NÜkleer Fİzİk

~~TaHReS~~ · 08-08-07, 14:03

NÜKLEER FİZİK
Yapay nükleer süreçlere ulaşmanın son zamanlarda
insan yaşamı üzerinde yarattığı korkunç sonuçlar, «nükleer»
terimine son derece olumsuz simgesel bir değer yüklemiştir:
nükleer silahın geliştirilmesinden bu yana, bu sözcük bazı
ülkelerin insanlığı yok etme gücünü hatırlatmaktadır.
Bununla birlikte, biz fark etmesek bile, doğal nükleer tepkimeler
bizi kuşatan dünyayı derinden derine biçimlendirmektedir.
£SBF (European Synchrotron
Raölation Faci/ity). Elektronlar,
Granoble'dakt (Fransa) bu
senkrotronda önce doğrusal bir
ttzlandınada, sonra dairesel bir
Kündınada S milyar elektronvo/tluk
bir enerjiye kadar h/z/andınlır;
ondan sonra stoklama halkasına
(çevre uzunluğu 884 m) şmngalanır.
Bu elektronlar, maddenin atom
Güzeyinde •gönHmesM sağlayan
senkrotron /sığı yayar.
CSflH'ltıLEP'Inde
gerçekltftlrllen deney:
ttlr Z°"ın bir kuvark, bir karsıkuvark
ve bir gluona bölünmesinden
doğan üç huzmeli bir olay.
iÇiNDEKiLER
ÖZGÜN BiR ALAN
NÜKLEER YAPININ
KARARLILIK SINIRLARI
SiHiRLi SAYILAR
NÜKLEER MADDENiN HAL
DENKLEMİ
NÜKLEER TEPKİMELER VE NÜKLEER MODELLER
Nükleer tepkimeler yaşamın ortaya çıkmasının kuşkusuz uzak ama birinci koşuludur. Mesela, 1930lardan bu yana, güneş enerjisinin, dört protondan bir helyum çekirdeğinin oluşmasına yol açan nükleer parçalanma tepkimelerinden kaynaklandığı bi*linmektedir. Güneşin merkezinde açığa çıkan ışık veya ışın ener*jisi 1,5 kW/W gücündedir ve uzayda yayılıp bize ulaşmadan ön*ce, güneşin yüzeyine kadar kendine bir yol açmak zorundadır. Yanardağ püskürmelerine ve yerkabuğu hareketlerine yol açan dünyanın iç ısısı da nükleer süreçlerden kaynaklanır: bu kez, oluşumu sırasında dünyanın içinde kapana kısılmış radyoaktif maddelerin parçalanması sırasında açığa çıkan enerji söz konu*sudur. Bu radyoaktif rezervler tükendiğinde, hiçbir süreç, dünya*mızın yavaş yavaş soğumasını, dolayısıyla da, bugünkü vaşam biçimlerinin yok olmasını önleyemeyecektir. Nükleer fiziğin tıp*tan tarıma, arkeolojiden sanayiye kadar uzanan pratik uygula*malarına gelince, bunlar, yavaş yavaş bütün etkinlik alanlarına yayılmaktadır.
ÖZGÜN BİR ALAN
191 l'de, Ernest Rutherford, bir atomun içindeki elektrik yük*lerinin mekânda hep aynı biçimde dağılmış olmadıklarını göster*mek üzere, çok önemli bir deney gerçekleştirdi.
Atom çekirdeği
Pozitif elektrik yüklü olan protonlar, atom çekirdeği denilen ve yarıçapı birkaç femtometre (simgesi fm, l fm = l O'15 m) olan hemen hemen küresel küçük bir top oluşturur; elektronlar, çe*kirdekten birkaç on nanometre (l nm = 10'*) uzaklıkta bir ne*gatif elektrik bulutu diye düşünülebilir. Çekirdekte, aşağı yu-kan protonlarla eşit sayıda olan ve elektrik yükü taşımayan nötron adlı parçacıklar bulunduğunun keşfedilmesi için yirmi
168
yıldan fazla beklemek gerekmiştir. Bir nükleon (yani, bir proton veya bir nötron) bir elektrondan yaklaşık l 800 kat ağır oldu- s] ğundan, bir atomun kütlesinin esas bölümü çekirdekte yogimi; taşmıştır; bu nedenle, çekirdeğin özgül kütlesi olağanüstü biz; değer olan 2«10Mg/cm3'e ulaşır; oysa, sıradan bir maddenin öz-. gül kütlesi santimetre küpte bir gramla birkaç gram arasında* ] değişir. Bu veriler göstermektedir ki, çekirdeğin kendine özgü;' bir uzaklık ölçeği vardır ve bu ölçek atomunkinden net bir bi*çimde farklıdır (10 000 kati). Bu uzaklık ölçeğiyle özel enerji ve: zaman ölçekleri de birleşir: bir çekirdeğe bir nükleon eklemek , veya almak birkaç milyon elektrovoltluk (î eV, l V'luk bir ge*rilime tabi olan l elektronunun enerjisidir) enerjileri harekete geçirirken, bir atomun iyonlaştınlması (atomun bir elektron al*ması veya vermesi) birkaç eletrovolt ölçeğinde gerçekleşir. De*mek ki, eşit kütlede, nükleer bir tepkime -ister denetimli (nük*leer santrallar), ister patlayıcı (bombalar) olsun- kimyasal bir tepkimeden l milyon kat fazla enerji üretecektir. Nihayet, ha*reket enerjisine (kinetik enerji) dönüştürülen l MeV'luk bir enerji, eşit hızdaki bir nükleon için, ışık hızının yaklaşık dört*te birine eşittir; oysa, l eV'luk bir enerji, eşit hızdaki bir elekt*ron için ışık hızının binde birine tekabül eder. Böylece, bir nük-leonun, çekirdeğin bir ucundan ötekine geçmesi için sadece l O"32 sn gerekir.
Demek ki, çekirdeğe özgü ve nükleer Eziği tanımlayan bir olay*lar ölçeği vardır. Nükleer fizikten doğan parçacık fiziği, temel par*çacık kavramının karmaşıklaşmasına bağlı olarak, yavaş yavaş ba*ğımsız bir etkinlik durumuna gelmiştir; temel parçacık kavramını, özellikle, yeni parçacıklann bulunması, ardından da temel olduğu sanılan parçacıklann aslında bileşik oldukianmn keşfedilmesine yol açmıştır; maddeyi çekirdekaltı bir ölçekte incelemek için giderek daha güçlü hırlandıncılann geliştirilmesi de gerekmiştir.
Güçlü etkileşim
Pozitif yükler, güçlü elektrostatik itimi karşılayacak güçte bir kuvvet olmadıkça, bu kadar küçük uzaklıklarda kararlı bir biçim*de bir arada var olamazlar. Gerçekten de, bu kuvvet, uzaklığın karesinin tersi olarak değişmekte ve aralarında 2 fm'lik bir uzak*lık olan iki proton, birbirlerini, iki elektronla bir atom arasında etkili olan kuvvetten 10 milyar kat büyük bir kuvvede itmekte*dir. Bundan daha da önemlisi, kuvantik nitelikli etkidir: dar bir mekâna hapsedilmiş olan parçacıklar, bu mekânın boyutunun karesiyle ters orantılı bir kinetik enerji elde ederler: bu enerji, bi*zim iki proton misalinde 10 MeV dolaylarındadır (burada, Hc-isenherg belirsizlik bağıntılarının doğrudan bir sonucu söz konusu-,dur). Bu iki etkiyi karşılayacak bir güç gereklidir. Burada, nükle*er ölçekte tamamen göz ardı edilebilir bir kuvvet olan kütle çe*kimine başvurulamaz: kütle çekimi, bir çekirdeğin içindeki iki proton için, elektrostatik itimden l O34 kat daha zayıfurl
Çekirdeğin bütünlüğünü sağlayan, güçlü etkileşim denen özel bir etkileşimdir, mikroskobik açıdan bakıldığında nükleonlar fi-on veya mezon k denen parçacık alışverişlerinde bulunurlar; bu, kendini, erimi pionun kütlesine doğrudan bağlı olan bütünüyle çekici bir kuvvetle gösterir. 1935'te tasarlanan bu kuramsal sü*reç, yaratıcısı Yukava Hideki'ye. 1949 Nobel Fizik Ödülü'nü ka*zandıracaktır. Pion, 1947'de deneysel olarak saptanmıştır.
