Çekirdek Fiziği I
advertisement
Ders:1 Çekirdek fizikte 1)Temel Kavramlar 2)Birimler ve Boyutlar Çekirdek fiziği I ders:1 Universiumun oluşumu: Big Bang (büyük patlama) Kuarkların oluşumu (Baryon, meson) Hafif elementlerin oluşumu (d, He, Li) Atomların oluşumu Yıldızların oluşumu Güneş sistemimizin oluşumu İnsanların oluşumuna kadar geçen zaman Çekirdek fiziği I ders:1 1s 3dk 105 y 109 y 10.109 y 15.109 y Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 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 Çekirdek fiziği I ders:1 1) Temel Kavramlar Çekirdek fiziğinin ortaya çıkışı: Universiyum başlangıcı Kimyasal elementlerin oluşumu Maddenin temel yapısı Atom Çekirdek Kuark 10-8 cm 10-12 cm < 10-13 cm 1 eV 1 MeV > 1 GeV Çekirdek fiziği I ders:1 Soru işareti 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. Çekirdek fiziği I ders:1 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 Çekirdek fiziği I ders:1 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 cm Ölçülen en küçük R(He) =2,4.10-13 cm R(Mg) =4.10-13 cm O 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. Çekirdek fiziği I ders:1 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. Çekirdek fiziği I ders:1 Thomson modeline göre Rutherford modeline göre saçılması sınırlı büyük saçılması büyük açılarda mümkün değil açılarda mümkün. Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 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) down kuark (d) uud ddu +2/3 –1/3 ud+ (Q=1) du - (Q=-1) +e yük p (proton) 0 yük n (nötron) boyutu <10-18 m Çekirdek fiziği I ders:1 p ve n arasında mezonu alış verişi vardır. Dolayısıyla p ve n arasında çekici kuvvet var. Kuarklar arasında Nükleonlar arsında m = 140 MeV glüonlar mezonu me = 0.5 MeV kuvvetli etkileşme çekici kuvvet mpmn=103 MeV mpmn > m neden: kuarklar arasındaki etkileşme np+e-++ pn+e++ Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdekte ki tanecikler arasında ki reaksiyonlar (~ fm) kuvvetli ve yumuşak reaksiyonlardır ve EM reaksiyonlardan daha kuvvetli. Gravitasyon Elektromağnetik reaksiyonlar Yumuşak tepkiler Kuvvetli tepkiler Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 Bir çekirdek Z proton ve N nötrondan oluşur. A kütlesi sayısı A N XZ A= N+Z Z eşit ise Isotop N eşit ise Isoton A eşit ise Isobar Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek Nükleonlardan (n ve p) oluşur. Stabil Çekirdekler Elektronlar çekirdekte bulunmazlar. P ve e- arasındaki kuvvet Coulomb kuvvetidir. Çekirdekten yayınlanan e1 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) Çekirdek fiziği I ders:1 Ag 109 48.161 39.6 s 1 88 e- 4.7+87 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 Çekirdek fiziği I ders:1 Çekirdek fiziği I ders:1 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. Çekirdek fiziği I ders:1 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: Çekirdek fiziği: Yüksek enerji fiziği: eV keV, MeV 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 Çekirdek fiziği I ders:1 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. Çekirdek fiziği I ders:1 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) Çekirdek fiziği I ders:1
