Yarı ömür
Sistem dışı büyüklük · SI saniyesiyle anlatılır · çekirdek türünün özelliği
1900 sonbaharında Ernest Rutherford, toryumun ışımasının zamanla zayıfladığını ve — daha ağır basan yanı — gelişigüzel değil, tümüyle düzenli biçimde zayıfladığını fark etti: her dakika önceki gücünün aynı payını yitiriyordu. Böylece ne sıcaklığa, ne basınca, ne de maddenin kimyasal durumuna bağlı olmayan bir büyüklük bulundu — çekirdeklerin yarısının bozunduğu süre.
Tuhaflığı, bir çokluğa ait olmasında, tek bir çekirdeğe değil: yalnız bir atomun ne yaşı vardır ne süresi, ve bir sonraki saniyede mi bozunacağı yoksa bir milyon yıl daha mı yatacağı ilkece bile önceden söylenemez. Ne var ki çekirdek genelde çoktur — bir gramda on üzeri yirmi bir mertebesinde bulunur — ve böyle bir kalabalık üzerinde rastlantı tam bir yasaya dönüşür.
01 · Tanım
Yarı ömür, belli bir çekirdek türünün çekirdek sayısının yarıya indiği süredir. Bir çekirdeğin birim zamanda bozunma olasılığını veren bozunum sabitine ve yarı ömürden yaklaşık yarı kadar uzun olan ortalama ömre tek anlamlı biçimde bağlıdır.
Üstel yasa tek bir varsayımdan çıkar: bir çekirdeğin bozunma olasılığı, onun ne kadar zamandır yaşadığına bağlı değildir. Çekirdek yaşlanmaz, aşınmaz ve hiçbir süreye yaklaşmaz — her anda doğduğu andaki kadar bozunmaya hazırdır, ve bu yüzden sağ kalanların payı eşit zaman parçalarında aynı çarpanla düşer.
Bu büyüklüğün kendine özgü sarsılmazlığı, bozunumun çekirdeğin içinde olup bitmesinden gelir; kimyanın eli oraya ulaşmaz. Isı, basınç, manyetik alan ve bileşiğin türü yarı ömre etki etmez, ve ancak seyrek durumlarda, çekirdeğe en yakın kabuğun elektronları bozunuma katıldığında, onu yüzdenin kesirleri kadar kaydırmak başarılabilir.
Değerlerin aralığı, katalogdaki başka hiçbir büyüklükte olmadığı kadar engindir: nükleonların çekirdeğin çevresini dolaşmaya vakit bulamadan dağılan çekirdeklerdeki on üzeri eksi yirmi iki saniyeden, yarı ömrü evrenin yaşını yüz trilyon kat aşan tellür-128'deki iki katrilyon kere milyar yılın üstüne kadar. Ve bunların hepsi tek ve aynı yarılar yasasına uyar.
Süreyi sürgüyle götürün — yarı ömür cinsinden sayılır, dört çekirdek türü için de aynıdır, yazılar ise onları gerçek saatlere, yıllara ya da bin yıllara çevirir. Turuncu eğri sağ kalan çekirdeklerin payını gösterir, mavi basamaklar yarıyı, çeyreği ve sekizde biri işaretler, sağdaki sütun ise başlangıçtaki yüz atomdan kalandır.
Yarı ömür çokluğun özelliğidir, tek atomun değil: çekirdek yaşlanmaz ve her anda varlığının ilk saniyesindeki kadar bozunma olasılığı taşır. Bu yüzden tek bir atom için bir olasılıktan daha belirli bir şey söylenemez, oysa bir milyar için neredeyse her şey söylenebilir, ve öngörünün yayılımı sayılarının kareköküyle düşer.
02 · Dönüşüm
Yarı ömür, sabit, etkinlik
İstediğiniz birimde bir yarı ömür girin; künye onu ötekilere çevirecek, bozunum sabitini ve ortalama ömrü verecek, sonra da saf çekirdek türünün bir gramının ne kadar etkinlik verdiğini ve verilen bir sürenin ardından bundan ne kadar kalacağını gösterecektir.
Özgül etkinliğin hesabı için kütle numarası, etkileşimli bölümde seçilen çekirdek türünden alınır; künyenin ince ayarlarında varsayılan bir yüze geçilebilir.
Kısa yarı ömür yüksek etkinlik demektir, zararsızlık değil: bir çekirdek türü ne kadar hızlı bozunursa bir saniyeye o kadar çok bozunum düşer, ve bir gram teknesyum-99m, bir gram uranyumdan on milyonlarca kat daha parlak ışır. Tehlikeyi öyleyse yarı ömür tek başına değil, onunla birlikte ışımanın türü, çekirdek türünün nereye yerleştiği ve bedene hangi yoldan girdiği belirler.
| Değer | Açıklama | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Büyüklük mertebeleri
logaritmik ölçek: elli dört büyüklük basamağı04 · Ölçüm aletleri
Beklenemeyecek olan neyle ölçülür
Yarı ömrü ölçmenin en yalın yolu, tıkırtıları saymak ve hızlarının zamanla nasıl düştüğüne bakmaktır. Dakikalardan birkaç yıla dek yaşayan çekirdek türleri için elverişlidir: daha kısa sürede sayım birikmeye vakit bulamaz, daha uzunda düşüş okumaların kaçınılmaz yayılımında yiter.
Germanyumdan yapılmış yarı iletken algılayıcı, kuantumların enerjilerini yüzdenin binde biri düzeyinde ayırt eder ve böylece bir düzine başkasının karışımı içinde tek bir çekirdek türünü izlemeye izin verir. İzge çizgisinin kendi genişliği ise bir nanosaniyeden kısa yaşayan durumların yarı ömrünü ele verir: yaşam ne kadar kısaysa düzey o kadar geniştir.
Uzun ömürlü çekirdek türlerinde bozunumları beklemenin anlamı yoktur; bu yüzden atomlar manyetik alanda kütleye göre ayrılarak teker teker sayılır. Radyokarbon tarihlemesi tam da buna dayanır: örnekte ışıma değil, karbon-14'ün çekirdeklerinin kendisi aranır; bunlardan olağan olanların her trilyonunda bir tane bulunur.
Trilyon kere milyon yıllık yarı ömürler, tonlarca madde alınıp bir yıl beklenerek ölçülür: birkaç bozunum yine de olur. Bunları ayırt edebilmek için düzenek bir kilometre kayanın altına gizlenir, batık gemilerden çıkarılmış eski kurşunla çevrilir, ve ayda bir iki tane olan olaylar sayılır.
05 · Yazım kuralları
Çekirdek türü önde, birim arkada
Gösterim büyük Latin harfiyle ve altta «bir bölü iki» indisiyle yazılır, kütle numarası ise elementin simgesinin sol üstüne ya da adının ardına kısa çizgiyle konur. Birim her zaman belirtilir ve büyüklüğe göre elverişli seçilir; yarı ömrü ortalama ömürle karıştırmak caiz değildir — aralarında 1,443 çarpanı vardır.
Birinci yazım hemen iki kez tutmaz: uranyumun yarı ömürleri farklı birkaç izotopu vardır ve birim atlanmıştır. İkincisi yarı ömrü ortalama ömre eşitler, oysa bu sonuncusu 1,443 kat uzundur. Üçüncüsü üstelin izin vermediği bir tükenmeyi varsayar: iki yarı ömür sonra çeyreği kalır. Dördüncüsü tek bir atoma, onda bulunmayan bir süre yükler.
06 · Komşu birimler
Yarı ömür, aynı bozunumu başka yanlardan betimleyen büyüklüklerle bir sıradadır: becquerel'le ölçülen etkinlikle, ters zaman boyutundaki bozunum sabitiyle ve ortalama ömürle. Bunlardan herhangi birini bilmek yeter — ötekiler bir çarpanla gelir.
saniyede bozunum
ters saniye
1,443 kat daha uzun
Simetrium’un künyelerinden yanında duranlar becquerel ve küri, etkinliğin kendisini ölçmeye yarayan, gray ve sievert soğurulan ve eşdeğer doz için, barn çekirdek tesir kesitlerinden ve saniye, sonunda yarı ömrün kendisiyle anlatıldığı.
07 · Tarihsel bölüm
Ne kurulabilen ne durdurulabilen bir saat
Rutherford, toryumun saldığı gazın ışımasının eşit aralıklarda aynı çarpanla düştüğünü buldu ve başlangıçta yarı dönüşüm süresi adını verdiği bir büyüklük ortaya koydu. Bu, doğada hızı hiçbir şeyle değiştirilemeyen ilk süreçti.
Kelvin, yer küresinin soğumasından yirmi ile kırk milyon yıllık bir yaş çıkarıyordu ve yer bilimcilere bu süre umutsuzca yetmiyordu. Uranyum minerallerinde biriken kurşun hemen milyarlar verdi — ve üstelik Kelvin'in hesabının neden yenik olduğunu açıkladı: derinliğin kendi bozunumuyla ısındığını bilmiyordu.
Willard Libby, canlı bir varlığın çevresiyle sürekli karbon değiştirdiğini, ölümden sonra ise değişimin durup saatin işlemeye başladığını kavradı. Yöntem ilk sınavını, yaşı yazıtlardan bilinen bir Mısır mezarından alınmış ahşapta verdi ve ondan yalnızca bir buçuk yüzyıl saptı.
Kullanılmış yakıt depoları, içerdikleri çekirdek türlerinin yarı ömürlerine göre tasarlanır ve süreler öyle çıkar ki görev mühendisliğin ötesine geçer: dili henüz var olmayan insanlara nasıl uyarı bırakılır. Finlandiya'daki Onkalo deposu yüz bin yıl için hesaplanmıştır — bütün yazılı tarihten on kat uzun.
Ayarlanamayan tek saat
Zamanı ölçen her araç işlemez hâle getirilebilir: sarkacı bir sarsıntı tempodan çıkarır, kuvars ısıyla kayar, atom saatlerini bile çekim yüzünden düzeltmek gerekir. Işınetkin bozunum bu sırada ayrı durur, çünkü çekirdeğin içinde olup biter; oraya ne sıcaklık, ne basınç, ne de bir kimyasal bağ ulaşır.
Böyle bir bağımsızlığın ters yüzü de vardır, hoş olmayan bir yüzü. Süreç çabuklaştırılamadığından, atığı zararsız kılmak ilkece olanaksızdır: yalnızca beklenip geçirilebilir, ve bekleyişler her devletin ve her dilin ömrünü aşar. Laboratuvarda kolaylık gibi görünen bir birim, bir deponun ölçeğinde tartışılamayacak bir sınıra dönüşür.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi SI temel birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve sistem dışı büyüklükler; bunlar olmadan ne teknik ne de takvim yürür.