Atom çekirdeÄŸinin içine bakış

Çekirdek fizikçileri, atomu nükleer santrallarda denetim altında parçalayarak elektrik ürettiler. Åžimdi çok daha zoru deniyorlar: Atomu kaynaÅŸtırarak, sürekli ve daha ucuza elektrik üretecekleri bir nükleer fırın yaratmak. Tıpkı Güneş’teki gibi!...AÅŸağıda atomun yapısına ve özelliklerine kısaca bir göz atıyoruz.Atomlar, pozitif elektrik yüklü çekirdekler ve bunları saran negatif elektrik yüklü elektronlardan oluÅŸur. Çekirdek, atomun binde biri büyüklüğündedir, ama atom kütlesinin % 99.9'unu içerir. Çekirdekte pozitif yüklü protonlar ve nötr olan nötronlar bulunur. Atomun yapısıBir çekirdekteki proton sayısına atom numarası denir ve Z olarak gösterilir. Nötron sayısı ise N ile gösterilir. Z ile N'nin toplamı, çekirdeÄŸin atom kütlesi olan A'yı verir. Elementlerin yapısıBugün 112 element bilinmektedir. En hafifi hidrojen, en ağırı, henüz adlandırılamayan 112'dir. Uranyumdan ağır olan tüm elementler, insan yapımıdır. Radyoaktivite Henri Becquerel 1896'da uranyum içeren elementlerle çalışırken, ışığı önlemek amacıyla kullandığı levhaların buÄŸulandığını, yani ışık aldığını farketti. Uranyum ve birkaç elementin bu tür bir ışınım yaydıkları anlaşıldı. Bunlara radyoaktif madde denir ve bu tür maddeler radyoaktif bir bozunma yaÅŸarlar. 1899'da Ernest Rutherford uranyum bileÅŸimlerinin üç tür ışınıma yol açtığını gördü ve bunlara alfa, beta ve gamma ışınımı adlarını verdi. Alfa ışınları bir kağıt parçasıyla önlenebilirken, yüksek hızda elektronlar olduÄŸu anlaşılan beta ışınları ancak altı milimetre kalınlığında alüminyumla durdurulabiliyordu. Yüksek enerjili fotonlardan oluÅŸan gamma ışınları içinse birkaç milimetre kalınlığında kurÅŸun gerekiyordu. Alfa parçacıklarında radyoaktif bozunma, çekirdeÄŸin atom numarasının düşmesiyle sonuçlanır ve bu iÅŸlem sırasında bir enerji salınır. Beta parçacıkları salan bir çekirdeÄŸin elektron kütlesi zaten çok küçük olduÄŸundan, bozunum sonunda atom numarası çok az deÄŸiÅŸir. Gamma ışınları ise çekirdek içindeki elektrik yükünün yeniden dağılmasıyla sonuçlanır, ama çekirdeÄŸin kütlesi ve atom numarası deÄŸiÅŸmez. Yarı ömürBelli bir miktardaki radyoaktif izotopun atomlarının yarısının bozunması için gereken zamana yarı ömür denir. Sözgelimi Uranyum 238'in yarı ömrü 4,5 milyar yıldır, yani 4,5 milyar sonra Yer'deki uranyumun yarısı baÅŸka elementlere dönüşecektir. Bundan sonraki 4,5 milyar yıl içinde ise geri kalanın yarısı bozunmaya uÄŸrayacaktır. Karbon 14'ün yarı ömrü 5730 yıldır ve arkeolojik tarihleme iÅŸlemlerinde çok yararlı bir element olarak uzun bir süre kullanılabilecektir. TepkimelerBirbirine yaklaÅŸan çekirdekler, güçlü çekirdek çekimiyle bir tepkimeye girebilirler. Çekirdek kaynaÅŸması ve çekirdek bölünmesi olmak üzere iki tür çekirdek tepkimesi vardır. Çekirdek kaynaÅŸmasıİki hafif atom çekirdeÄŸinin kaynaÅŸarak daha ağır bir çekirdek oluÅŸturmasıdır. Nükleer silahlar ve nükleer santrallar, iki ayrı hidrojen izotopunun tepkimeye girerek helyum izotopu oluÅŸturmasıyla gerçekleÅŸtirilir. KaynaÅŸma (füzyon)H2 + H3 ----> He4 + nBu tür tepkimeler, güneÅŸin ve benzeri yıldızların enerji yaymasına yol açar. Bir yıldız oluÅŸtuÄŸunda önce Big Bang'de yaratılan hidrojen ve helyumdan oluÅŸur. Çarpışan hidrojen izotopları helyum çekirdeÄŸini oluÅŸturur. Daha sonra helyum çekirdeÄŸi de çarpışarak daha ağır elementleri oluÅŸturur. Böylece giderek daha ağır elementler ortaya çıkar. Sonunda çekirdek kütlesi demire ulaÅŸtığında ve 60'ı bulduÄŸunda yıldızda artık çekirdek kaynaÅŸması gerçekleÅŸmez. Bu, bir yıldızın yakıtını tüketmesi ve ölmesi anlamına gelir. Kimi yıldız soÄŸuyan bir demir koru olarak gittikçe küçülür. Yeterince büyük bir yıldız ise büyük bir patlamayla geniÅŸleyerek GüneÅŸ'ten de büyük bir enerji yaratabilir. Bu tür yıldızlara süpernova denir. Yeryüzündeki kurÅŸun, altın ve gümüş gibi elementler, bu tür süpernova patlamaları sırasında yeryüzüne saçılmıştır. Demir de ölü yıldızlardan gelmiÅŸtir. Bu nedenle yaÅŸamın temeli de sayılabilecek olan çekirdek kaynaşımını yeryüzünde de gerçekleÅŸtirerek temiz enerji üretmek amacıyla 60 yıldır benzeri tepkimeler oluÅŸturmaya çalışan bilim insanları, ancak hidrojen bombası yapabildiler. Çekirdek bölünmesi (fisyon)Ağır bir çekirdeÄŸin iki küçük çekirdeÄŸe ayrılmasıyla gerçekleÅŸen çekirdek bölünmesi de bugüne deÄŸin yalnızca atom bombası yapımında ve nükleer reaktörlerde kullanıldı. Yer'in doÄŸal bölünme reaktörü ise, Batı Afrika'da bulunan ve iki milyar yıldır etkinlik gösteren uranyum yataklarıydı. Â