Nükleer Fizik

Nükleer fizik



Atom çekirdeğini ve temel tanecikleri, aralarındaki etkileşimler açısından, düşük enerjiler alanında inceleyen fizik dalıdır (çekirdek fiziği de denir) Nükleer fizik, İkinci Dünya savaşının sonundan beri çok büyük bir gelişme gösterdi Biz burada söz konusu dalın sınırlarını belirleyerek, düşük enerjili nükleer fizik olarak adlandırılan bölümünü, bir başka deyişle enerjileri onda birkaç megaelektronvolttan (MeV) birkaç on megaelektronvolta kadar olan tanecikleri ele alacağız Nükleer fizik, doğal bir radyoaktif kaynaktan çıkan a tanecikleriyle (helyum çekirdekleri) azot çekirdeklerinin bombardıman edilerek yapay dönüşümün (transmütasyon) gerçekleştirilmesinden sonra XX yy’ın başlarında doğdu Ama doğal kaynaklardan yayınlanan taneciklerin enerjisinin yetersiz kaldığı çok çabuk ortaya kondu ve fizikçiler, 1930′dan başlayarak bu tanecikleri doğrudan doğruya oluşturmaya ve hızlandırmaya yöneldiler İlk doğrusal hızlandırıcı 1931′de gerçekleştirildi, ama bilginlere yüksek enerji dönemini açan,EO Lawrence’in kurduğu siklotron oldu

• ATOM TANECİKLERİNİN MADDEYLE ETKİLEŞMESİ

Atom tanecikleri, A kütle sayılarına göre hafif tanecikler döton) ve ağır tanecikler (uranyum 235′in ya da bölünebilen başka elementlerin çekirdek fisyonlarının parçaları) olarak sınıflandırılmışlardır Bu taneciklerin ya da “mermiler”in (projektil) maddeyle etkileşimi çeşitli görünümler alır Tanecik, hedef oluşturan atomlardan biri üstünden sıçrayabilir; bu esnek şok ancak çarpan taneciğin, yani merminin hızı yeterince küçükse meydana gelebilir Megaelektronvolta yakın daha yüksek enerjiler için tanecik, atomu uyarır ya da iyonlaştırır; bu durumda şok elektron düzeyinde yer alır Merminin enerjisi daha da büyükse, elektron bulutundan geçerek, çekirdeğin yakınma kadar ulaşır; böylece, iletilen enerjilere göre birçok olay meydana gelebilir Pozitif olarak yüklü tanecik, aynı yükü taşıyan çekirdek tarafından itilebilir: Bu durumda esnek şok söz konusudur Daha yüksek enerjili tanecik, çekirdeğin içine sızıp, nükleonlardan biri üstünden sıçrayabilir; o zaman nükleer bir esnek şok söz konusu olur Tanecik çekirdeğin içine sızdıktan sonra yakalanabilir; bu durumda şok esnek değildir Bununla birlikte, bu son olay nükleer çekim kuvvetlerinin etkisinin zayıflığı yüzünden seyrek olur Gene de meydana geldiği zaman, bileşik bir çekirdek elde edilir; bu da parçalanır




Demek ki hızı yeterli büyüklükte olan bir tanecik, enerjisini, uyarılma ve iyonlaşmayla yitirmeye başlar Birçok atomla aynı anda etkileşen tanecik, nükleer şok durumu dışında hemen hemen düz bir yörünge çizer İyonlaştırıcı gücü yavaş yavaş azalırken atomik ve nükleer şok olasılığı artar; aldığı yolun sonunda böyle şoklardan kaynaklanan bazı sapmalar gözlenir

• ELEKTRONLARIN MADDEYLE ETKİLEŞMESİ

Elektronların davranışı atom taneciklerininkine benzer En önemli fark, kütlelerin büyüklük düzeylerinden kaynaklanır Atomların dış elektronlarının etkileşimleri en sık raslanan olaylardır; ayrıca, şokların yol açtığı enerji azalmalarından dolayı “mermi” elektron önemli sapmalar gösterir Yörüngeler artık, düz değildirler; elektronlar çevreye saçılırlar Elektronların durdurulmasına yalnızca şoklar değil, enerji ışıması da yol açar: Gerçekten, hareket halindeki bir yük, ışınım biçiminde enerji yitirir ve tanecik ne kadar yüksek bir hızla hareket ederse ve kütlesi ne kadar küçükse, bu yitim o kadar büyük olur Bu olay elektronlar söz konusu olduğunda çok önemli olmakla birlikte, öbür temel atom tanecikleri için göz önüne alınmayacak kadar önemsizdir Pozitif elektronun, yani pozitonun konumunun özellikleri, negatif elektronunkilere tümüyle benzerdir ama, negatif elektronlar bol olduğundan, bir pozitif elektronla, oluşma olasılığı çok kuvvetli olan bir negatif elektronun bir etki olmadan ve kolaylıkla ortadan kalkması söz konusudur

• FOTONLARIN MADDEYLE ETKİLEŞMESİ

Nükleer fizikte, kullanılan fotonlar, özellikle X ve Y ışınlarına denk düşerler Fotonun özellikleri başka taneciklerden tümüyle farklıdır (kütlesiz ve yüksüz); madde içinden geçerken de davranışı aynı böyledir Özellikle, foton yükünün sıfır olması nedeniyle, çekirdek tarafından elektrostatik itilmeye uğramaz, Y ışınlan çok daha fazla içe sızıcı ve az iyonlaştırıcıdırlar Esnek bir şok sırasında foton, enerjisinin bir bölümünü çarpan taneciğe verebilir, böylece fotonla bütünleşen dalganın frekansında bir azalma olur: Bu,hedef olan tanecik, dışta az bağımlı bir elektron olduğu zaman çok önem taşıyan Compton olayıdır
Foton, enerjisinin tümünü de yitirebilir ve atomun aşağı düzeydeki elektronlarının etkisiyle yok olabilir Fotoelektrik olay söz konusu olduğunda, çarpan tanecik atomdan dışarı atılır Y ışınları da bir çekirdeğin yakınında farklı biçimde yok olabilirler: Y fotonu ortadan kaybolur ve kütlesi sıfır olmayan tanecik oluşumu yoluyla özdekleşme (somutlaşma) gerçekleşir Genel durumda bir foton demetinin soğurulması,aynı anda meydana gelebilen, bu çeşitli etkileşimlerin sonucudurBöyle ışımaların dozunun ayarlanması, özellikle bunların dokular üstündeki etkilerini araştıran biyoloji ve röntgen uzmanları için önemlidir

• NÖTRONLARIN MADDEYLE ETKİLEŞMESİ

Nötronun elektrik yükünün bulunmaması, elektrostaiik kökenli bir etkileşme olasılığını ortadan kaldırır Foton gibi nötronun da durdurulması, dolayısıyla da ortaya çıkarılması güçtürNötron-çekirdek etkileşmesi, yalnızca nötronun yörünge değişimi yoluyla esnek bir çarpışmayla ya da enerji alışverişi yoluyla esnek olmayan bir çarpışmayla sınırlanabilir Elektronlarla nötronların kütlelerinin oransızlığı
(çok farklı olması),böyle çarpışmalar sırasında çok hafif enerji alışverişine yol açar Buna karşılık,nükleer çarpışmalar, yapay bir Y yayınımıyla birlikte bir çekirdek uyarılmasına,ya da gerçek bir nükleer tepkimeye
(dönüşüm) neden olabiir: Nötron soğurulur, daha sonra da çekirdek parçalanır Bu “mermiler” özellikle fisyon tepkimeleri sırasında kullanılırYukarda ortaya konmuş olan sonuçlar istatistik hesaplara ve kuvantum mekaniğinin ilkelerine dayanan matematiksel bir araştırmayla desteklenir
Bu araştırmalar günümüzde, farklı hızlandırıcılarda, giderek duyarlı deneylere gereksinim gösterilerek sürdürülür Uygulamaların bütünü, nükleer kimya ile ilgili açıklamalara konu oluşturur