Rastlantısal Bir Keşif: Radyoaktivite
Diğer bilim dallarında olduğu gibi Fizik’te de bazı keşiflerin başlangıcı tamamen rastlantısal şekilde gerçekleşmiştir. Hiç şüphe yok ki bu keşiflerden biri de: radyoaktivitenin keşfidir. Politeknik Okulu’nda Fizik profesörü Henri Becquerel, 1986 yılının Şubat ayında –Röntgen’in X ışınlarını henüz birkaç ay önce keşfettiği dönem- güneş ışığı kristallerinin, X ışınlarına benzer nüfuz edici ışınlar yayma olasılığı üzerine çalışmaktaydı. Henri Becquerel, bu olasılığı araştırmak için bir yöntem geliştirdi. Fotoğraf filmlerini siyah bir kağıtla sardı. Bu fotoğraf filmlerinin yakınına çeşitli kristaller koydu. Film ile bu kristaller arasına ise, barkı bir ağ yerleştirdi. Eğer güneş ışığı X ışınlarına benzer bir ışın yayarsa, bu ışınlar filmden geçecek fakat ağır bakır telden geçemeyecekti. Dolayısıyla filmler banyo edildiklerinde bakır ağın silüeti dışında filmler yanmış olacaktı. Becquerel, uranyum tuzundan, uranyum-potasyum bisülfattan oluşan kristallerden kullanmaktaydı. Bu kristali kullanmasının sebebi, aradığı ışımanın fosforışıma olduğunu düşünmesiydi. Çünkü o dönemde uranyum tozları fosforışır olarak biliniyordu. Becquerel’in şansı yaver gidecek ve hava iyi olmayacaktı. Tabii kendisi bunu o dönemde şans olarak değerlendirmiyor aksine güneş ışığı gerektiren mekanizmasında deneyini gerçekleştiremediği için deneyini o an için durdurma kararı aldı. Tüm mekanizmayı olduğu gibi bıraktı yalnızca kaplanmamış filmleri çekmecesine kaldırdı. Bu durum onun çok büyük bir keşif yapmasına kapı aralamış oldu. Becquerel, 26-27 Şubat’ta bıraktığı deney mekanizmasına geri döndü. Tarih 3 Mart’tı, banyo ettirdiği filmlerde görmeyi beklediği silik şekillerdi ancak tahminin aksine şekiller oldukça keskindi. 3 Mart’tan 3 Mayıs’a kadar tam 30 gün süre ile uranyum tuzlarını karanlıkta bir kutu içerisinde bıraktı. Karanlık koşullarda dahi tuzun ışımalar yaydığını gözlemledi. İncelediği uranyum tuzlarının hepsi ışık altında ve çözeltide hep aynı sonuçları verdi. Anlayacağınız üzere, olayın asıl odak noktası güneş ışığı veya ortam değildi. Becquerel’in tahmini gibi odak noktası tuzun kaynağı olan uranyum elementi ile ilgiliydi. Becquerel’in keşfi ile bu ışınlar Fransa’da ‘uranyum ışınları’ olarak anıldı. Bununla birlikte diğer bazı elementlerde böyle ışınlar üretebilirdi.
Yıl 1898, Paris’te tarih sahnesine bu kez bilim dünyasında Nobel ödüllü ilk kadın bilim insan Marie Curie çıktı. Curie, toryum elementinin de tıpkı uranyum elementi gibi, ışınlar üretebildiğini keşfetti. Sonraki süreçte Marie ve eşi Pierre, uranyumdan milyonlarca kez daha aktif radyum elementini keşfettiler. Günümüze gelen adını da işte tam o zaman diliminde koydurlar: radyoaktivite.
Radyoaktivite keşfedilmişti ancak asıl soru radyoaktivitenin tam olarak ne olduğuydu. Elementlerin bir özelliği mi yoksa kendi başına ayrı bir madde miydi? Bunu anlamak için 1895-1898 yılları arasında gerçekleşen Rutherford’un çalışmalarını anlamamız gerekiyor. Rutherford, Cavendish Laboratuvarı’nda yaptığı araştırmalarla, alfa ve beta adında en az iki tür radyoaktif ışımalar olduğunu keşfetmişti. Beta ışınları ve alfa ışınları birbirlerinden nüfuz etme gücü bakımından ayrılmaktaydı. Beta ışınları, X ışınları kadar nüfuz ediciyken, alfa ışınlarının nüfuz etme gücü çok çok azdı. 1899 tarihinde Becquerel, bazı uranyum ışınımlarının katot ışınlarıyla aynı yöne saptığını gözlemledi. Aynı zamanda Thomson’ın yöntemine benzer bir yöntemle kütle/yük oranını hesaplamış ve Thomson’ın elektron ölçümüne yakın bir oranda bulmuştu. Beta ışınlarının elektron olduğu açıktı ama katot ışını elektronlarına göre çok daha hızlıydı.
Alfa ışınlarının, elektrik ya da manyetik alan fark etmeksizin saptırmak çok zordu. Ancak 1903 yılında Rutherford bunu başardı ve alfa ışınlarının kütle/yük oranını hesapladı. Bu hesaplama sonucunda elektrolizde hidrojen iyonunun oranına kabaca eşit buldu. Bundan tam üç yıl sonra 1906 yılında yapmış olduğu daha hassas ölçümle alfa ışınlarının kütle/yük oranının hidrojen iyonununkinin tam olarak iki katı olduğunu gözlemledi. Bunun anlamı: keşfedilen alfa parçacıklarının yükü hidrojeninki ile aynı, atom ağırlığı ise hidrojenin iki katıydı. Ancak atom ağırlığı iki olan bir element bilinmemekteydi. Rutherford bu duruma dair bir çıkarımda bulundu. Alfa parçacıklarının hidrojenden sonra en hafif element olan dört atom ağırlıklı helyum olduğunu saptadı. Helyumun kütle/yük oranı hidrojeninkinin iki katı ve kütle dört kez büyük olduğuna göre yük hidrojen iyonunun yükünün iki katına eşit olmalıydı. Büyüklük olarak iki elektron yüküne eşit ama işaret olarak zıttı. Dolayısıyla radyoaktif maddelerden salınan alfa parçacıkları iki elektronu yitirilmiş helyum çekirdekleridir. Tüm bu keşifler sonucunda radyoaktivitenin elementlerin bir tür özelliği olduğu anlaşılmış oldu. Bugün radyoaktivitenin, bu özelliğe sahip elementlerin atom çekirdeklerinin , tanecikler veya elektromanyetik ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanması olduğunu biliyoruz.
Kaynakça
Atomaltı Parçacıklar / Steven Weinberg
Yazan: Sultan Kış
Rastlantısal Bir Keşif: Radyoaktivite
İlgininizi çekebilecek bir yazı daha: Bilime Adamış Hayat: Marie Curie
İlginizi çekebilecek video: İnsanlığın Keşfettiği En Güçlü Silah (NÜKLEER ENERJİ)
Bir yanıt bırakın