ders:1 Çekirdek fizikte 1)temel kavramlar 2)birimler ve boyutlar

Çekirdek fiziği I ders:1

Ders:1

Çekirdek fizikte

1)Temel Kavramlar

2)Birimler ve Boyutlar

Universiumun oluşumu:

Big Bang (büyük patlama)

Kuarkların oluşumu (Baryon, meson) 1s

Hafif elementlerin oluşumu (d, He, Li) 3dk

Atomların oluşumu 105 y

Yıldızların oluşumu 109 y

Güneş sistemimizin oluşumu 10.109 y

İnsanların oluşumuna kadar geçen zaman15.109 y



Uzay 1026m Galaksi 1021m

Kristal ve moleküler 10-3m 103m

Atom 10-10 m

Çekirdek: 3-10 fm =3-10.10-15m

Nükleon: 10-15m

Temel tanecikler: 10-18m


1) Temel Kavramlar Çekirdek fiziğinin ortaya çıkışı:Universiyum başlangıcıKimyasal elementlerin oluşumuMaddenin temel yapısı

Atom Çekirdek Kuark Soru işareti

10-8 cm 10-12 cm< 10-13 cm

1 eV 1 MeV > 1 GeV


En küçük temel tanecik kuarklardır. Kuarklar arası değişim kuvvetinin nedeni kütlesi olmayan (baryon) glüonlardır. Bu konu QCD (Quantumchromodnamik) le açıklanır.

Bir nükleonun oluşumu için 3 kuark bir araya gelmeli ki bir p veya n oluşun.

İki nükleon arasında ise mezonu alış verişi ile olur. Atomlar arasında foton larla mümkün. Bu konu

(Quantumelektrodnamik) QED açıklanır. Ayrıca Coulomb potansiyel yardımı ile atom ve moleküller

arasındaki bağ açıklana bilir.Çekirdek yapısı çok tanecik sistemidir. Atom da ki gibi bazı

modeller geliştirilerek çekirdek yapısı ve simetrisi açıklanmaya çalışılır.

Örnek: Atomda bir elektron nasıl açıklanması gerekirse. Çekirdek te de bir n veya bir p bir takım modeller yardımı ile açıklama getirilir.

Örnek:Pauli prensibi gibi.


Röntgen ışının buluşu (Röntgen 1895)Radioaktif buluşu (Becqurel 1896) Elektronun buluşu (Thomson 1897)

Elektron özelikler:

Yük: e=1.602 10-19C (Millikan 1910)

Kütlesi: me=0,51 MeV/c2

Spin: s=1/2 h


Atom çekirdeğinin varlığı 1911 – 1913 yıllarında Rutherford tarafından yapılan nın Au, Al, Cu hedeften sapma deneyleridir. Coulomb itme gücü mevcut.

Buradan R<3.10-12 cmÖlçülen en küçük R(He) =2,4.10-13 cmR(Mg) =4.10-13 cmO zamana kadar Thomson atom modeli geçerliydi. p ve e- varlıkları kabul edilmişti. Nötron n

bilinmiyordu.Daha sonra yapılan deneylerde n mermi olarak

kullanılınca p ve n arasında Coulomb potansiyeli yok.


Thomson Atom modeli Rutherford Modeli:

Pozitif yükler eşit dağılım Yükler çekirdekte yoğunlaşmış

R= 10-8 cm R = 10-12 cm

Suni olarak üretilen radioaktif bozunumda ki deneylerde alfa elektron ve proton emisiyonu gözlenmiştir.

İlk düşünce A-Z kadar e- varlığıdır. 1932 n buluşu ile

N=A-Z olduğu görülmüştür.


Thomson modeline göre

saçılması sınırlı büyük

açılarda mümkün değil

Rutherford modeline göre

saçılması büyük

açılarda mümkün.


Protondan dolayı çekirdekten dışarı doğru bir Elektro Manyetik alan vardır. EA + – doğrudur.

Proton ve elektronların sayısı ile aynıdır dolayısıyla atom nötr olur.

Elektronların etkileşmesi ihmal edilir.

Kuarklar: glüonlarla biri birine bağlılar.

up kuark (u) +2/3 ud+ (Q=1)down kuark (d) –1/3 du - (Q=-1)

uud +e yük p (proton)ddu 0 yük n (nötron) boyutu <10-18 m


p ve n arasında mezonu alış verişi vardır.

Dolayısıyla p ve n arasında çekici kuvvet var.

Kuarklar arasında glüonlar kuvvetli etkileşme

Nükleonlar arsında mezonu çekici kuvvet

m = 140 MeV me = 0.5 MeV mpmn=103 MeV

mpmn > m neden: kuarklar arasındaki etkileşme

np+e-++

pn+e++


Çekirdekte ki tanecikler arasında ki reaksiyonlar (~ fm) kuvvetli ve yumuşak reaksiyonlardır ve EM reaksiyonlardan daha kuvvetli.GravitasyonElektromağnetik reaksiyonlarYumuşak tepkilerKuvvetli tepkiler


Bir çekirdek Z proton ve N nötrondan oluşur.

A kütlesi sayısı

A= N+Z

Z eşit ise Isotop

N eşit ise Isoton

A eşit ise Isobar

ZAN X


Stabil Çekirdekler

Çekirdek Nükleonlardan (n ve p) oluşur.

Elektronlar çekirdekte bulunmazlar.

P ve e- arasındaki kuvvet Coulomb kuvvetidir.

Çekirdekten yayınlanan e-

1 MeV civarında.

Çekirdeğin spin ölçümü: Döteryum (A=2 Z=1) spini 1 dir.

Halbuki p ve e- spinleri ½ dir.

Buna göre 2p bir e- olmalıydı.

Sonuç: Elektronlar çekirdekte bulunmazlar.

Nötron bulunur (1932 Chadwick)


Periyodik cetvelden elementi okuma

Ag stabil ve tabiata saf bulunma oranı % 48.161

4.7 ise (n, ) reaksiyonunda tesir kesitini veriyor.

Uyarılmış 109Ag =88 keV ile temel seviyeye döner.

Ayrıca bu reaksiyonda konversiyon e- gözlenir.

Yarılanma zamanı 39.6 s

Ag 109

48.161

39.6 s

1 88

e- 4.7+87


Çekirdek çeşitli özeliklerle belirlenirler.

Örnek: Yarıçap, kütle, kararlılık,bozunma modları, yarı ömürler, spin, tesir kesitleri, manyetik ve elektrik geçiş özelikleri sayılabilir.

Bugüne kadar 108 kararlı ve 1000 üzerinde çekirdek bulunmuştur.

Son yıllarda GSI yapılan deneylerde yeni elementler 116 kadar bulundu.


2) BİRİMLER :Uzunluk:Çekirdek çapı: fm (Fermi) cinsinde 1 fm = 10-15 m

Enerji:Enerji eV cinsinde 1 eV = 1.602 10-19 J

Atom fizik: eVÇekirdek fiziği: keV, MeVYüksek enerji fiziği: GeV, TeV

Kütle:(1u=1/12m [12C] =1.66 10-27 kg)E=mc2 [MeV/c2]1 u= 931.5 MeV , c2=931,502MeV/u


Zaman: 5He ve 8Be gibi bazı çekirdekler 10-20 s parçalanırlar.Bir çok nükleer reaksiyonlar bu zaman ölçeği içinde gerçekleşir.Gama bozunmları: 10-9 (nanosaniye, ns) ve 10-12(picosaniye, ps) zaman aralığında ki bir yarı ömür arasında meydana gelir. Alfa ve Beta daha uzun zamana tekabül eder.


Kuantum mekanik sistem:

Einstein Enerji ve kütle bağıntısı E=mc2

C=2,998 108 m/s

Plank sabiti: ħ

ħ=6,582*10-22 MeVs =197 MeV fm/c

=e2/ħc=1/137

Enerji MeV Yada ħc/fm (1MeV=ħc/197fm)

Kütle MeV/c2 Yada ħ/fmc (1MeV/c2=ħ/197fmc)

Uzaklık fm Yada ħc/MeV (1fm/c2=ħc/197MeV)

Zaman fm/c Yada ħ/MeV (1fm/c=3.10-24s)

Yük -e Yada (ħc)1/2 (-1.2(MeVfm)1/2)

ders:1 Çekirdek fizikte 1)temel kavramlar 2)birimler ve boyutlar

Documents