NÜKLEEER FİZİK_1:NÜKLEER FİZİĞE GİRİŞ

1-nükleer fiziğin kısa tarihi

eğer nükleer fiziği anlamak istiyorsak öncelikle tarihini bilmeliyiz. nükleer fizik 1896’da Henri Becquerel’in uranyum tuzlarının fosforesans olayını araştırırken radyoaktiviteyi keşfetmesiyle başlar. ertesi yıl j.j. thomson elektronun keşfedilmesiyle atomun iç yapısı olduğu keşfedildi ve thomson tarafından atomun üzümlü kek modeli ortaya atıldı tabi model tam olarak doğru değildi ilerde bundanda bahsedeceğiz.2 0. yüzyılda fizikçiler

atomdan yayılan alfa, beta ve gama ışınlarını keşfetti. 1911 yılında Otto Hahn ve James Chadwick tarafından yapılan deneyler sonucunda 1914’te beta ışını bozunma spektrumun ayrılmasına göre daha devamlı olduğu keşfedildi.

Belkide nükleer fizikteki en önemli olaylardan olan ruthrfordun çekirdeği keşfetmesi oldu tabi buna daha detaylı olarak ilerde saçılma deneylerinden bahsederken daha detaylı bahsedeceğiz.

1932 yılında james chadwick nötronu keşfetti. einstein özel görelilikte olayını araştırırken radyoaktiviteyi keşfetmesiyle başlar. ertesi yıl j.j. thomson elektronun keşfedilmesiyle atomun iç yapısı olduğu keşfedildi ve thomson tarafından atomun üzümlü kek modeli ortaya atıldı tabi model tam olarak doğru değildi ilerde bundan da bahsedeceğiz.2 0. yüzyılda fizikçiler

2-nükleer fiziğin sınırları :

1. bölümde anlattığımız sadece nükleer fiziğin kısa bir tarihiydi elbette bunların hepsini ilerde açıp konuşacağız ama ondan önce nükleer fiziğin kapsamını ve kuantum mekaniğinden ve atom fiziğinden ayıran kısmından bahsedelim.öncelikle nükleer fizik demek çekirdek demek yani atomun çekirdeği ile ilgilenir.çekirdekteki nükleonlar arasındaki bağlanma enerjisi ,çekirdek yarıçapı ve nükleer kuvvetler gibi çekirdeği ilgilendiren olaylarla ilgilenir eğer atomu bir bütün olarak değerlendirilmesi ise atom fiziğin konusu olurdu. ayrıca nükleer fizik fisyon , füzyon , nükleer reaktörler ve atom bombası yapısıda nükleer fiziğin asıl konularındandır.

3-bazı temel kavaramlar:

Daha önce lise de yada üniversitede bazı temel kavramları görmeyenler için kısa bazı şeylerden bahsedelim.

atom numarası (Z) = Atom numarası bir atomun asıl kimliği demektir ve porton sayısı ile eşdeğerdir nötr bir atomda proton ve elektron sayısı eşit olacağından dolatı atom numarası ayrıca elektron sayısında eşittir.

atom numarasına bir elementin kimliği demiştik bu yüzden periyodik tablo atom numarsına göre dizayn edilmiştir.

kütle numarası(A) = bir atomun kütlesinin çoğunluğunu protonlar ve nötronlar oluuşturur elektronlar ise genellikle ihmal edilir çunkü protonve nötrona göre çok çok küçüktür .Kütle numarası bundan kaynaklı protonve nötronun toplamı olarak alınır ayrıca proton ve nötronun kütleleri birbirne çok yakın olduğu için genellikle birbirine eşit alınır.

izotop = izotop atomlar proton sayısı aynı nötron sayısı farklı demek ama burda bilmemiz gereken en önemli şeylerden biri nötronun sadece fiz,ksel özelliği değiştirmesidir kimyasal olarak bir değişim olmayacaktır yani atom yine aynı elemtin üyesi olacaktır.

izobar = izobar atomlar kütle numarası aynı olanlara denir ancak bunların proton veya nötron sayıları arasınd herhangi bir benzerlik yok sadece tesadüfe bağlı olarak aynıdır. izobar kavramının önemli olmasının sebebi ileriki nükleer fizik yazılarımızdada bahsedeceğimiz bir çekirdeğin kararlı olma şartı ve kararlılık vadisi gibi kavramlarda sıkça kullanacağız.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

4-ATOM MODELLERİ:

fizikçiler atomu daha iyi anlayabilmek için yıllara dayanan tecrübe ve çalışmayla mükemmele yakın bir atom modeli oluşturdular ancak buraya yani modern atom modelinden önce bir çok atom modeli oluşturuldu muhtemelen bunların çoğunu liseden öğrenmişsinizdir biz yinede anlatmaya devam edelim.

a)dalton atom modeli:

Model

dalton atom modelilin varsayımları:

Elementler, atom adı verilen son derece küçük, bölünemeyen taneciklerden oluşur.

