Fisyon,Füzyon, Nükleer Güç Santralleri ve Radyasyon. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Fisyon,Füzyon, Nükleer Güç Santralleri ve Radyasyon. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü"

Süleiman Gökdemir
5 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Fisyon,Füzyon, Nükleer Güç Santralleri ve Radyasyon Prof. Dr. Niyazi MERİÇ A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü

2 Fisyon Otto Hahn ve Fritz Strassmann 1939 yılında 235 U i bir n ile bombardıman edilmesiyle ilk fisyon reaksiyonunu gördüler. Ağır çekirdek iki hafif çekirdeğe bölünüyor ve enerji açığa çıkıyor 235 U+n ( 236 U)* f 1 *+f 2 *+n (n=2,5) Kütle Numarası (A), arası 88 temel fisyon ürünü oluşabilir ve zincirleme reaksiyonlar sonucu 1200 den fazla farklı fisyon ürünü meydana gelebilir. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 2

3 Fisyon - Örnek Yavaş nötronla 235 U bombardımanı. 235 U+n ( 236 U)* f 1 *+f 2 *+n (n=2,5) 235 U+n ( 236 U)* 95 Mo La n + 7 _ + Q Fisyon Öncesi Kütleler Fisyon Başına açığa çıkan Enerji ( u u) *931.5 MeV/u = u* *931.5 MeV/u = MeV Fisyon Sonrası Kütleler 235 U u 95 Mo u 1 n u 139 La u 2n u 7 _ u Toplam u Toplam u Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 3

4 Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 4 Coulomb itme gücü ile parçalanır. Çekirdek neden bölünür? Nükleon bağlanma enerjisi: (A=238) E b =7,6 MeV ve (A=119) E b =8.5 MeV dir. Daha sıkı bağlı sistemde enerji açığa çıkar. 238x7.6 = 1809 MeV ( 238 U) 2x119x8.5= 2023 MeV (2 adet 119 Pd) Q=214 MeV ( = 214 )

5 Başlangıçta fisyon ürünleri radyoaktif olduklarından veya yayınlayarak kararlı izobarlara bozunurlar. 141 Cs 141 Ba 141 La 141 Ce 141 Pr ( 25s 18dk 4h 33gün) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 5

6 Z 92 olan ağır çekirdeklerde anlık bölünme olur. Ağır çekirdeklerde anlık bölünme bir nötron reaksiyonu ile de olur. 235 U+n 236 U* 93 Rb+ 141 Cs +2n 235 U+n 236 U* X+Y+ n; >1 k = sonraki üretimdeki nötronlar ilk üretimdeki nötronlar k = > 1 zincir reaksiyonu devam eder Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 6

7 Fisyon özelikleri: İki fisyon ürünün kütlesi oranı simetriktir. Yayımlanan nötronların sayısı: Deneysel olarak gözlenen: 233 U için n=2, U için n=2, Pu için n=2,86 dır. Fisyon enerjisi: Termik bir enerjiye sahip bir nötron (yavaş nötron), E k =0,0253 ev ve T=293 K ne sahip olduğunda bir fisyona yol açar. 235 U+n 236 U* Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 7

8 236 U* Uyarılma enerjisi E uy = [m( 236 U*)-m( 236 U)]c 2 M( 236 U*)=m( 235 U)+m n =236, u E*=(236,052589u u) MeV/u E*=6,5 MeV 238 U+n 239 U* E*=4,8 MeV Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 8

9 Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 9

10 füzyon Eğer yukardaki reaksiyonların tersi olursa, bunu da çekirdek füzyonu diyoruz. Yani hafif iki çekirdek yeni ağır bir çekirdek oluşturur. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 10

11 İki hafif çekirdeğin nükleer reaksiyon sonucu ağır bir çekirdek oluşturmasına füzyon denir. Örneğin bir 40 Ca oluşturmak için iki 20 Ne gereklidir. E c =21.2 MeV, Q=20.7 MeV dır. Reaksiyon gözlemlemek için E c yi aşmak gerekir. Ya hızlandırıcıyla ya da termonükleer füzyon elde etmek için 20 Ne gazını ısıtmak gerekli. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 11

