Çekirdek Bölünmesi,FİSYON Olarak da Bilinir.

ÇEKİRDEK BÖLÜNMESİ

Çekirdek bölünmesi,FİSYON olarak da biliniruranyum ya da plütonyum çekirdeği gibi ağır bir atom çekirdeğinin hemen hemen eşit kütleli iki parçaya bölünmesiÇekirdek bölünmesinde çok büyük miktarda enerji açığa çıkar

Doğada geçerli temel ilkelerden biri,her sistemin,engelleyici bir etki bulunmadığı sürece ,potansiyel enerjisinin en alçak düzeyde olacağı biçimi alacağını öngörürÖrneğin,bir dağın tepesinde bulunan su,engellenmediği sürece,aşağı doğru akarböylece potansiyel enerjisi giderek azalır ve kinetik enerjiye dönüşür1905'te Einstein,enerji ve kütlenin aynı fiziksel niceliğin farklı görünümleri olduğunu ve birbirlerine dönüşebileceğini ortaya koyduBir ağır elementin ( atom numarası demirinkinden daha yüksek olan elementler) atomunun çekirdeği iki parçaya bölünürse,oluşacak iki çekirdeğin kütlelerinin toplamı,bölünen çekirdeğin kütlesinden daha küçük olur; bir başka deyişle iki çekirdekten oluşan yeni sistem daha az enerjiye sahiptir ( aradaki kütle farkı,bölünme sırasında enerji olarak açığa çıkar) Bir çekirdek,yine de hemen bölünüp iki parçaya ayrılmazBunun nedeni ,çekirdeği oluşturan nükleonlar ( protonlar ve nötronlar) arasındaki etkileşimi oluşturan iki tür kuvvet arasındaki büyük nitelik farkıdırProtonlar ve nötronlar arasında etkiyen ve çok kısa erimli bir çekme kuvveti olan çekirdek kuvveti ile yalnızca protonlar arasında etkiyen daha uzun erimli elektrostatik ( Coulomb ) itme kuvveti,çekirdek bölünmesinin gerçekleşebilmesi için aşılması gereken bir potansiyel duvarı oluşmasına yol açarÖnüne set çekilen suyun aşağı doğru akamamasına benzeyen bu olguda,aşılması gereken bu potansiyel duvarına (bölünmeye uğrayabilmesi için çekirdeğe verilmesi gereken ek enerjiye ) " bölünme engeli" denirPeriyodik tabloda yukarı doğru çıkıldıkça ,bir başka deyişle daha ağır elementelere doğru gidildikçe buna engel alçaldığından ,ağır çekirdeklerin bölünmesi daha kolay gerçekleşebilir

Bir çekirdeğin bölünmeye uğraması iki yolla gerçekleşebilirSuyun aşağı akışını engelleyen duvarda bir delik açılmasına benzetilebilecek olan " kendiliğinden çekirdek bölünmesi" olayı doğada kendiliğinden ama çok seyrek olarak gerçekleşirBölünme için gereken ek enerjinin çekirdeğe dışardan ,örneğin çekirdeğin soğuracağı bir nötron aracılığıyla verilmesi yoluyla gerçekleştirilen bölünme ise,suyun düzeyinin ,önündeki seti aşabilecek biçimde biraz yükseltilmesine benzetilebilirBu tür bölünme,nötron soğurulmasıyla sağlanabileceği gibi,başka parçacıkların (örnproton,alfa parçacığı ,gamma ışını) soğurulması yoluyla da gerçekleşebilir




Çekirdek bölünmesinde yer alan olaylar dizisi 6 aşamada ele alınabilirAğır çekirdek,bir parçacık ( örnbir nötron) soğurarak ek enerji alır,bu da çekirdeğin biçiminde hızlı değişmelere yol açar( 1aşama) Bu titreşimler sonucunda ,çekirdek geçiş durumu adı verilen uzamış bir biçim alır(2aşama) Bu aşamada çekirdekteki kuvvetler geçici bir denge durumundadır; çekirdek eğer biraz büzülürse,bölünmez ve fazla enerjisini,örneğin gamma ışınımı salarak giderip özgün durumuna dönebilir; ama eğer çekirdek biraz daha uzarsa,ikiye ayrılır (3aşama)Sonuçta " bölünme parçaları " adı verilen iki çekirdek ortaya çıkarAyrıca birkaç nötron da salınabilirİkisi de pozitif yüklü olduklarından birbirlerinden hızla uzaklaşan bölünme parçaları,önemli düzeyde enerji fazlası içerirlerve ilkin " gecikmesiz nötron" olarak adlandırılan nötronlar salarak (4aşamada), daha sonra da gecikmesiz gamma ışınları salarak (5aşama) bu enerjinin büyük bölümünü dışarı verirlerBu aşamalarda salınan nötronları ve gamma ışınlarının "gecikmesiz" olarak adlandırılması bunları,daha sonra ortaya çıkanlardan ayırt edebilmek içindirOrtaya çıkan iki çekirdek ,ilk uyarımdan gamma ışını salınmasına degin geçen yaklaşık saniyelik süreden sonra,durgunluğa erişirler"Çekirdek bölünmesi ürünü " adı verilen bu çekirdekler ,radyoaktif bozunum yoluyla gamma ve beta ışınları ile gecikmiş nötronlar salarak birkaç saniye ile birkaç yıl arasında değişen bir süre içinde,kararlı izotoplara dönüşürler(6aşama)

