1. çekirdeğin yapısı ve kararlılık

advertisement
1. ÇEKİRDEĞİN YAPISI VE
KARARLILIK
1
Maddenin en küçük parçası olan cüz–ü
layetecezzada yoğun bir enerji vardır. Yunan
bilginlerinin iddia ettiği gibi bunun
parçalanamayacağı söylenemez. O da
parçalanabilir. Parçalanınca da öylesine bir enerji
meydana gelir ki Bağdat’ın altını üstüne
getirebilir. Bu, Allah’ın bir kudret nişanıdır.
Cabir bin HAYYAN*
(721–805)
* Kimya ilminin babası, Türk bilim adamı, büyük dâhi,
Harran Üniversitesi rektörü.
2
Madde, sonsuz denecek ölçüde
Nazzam*
parçalanabilir.
(792–845)
* İslam âlimi, Basra’da doğdu, Basra’da yaşadı, hayatının son
devresini Bağdat’ta geçirdi.
3
Nükleer Santral
4
Hiroşima’ya Atılan Atom Bombası
5
Nagazaki’ye Atılan Atom Bombası
6
Nükleer Deneme*
*3 Temmuz 1970 Saat 8:30’da Fransızların denizaşırı toprağı olan Mururoa ve
Fangataufa adalarında yaptığı nükleer deneme
RADYOAKTİFLİK
 Bazı atomların çekirdeklerindeki kararsız yapıdan
dolayı kararlı hâle gelebilmek için atomların
çekirdeklerinden enerji ve/veya parçacık fırlatması
veya dönüşümler gerçekleştirmesine radyoaktiflik
denir.
 n / p oranı 1,5’tan büyük veya eşit olan tanecikler ile n /
p oranı 1’den küçük tanecikler radyoaktiftir.
8
 Atom numarası 83’ten büyük olan doğal elementler
arasında radyoaktif olmayan element yoktur. 83Bi dâhil
olmak üzere hepsi radyoaktiftir.
 Atom numarası 83’ten küçük olan elementler 82Pb
dâhil olmak üzere kararlıdır. Kararlı elementlerin
sentetik izotopları, kararsız (radyoaktif) olabilir.
 Radyoaktif taneciklerin çekirdeklerinden enerji veya
parçacık fırlatmaları olayına ışıma denir.
9
IŞIMALAR
 1–Alfa ışıması: Atom çekirdeğinden 2 nötron ile 2
protonun beraber fırlatılmasıdır. Alfa ışıması yapan
atomun atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır.
 2–Proton ışıması: Atom çekirdeğinden 1 protonun
fırlatılmasıdır. Proton ışıması yapan atomun atom
numarası 1, kütle numarası 1 azalır.
10
 3–Nötron ışıması: Atom çekirdeğinden 1 nötronun
fırlatılmasıdır. Nötron ışıması yapan atomun atom
numarası değişmez, kütle numarası 1 azalır.
 4–Beta ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 nötronun;
proton ve elektrona dönüşmesidir. Beta ışıması yapan
atomun proton sayısı 1 artar, kütle numarası değişmez.
11
 5–Pozitron ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 protonun;
nötron ve pozitrona dönüşmesidir. Pozitron ışıması
yapan atomun proton sayısı 1 azalır, kütle numarası
değişmez.
 Beta ve pozitron ışımaları beta sembolüyle gösterilir. +
işareti varsa pozitron, işaret yoksa veya – işareti varsa
betadır.
12
 Elektron yakalama: Bazı çekirdekler 1.
yörüngelerinden elektron yakalayabilir. Bu yakalanan
elektron, çekirdekteki bir protonu nötrona
dönüştürür. Elektron, çekirdek tarafından yakalanınca,
onun boşalttığı yer, daha yüksek enerji düzeyinden bir
elektron tarafından doldurulur. Pozitron ışıması ile
elektron yakalanmasında aynı olay gerçekleşir
(protonun nötrona dönüşmesi). Elektron yakalamada
çekirdekten fırlatılan bir parçacık yoktur.
13
 6–Gama ışıması: Atom çekirdeğinden fazla enerjinin
fırlatılmasıdır (enerji paketi). Genelde diğer ışımalarla
beraber veya diğer ışımaların sonrasında gerçekleşir.
Gama ışıması yapan atomun atom ve kütle numarası
değişmez.
 BOMBARDIMAN: Kararlı çekirdeklerin veya
radyoaktif çekirdeklerin bazı parçacıklarla (alfa, beta,
nötron gibi) çarpıştırılmasıdır.
14
YARI ÖMÜR (YARILANMA SÜRESİ)
 Radyoaktif bir maddenin başlangıç kütlesinin yarısının
ışımalarla bozunması için geçen süreye yarı ömür
veya yarılanma süresi denir.
15
YARILANMA SÜRESİ MADDENİN
SONRADAN VAR EDİLDİĞİNİ GÖSTERİR
 Radyoaktif maddeler yarılanma sonucunda
bitmediğine göre bir başlangıçları var demektir. Şayet
madde ezelî olsaydı (maddenin başlangıcı olmasaydı)
radyoaktif maddeler çoktan bitmiş olacaktı.
Bitmediğine göre sonradan var edilmiştir. Öyleyse
madde ezelî değildir.
16
YARI ÖMÜR VE MADDE–ENERJİ İLİŞKİSİ
 Madde, kaç yarılanma geçirirse geçirsin belirli bir
miktarı kalır; örneğin uranyum bozununca kripton,
baryum, nötron ve enerji meydana gelir. Çıkan ışının
kütlesi kadar madde enerjiye dönüşmüştür.
17
DOĞAL ATOMLARIN YARI ÖMRÜ ÇOK
YÜKSEKTİR (RADYASYON TEDBİRLERİ)
 Potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarının yarı ömürleri,
diğer atomlara göre çok azdır.
 Bu azlığa rağmen, örneğin; potasyum–40 atomunun
yarı ömrü, insana zarar vermeyecek kadar uzundur.
Potasyum–40 atomlarının yarısının bozunması için 1,3
milyar yılın geçmesi gerekmektedir.
18
 İnsan vücudunda en çok bulunan radyoaktif izotoplar
potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarıdır. Diğer
radyoaktif izotopların yarı ömrü de insana zarar
vermeyecek kadar uzundur.
 Potasyum–40 atomlarının yarı ömrünün uzun olması
sayesinde, bir hücre şayet yaşasaydı 200 senede ancak 1
kez potasyum–40 bozunmasıyla karşı karşıya
kalacaktı.
19
 Bir hücre bu kadar uzun yaşamadığına göre,
potasyum–40 bozunması ve izotopun yarılanmasından
dolayı radyasyon yayılması söz konusu değildir.
20
KARARLILIK KUŞAĞI
 Kabaca n / p oranı 1,5’tan büyük veya 1,5’a eşit olan
tanecikler ile n / p oranı 1’den küçük tanecikler
kararsızdır. Bunun dışında kalanlar kararlıdır.
 Kararlı elementler; atom numarası 1 ile 82 arasındaki
82 elementtir.
 82Pb’den sonraki elementler kararsızdır.
21
BAĞLANMA ENERJİSİ (NÜKLEER
ENERJİ)
 Çekirdekteki nükleer enerjinin görevi, birbirlerini iten
pozitif yüklü protonların bir arada durmalarını temin
etmektir. Bağlanma enerjisi denmesi, bu sebepledir.
 Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü
ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı,
E ise enerjidir.
22
 Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan
kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan
kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır.
Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda,
hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye
dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir.
23
ÇEKİRDEĞİNDE NÜKLEON
BAŞINA DÜŞEN BAĞLANMA
ENERJİSİNİN EN YÜKSEK
OLDUĞU ELEMENT: DEMİR
 Demirin bağlanma enerjisi en yüksektir.
 Bağlanma enerjisinin en yüksek oluşu, ileride demir
çekirdeği parçalanabilir anlamına gelebilir.
24
 Yerkürenin çekirdeğinde demir vardır.
 Çekirdekte ağaca ait özelliklerin tamamı bulunur.
 Günümüzde dünyada yaklaşık 90 doğal element tespit
edilmiştir. Element sayısı 114’tür.
 Demir dünyanın çekirdeği olduğuna göre acaba
demirde de dünyadaki doğal elementlerin bütünü var
mıdır?
25
 Magma tabakasındaki yüksek sıcaklığın, demirin
nükleer reaksiyonundan kaynaklandığı bilinmektedir.
Bu yüksek sıcaklık, demiri eritmektedir.
 Demirde elementlerin çoğunun geçtiği bugün
keşfedilmiştir.
 İşte bunlardan dolayı ileride demir çekirdeğinin
parçalanarak çeşitli elementlerin elde edilebileceğini
söyleyebiliriz.
26
RADYASYONU VÜCUTTAN ATMAK İÇİN:
KURŞUN
 Kurşun geniş bir kapta eritilip insanın etrafında
gezdirilir.
 Daha sonra suya dökülür.
 Suya döküldüğünde çıkan sesten sonra kurşun
dağılmadıysa, külçe hâlinde kaldıysa radyasyon yoktur.
Saçma tanesi gibi dağıldıysa radyasyon var demektir.
 Aynı işleme, kurşun dağılmayıncaya kadar devam
edilir.
27
RADYASYONU VÜCUTTAN
ATMAK İÇİN GEREKLİ OLAN
BAŞLICA İKİ GIDA
 Kimyon
 Limon
28
RADYOAKTİVİTEYLE İLGİLİ BAZI
NOTLAR
 1– Radyoaktif olaylarda kütle enerjiye dönüşür.
 2– Radyoaktif olaylarda toplam proton sayısı ve toplam
nötron sayısı değişebilir. Ancak proton ve nötronların
toplam sayısı (toplam nükleon sayısı) asla değişmez.
 3– Herhangi bir dış müdahale olmaksızın
kendiliğinden ışıma yapan tanecikler doğal
radyoaktiftir.
29
 4– Radyoaktif özellikler (ışıma, yarı ömür, fisyon vb.)
sıcaklık, basınç, bileşik oluşturma gibi fiziksel veya
kimyasal etkilerle değişmez.