i

08-08-07, 14:03	#1 (permalink)
~~TaHReS~~ a snapshot of my life Giriş Tarihi: 04-03-2007 Yer: Susurluk/Balıkesir Mesajlar: 1905 de kalsın :P Aktif Mod:Öss .:2007/2008:. Hedef:9 Eylül E.e.müh. Mesajlar: 2,735 Rep Puanı: 3242115 Rep Gücü: 0	NÜkleer Fİzİk NÜKLEER FİZİK Yapay nükleer süreçlere ulaşmanın son zamanlarda insan yaşamı üzerinde yarattığı korkunç sonuçlar, «nükleer» terimine son derece olumsuz simgesel bir değer yüklemiştir: nükleer silahın geliştirilmesinden bu yana, bu sözcük bazı ülkelerin insanlığı yok etme gücünü hatırlatmaktadır. Bununla birlikte, biz fark etmesek bile, doğal nükleer tepkimeler bizi kuşatan dünyayı derinden derine biçimlendirmektedir. £SBF (European Synchrotron Raölation Faci/ity). Elektronlar, Granoble'dakt (Fransa) bu senkrotronda önce doğrusal bir ttzlandınada, sonra dairesel bir Kündınada S milyar elektronvo/tluk bir enerjiye kadar h/z/andınlır; ondan sonra stoklama halkasına (çevre uzunluğu 884 m) şmngalanır. Bu elektronlar, maddenin atom Güzeyinde •gönHmesM sağlayan senkrotron /sığı yayar. *CSflH'ltıLEP'Inde* gerçekltftlrllen deney: ttlr Z°"ın bir kuvark, bir karsıkuvark ve bir gluona bölünmesinden doğan üç huzmeli bir olay. iÇiNDEKiLER ÖZGÜN BiR ALAN NÜKLEER YAPININ KARARLILIK SINIRLARI SiHiRLi SAYILAR NÜKLEER MADDENiN HAL DENKLEMİ NÜKLEER TEPKİMELER VE NÜKLEER MODELLER Nükleer tepkimeler yaşamın ortaya çıkmasının kuşkusuz uzak ama birinci koşuludur. Mesela, 1930lardan bu yana, güneş enerjisinin, dört protondan bir helyum çekirdeğinin oluşmasına yol açan nükleer parçalanma tepkimelerinden kaynaklandığı bilinmektedir. Güneşin merkezinde açığa çıkan ışık veya ışın enerjisi 1,5 kW/W gücündedir ve uzayda yayılıp bize ulaşmadan önce, güneşin yüzeyine kadar kendine bir yol açmak zorundadır. Yanardağ püskürmelerine ve yerkabuğu hareketlerine yol açan dünyanın iç ısısı da nükleer süreçlerden kaynaklanır: bu kez, oluşumu sırasında dünyanın içinde kapana kısılmış radyoaktif maddelerin parçalanması sırasında açığa çıkan enerji söz konusudur. Bu radyoaktif rezervler tükendiğinde, hiçbir süreç, dünyamızın yavaş yavaş soğumasını, dolayısıyla da, bugünkü vaşam biçimlerinin yok olmasını önleyemeyecektir. Nükleer fiziğin tıptan tarıma, arkeolojiden sanayiye kadar uzanan pratik uygulamalarına gelince, bunlar, yavaş yavaş bütün etkinlik alanlarına yayılmaktadır. ÖZGÜN BİR ALAN* 191 l'de, Ernest Rutherford, bir atomun içindeki elektrik yüklerinin mekânda hep aynı biçimde dağılmış olmadıklarını göstermek üzere, çok önemli bir deney gerçekleştirdi. Atom çekirdeği Pozitif elektrik yüklü olan protonlar, atom çekirdeği denilen ve yarıçapı birkaç femtometre (simgesi fm, l fm = l O'15 m) olan hemen hemen küresel küçük bir top oluşturur; elektronlar, çekirdekten birkaç on nanometre (l nm = 10') uzaklıkta bir negatif elektrik bulutu diye düşünülebilir. Çekirdekte, aşağı yu-kan protonlarla eşit sayıda olan ve elektrik yükü taşımayan nötron adlı parçacıklar bulunduğunun keşfedilmesi için yirmi 168* yıldan fazla beklemek gerekmiştir. Bir nükleon (yani, bir proton veya bir nötron) bir elektrondan yaklaşık l 800 kat ağır oldu- s] ğundan, bir atomun kütlesinin esas bölümü çekirdekte yogimi; taşmıştır; bu nedenle, çekirdeğin özgül kütlesi olağanüstü biz; değer olan 2«10Mg/cm3'e ulaşır; oysa, sıradan bir maddenin öz-. gül kütlesi santimetre küpte bir gramla birkaç gram arasında* ] değişir. Bu veriler göstermektedir ki, çekirdeğin kendine özgü;' bir uzaklık ölçeği vardır ve bu ölçek atomunkinden net bir biçimde farklıdır (10 000 kati). Bu uzaklık ölçeğiyle özel enerji ve: zaman ölçekleri de birleşir: bir çekirdeğe bir nükleon eklemek , veya almak birkaç milyon elektrovoltluk (î eV, l V'luk bir gerilime tabi olan l elektronunun enerjisidir) enerjileri harekete geçirirken, bir atomun iyonlaştınlması (atomun bir elektron alması veya vermesi) birkaç eletrovolt ölçeğinde gerçekleşir. Demek ki, eşit kütlede, nükleer bir tepkime -ister denetimli (nükleer santrallar), ister patlayıcı (bombalar) olsun- kimyasal bir tepkimeden l milyon kat fazla enerji üretecektir. Nihayet, hareket enerjisine (kinetik enerji) dönüştürülen l MeV'luk bir enerji, eşit hızdaki bir nükleon için, ışık hızının yaklaşık dörtte birine eşittir; oysa, l eV'luk bir enerji, eşit hızdaki bir elektron için ışık hızının binde birine tekabül eder. Böylece, bir nük-leonun, çekirdeğin bir ucundan ötekine geçmesi için sadece l O"32 sn gerekir. Demek ki, çekirdeğe özgü ve nükleer Eziği tanımlayan bir olaylar ölçeği vardır. Nükleer fizikten doğan parçacık fiziği, temel parçacık kavramının karmaşıklaşmasına bağlı olarak, yavaş yavaş bağımsız bir etkinlik durumuna gelmiştir; temel parçacık kavramını, özellikle, yeni parçacıklann bulunması, ardından da temel olduğu sanılan parçacıklann aslında bileşik oldukianmn keşfedilmesine yol açmıştır; maddeyi çekirdekaltı bir ölçekte incelemek için giderek daha güçlü hırlandıncılann geliştirilmesi de gerekmiştir. Güçlü etkileşim* Pozitif yükler, güçlü elektrostatik itimi karşılayacak güçte bir kuvvet olmadıkça, bu kadar küçük uzaklıklarda kararlı bir biçimde bir arada var olamazlar. Gerçekten de, bu kuvvet, uzaklığın karesinin tersi olarak değişmekte ve aralarında 2 fm'lik bir uzaklık olan iki proton, birbirlerini, iki elektronla bir atom arasında etkili olan kuvvetten 10 milyar kat büyük bir kuvvede itmektedir. Bundan daha da önemlisi, kuvantik nitelikli etkidir: dar bir mekâna hapsedilmiş olan parçacıklar, bu mekânın boyutunun karesiyle ters orantılı bir kinetik enerji elde ederler: bu enerji, bizim iki proton misalinde 10 MeV dolaylarındadır (burada, Hc-isenherg belirsizlik bağıntılarının doğrudan bir sonucu söz konusu-,dur). Bu iki etkiyi karşılayacak bir güç gereklidir. Burada, nükleer ölçekte tamamen göz ardı edilebilir bir kuvvet olan kütle çekimine başvurulamaz: kütle çekimi, bir çekirdeğin içindeki iki proton için, elektrostatik itimden l O34 kat daha zayıfurl Çekirdeğin bütünlüğünü sağlayan, güçlü etkileşim denen özel bir etkileşimdir, mikroskobik açıdan bakıldığında nükleonlar fi-on veya mezon k denen parçacık alışverişlerinde bulunurlar; bu, kendini, erimi pionun kütlesine doğrudan bağlı olan bütünüyle çekici bir kuvvetle gösterir. 1935'te tasarlanan bu kuramsal süreç, yaratıcısı Yukava Hideki'ye. 1949 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandıracaktır. Pion, 1947'de deneysel olarak saptanmıştır. i

Konu Araçları
Çıktı Görüntüsünü Göster Sayfayı E-posta İle Yolla