Belli bir elementin tüm atomları birbirinin aynısıdır; yani bu atomların boyutları eşittir, hepsi aynı kütleye sahiptir ve kimyasal özellikleri aynıdır. Ancak bir elementin atomları diğer bütün elementlerin atomlarından farklıdır

Bileşikler birden çok elementin atomlarından oluşmuştur. Herhangi bir bileşikteki iki elementin atom sayıları arasında basit ve tam sayılarla ifade edilebilen bir oran vardır.(Sabit oranlar kanunu)

Kimyasal tepkimeler yalnızca atomların birbirinden ayrılması, birbiri ile birleşmesi ya da yeniden düzenlenmesinden ibarettir; bu tepkimeler atomların yok olmasına ya da oluşmasına yol açmaz.(Kütle Korunumu Kanunu).

İlgili kanunlar

John Dalton'un atom kuramı, kimyasal değişme konularının da daha iyi tanımlanmasına olanak sağlar:

Kütlenin korunumu kanunu: Bir kimyasal reaksiyonda reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamı, çıkan maddelerin (ürünlerin) kütleleri toplamına eşittir.

Katlı oranlar yasası: İki element birden fazla bileşik meydana getiriyorsa, birleşen iki elementin farklı miktarları arasında ağırlıkça tam sayılarla ifade edilebilen basit bir oran bulunur. Örneğin: H2O da 2 g hidrojenle 16 g oksijen birleşirken, OH de 1 g hidrojenle 16 g oksijen birleşmiştir. Buradan her iki bileşikte de aynı miktar oksijenle birleşen 2 g hidrojen ve 1 g hidrojeni birbirine oranlarsak 4 sayısı elde edilir.

Dalton Atom Teorisi'ndeki eksiklik ve hatalar

John Dalton'un 1808'de yayımlanan Yeni Kimya Felsefesi Sistemi (A New System of Chemical Philosophy) adlı kitabından iki sayfa.

Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir, fakat farklı atomdur.

Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir.

Bilinen en küçük parçacık atom değildir. Günümüzde atom çekirdeğini oluşturan yetmişten fazla çeşit parçacığın var olduğu öne sürülmüştür.

Agora Bilim Pazarı

Temel Matematik Kavramların Künyesi

• Boyut: 16*24
• Sayfa Sayısı: 649
• Basım: 2
• ISBN No: 9786052823859

Devamını Göster

₺774.00

Satın Al Tüm Ürünler

Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı değildir.

Atomlar çekirdek tepkimeleri sonucu parçalanabilir.

Atomlar parçalanamaz ve yeniden yapılamaz görüşüne ters düşen olaylardan biri atomların alfa ışıması yapmasıdır.

b) THOMSON ATOM MODELİ

J. J. Thomson laboratuvarında bir katot ışın tüpü oluşturdu ve beklediği üzere katottan çıkan ışınlar anota doğru yöneliyorlardı. Thomson bu ışınları biraz incelemek istedi ve anotta küçük bir delik açarak karşısına floresan bir ekran koydu. Floresan ekrana çarpan katot ışınları ekranda küçük noktaların parlamasına neden oluyordu. Bu doğrultuda ışınların parçacıklı yapıda olduklarını anladı. Parçacıkların bir elektrik yüke sahip olup olmadığını ortaya çıkarmak için yolları üzerine birbirine paralel iki adet metal levha yerleştirerek ikinci bir pille levhaları zıt olarak yükledi. Böylelikle levhalar arasında bir elektrik alan yaratmış oldu ve eğer katottan çıkıp anota giden ışınlar bir elektrik yüküne sahiplerse yollarının sapması gerekecekti. Deneyini gerçekleştirdiğinde katot ışınlarının yollarının saptığını gördü ve sapma artı yüklü levha yönünde oluyordu. Zıt yükler birbirini çekeceğinden katot ışınlarını meydana getiren parçacıkların eksi yüklü olduğu anlaşılıyordu.