 5– Yarı ömür tüm atomlar için farklıdır.
 6– Yarı ömür her bir atomun farklı izotopları için de
farklıdır.
 7– Yarı ömrü uzun olan atomlar, yarı ömrü kısa
olanlara göre daha kararlıdır.
30
 8– Yarılanma hızı birim zamanda bozulan madde
miktarıdır. Dolayısıyla hem madde miktarına hem de
kütleye bağlıdır.
 9– Genelde fisyon, füzyon ve bombardıman olayları
çekirdek tepkimesi olarak isimlendirilir. Işımalar ise
bozunma olarak isimlendirilir.
31
ELEKTRONLARDAN ENERJİSİ DÜŞÜK
OLAN MI YOKSA YÜKSEK OLAN MI HIZLI
DÖNER?
 7 enerji düzeyi vardır. Çekirdeğe en yakın olan 1. enerji
düzeyi, en uzak olan da 7. enerji düzeyidir.
 1. enerji düzeyinden 7. enerji düzeyine doğru enerji
düzeylerinin enerjisi fazlalaşır. 1. enerji düzeyinin
enerjisi en az; 7. enerji düzeyinin enerjisi en çoktur.
32
 Çekirdeğe yakın elektronlar daha hızlı, çekirdeğe uzak
elektronlar ise daha yavaş dönerler.
 Herhangi bir atomun üst enerji düzeyindeki
elektronların enerjisi daha fazladır. Buna rağmen
diğerlerine göre daha yavaş dönerler. Elektronun hızı
ile enerji düzeyinin enerjisi ters orantılıdır; bu iki konu
birbiriyle karıştırılmamalıdır.
 Kimyasal bağ, en üst düzeydeki elektronların bir kısmı
ile meydana getirilir.
33
NÜKLEER KUVVET (BAĞLANMA
ENERJİSİ)
Çekirdekteki nükleer enerjinin görevi, birbirlerini iten
pozitif yüklü protonların bir arada durmalarını temin
etmektir. Bağlanma enerjisi denmesi, bu sebepledir.
Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü
ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı,
E ise enerjidir.
34
Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan
kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan
kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır.
Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda,
hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye
dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir.
35
Nükleer enerji, çekirdek reaksiyonları, radyoaktivite,
radyoaktif atom, radyasyon, kararlılık kuşağı, kararsız
atom gibi tabirleri konuyu iyi anlamak için bilmek
gerekir.
Işın yayan atomlara radyoaktif atom, bu konuya da
radyoaktivite denir.
Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar
bulunmaktadır.
36
Aynı yükler birbirini iter. Çekirdekte birden fazla
proton bulunursa bunlar, pozitif yüklü, yani aynı yüklü
oldukları için birbirlerini iterler.
Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde birden
fazla proton bulunur.
Çekirdekteki nötronlar, protonların birbirlerini
itmelerini önleyerek bağlayıcı rol oynar.
37
Bu da protonlar, nötronsuz bir arada bulunamazlar
demektir.
Bunun tersi de söz konusudur; nötronlar da her zaman
protonlara muhtaçtır. Çünkü onlar da tek başlarına
kaldıkları zaman 13 dakikada yarısı bozulmaya
uğrayarak proton ve elektron çıkartırlar.
Nötron = Proton + Elektron
Atom çekirdeği büyüdükçe proton ve nötron sayısı eşit
olarak değil, nötron sayısı daha fazla olacak şekilde
artar.
38
Tabii her şeye rağmen bu artışın yine de bir sınırı ve
ölçüsü vardır: Nötron sayısının proton sayısına oranı
en az 1, en çok da 1,5 olmalıdır. Şayet nötron sayısının
proton sayısına oranı bu ölçüyü geçmişse atom
çekirdeği kararsız bir durum arz eder. Bu atomlara
kararsız atom denir. Kararsız bir çekirdek de kendi
içinde meydana gelen radyoaktivite ile kararlı hâle
kavuşur.
39
Çekirdeğinde 83 ve daha fazla proton bulunan
elementler ne kadar çok nötrona sahip olurlarsa
olsunlar kararsızdır. Bu kadar çok pozitif yük, atom
çekirdeğinde devamlı tutulamaz. Çekirdek küçülerek
kararlı bir duruma düşer.
En istikrarlı atom hidrojen, en istikrarsız atom ise
uranyum atomudur.
Uranyum atomunun protonları, bulundukları yerde
sürekli gürültü ve infilaklara sebebiyet verir.
40
Onun için atom bombasında da temel unsurlardan biri
olarak uranyum kullanılmaktadır.
Uranyumun atom numarası 92’dir. Proton sayısı da 92
olur. Nötron sayısı ise 238–92=146 olur.
Alfa ışıması yapmak, helyum çekirdeği yaymak
demektir.
Alfa ışıması yapan atomun atom numarası 2, kütle
numarası 4 azalır.
41
238U
(Uranyum–238) atomu, bir alfa parçacığı
neşrederek proton sayısını 92’den 90’a, nötron sayısını
da 146’dan 144’e düşürür. 90 protona 144 nötron biraz
fazladır.
Uranyum bu defa bir beta parçacığı neşreder.
Beta ışıması elektron yaymaktır. Beta ışıması yapan
atomun atom numarası 1 artar, kütle numarası ise
değişmez.
42
Neşredilen beta ışını sonucunda uranyum çekirdeği
proton sayısını bir arttırır, nötron sayısını değiştirmez.
Böylece proton sayısı 91 olur, nötron sayısı 144’te kalır.
Beta bozunması sırasında çekirdekteki nötronlardan
biri, proton ve elektrona parçalanmıştır.
Nötron → Proton + Elektron
43
Proton sayısının her değişmesinde farklı bir element
oluşur. Bir seri hâlinde bu iş devam eder gider. Nihayet
uranyum atomu çekirdeği, 82 protonlu ve 124 nötronlu
olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür.
Radyoaktif bozunma, yalnız nötron–proton
dengesizliğinden (nötron sayısının proton sayısına
oranının yüksekliğinden) kaynaklanmaz.
44
Bazen sadece proton sayısının yüksek oluşu da buna
sebep olabilir (pozitron bozunması).
Pozitron, elektronun zıt ikizidir; kütlesi elektronun
kütlesine eşittir; her şeyi elektronla aynı, sadece yükü
farklıdır. Elektronun yükü –1, pozitronun yükü ise
+1’dir. Pozitron bozunmasında; atom numarası 1
azalırken, kütle numarası değişmez.
45
Çekirdekteki nötronlar, elektrik bakımından
yüksüzdür. Yüksüz oldukları için bir madde içinde
uzun yol alabilirler. Bu ağır parçalar, ağırlıklarına göre
süratlenirler. Hızları, ışık hızından saniyede birkaç
km’ye kadar değişir. Nötronların bazıları çok ağırdır;
bu ağırlıklarından dolayı öyle hız kazanabilirler ki, en
kesif maddelerin bile bir tarafından girip öbür
tarafından çıkabilirler.
46
Nötronlar bu süratle, 30 cm kalınlığındaki demir ve
kurşundan bile geçebilir. Ancak atom çekirdeğiyle
çarpışmalarında enerjilerini kaybederler.
Kuş havada ne kadar rahat uçuyor veya balık denizde
ne kadar rahat yüzüyorsa, nötronlar da o hız sayesinde
o kadar rahat hareket ederler.
47
Bu özellikleri taşıyan nötronlar, çekirdek içinde
enerjilerini, protonları bir arada tutmak için
kullanırlar.
Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde, mutlaka
nükleer enerji bulunur. Hidrojen atomunun
çekirdeğinde proton 1 adet olduğundan, hem nötrona
hem de nükleer enerjiye ihtiyaç yoktur.
48
Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü
ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı,
E ise enerjidir. Nükleer reaksiyonlarda, atom numarası
ve kütle numarası korunmaktadır; bu durum kütlenin
korunduğu anlamına gelmez. Nükleer reaksiyonlarda
kütle kaybı olur.
Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan
kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan
kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır.
49
Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda,
hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye
dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir.
Olay, saatin kurulup bırakılması gibi de değildir:
Protonların birbirlerini itmemeleri için başlangıçta
maddenin enerjiye dönüşmesiyle başlayan görevi,
nötronlar her an sürdürmektedirler. Ayrıca var etme
her an sürmektedir.
50
YALNIZ HİDROJEN ATOMUNUN
ÇEKİRDEĞİNDE NÖTRON
BULUNMAMASININ SEBEBİ
 Nötronun görevi; birden fazla protonu bulunan
çekirdeklerde, protonların birbirlerini itmesini
önlemektir.
 Hidrojen atomunun çekirdeğinde 1 tane proton
bulunduğundan, böyle bir görev söz konusu değildir.
Bu nedenle de hidrojen atomunun çekirdeğinde
nötron yoktur.
51
PROTON VE NÖTRON SAYISI,
HANGİ ATOM
ÇEKİRDEKLERİNDE EŞİTTİR?
 Atom numarası çift ve 20’ye kadar olan atomlarda,
proton sayısı ile nötron sayısı birbirine eşittir.
52
NÖTRON SAYISININ; PROTON SAYISINA
GÖRE DAHA FAZLA OLACAK ŞEKİLDE
ARTMASININ, BELLİ BİR SINIR VE ÖLÇÜSÜ
VAR MIDIR?
 Atom numarası tek ve 20’ye kadar olan atomlarda
nötron sayısı, proton sayısından bir fazladır. Atom
numarası 20’den sonra, nötron sayısının gittikçe
fazlalaşarak arttığı görülür. Bu artışın belli bir sınır ve
ölçüsü vardır.
53
NÖTRON SAYISININ PROTON SAYISINA
BÖLÜMÜ 1,5’U GEÇMİŞSE NASIL BİR
DURUM ORTAYA ÇIKAR?
 Atom numarası 20’nin üzerindeki atom
çekirdeklerinde; nötron sayısının, proton sayısına göre
gittikçe daha fazlalaşarak artışı, belli bir sınır ve ölçüyü
geçerse kararsızlık başlar.