12 Temel füzyon reaksiyonları: En temel reaksiyon: p+p 2 He ( 2 He kararsızdır) Güneşteki reaksiyon: 2 H + 2 H 4 He + ; Q=23.8 MeV Gerçekleşmesi mümkün olan reaksiyonlar: 2 H + 2 H 3 He+n; Q=3.3 MeV 2 H + 2 H 3 H+p; Q=4.0 MeV D-D (döteryum- döteryum) reaksiyonu denir. 2 H + 3 H 4 He+n Q= 17.6 MeV (D-T reaksiyonu) Burada n=14.1 MeV enerjiye sahip (nötron kaynağı) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 12

13 Güneş Füzyonu: Güneş termonükleer bir reaktördür (10 9 yıl). Hidrojen 4 He dönüşüyor. Evrende hidrojen bol bulunur (%90) ve %1 4 He. 1 H + 1 H 2 H+e + + Q=1.44 MeV 2 H + 1 H 3 He+ Q=5.49 MeV olması mümkün. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 13

14 3 He, p ile reaksiyona girmez. 3 He in d ile reaksiyonu da olası değildir. (d çabucak 3 He dönüşür.) 3 He+ 3 He 4 He+2 1 H+ ; Q=12.86 MeV Proton-proton reaksiyonu 4 1 H 4 He+2e + +2 net olarak 4 1 H 4 He ve Q=26.7 MeV Nötrino ( ) direkt bize ulaşır. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 14

15 Her füzyon reaksiyonunda 25 MeV enerji üretilir. Saniyede 4x10 38 p tüketilir reaksiyon gerçekleşir. Güneş in yakıtı yıl devam edecek yeterliliktedir. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 15

16 Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 16

17 NÜKLEER SİLAH Nükleer enerjinin, büyük miktarlarda ve ani denilebilecek kısa sürelerde, kontrolsüz şekilde üretimine dayalıdır. Nükleer enerji: Çekirdek parçalanması (fizyon) Çekirdek birleşmesi (füzyon) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 17

18 BAĞLANMA ENERJİSİ Atom Nötron,Proton,Elektron Çekirdek m Nötron Proton Elektron E = mc 2 E : enerji, m : kütle, c : ışığın hızı Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 18

enerjisi ~ gamma ışınları ~ nötronların kinetik enerjisi ~ Fisyon ürünlerinden gelen enerji ~

19 NÜKLEER FİSYON Nötron Fizyon Ürünü Nötron Nötron Hedef Çekirdek Fizyon Ürünü Nötron Her Fisyonda ortaya çıkan enerji 165 MeV 7 MeV 6 MeV 7 MeV 6 MeV 9 MeV 200 MeV ~ Fisyon ürünlerinin kinetik enerjisi ~ gamma ışınları ~ nötronların kinetik enerjisi ~ Fisyon ürünlerinden gelen enerji ~ Fisyon ürünlerinin gama enerjisi ~ Fisyon ürünlerinden çıkan antinötrinoların enerjisi Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 19

20 ZİNCİR REAKSİYON Nötron k = 200 Mev sonraki üretimdeki nötronlar ilk üretimdeki nötronlar k = > 1 zincir reaksiyonu devam eder Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 20

21 KRITİK KÜTLE Nötronların nükleer patlayıcı içinden kaçmadan fizyon yapıncaya kadar dolaşmaya elverişli ve içerisinde başlatılan fizyon reaksiyonun kendi kendine sürdürebileceği minimum nükleer patlayıcı kütlesine kritik kütle denir. Madde Kritik Kütle (kg) Ortalama Serbest Yol (cm) U U Pu Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 21

22 NÜKLEER FÜZYON Trityum Helyum Füzyon Döteryum 17.6 Mev Nötron Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 22

23 NÖTRONLAR Gama ışını Beta Parçacığı Hedef Çekirdek Gelen Nötron Çekirdek Ürün Çekirdek Birleşik Çekirdek Gecikmiş Gama ışını Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 23

24 KİRLİ BOMBA + = Kirli Bomba Alfa, Beta Gama Improvised explosive device Federal Bureau of Investigation image Radioactive material storage drum Department of Energy image Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 24