Thomson katot ışınlarının elektrik yüklü olduğunu görmüştü fakat ona dair daha temel özelliklere sahip olabilmesi için biraz daha bilgiye gereksinim duyuyordu. Amacı parçacığın karakteristik özelliklerini belirleyebilmekti ve hız bilgisi işine yarayabilirdi. Bu doğrultuda katottan çıkan ve elektriksel alan dolayısıyla yolundan sapan parçacığın, sapmasına engel olacak ölçüde etkiyecek şekilde bir manyetik alan oluşturdu. Böylelikle parçacık sanki hiçbir etki altında değilmiş gibi doğrusal olarak gidecekti. Zıt yönde oldukları için parçacığı yolundan saptırmayan elektrik ve manyetik kuvvetlerin büyüklüğünü kullanarak enerji denkliği sayesinde hız bilgisini elde edebilecekti. Daha sonrasında ise kuvvetlerin denkliğiyle de parçacığın yük/kütle değerine ulaşacaktı. Hesabı ve düşüncesi tamamıyla doğruydu. Bulduğu değerse gerçeğe oldukça yakındı. Deneyini farklı şartlar altında özellikle de katot malzemesini ve tüpün içindeki gazı değiştirerek de defalarca tekrarladı fakat sonuç hiç değişmedi. Her seferinde aynı yük/kütle değerine ulaşıyordu. Bu eksi yüklü parçacık, malzeme ne olursa olsun değişmediğine göre temel bir parçacıktı ve Thomson ona "elektron" ismini vermeyi uygun gördü.

Thomson’ın bu deneyi ve sonrasındaki temel fizik hesabı atom düşüncesinin önemli bir adımı olarak görülür. Çünkü sonucunda yeni bir atom modeli oluşabilmiştir. Thomson elektronu keşfetti ve bu keşif elbette Dalton’un bölünemez atomlarına ağır bir darbe vurdu. Deneyde kullandığı malzeme ne olursa olsun sonuç değişmediğinden Dalton’un savunduğu şekilde her elementin atomları birbirinden tamamıyla farklı olmamalıydı. Her atomda, keşfettiği elektron kendine yer bulabilmeli ve bu elektron, atomunu terk edip tüpün içinde gezebildiğinden atomun bölünemezliği düşüncesi terk edilmeliydi. Öte yandan elektron eksi yüklü bir parçacıktı fakat atomlar yüksüzdü. Öyleyse atomun içinde bu yük dengesini sağlayacak artı yükler olmalıydı. Diğer bir tespitse elektronun yük/kütle oranının çok yüksek olmasıydı. Bu elektronun kütlece çok küçük olduğu anlamına geliyordu. Thomson deneyinde elektronlar düşük (~0.1c) hızlarda hareket ettiği için özel göreliliğe gerek kalmadan m/e oranı hesapları yapılabilmektedir.[1] Bütün bu bilgiler ışığında Thomson yeni bir atom modeli oluşturdu ve modelinde atomun artı yükten oluştuğunu içinde eksi yüklü gömülü elektronlar barındırdığını söyledi:

Atom artı yüklü maddeden oluşmuştur.

Elektronlar bu artı madde içinde gömülüdür ve hareket etmezler.

Elektronların kütleleri çok küçüktür bu yüzden atomun tüm kütlesini artı yüklü madde oluşturur.

Atom küre şeklindedir.

Thomson, 1903'te Yale Üniversitesi'nde verilen Silliman konferanslarında elektronların, bir kek içindeki kuru üzüm taneleri gibi, hareketsiz ve atomun içerisinde homojen biçimde dağılmış bir halde pozitif yüklü maddenin sürekli yapısı içine gömülmüş olduklarını önermişti. Neredeyse aynı zamanda, Tokyo'da Hantaro Nagaoka isimli Japon bir fizikçi "Satürnsel bir model" önerdi. Bu modele göre, aynı Satürn'ün etrafındaki halkalar ya da Güneş’in etrafındaki gezegenler gibi, elektronlar da merkezinde pozitif yüklü madde etrafında yörüngelerde dolanıyordu. Nagaoka'nın önerdiği bu modelin gerçeğe daha yakın olduğu bugün bilinmektedir. Thomson’un bu modelini 1911 yılında Ernest Rutherford tarafından gezegen veya çekirdek modeliyle düzeltilmiştir.

c) Rutherford Atom Modeli

Belkide üzreinde en çok konuşmamız gereken atom modeli bu ancak bunu zaten ilerde saçılma deneylerinde bahsettiğimizde daha detaylı olarak konuşacağız.

rutherfordun öğrencilerinde geiger ve geiger marsden Arkasına film yerleştirilmiş bir altın tabakaya +2 yüklü alfa tanecikleri (��+2) göndererek ışınların levhaya çarptıktan sonra izledikleri yolları çizilmiştir.

geiger marsden yapmış olduğu deneyle atomun çapını çok küçük bir sapmayla hesaplamıştır.(22 bin alfa tanecikten bir tanesi sapmıştır.) Sapmanın nedeni büyük bir olasılıkla o zamanlarda daha hassas bir ölçme yönteminin bulunmamış olmasıdır.

Rutherford atom modeli Güneş Sistemi'ne benzetilmektedir. Güneş, içi gönderilen ışınların büyük bir bölümü levhadan doğrudan geçmiştir. Proton dolu bir çekirdeğe ve etrafında dönen elektronlar da gezegenlere benzetilmiştir.