54
ÇEKİRDEK KARARLILIĞIYLA ATOM
KARARLILIĞI KARIŞTIRILMAMALIDIR
 Çekirdek kararlılığı ile atom kararlılığı; farklı
hususlardır.
 Atom kararlılığındaki ölçü, soy gaza benzemedir.
 Çekirdek kararlılığındaki ölçü ise, n / p oranının 1,5’tan
küçük olmasıdır. Doğal elementlerde oran 1’den küçük
olmaz.
55
RADYOAKTİVİTE KONUSUNDA KARARLI ELEMENT
NE DEMEKTİR VE HANGİLERİDİR?
 Kararlı element; ışın yaymayan ve bozunmayan
elementtir.
 Nötron sayısının proton sayısına bölümünün 1,5’a
kadar olduğu elementler kararlı elementlerdir.
 Bunlar; atom numarası 1 ile 82 arasındaki 82
elementtir. 1H’den başlar, 83Bi’ta son bulur. Sonuncu
kararlı element 82Pb’dur.
56
KARARSIZ ELEMENTLER
 Kütle numarası 206 olan 82Pb’dan sonraki elementler
kararsızdır.
 n / p oranı arttıkça ve proton sayısı yükseldikçe atom
çekirdeğindeki kararsızlığın arttığı görülür.
 Kararsız elementlerde n / p oranı 1,5’tan büyüktür.
57
 Kararsız doğal elementler 83Bi (bizmut), 84Po
(polonyum), 85At (astatin), 86Rn (radon), 87Fr
(fransiyum), 88Ra (radyum), 89Ac (aktinyum), 90Th
(toryum), 91Pa (protaktinyum) ve kütle numarası 238
olan 92U (uranyum)’dur.
 92U’den sonraki elementler sentetiktir.
58
KARARSIZ ELEMENTLERE KARŞI
NASIL BİR ÖNLEM ALINMIŞTIR?
 Kararsız 10 atom; hem çevrelerine ışın yayar hem de
çekirdeklerindeki enerjiyi dışarı verir. Böylece kararlı
duruma geçerler (nükleer reaktörler). Bu elementlere
radyoaktif element, bu olaya da radyoaktivite denir.
59
RADYOAKTİF BOZUNMA SERİLERİ
 Uranyum, toryum ve aktinyum serisi olmak üzere 3
seri vardır. Her 3 seride de atom çekirdeği, bir seri
değişim sonucunda 82 protonlu olan kararlı kurşun
atomu çekirdeğine dönüşür.
 Her bir değişimde atomlar enerjisini dışarı verir.
Enerjinin dışarı verilmesiyle atom kararlı hâle geçer.
Zaten kararlı elementlerin sonuncusu kurşundur.
60
ATOM NUMARASI EN BÜYÜK KARARLI
ELEMENT: KURŞUN
Bazı kaynaklarda bizmut geçmektedir. Bizmut şu
yönlerden olamaz:
 Bizmutun n / p oranı 1,5’tan büyüktür.
 Kararsız atom çekirdekleri, bir seri değişim sonucunda
82 protonlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine
dönüşür. Bizmutta karar kılınmaz, kurşunda karar
kılınır.
 Kurşun radyoaktiviteyi alır, bizmut radyasyon yayar.
61
KARARSIZ ÇEKİRDEKLERDEKİ DÖNÜŞÜM
REAKSİYONLARI
 Nötron → Proton + Elektron





Proton + Elektron → Nötron
Proton → Pozitron + Nötron
Pozitron + Nötron → Proton
Pozitron + Elektron → Gama ışını
Gama ışını → Pozitron + Elektron
Denklemler formüllerle yazılırsa giren ve ürünlerin,
atom ve kütle numaralarının eşit olduğu görülür.
62
NAZZAM’IN PARTİKÜL TEORİSİ
İLE İLGİLİ 12–13 ASIR ÖNCEKİ
KEŞFİ
 Atom teorisini ilk ortaya koyan Yunan bilginleri
maddenin en küçük parçasının atom olduğunu
söylerken bir İslam âlimi olan Nazzam, maddenin
sonsuz denecek ölçüde parçalanabileceğini söylemiş ve
günümüzün ilim adamlarından biri gibi konuşmuştur.
63
 Bugünün partikül teorisi perspektifinden atom altı
parçacıklar düşünülerek bu meseleye bakıldığında
Nazzam’ın 12–13 asır önce, çok derin şeyler söylemiş
olduğu iddia edilebilir.
64
NAZZAM “MADDE, SONSUZ
DENECEK ÖLÇÜDE
PARÇALANABİLİR.” DEMEKLE
NELERİ SÖYLEMİŞTİR?
 1. Atomun parçalanabileceğini belirtmiştir.
 2. Atom altı parçacıklara işarette bulunmuştur.
 3. Maddenin bir başlangıçtan itibaren var olduğunu
ifade etmiştir.
 4. Yarı ömürden söz ettiği düşünülebilir.
65
ESİR VE ENERJİ
 Atomların yapı taşı birdir. Proton, nötron ve
elektronun farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle farklı
atomlar ortaya çıkar. Bunun gibi proton, nötron,
elektron ve diğer atom altı parçacıklar da aynı yapı
taşının farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle ortaya
çıkar. Buz ile su buharının birleşmesinden su
oluşabilir. Bunun gibi atom içinde de birleşme,
dönüşüm ve eşitlik gerektiğinde olur.
66
 Bu birleşme, dönüşüm ve eşitlikler çekirdek
tepkimesidir. Bu durum bize hem esir maddesinin
enerji ile ilgili olduğunu ispat eder. Hem de atomdaki
taneciklerin yapı taşının aynı olduğu konusunda fikir
verir.
 Bu birleşme, dönüşüm ve eşitliklerden bazıları
şunlardır:
Proton + Elektron → Nötron
Nötron → Proton + Elektron
67
 Esirde tabir caiz ise büyük bir enerji olduğu
düşünülüyor.
 Kandiller bir zaman zeytinyağı ile yakılır. Sonra petrol
ve elektrik enerjisi devreye girer. Petrolün devrinin
bitmesi yakın görünüyor. Yer ve gök hazinelerinin
üstündeki perdenin kalkacağı ve yeni enerji
kaynaklarının açılacağı bir dönem beklenmektedir. O
dönemin ulaşım vasıtaları temiz enerjiyle veya enerjiye
bile lüzum görülmeden çalışacaktır.
68
KUARK ADIYLA BİLİNEN ATOM
ALTI PARÇACIKLAR VE NÜKLEER
KUVVET
 Kuarklar; proton ve nötronları oluştururlar.
 Kuark adı verilen partiküller de çiftler hâlindedir:
Yukarı kuark–aşağı kuark, üst kuark–alt kuark, tuhaf
(garip) kuark–tılsım kuark.
69
 Kuarklar; hem elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet ve
nükleer kuvvetin ortaya çıkmasına sebeptir hem de
bunların etkilerini duyarlar.
 Kuarklar belki de esirdir.
70
MADDENİN ZIT EŞİ (ANTİ
MADDE) VE ENERJİ
 Bildiğimiz atoma karşılık olarak çekirdeği negatif,
elektronu pozitif (pozitron) olan atomlar da vardır. Bu
atomlardan oluşan madde; maddenin zıt eşi veya anti
madde olarak adlandırılır.
 Sebepler dünyasında her şeyin çift yaratılmış olmasını,
anti madde ile evren bazında da görmüş oluyoruz.
71
 Madde, enerjinin yoğunlaşmış şekli olarak da tarif
edilebilir ve tekrar enerjiye dönüşebilir.
 Fisyon ve füzyon reaksiyonlarında, kütlenin binde bir,
on binde bir gibi çok küçük bir kısmı enerjiye dönüşür.
Geri kalan kısmından ise başka element oluşur.
 Anti madde, kuantum mekaniğinin en sırlı
konularındandır.
 Dünyada anti madde yoktur.
72
 Anti maddenin varlığı CERN’de tanecik
hızlandırıcılarda ortaya konulmuştur. Atom altı
parçacıkların ışık hızına yakın hızda parçalanmasıyla
CERN’de çok küçük miktarda bir görünüp bir kaybolan
anti madde ispatlanmıştır.
 Anti madde bazı yıldız sistemlerinde bulunmaktadır.
 Evren var edildiğinde, eşit miktarda madde ve anti
maddenin yaratıldığı tahmin edilmektedir.
73
ANTİ MADDE NİÇİN BİR GÖRÜNÜP BİR
KAYBOLUYORDU? (DÜNYADA ANTİ
MADDE NEDEN YOKTUR?)
 Beta bozunmasında, nötron protona dönüşür ve
dışarıya bir elektron ile bir anti nötrino denilen
tanecik neşrolunur.
 Nötron → Proton + Elektron + Anti nötrino
 Bazı nadir izotoplarda ise çift beta bozunması görülür.
74
 Çift beta bozunmasında, nötronların ikisi birden aynı
anda bozunur. İki protona dönüşür. Bu esnada iki
elektron ile iki anti nötrino yayılır.
 Çift beta bozunmasının farklı bir versiyonunda ise anti
nötrino oluşmaz.
 Beta bozunmasında dışarıya bir anti nötrino neşredilir.
Çift beta bozunmasında ise dışarıya iki anti nötrino
neşredilir. Bu; bir nötronda bir anti nötrino bulunduğu
anlamına gelir.
 2Nötron → 2Proton + 2Elektron
75
 Çift beta bozunmasının farklı versiyonunda oluşan
anti nötrino çekirdekten dışarı çıkamadan,
çekirdekteki bir başka nötron tarafından absorbe
edilir. Bizim bunu gözlemimiz, anti nötrinonun bir
görünüp bir kaybolması şeklinde olur. Buna, anti
nötrinonun gizlenmesi de diyebiliriz. Dünyada anti
maddenin olmayışı, anti maddenin gizlenmesinden
dolayı olabilir. Şayet böyleyse; nötronun yapısında
gizlenmiş anti nötrino maddenin temel parçacıkları
arasında ayrı bir yer alacaktır.
76
 Anti madde, tanecikler arasında müstakil olarak
mevcut değildir.
