Baştan söyleyeyim uzun bir cevap olacak.
Nötron Kütlesi ve Durgun Enerji
Öncelikle bir nötronun temel özelliklerini hatırlamamız gerekiyor:
Durgun Kütle ( ): Yaklaşık olarak kg.
Durgun Enerji ( ): Einstein'in ünlü denklemi olan ile verilir. Burada ışık hızıdır ( ).
Durgun enerjiyi hesaplayalım:
Farklı Enerjilerdeki Nötronların Hızı
Bir nötronun hızı kinetik enerjisine ( ) bağlıdır. İki rejimi ele alacağız:
1. Relativistik Olmayan Nötronlar (Düşük )
2. Relativistik Nötronlar (Yüksek )
1. Relativistik Olmayan Nötronlar
Kinetik enerjileri durgun enerjilerinden çok daha küçük olan nötronlar ( ) için klasik mekanik kullanılabilir:
Örnek: Termal Nötronlar
Termal nötronların enerjileri yaklaşık olarak civarındadır.
Enerjinin Joule'e Çevrilmesi:
Hızın Hesaplanması:
Termal nötronlar yaklaşık olarak hızla hareket ederler.
2. Relativistik Nötronlar
Kinetik enerjileri durgun enerjilerine eşit veya daha büyük olan nötronlar ( ) için relativistik mekanik kullanılmalıdır.
Relativistik Enerji-Momentum İlişkisi
Bir parçacığın toplam enerjisi ( ), momentumu ( ) ve durgun enerji ( ) arasındaki ilişki şu şekildedir:
Kinetik enerji ise:
Burada , Lorentz faktörüdür:
Hızın Hesaplanması
Verilen değerine göre hesaplanır:
Daha sonra hesaplanır:
Son olarak hesaplanır:
Örnek: 1 MeV Enerjili Hızlı Nötronlar
Verilen:
'nın Hesaplanması:
'nın Hesaplanması:
'nin Hesaplanması:
enerjili hızlı nötronlar yaklaşık olarak (13,800,000 m/s) hızla hareket ederler.
Örnek: 1 GeV Enerjili Ultra-Relativistik Nötronlar
Verilen:
'nın Hesaplanması:
'nın Hesaplanması:
'nin Hesaplanması:
enerjili Ultra-Relativistik nötronlar yaklaşık olarak (264,000,000 m/s) hızla hareket ederler.
Nötronların Hızlandırılmasıyla İlgili Hususlar
Yüksüz oldukları için nötronlar doğrudan elektrik veya manyetik alanlarla hızlandırılamaz. Bunun yerine kinetik enerjiyi şu yollarla kazanırlar:
- Fisyon veya füzyon süreçlerinde yüksek kinetik enerjiyle nötronlar salınır.
- Yüksek enerjili protonlar ağır bir çekirdeğe (örneğin tungsten) çarparak nötronları fırlatır.
- Hızlı nötronları istenen enerjilere yavaşlatmak için yavaşlatıcılar kullanılır.
Yani hızlandırılmış nötronlar sahip oldukları kinetik enerjilere bağlı olarak birkaç bin metre/saniyeden ışık hızına yaklaşan hızlara kadar ulaşabilirler.
enerjili hızlı nötronlar yaklaşık olarak hızla hareket ederler demiştik.
Bu hız ışık hızının yaklaşık %4,6'sına denk gelir. Işık hızı yaklaşık 299,792,458 m/s'dir.
Dünya'nın ekvator çevresi yaklaşık 40,075 km'dir. Bu nötronlar Dünya'nın etrafını sadece yaklaşık 2,9 saniyede dolaşabilirler.
Şimdiye kadar yapılmış en hızlı uzay aracı olan Parker Solar Probe, Güneş'e yakın geçişlerinde yaklaşık 192 x 10^3 m/s hıza ulaşmıştır. 1 MeV enerjili nötronlar bu uzay aracından yaklaşık 72 kat daha hızlıdır.
Havada ses hızı yaklaşık 343 m/s'dir. Bu nötronlar ses hızından yaklaşık 40,000 kat daha hızlıdır.
enerjili Ultra-Relativistik nötronlar yaklaşık olarak hızla hareket ederler demiştik.
Bu hız ışık hızının yaklaşık %88'ine denk gelir.
Bu nötronlar Dünya'nın etrafını yaklaşık 0,15 saniyede dolaşabilirler yani bir saniyede Dünya'nın çevresini 6-7 kez turlayabilirler.
enerjili nötronlar Parker Solar Probe'dan yaklaşık 1,375 kat daha hızlıdır.
Bir tüfek mermisi ortalama 1,200 m/s hızla hareket eder. Bu nötronlar bir mermiden yaklaşık 220,000 kat daha hızlıdır.
İnsanlar gözlerini ortalama 0,1 saniyede kırparlar. 'lik bir nötron bu sürede Dünya'nın çevresini neredeyse tamamen dolaşabilir.
Dünya ile Ay arasındaki mesafe yaklaşık 384,400 km'dir. enerjili bir nötron Ay'a yaklaşık 1,5 saniyede ulaşabilirken, enerjili bir nötron yaklaşık 28 saniyede ulaşabilir.
Kaynaklar
- Nuclear Power. Neutron Energy | Classification Of Neutrons | Nuclear-Power.com. (13 Ekim 2021). Alındığı Tarih: 4 Ekim 2024. Alındığı Yer: Nuclear Power | Arşiv Bağlantısı