Deney sonucunda şu bulgulara ulaşılmıştır:

Atomda büyük boşluklar vardır.

Işınların küçük bir kısmının kırıldığı ve çok küçük bir kısmının yansıdığı görülmüştür. Burdan ise şu öğrenilmişti: atomda + (pozitif) yükler çekirdek adı verilen küçük bir hacimde toplanmıştır.

Atom kütlesinin çoğu çekirdekte toplandığını belirtmiştir.

Atomda pozitif yüklü tanecikler kadar elektron, çekirdeğin etrafında bulunur ve atom hacminin büyük bir bölümünü elektronlar kaplar.

Rutherford Atom Modelinin Eksiklikleri Ve Hataları

Nötronu bulamamıştır ( ancak nötronun var olduğunu öngörmüştür).

Elektronların yerlerini ve hareketlerini tam olarak açıklayamamıştır.

Rutherford atom modeli ile Modern Atom Teorisi ve Bohr atom modelinin temelleri atılmıştır.

d)satürn atom modeli:

çok az kişinin bildiği japon fizikçi nagaoka rutherforddan önce atomun çekirdeğini keşfetmiş ve bunu ileri sürmüştür ancak çok fazla dikkate alınmamıştır.

Nagaoka'nın modeli iki tahminde bulundu:

çok büyük bir atom merkezi (büyük kütleli bir gezegen benzetmesiyle)

merkezin etrafında elektrostatik kuvvetlerle bağlanmış elektronlar (Satürn'ün etrafında dönen yerçekimi kuvvetleriyle bağlanmış halkala benzetmesiyle).

Her iki tahmin de, Ernest Rutherford tarafından, Nagaoka'nın modelinden de bahseden atom çekirdeğinin önerildiği 1911 tarihli makalesinde doğrulandı. Ancak modelin diğer detayları yanlıştı. Özellikle, elektrik yüklü halkalar, itici kesinti nedeniyle kararsız olacaktır. Nagaoka, 1908'de önerdiği modeli terk etti.

Rutherford ve Niels Bohr, 1913'te daha uygulanabilir Bohr modelini sundu.

e)BOHR ATOM MODELİ:

Bohr kuramının varsayımları

1913 yılında Niels Bohr, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini ve Planck'ın kuantum kuramını kullanarak Bohr kuramını ileri sürdü. Bu bilgiler ışığında Bohr varsayımları (postulatları) şöyle özetlenebilir:

Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıktaki yörüngelerde hareket eder ve bu yörüngelerdeki açısal momentumu h/2�'nin tam katlarıdır (Burada h, Planck sabiti, � ise pi sayısıdır). Her kararlı hâlin sabit bir enerjisi vardır.

Herhangi bir kararlı enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörüngede hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.

Elektron kararlı durumlardan birinde bulunurken atom ışınım yayınlamaz. Ancak, yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçtiğinde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık kuantumu (paketi) yayınlar. Burada E = Eson-Eilk bağıntısı geçerlidir.

Elektron hareketinin mümkün olduğu kararlı düzeyler, K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi 1 olmak üzere, her enerji düzeyi + bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak "n" İle gösterilir. (n: 1,2,3 ...¥)

Bohr Atom Modelindeki eksiklikler ve yanlışlar

Elektronlar çok hızlı olduğu için sadece klasik fizik değil, görelilik de göz önüne alınmalıdır.

Bohr Atom Modeli, sadece tek elektronlu atomların (hidrojen) spektrumlarını açıklayabilir. Çok elektronlu atomların spektrumlarını açıklayamaz.

Bohr Atom Modelinde dalga-parçacık ikiliği (De Broglie Hipotezi) göz önüne alınmamıştır.

Heisenberg belirsizlik ilkesine göre atomdaki elektronun yeri ve hızı, aynı anda, tam bir kesinlikle belirlenemez. Bundan dolayı "yörünge" kavramı yanlıştır.

Nötron yoktur. Nötronlar, 1932 yılında James Chadwick tarafından keşfedilmiştir.

Atom ve moleküller arası bağların oluşmasını açıklamada yetersiz kalmıştır.

not : yazıların bazıları wikipediadan örneklenmiştir(bazı atom modelleri )

5-İLERİKİ YAZILARDA KONU SIRALAMASI :

A-çekirdeğin yarıçapı,yük dağılımı

B-bağlanma enerjisi

C-proton nötron sızdırma çizgileri

D-nötron yıldızları

E-nükleer kuvvetlerin doğası

G-Döteronun önemi

F-saçılma teorisi

H-kabuk modeli

K-nükleer titreşşimler

L-alfa bozunumı

M-beta bozunumu

N-nükleer reaksiyonlar

I-nükleer reaktörler

İ-fisyon

P-füzyon