 Anti madde, evrenin başlangıcında yüksek sıcaklık
şartlarında mevcuttu.
77
DÜNYADA NİÇİN ANTİ MADDE
YOKTUR?
 Anti madde ile madde birbirine temas ettiğinde her
ikisi de büyük bir enerji açığa çıkararak ortadan
kaybolurlar.
 Madde ile anti madde karşılaştığında; maddenin
%100’ü enerjiye dönüşür. Bu, patlayan bir hidrojen
bombasının bıraktığının, 143 katı fazla enerji demektir.
 Şayet dünyada anti maddenin gizlenmesi olmasaydı,
dünya olmayacaktı.
78
ELEKTRON İLE POZİTRON
BİRBİRİNİN ANTİ MADDESİDİR
 Elektron ve pozitron arasındaki temas neticesinde,
511000 elektron volt (eV) gibi enerjiye sahip gama
ışınları meydana gelir.
 e elektron, V ise volt demektir. eV elektron volt olarak
okunur. Bazı kitaplarda elektro volt olarak
geçmektedir. Doğrusu elektron volttur.
79
 Gama ışını, enerjisi en yüksek ışındır.
 Elektronun (madde) atom numarası –1, kütle atom
numarası 0’dır. Pozitronun (anti madde) atom
numarası +1, kütle atom numarası 0’dır.
 İkisini topladığımızda atom numarası da kütle atom
numarası da 0 olan gama ışını oluşur ve enerji açığa
çıkar.
80
KARANLIK ENERJİ VE KARANLIK
MADDE
 Bir görüşe göre de bilinmeyen % 96’nın; % 70’i
karanlık enerji, % 20’si ise karanlık maddedir.
 Evrendeki maddenin sadece % 4’ünün ne olduğu
bilinmektedir.
 Varlığın gözlemlediğimiz kısmı; bütününe göre çok
azı, ufak bir parçasıdır.
81
FOTON (IŞIK PARÇACIĞI),
GÜNEŞTEKİ ENERJİYİ DÜNYAYA
TAŞIR
 Foton, evrenin en hızlı parçacığıdır. Kütlesiz ve
elektrikçe yüksüzdür. Saniyede 300 milyon km yol alır.
 Fotonun görevi, güneşteki enerjiyi dünyaya taşımaktır.
 Elektromanyetizmanın taşıyıcısıdır.
 Elektrik yüklü parçacıklar üzerine etkir.
82
FOTON GÜNEŞİN MERKEZİNDE
VAR EDİLİR
 İlk var edildiği yer, güneşin merkezidir. Güneşin
merkezindeki sıcaklık 15 milyon °C’tır.
 Güneşin merkezinde var edilen her bir foton ilk başta
yüksek enerjiye sahiptir.
 Fotonlar güneşin merkezindeki çarpışmalar
sonucunda soğur. Böylece farklı özellikte, düşük
enerjili birçok değişik foton meydana gelir.
83
 Güneşten çıkan foton, yaklaşık 8,5 dakikada dünyaya
ulaşır.
 Foton çeşitlerinden zararlı olanları, dünyamıza
ulaşamaz. Ozon tabakası, bunları tutmakla görevlidir.
 Güneşte füzyon sonucu 4 adet hidrojen çekirdeğinden,
1 adet helyum çekirdeği oluşur ve 2 adet pozitron
meydana gelir. Böylece her saniye 564 milyon ton H
(hidrojen) elementi, He (helyum) elementine
dönüşmüş olur.
84
 Bu dönüşüm esnasında güneş, her saniye kütlesinden
E=mc2 formülüne göre 4 milyon ton kaybeder.
 Bu azalan kütle enerjiye dönüştürülür.
 Güneş enerjisi hâlinde dünyamıza gelir.
 Foton ve nötrinolar da böylece meydana gelir.
 Foton adı verilen parçacıklara da atom altı parçacık
denebilir. Fotonlar çeşitlidir.
85
NÖTRİNO
VE
ENERJİ
 Nötrino atom altı parçacıklardandır.
 Nötrino da; fotonlar gibi, güneşte, hidrojenin helyuma
dönüşmesi anında, maddenin enerji karşılığı olarak
meydana gelir.
86
ÇEKİRDEK KUVVETİ, GLUON
(GULON) TARAFINDAN TAŞINIR
 Atomun yapısında gluon adı verilen parçacık da
belirlenmiştir.
 Şiddetli çekirdek kuvveti, gluon diye bilinen sekiz
parçacık tarafından taşınır.
 Kütlesiz ve elektrik yüksüzdür.
 Elektromanyetik kuvvet ve zayıf kuvvete karşı
duyarsızdır.
87
TAKYON (TACHYON) VE ENERJİ
 Takyon, Latince’de “çok hızlı” demektir.
 Takyonlar ışıktan hızlı, kütlesi eksi, boyutları sıfırdan
küçük olan atom altı parçacıklardır.
 Takyonların keşfi, enerjinin ışıktan hızlı gidebileceğini
göstermiştir.
88
MADDE NAKLİ OLMASI İÇİN
İZAFİYET
(RÖLATİVİTE=GÖRELİLİK)
TEORİSİNİNİN GEÇERLİLİĞİNİ
YİTİRMESİ Mİ GEREKİR?
 Cisimlerin hareket ettikleri yönde boylarından
kaybedeceklerini ve ışık hızına erişince de yok
olacaklarını belirtmiştik.
89
 Einstein’ın izafiyet teorisine göre ise, ışık hızına erişen
bir cismin kütlesi sonsuz oluyordu. Günümüzde böyle
olmadığı ortaya çıkmıştır. Işık hızının aşılmasıyla,
kütlenin sonsuz olmadığı ispat edilmiştir.
90
PROF. DR. PAUL DİRAC (1902–
1984) VE UCUZ ENERJİ ÜRETİMİ
 Prof. Dr. Paul Dirac, fizik profesörüdür.
 Prof. Dr. Paul Dirac, esir maddesinin kabul edilmesi
sonucunda ilmî görüşlerde yeni değişiklikler olacağını
ve ucuz enerji üretiminde faydalar elde edileceğini
belirtmiştir.
91
 Prof. Dr. Paul Dirac, her yanı kaplayan ve hareket eden
bir tanecik denizinden söz etmiştir.
 Prof. Dr. Paul Dirac, 1933'te Schrödinger ile beraber
Nobel Fizik Ödülü almıştır.
92
DR. FRANK M. MENO (1934–….)
VE ENERJİ
 Pittsburgh Üniversitesi'nden Dr. Frank M. Meno adlı
bilim adamının esir maddesiyle ilgili hipotezi vardır.
Dr. Meno, esir üzerindeki çalışmalarına 1961 yılında
başlamıştır. 1990 yılında Kanada'da "Physics Essays"
isimli uluslararası bir dergide esirle ilgili yazısı
yayımlanmıştır.
93
 Dr. Meno'nun teorisine göre; gyron (jayron) denilen
atom altı parçacık esir maddesinin temelini teşkil eder.
Gyron küresel değildir. İki ucu sivri ve ortası dar bir
kalem şeklindedir. Kâinatta her şey bu maddeden ve
bu maddenin dinamiğinden ibarettir. Bir adet atomda
yaklaşık 1020 gyron vardır. Dolayısıyla evrenin en
küçük parçacığı gyrondur. Dr. Meno‘ya göre; esirin
uygulama alanları ileride; telepati, düşünce akışı,
iletişim, enerji kontrolü, tıbbi tedavi gibi alanlar
olacaktır.
94
ESİRLE İLGİLİ KEŞİF VE
BULUŞLAR, ENERJİ
PROBLEMİNİN ÇÖZÜLMESİNDE
YENİLİK GETİRECEKTİR
 Kimyacılar ve fizikçiler esir maddesine özel bir önem
vermelidirler. Esirle ilgili keşif ve buluşlar, enerji
probleminin çözülmesinde yenilik getirecektir.
95
 Yerlerin ve göklerin insanlık için bütün hazinelerini
açması belki de bu yolla olacaktır...
96
SENTETİK RADYOAKTİF
İZOTOPLARIN KULLANIMI
 Sentetik izotoplar, radyoaktiftir. Belirli bir dozajı
geçerse, kansere sebep olur.
 Radyoaktif olan 60Co sentetik izotopu, ambalajlı
gıdaların ışınlanmasında kullanılır. Işınlamadaki
radyoaktif madde belirli bir limiti geçerse, alet
otomatik olarak durur. Bu amaçla eskiden 60Cs de
kullanılırdı, kanser riski fazla olduğundan artık
kullanılmamaktadır.
97
 Radyoaktif olan 14C sentetik izotopu eskiden, ağaçların
ve fosillerin yaşının tayininde kullanılırdı. Bulunan
sonuçların yanlış olduğu belirlendiğinden günümüzde
terk edilmiştir. Güvenilir bir metot olmadığı açığa
çıkmıştır.
 99Tc, 201Tl, 67Ga, 111In, 123I sentetik izotopları da
radyoaktiftir ve sintigrafi çekimlerinde kullanılır.
 131I ve 60Co sentetik izotopları da radyoaktiftir, kanser
tedavisinde kullanılır.
98
 “Sentetik izotoplar bilimde hiçbir şekilde ve hiçbir
alanda kullanılmamalıdır.” diyen ilim adamları çoktur.
 “Kanserden öldü.” denilen hastaların çoğu kanserden
değil, kanser ilaçlarının yan etkisinden ölmektedir.
 Sentetik izotop vb. ilaçlarla son derece riskli olan
kanser tedavi yolları denenmektedir. Gelecekte bir
kısım antikorların üretilmesiyle kanser tedavisinde
daha başarılı olunacaktır.
99
 Radyoaktif sentetik izotopların ve radyoaktif ışınların
kansere karşı kullanımı önümüzdeki günlerde terk
edilecektir. Böylece hastalar günümüzün kanser
ilaçlarının ölümcül bile olabilen yan etkisinden
kurtulacak ve zarar görmeyeceklerdir. Kanser hastalığı,
insanlığın korkulu rüyası olmaktan çıkacaktır.
100
Download