Çekirdek Kimyası
Bu modüle kadar olan tepkimelerde “elektronlar” etkindi. Bazı reaksiyonlar ise doğrudan atom çekirdeği ile ilintilidir 1895’te Wilhelm Rontgen X-ışınlarını keşfetmesi (fotograf plağı üzerindeki lekeler) 1896 Henry Becquerel bazı tuzların (Uranyum sülfat) fotoğraf plakları üzerinde lekeler oluşturabileceğini gördü. Marie-Pierre Curie radyoaktif elementler keşfedildi Ernest Rutherford, radyoaktif elementlerden yayılan ışınları tanımladı.
Çekirdek Çekirdek proton ve nötronlardan oluşmaktadır. Proton sayısı atom numarasına eşittir. Proton ve nötron sayısı toplamı ilgili atoma ait kütle numarasını verir
Çekirdek yarıçapları (r) kütle numarasının küp kökü ile doğru orantılıdır. r=(1.3x10-13) A1/3 Kürenin hacmi = 4/3 r3 Atom çekirdeklerinin ortalama yoğunluğu: 2.44x1014 g/cm3 Yani bir cm3 lük çekirdeği olsaydı, bunun ağırlığı 250 milyon ton olacaktı!
İzotoplar Aynı elementin tüm atomları aynı kütle numarasına nötron sayısındaki farklılıklardan ötürü sahip olmayabilir. Uranyum’un doğal oluşmuş izotopları: - Uranium-234
- Uranium-235
- Uranium-238
Radyoaktivite Bazı çekirdekler kararsız olup radyoaktif özellik gösterirler. Bu özellikteki çekirdeklere radyoaktif çekirdekler ismi verilir. Radyoaktif çekirdeklerin farklı radyoaktif çekirdeklere bozunmasında birçok yollar bulunmaktadır.
Radyoaktif bozunma tipleri
Alfa bozunması: Bir -partikül kaybı (bir helyum çekirdeği)
Beta Bozunması: Bir -partikülün kaybı (bir yüksek enerjili elektron)
Pozitron yayımlanması: Bir pozitron kaybı (elektronla aynı kütleye sahip zıt işaretli partikül)
Gamma Yayımlaması: bir -ray kaybı (yüksek enerjili radyasyon, her zaman nükleer partikül kaybı ile sonuçlanır)
Elektron yakalama (K-Capture) Çekirdekteki bir protona bir elektronun katılması - Bu işlemin sonucu olarak, proton nötrona dönüşür.
Nötron-Proton Oranları Birden fazla protona sahip elementlerin çekirdeklerinde protonlar arasında bir itme kuvveti oluşmaktadır. Güçlü bir çekirdek kuvveti çekirdeğin dağılmasını önlemektedir.
Nötron-Proton Oranları Nötronlar çekirdeğin stabilizasyonunda önemli roller oynarlar. Dolayısıyla, nötron-proton oranları önemli bir faktördür.
Nötron-Proton Oranları Küçük çekirdekler için(Z 20), kararlı çekirdeklerin nötron-proton oranları 1:1’e yakın olmalıdır.
Nötron-Proton Oranları
Kararlı çekirdek - Şekildeki gölgeli bölge kararlılık kuşağını göstermektedir.
Bu kuşağın üzerindeki çekirdekler oldukça çok sayıda nötron içerirler. Bu bölgedeki atomlar beta partikülleri yayımlama şekliyle bozunma eğilimindedirler.
Kararlı çekirdekler Bu kuşağın altında kalan bölgedeki çekirdekler çok sayıda proton içerirler. Bu bölgedekiler daha çok kararlı kalmak için pozitron emisyonu veya elektron yakalama ilgilisindedirler.
Kararlı Çekirdekler 83 atom numarasının üzerinde kararlı çekirdek bulunmamaktadır. Bu tür çekirdekler alfa emisyonuna uğrama isteğindedirler.
Radyoaktif Seriler Büyük radyoaktif çekirdekler sadece bir bozunma geçirerek stabil hale gelmezler. Bu tür çekirdekler kararlı bir çekirdek formuna ulaşıncaya kadar bozunma serileri geçirirler (often a nuclide of lead).
Bazı Trendler 2, 8, 20, 28, 50 ya da 82 proton ya da 2, 8, 20, 28, 50 ya da 82 nötrondan oluşmuş çekirdekler farklı sayıda proton ve nötronlardan oluşmuş çekirdeklere kıyasla daha kararlı olma eğilimindedirler.
Bazı Trendler Çift sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdekler tek sayılı proton ve nötrondan oluşmuş çekirdeklere kıyasla daha kararlıdırlar.
Çekirdek Transformasyonları - Çekirdek transformasyonları bir partikülün hızlandırılarak bir çekirdekle çarpıştırılmaları ile sağlanabilir.
Partikül Hızlandırıcıları Partikül hızlandırıcıları oldukça büyük yapılar olup dairesel şekildedirler. Bu hızlandırıcıların çapları millerce uzunlukta olabilir.
Radyoaktif Bozunmanın Kinetiği Çekirdek transmutasyonları birinci mertebe kinetiğine uyar. Bu tarz bir kinetik aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir:
Böyle bir prosesin yarılanma ömrü:
Radyoaktivite Ölçümü Radyoaktif bir örnekteki aktivite Geiger Sayacı ile ölçülebilir. İyonize radyasyon iyonlar olluşturur, bu bir akıma dönüşür ve bu akım da Geiger cihazı ile ölçülür.
Radyoaktif Bozunma
Radyoaktif Bozunma Kinetiği First we need to determine the rate constant, k, for the process.
Kinetics of Radioactive Decay
Çekirdeklerde oldukça yüksek miktarlarda enerji depolanmıştır. Einstein’in ünlü denklemine göre, E = mc2, Enerji doğrudan madde miktarı ile ilintilidir. Başka bir deyişle madde enerjinin yoğunlaşmış halidir.
Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji Daha önce tartışılan kimyasal reaksiyonlarda ortaya çıkan enerji oldukça küçüktür. Bununla birlikte, nükleer reaksiyonlarda ortaya çıkan enerji kimyasal reaksiyonlarda ortaya çıkan enerjiden binlerce kat daha yüksektir.
Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji 1 mol uranyum-238 bozunması için kütle kaybı 0.0046 g dır. Enerji değişimini hesaplayınız. E = (m) c2 E = (4.6 10−6 kg)(3.00 108 m/s)2 E = 4.1 1011 J
Nükleer Fisyon Bir dokunuş nasıl enerjiye dönüşür? Nükleer fisyon nükleer reaktörlerde gerçekleşmektedir.
Nükleer Fisyon Radyoaktif bir çekirdeğin nötronla bombardımanı prosesi başlatır. Transmutasyon reaksiyonları sonucu ortaya çıkan nötronlar diğer çekirdeklere saldırır, onlarında bozunmasına neden olur ve daha fazla nötron oluşmasına neden olur.
Nükleer Fisyon Bu proses nükleer zincir reaksiyonu olarak isimlendirilir.
Nükleer Fisyon Ortaya çıkan nötronların çevresinde yeterli radyoaktif çekirdek yoksa zincir reaksiyonları sonlanacaktır.
Nükleer fisyon Dolayısıyla, nükleer fisyonda sürdürülebilir zincir reaksiyonu olabilmesi için ortamda belirli bir düzeyde fisyon yapabilecek düzeyde materyal bulunması gerekmektedir: Buna kiritik kütle denir.
Nükleer Reaktörler Nükleer reaktörlerde elde edilen ısı buhar elde etmek için kullanılır. Buhar türbinlerin dönmesine yardımcı olarak elektrik enerjisi elde edilir.
Nükleer Reaktörler Reaksiyon kontrol çubukları ile kontrol edilir. Bu çubuklar bazı nötronları bloke ederek tehlikeli süper kritik noktanın aşılmasını önler.
Nükleer Füzyon Füzyon enerji elde etmekte öncül metotlardan birisi olabilir. - İyi haber: reaksiyon ürünleri radyoaktif değil.
- Kötü haber: füzyon reaksiyonları için yüksek sıcaklık değerlerine ulaşılması gerekmektedir. Materyaller birkaç milyon kelvin sıcaklık değerinde olmalıdır.
Nükleer Füsyon Tokamak apparatı bu tip reaksiyonlarının gerçekleştiği ortamdır. Materyalin ısıtılması için manyetik alan kullanılır.
Nuclear Medicine: Imaging
Dostları ilə paylaş: |