Çekirdek bölünmesi ,ağır çekirdeğe gerekli enerji fazlasını verebilen herhangi bir parçacık yardımıyla gerçekleştirilebilirPozitif yüklü çekirdeğe en kolay girebilen parçacıklar,elektrik yükü taşımayan nötronlardırBölünmenin enerji açığa çıkaran bir süreç olmasının temel nedeni ise,bölünmede ortaya çıkan gecikmesiz nötronlardırçünkü bu nötronlar yakındaki bölünebilir çekirdeklere girerek yeni bölünmelere yol açarlarBöylece bir kez başlatılan bölünme süreci kesintisiz sürebilirBu süreç zincirleme tepkime olarak adlandırılırBir uranyum -235 çekirdeğinin bir ısıl nötron soğurarak bölünmesinde ortalama olarak yaklaşık 2,5 nötron ortaya çıkarBunların ancak bir bölümü yeni çekirdek bölünmelerine yol açarlarBir bölünmede açığa çıkan nötronların yeni bölünmelere yol açanlarının ortalama sayısına "çoğalma çarpanı" adı verilirZincirleme tepkimenin oluşabilmesi için çoğalma çarpanının 1'den epeyce büyükse (örn2 ise) çekirdek bölünmelerinin sayısı yaklaşık her saniyede ikiye katlanır ve bir nükleer patlama ortaya çıkar; bu ,atom bombasının temelini oluştururÇekirdek enerjisinin denetimli olarak elde edildiği nükleer reaktörlerde ise,bölünmede ortaya çıkan nötronlardan ancak bir bölümünün yeni çekirdek bölünmelerine yol açmasını sağlayan ve böylece çoğalma çarpanını 1 dolayında tutan yavaşlatıcılar kullanılır

Çekirdek bölünmesinin temel önemi,bölünmede ortaya çıkan çok büyük miktardaki enerjidirBir çekirdeğin bölünmesinde yaklaşık ( elektron voltluk) enerji açığa çıkarbu ,1 gram uranyum -235'ten bölünme yoluyla elde edilebilecek enerjinin 20000 kilovat-saat dolayında olması anlamına gelirÇekirdek bölünmesi büyük ölçekli enerji açığa çıkaran üç tür çekirdek tepkimesinden biridirÖteki iki tepkime türü,radyoaktif bozunum ve çekirdek kaynaşmasıdırBölünme,enerjisinden,elektrik üretiminde,tıp,sanayi ve başka alanlarda kullanılan radyoaktif izotopların elde edilmesinde geniş ölçüde yararlanılmaktadırÇekirdek bölünmesi,atom ve nötron bombalarında açığa çıkan çok büyük enerjinin de kaynağını oluşturur

Çekirdek bölünmesi 1938'de Alman kimyacılar Otto Hahn ve Fritz Strassmann tarafından bulunduUranyum çekirdeğini nötronla bombardıman ederek uranyumdan daha ağır elementleri oluşturmaya çalışan Hahn ve Strassmann,bu süreçte çekirdek bölünmesini gerçekleştirdiklerinin farkına varamamışlardıSSCB'den Yakov Frenkel,John AWheeler 'in 1939'da ortaya koydukları kuramsal çalışmalar çekirdek bölünmesinin oluşumunu ve ilkelerini açıklığa kavuşturduBohr ve Wheeler'in araştırmaları ,uranyumda gözlenen çekirdek bölünmesinin,doğada bol olarak bulunan uranyum -238'de değil,doğal uranyumun ancak yüzde 0,7 'sini oluşturan uranyum -235 izotopunda gerçekleştiğini belirledibu bulgu sonradan deneysel olarak doğrulandıUranyum -235 'in yanı sıra,plütonyum -239 ve uranyum -233 'ün de bölünme tepkimesine girebildikleri daha sonra belirlendiDenetimli zincirleme tepkime,ilk kez,İtalyan asıllı fizikçi Enrico Fermi ve çalışma arkadaşlarının 1942'de Chicago Üniversitesinde kurup çalıştırdıkları nükleer reaktörde gerçekleştirildiDenetimsiz zincirleme tepkimeden yararlanan atom bombası ise ilkin 1945'te üretildiAyrıca bakbölünebilir çekirdek, çekirdek modelleri


Kaynak;AnaBritannica cilt 9 sayfa 48-49 frmsinsinet için yazılmıştır