Çekirdek Kimyası Tarihçe



Yüklə 456 b.
tarix22.05.2018
ölçüsü456 b.
#45616


Çekirdek Kimyası


Çekirdek Kimyası - Tarihçe

  • 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



Biraz matematik

  • 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.


Kararlı çekirdekler

  • 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:





Radyoaktif Bozunma Kinetiği

  • 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

  • Now we can determine t:









Nükleer Reaksiyonlardaki Enerji

  • 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





Yüklə 456 b.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə