronsiyum Metodu ve diğer radyoaktif metotlar, Uranyum Metodu’yla benzerlik gösterirler.

 Radyokarbon (C14) Metodu

“Radyokarbon,” sabit olmayan karbon-on dört (C14) izotopuna verilen isimdir. Karbon-on iki (C12) ise “tabii karbon” olarak adlandırılır ve rad­yoaktif değildir. Radyokarbon, atmosferin üst kısmında, kozmik rad­yasyonla, atmosferdeki azot-on dört (N14)’ün aralarındaki reaksiyonlar sonucu hâsıl edilir. Karbon-12, altı proton, altı nötron ve altı orbit elektron taşır. Karbon-14 çekirdeğinde ise sekiz nötron bulunur. Bu iki fazla nötron, atomu kararsız hâle gelmesine sebep olur. Nötronlardan biri beta partikülü vererek bundan yedi pro­tonlu ve yedi nötronlu bir çekirdek hâsıl edilir. Bu yeni yapı, Azot-14’tür. Böylece kararsız Karbon-14, kararlı Azot-14’e dönüştürülmüş olur. Yarılanma ömrü de 5730 yıldır.

Atmosferde teşekkül eden Karbon-14, derhâl CO2 hâlinde oksitlenir ve havaya, suya ve organizma bünyesine yayılır. Normal olarak, havadaki radyoaktif karbondioksit ile radyoaktif olmayan karbondioksit oranının, dolayısıyla C14/C12 oranının sabit olduğu, bu sabit orana ulaşabilmek için de 100 yılın geçtiği kabul edilir.

Canlı organizmalardaki C14/C12 oranının da sabit olması beklenir. Or­ganizma yaşadığı sürece bu oranın eşitliği değişmediği kabul edilir. Fakat canlı or­ganizma ölünce, havadan CO2 alamayacağı için C14’ün C12’ye oranı git­tikçe azalacaktır. Bu azalma 1/2 değerini bulduğu zaman, o organizmanın ölümünden itibaren geçen sürenin 5730 yıl olması beklenir. Çünkü C14’ün yarı ömrü 5730 yıldır. Beş yarı ömürde, yani yaklaşık 29 bin yılda orijinal radyokarbon miktarının sadece 1/32’si serbest bırakılacaktır. Radyokarbon Metodu, en çok 80 bin yıl öncesine kadar uzanan süreleri tespit için kullanılabilmektedir. Daha yaşlı materyaller, Uranyum Metodu’yla test edilir.

Radyokarbon Metodu’nun Kritiği

Radyokarbon Metodu birtakım kabullere dayandığı için tenkit edil­mektedir. İtiraz edilen hususlar şunlardır:

1. Birçok canlı sistem, standart C14/C12 oranına sahip değildir. Karbon-14 Metodu, bütün canlı organizmalar öldüğü zaman, on­ların hepsinin standart C14/C12 oranını ihtivâ ettiğini farz eden bir kabulle yola çıkar. Hâlbuki birçok numune bu oranı göstermemiştir. Meselâ bu metotla, yaşayan salyangozlar (mollusklar) 2300 yaşında tespit edilmiştir. Böyle bir değer, organizma çevresinin, tahmin edilenden daha fazla C14 ihtivâ et­tiğini, dolayısıyla organizma ile çevre arasında karbon değişimi olduğunu gösterir.

2. Radyokarbon, her organizmada sabit oranda azalmayabilir.

Radyokarbon bozunumları, çevrenin radyoaktivitesinden, özellikle serbest nötronlardan ve kozmik radyasyonlardan etkilenmekte ve do­layısıyla bozunma hızları değişmektedir.

3. Tabiî karbon miktarı geçmişte değişik olabilir.

Geçmişte yeryüzünün bitki örtüsü, şimdikinden ya daha fazlaydı ya da daha az. Buna bağlı olarak da C14/C12 oranı ya büyük veya küçük olacaktır. Dolayısıyla bu dönemlere ait materyallerin görünen radyokarbon yaşı da, gerçek yaştan ya büyük veya küçük bulunacaktır. Aynı husus, atmosferdeki karbondioksit miktarı için de geçerlidir. Şayet geçmişte volkanlar dışarıya karbondioksit vermişse, bu durumda o zamanki karbondioksit miktarı, şimdikinden farklı olacaktır.

4. Radyokarbon oranı kararlı bir duruma erişmemiş olabilir. C14/C12 oranının belirli bir sürede yerkürede kararlı bir duruma gel­diği kabul edilir. Yani atmosferde teşekkül eden C14 miktarı, yeryüzünde bozulmaya uğramış C14 miktarına eşittir. Dolayısıyla giren ve çıkan top­lam C14 miktarı aynı olmalıdır. Ama durumun böyle olmadığını gösteren hususlar da vardır. Nitekim dünyada bir yılda teşekkül eden radyokarbonun ölçülebilen miktarının, bozulmaya uğrayan radyokarbondan yüzde 25 oranında fazla olduğu belirtilmektedir.

Radyoaktivitenin Dolaylı Etkilerine Dayanan Metotlar

Radyoaktivitenin dolaylı etkileri, radyoaktif parçalanmalara bağlı ışın yayımıyla meydana getirilir. Bu ışınlar, kayacı bir bombardımana tut­muş gibi tesir hâsıl eder. Işınların kaynağı, özellikle kayaç içinde bulunan tabii radyoaktif mineraller veya ağır elementlerin çevreden gelen alfa veya kozmik ışınlarıyla bunların fizyonu olabilir.

 Paleokroik Çevreler Metodu

Paleokroik çevreler özellikle biyotidler içinde radyoaktif İnk­lüzyonların (zirkon, monozit) etrafında küresel olarak bulunur. Eğer ink­lüzyon çok küçük ise paleokroik çevreler tam küre şeklindedir ve ince ke­sitte bir çemberi andırır. Kon­santrik kürelerin çapları sabit değerlerde olup, her kürenin çapı, alfa ışınının aldığı yola eşittir. Paleokroik çevrenin ışık geçirgenliği ile onun etkisiyle aldığı alfa ışını arasındaki ilgi, de­neyle tespit edildiğinden yaş tayininde kullanılabilir.

Bu metot birçok yönden eleştirilmektedir. Yapılan deneyler, sunî olarak elde edilen paleokroik çevredeki ışık geçirgenliğinin periyodik ola­rak değiştiğini, özellikle ısı artışından fazla etkilendiğini göstermiştir.

 İz Metodu

Bu metot, herhangi bir mineralin radyoaktivite sebebiyle par­çalanırken saçtığı ışın izlerinin sayımına dayanır.

Bu metot, bir mineraldeki kristal ağların X ışınlarıyla ölçülerek or­taya konulabilen düzensizliğini esas alır.

 Termolominesans Metodu

Işınların etkisi altında kalan kristal iç yapısına bağlı bazı elektronlar kurtulur ve kristal ağının kusurlu yerlerinde hapsedilir. Bu durumda bu­lunan elektronların tamamı, normal yerlerindekine oranla daha yüksek enerji seviyeli dinamik bir sistem meydana getirir. Isı tesiriyle elekt­ronların normal yerlerine dönmeleri ışık şeklinde enerji çıkmasıyla olur ve böylece radyoaktiviteyle etkilenmiş mineralin enerji seviyesi bu­lunabilir.

Radyoaktivitenin dolaylı etkisine dayanan bu metotlar hâlen ge­liştirilme safhasındadır ve daha öncekilere göre kullanım alanları da dar­dır.   

Selam ve dua ile...
Sorularla İslamiyet