25 KİRLİ BOMBA MALZEMELERİ 1. Derecede Tercih Edilen: Kobalt-60, Stronsiyum-90, Sezyum- 137, Iridyum-192 and Amerikyum Derecede Tercih Edilen: Fosfor-32 and Radyum-226 Elde edildiği yerler: Askeri, Tıp, Endüstri, Üniversite veya araştırma Merkezleri Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 25

26 Alfa Parçacığı Plütonyum-239 alfa parçacığı vererek aşağıdaki gibi bozunuyor yıl Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 26

27 Beta Parçacığı Trityumun Beta Bozunması yıl Trityum Beta Parçacığı Antinötrino Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 27

28 Alfa veya Beta parçacıklarının madde ile etkileşmesi a) Uyarma b) İyonlama Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 28

29 Gama ışınlarının madde ile etkileşmesi a) Fotoelektrik olay b) Compton olayı Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 29 c) Çift Oluşum

30 GİRİCİLİK MESAFESİ Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 30

31 Radyasyonun Dolaylı Etkisi Fiziksel Olay: Radyasyonun enerjisini hücrenin atom ve moleküllerine aktararak iyonlaşma veya uyarmanın meydana gelmesi olayıdır. İyonlayıcı Radyasyon + H 2 O H 2 O + + e - Meydana gelen elektronlar su molekülleri ile birleşir ve H 2 O - iyonunu oluşturur. H 2 O + e - H 2 O - Fiziko-Kimyasal Olay: Fiziksel olayda ortaya çıkan birincil ürünlerin, hücre içersinde ikincil ürün olan serbest radikallerin ortaya çıkmasına sebeb olması olayıdır. Kimyasal olarak çok reaktif olan bu serbest radikaller hücrenin moleküllerinde parçalanmalara yol açar. H 2 O + H + + OH H 2 O - H + OH - Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 31

32 Kimyasal Olay: Fiziko-kimyasal olayda ortaya çıkan serbest radikallerin hem kendi aralarında hemde hücrenin daha evvel etkileşmeye girmemiş molekülleri arasında kimyasal reaksiyonlara yol açarak biyomoleküler bozukluklara yol açması olayıdır. H + H H 2 H + OH H 2 O OH + OH H 2 O 2 Biyolojik Olay: Organizmada radyasyon etkisiyle oluşan olaylar sonuçta biyolojik hasarın ortaya çıkmasına yol açar. Bu biyolojik hasar, hücrenin organizmadaki önemine ve hasarın niteliğine göre çok az veya öldürücü olabilir. ( BH: Biyolojik molekül ) BH + H B + H 2 BH + OH B + H 2 O Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 32

Radyasyonun Direkt Etkisi Radyasyon, enerjisini doğrudan Biyolojik hedefe verebilir yani hedef molekülle doğrudan etkileşmeye girebilir ve enerjisini doğrudan

33 Radyasyonun Direkt Etkisi Radyasyon, enerjisini doğrudan Biyolojik hedefe verebilir yani hedef molekülle doğrudan etkileşmeye girebilir ve enerjisini doğrudan DNA veya enzim gibi biyolojik moleküllere aktararak, bunlarda hasar meydana getirebilir. Bu etkiye radyasyonun Direkt Etkisi denilir. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 33

34 HİROŞİMA VE NAGAZAKİ DE YARALANMA VE ÖLÜMLER TANIM İNSAN SAYISI TOPLAM YARALANMA YÜZDESİ HİROŞİMA TOPLAM ÖLÜM YÜZDESİ Toplam yaralı sayısı İlk gün ölenler İlk günden sonra ölenler İlk dört ay içinde ölenler İlk gün yaşayan yaralılar Kurtulan yaralılar NAGAZAKİ Toplam yaralı sayısı İlk gün ölenler İlk günden sonra ölenler İlk dört ay içinde ölenler İlk gün yaşayan yaralılar Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 34 Kurtulan yaralılar

Benzer belgeler

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar Termal nötronlar (0.025 ev) Orta enerjili nötronlar (0.5-10 kev) Hızlı nötronlar (10 kev-10 MeV) Çok hızlı nötronlar (10 MeV in üzerinde)