Nükleer Fizik: Nükleer Kararlılık

Birçoğumuz, atom çekirdeğinin basitçe proton ve nötronlardan oluştuğunu biliriz. Eğer temel fizik bilgimizi biraz daha kurcalarsak, benzer elektrik yüküne sahip ( + + veya - -) cisimlerin birbirini ittiğini de hatırlayabiliriz.
Peki öyleyse, çekirdekteki protonlar nasıl bir arada bulunabiliyorlar? Birbirlerini itmeleri gerekmez mi? İşte bu soruya cevap vermek için, temel kuvvetlere bir göz atmamız gerekiyor.
Doğada, 4 adet temel kuvvet bulunur. Bunlar;
1.En zayıf kuvvet olmasına rağmen, bütün evreni şekillendiren kütleçekim kuvveti.
2.Atomları ve molekülleri bir arada tutan elektromanyetik kuvvet.
3.Çekirdeği bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet.
4.Atomaltı parçacıkların türünün değişmesinde etkili olan ve güçlü nükleer kuvvetten

kat daha zayıf olanzayıf nükleer kuvvet.
Eğer Güçlü nükleer kuvvetin gücünü 1 olarak alırsak, elektromanyetik kuvvet bunun 1/137'si kadardır. Zayıf nükleer kuvvet ve kütleçekim kuvveti ise sırasıyla;

  ve

katı kadardır.
Bu yazımızın odak konusu ise, çekirdeği  bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet olacak. Güçlü nükleer kuvvet (kısaca nükleer kuvvet); proton ile proton, proton ile nötron ve nötron ile nötron arasındadır ve kısa bir menzile ( yaklaşık

metre) sahiptir. Nükleer kuvvet, elektromanyetik kuvvetten farklı olarak, yükten bağımsızdır. Yani, hangi iki parçacık (proton ve nötron) arasında olursa olsun, çekim kuvveti uygular.

Eğer kararlı çekirdeklerdeki proton ve nötron sayısının oranına bakılırsa, proton sayısı (yaklaşık) 10'dan daha büyük olan atomlarda, nötron sayısının proton sayısından daha fazla olduğu görülebilir (görsel 1).
Bunu şu şekilde açıklayabiliriz: pozitif yüke sahip olan protonlar birbirlerini iterler. Bu kuvvet, proton sayısı 10'dan daha büyük olan atomlarda öylesine kuvvetli bir hale gelir ki, kararlı bir çekirdek oluşturmak için, yalnızca çekim kuvveti üreten nötronlara daha fazla ihtiyaç duyulur.
Yukarıdaki görselde de gördüğümüz düz çizgi, proton sayısının nötron sayısına eşit olduğu durumu gösterir. Basamaklı olarak ifade edilen ise, kararlı yapıdaki çekirdeklerde bulunan proton sayısı ve nötron sayısının oranını gösterir.
Bahsettiğimiz gibi, nükleer kuvvetin menzili oldukça kısadır. Bu da, protonların ve nötronların, yalnızca yakınlarındaki diğer proton ve nötronları kuvvetli şekilde çekebilmesine yol açar. Bu yüzden, artan nötron sayısı bile, çekirdeğin kararlı bir yapıya sahip olmasına yetmeyebilir. Bunu bir limit olarak düşünebiliriz. Bilinen, en ağır ve kararlı çekirdek, 

'dir.
Bundan daha ağır olan çekirdekler kendilerini, parçacık saçarak, daha hafif ve kararlı hale getirmeye çalışırlar.  Diğer bir deyişle, bozunurlar.
Bu bozunumları 5 sınıf altına toplayabiliriz. Alfa (α) bozunumu, beta eksi (β) bozunumu, pozitron emisyonu, elektron yakalama ve gama bozunumu.
İlerleyen yazılarımızda, bu bozunumları inceleyecek ve nükleer fiziğin temellerini anlamaya çalışacağız.
 Ege Can KARANFİL

---

Referanslar

1. Prof. Dr. Selahattin Özdemir, Health Physics ders notları
2. HyperPhysics, "Fundamental Forces"
   <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html>
3. HyperPhysics, "The Weak Force"
   <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html#c4>
4. HyperPhysics, "Gravity"
   <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/grav.html#grav>

Görsel Kaynakları

1. <https://en.wikipedia.org/wiki/Stable_nuclide>
2. <http://inn.spb.ru/radiation-symbol-wallpaper/img572961565A7>