Bilim Son Makaleler

ÇEKİRDEK KARARLILIĞI

Tarafından yazılmıştır admin

Çekirdek bir atomun toplam hacminin çok küçük bir kısmını kaplar, ancak içerdiği protonlar ve nötronlar nedeniyle atomun toplam kütlesinin hemen tamamını oluştu­rur. Atom çekirdeğinin kararlılığını incelerken yoğunluğu hakkında bir şeyler bilmek yararlı olacaktır, çünkü bu değer parçacıkların çekirdekte ne kadar kuvvetle tutun­duklarının bir göstergesidir. Örneğin, bir çekirdeğin yarıçapının 5 X 10-3 pm ve kütlesinin 1 X 10-22 g olduğunu varsayalım. Bu değerler yaklaşık 30 protonu ve 30 nötronu olan bir çekirdeğe uygundur. Yoğunluk kütle/hacim dir ve bilinen yarıçapı kullanarak hacmi hesaplayabiliriz (Bir kürenin hacmi (4/3)πr3 dür. Burada r kürenin yarı­çapıdır). Önce pm birimini cm ye çevirelim. Daha sonra yoğunluğu g/cm3 cinsinden hesaplayalım:

Bu çok yüksek bir yoğunluktur. Bir element için bilinen en yüksek yoğunluk Osmiyum’a (Os) ait olup 22,6 g/cm3 tür. Dolaysıyla ortalama bir atom çekirdeğinin yoğunluğu en yüksek yoğunluklu element yoğunluğundan yaklaşık 9 X 1012 (yani 9 trilyon) kat daha fazladır.

Bu kadar yüksek bir çekirdek yoğunluğu doğal olarak çekirdekteki parçacık­ları bir arada sımsıkı tutan güçlerin ne olduğu sorusunu akla getirir. Elektrostatik etkileşimlerde aynı tip yüklerin birbirini ittiklerini, zıt yüklü olanların da birbirlerini çektiğini biliyoruz. Protonların birbirleri ile ne kadar yakın oldukları da dikkate alın­dığında, birbirlerini çok kuvvetli bir şekilde iteceklerini bekleriz. Gerçekten de durum böyledir. Ancak, protonların birbirlerini itmesi dışında, proton-proton, proton-nötron ve nötron-nötron kısa menzilli çekim kuvvetleri de vardır. Herhangi bir çekirdeğin kararlılığı bu elektrostatik itme ve kısa menzilli çekme kuvvetleri arasındaki fark ile belirlenir. Eğer itme kuvvetleri, çekme kuvvetlerine ağır basarsa, çekirdek, parçacıklar ve/veya ışınım saçarak parçalanır. Çekme kuvvetli üstün gelirse çekirdek kararlıdır.

Bir çekirdeğin kararlılığını belirleyen etmen nötron sayısının proton sayısına (n/p) oranıdır. Küçük atom numaralı ve kararlı elementlerde bu oran 1 e yakındır. Kararlı çekirdekler için atom numarası arttıkça bu oran 1 den büyük olmaya başlar. Bunun nedeni artan sayıdaki protonlar arasındaki kuvvetli elektrostatik itme kuvvet­lerini dengeleyecek ve çekirdeği kararlı kılacak sayıda nötrona gereksinim duyulması­dır. Çekirdek kararlılığını tahmin edebilmek için aşağıdaki kurallar faydalı olacaktır:

  1. Proton sayıları 2, 8, 20, 50, 82 ve 126 olanlar, diğerlerinden daha kararlıdır. Örneğin, atom numarası 50 olan kalayın (Sn) 10 tane kararlı izotopu varken, atom numarası 51 olan antimonun sadece 2 adet kararlı izotopu vardır. 2, 8, 20, 50, 82 ve 126 sayıları “sihirli sayılar” olarak adlandırılır. Çekirdek kararlılığı ile bu sayıların ilgisi, inert gazlardaki elektronların sayıları (2, 10, 18, 36, 54 ve 86) ile bu elementlerin aşırı kararlılığı arasındaki ilgiyle benzerlik göstermektedir.
  2. Çift sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler, tek sayılı proton ve nötron içe­renlere göre daha kararlıdır.
  3. Atom numarası 83 ten büyük olan elementlerin tüm izotopları radyoaktiftir. Tek­netyum (Tc, Z = 43) ve prometyum (Pm, Z = 61) elementlerinin tüm izotopları radyoaktiftir.

Yandaki şekilde çeşitli izotoplardaki nötron sayılarının proton sayılarına karşı gra­fiğini vermektedir. Kararlı çekirdekler grafikte “kararlılık kuşağı” adı verilen gri alanda bulunmaktadır. Radyoaktif çekirdeklerin çoğu bu kararlılık kuşağının dışın­dadır. Bu kuşağın üstündeki bölgede kalan çekirdeklerin n/p oranları kuşaktakilere göre büyük olup, bu çekirdekler “β-parçacığı yayımı” adı verilen bir bozunma ile aşağıdaki dönüşümü gerçekleştirirler:

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: