Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu - Radyoaktivite

Transkript

1 Büyük Patlaa ve Evrenin Olş - Rayoaktivite 1 Test 1 in Çözüleri 5. önce sonra 1. Büyük patlaaan birkaç akika sonra ortaya çıkan kvvetlere teel kvvet enir. hy çekirek e I Teel kvvetler; l Güçlü kvvet hy çekirek hy e II l Zayıf kvvet l l Elektroanyetik kvvet Kütle çeki kvvetiir. hy e + e III. v = H bağıntısına göre gök cisileri ne kaar zakta ise, Dünya an zaklaşa hızı o kaar büyük olr. I. Ato üzerine gönerilen ışın soğrlş ve atoan bir elektron kopştr. B, fotoelektrik olayır. II. Çekirek üzerine gönerilen ışın saçılış ve atoan bir elektron kopştr. B, copton olayıır. III. B olay çift olşr. 6. haronlar. Fotonların karşıtparçacıkları yine kenileriir. Mezonlar Baryonlar pion kaon proton nötron 4. Parçacık ve karşıtparçacıkların yük büyüklüğü, kütleleri ve enerji eğerleri eşittir. Yük işaretleri zıttır. 7. Baryonların kütleleri yaklaşık olarak protonn kütlesi kaarır. Ayrıca proton içerir ve nötron içerir.

2 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite 8. Tü baryonlar son ürünleri proton içerecek şekile boznrlar. 11. Elektroanyetik enerjinin aeye önüştüğü olay çift olşr. 9. Nötron, baryon grb içine yer alır. Müon ve nötrino ise leptonlar grb içine yer alır. 1. Verilenlerin tüü örünü taalayan yılızların ölüü soncna ortaya çıkaktaır. 10. Leptonların belirli bir yapıları olayıp nokta biçiineir.

3 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE Test nin Çözüleri 7. Proton eyana getiren karkların yüklerinin toplaı, protonn yüküne eşittir. 1. Parçacık ve karşıtparçacıkların kütleleri ve yük büyüklükleri eşit olp yük cinsleri zıttır. + e + e +1e 1 e proton. Fotonların karşıtparçacığı yine foton olğnan karşıtparçacığı varır. Yüksüz pion, karşıtparçacığa sahip eğilir. Elektron karşıtparçacığı pozitronr.. Mezonların bozna ürünleri arasına elektron, pozitron, nötrino ve foton varır. Proton yoktr. 8. Ykarı ve aşağı karklar proton ve nötronlar olştraktaır. Proton ve nötronlar çekireği, çekirek ve elektronlar ise ato olştrr. B neenle ykarı ve aşağı karklar ile elektron aenin yapıtaşlarıır. 4. Haronlar sınıfına, ezonlar ve baryonlar yer alır. Leptonlar sınıfı, haronlar sınıfının ışınaki grb olştrr. 9. Elektron için verilen seçenek yanlıştır. 5. Leptonların teel parçacık olaığının kanıtı; bir yapılarının olaası ve noktasal olalarıır. Hafif olaları kanıt teşkil etez. 6. Nötronlar, etkileşi parçacıkları eğil, ae parçacıklarıır. B neenle yanlış olan E seçeneğiir. 10. Elektriksel olarak yüklü leptonlar zayıf çekirek kvvetleri aracılığıyla etkileşie girerler. Bir başka ifaeyle, leptonlar zayıf çekirek kvvetlerinen sorl olan parçacıklarır. Yine elektriksel olarak yüklü leptonlar elektroanyetik kvvetler aracılığıyla etkileşie girerler.

4 4 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite 11. Mezonlar teel parçacıklarla karşıtparçacıklaran olştkları için kenileri çok kararsızır. Ancak çekirek kvvetleri için kararsızlaştıra görevleri yoktr. Mezonlar çekirek kvvetleri için aracılık yapabilir. 14. Baryonlar; proton, nötron, siga, laa, ksi ve oega olak üzere altı çeşittir. B grbn en hafif üyesi protonlarır. 15. Atoaltı parçacıkları birbiriyle etkileşie girikleri kvvetler ikkate alınarak; fotonlar, haronlar ve leptonlar olak üzere üç grpta incelenir. 1. Nötronlara ait özellikler aşağıaki gibiir. Elektrik yükleri yoktr. Kütleleri sıfıra yakınır. Elektroanyetik etkileşi yapazlar. Krşn bloklaran bile yavaşlaaan geçerler. Hızları ışık hızına eşit eğilir. 1. Nötrinoların kaynağı yılızlar, karşıtnötrinoların kaynağı beta boznalarıır.

5 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE 5 Test ün Çözüleri 1. Elektrikçe yüksüz parçacıklar olan fotonların kütleleri yoktr. Işık hızıyla hareket ettikleri için ato içerisine blnaazlar. Fotonlar yüksük olkları için elektrik ve anyetik alana sapazlar. 5. Leptonlar, teel parçacıklarır. Daha küçük parçalara bölüneezler. Haronlar ve nötronlar teel parçacık eğilir.. Elektron baryon ailesinin bir eleanı eğilir. 6. Lepton ve karkların ortak özelliği noktasal ve teel parçacık olalarıır.. Proton haricineki tü baryonlar, en son ürünleri proton olacak şekile boznrlar. Protonlar en kararlı baryon olklarınan boznazlar. 4. Bir reaksiyon veya bozn sırasına baryon olşyorsa karşıtbaryon a olşr. B ra baryon sayılarının korn yasası enir. Bna göre, reaksiyon veya bozn öncesineki topla baryon sayısı, reaksiyon veya bozn sonrasınaki topla baryon sayısına eşittir. B olaylara; 7. nötron olştrr. nn elektrik yükü + e ise yük kornna göre nin yükü 1 e olr. Baryonlar B = +1 Kaşıtbaryonlar B = 1 Diğer parçacıklar B = 0 alınarak baryon sayılarının kornğ gösterilir. 8. parçacık aı sebolü yük iktarı spini p + n + p p + n + p + n + n kark ykarı aşağı + e 1 e 1 1 Görülüğü gibi baryon sayıları kornştr. Tabloya göre cevap A ır.

6 6 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite 9. e + γ (gaa ışını) 10. p: proton p: karşıtproton olak üzere b tepkienin enklei; c + c $ p + p e şeklineir. Şekil 1 Bir parçacık ile karşıtparçacığının çarpıştırılaları hâline b parçacıklar birbirlerini yok eebilir ve b esnaa büyük iktara enerji açığa çıkabilir. Karşılaşa sırasına açığa çıkan enerji eğişik forlara önüşebilir. Örneğin; kütleleri aynı, yük işaretleri zıt olan elektron ve pozitronn çarpışasını göz önüne alalı. Şekil 1 e gösteriliği gibi elektron ve pozitron çarpıştığına birbirlerini yok eerek gaa ışını olarak enerjiye önüşür. B olayın enklei; e + e + γ biçiine yazılır. e + e γ γ γ 11. Reaksiyona yer alan baryon sayılarını +1, karşıtbaryon sayılarını 1 ile göstererek enklei yenien yazalı. e + e Şekil n + p p + n + p + n e + e + ( γ e + e + γ enklei tersinir olp ) yeterli enerjiye sahip iki gaa foton çarpıştığına enerji aeye önüşebilir. Elektroanyetik enerjinin aeye önüştüğü b olaya çift olş aı verilir (Şekil ). Çift olş sırasına; γ e γ e + γ e + p reaksiyonları tek başına görülez. görülüğü gibi enklein sol tarafı +, sağ tarafı 0 ır. O hâle böyle bir reaksiyon gerçekleşeez. Baryon sayılarının korn için enklein sağ tarafının a + olası gerekir. Denklei kornl şekile yenien yazalı. n + p p + n + n + p Sonç: Baryon sayılarının kornaığı bir reaksiyon gerçekleşeez.

7 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE 7 Test 4 ün Çözüleri 1. c ışını rayoaktif aelerin çekireğinen yayınlanan bir elektroanyetik algaır. Elektroanyetik algaların yükü ve kütlesi yoktr. 5. Leptonlar 6 taneir. Elektron, üon, ta ve bnlara eşlik een nötrinolarır. Bna göre kaon, lepton grbna yer alaz. Kaon, haron grbna yer alır.. Baryonlar; proton, nötron, laba, siga, ksi ve oega olak üzere altı çeşittir. Baryonların hepsi üç karktan olştğ için proton a üç karktan olşr. 6. Dirac, yaptığı çalışalarla her parçacığın bir karşıt parçacığı olğn ileri sürü. B üşünce 19 yılına Anerson tarafınan kanıtlanıştır. Parçacık ile karşıtparçacağın kütleleri aynı fakat yükleri zıt işaretliir. Mezonlar, kark ve karşıtkarktan, baryonlar a üç karktan olşaktaır.. Baryonların en hafif üyesi protonr. Diğer baryonlar boznarak protona önüşür. Proton kararlıır. 7. Foton, foton grbna Elektron ve üon, lepton grbna Proton ve nötron, haron grbna yer alır. 4. Mezonlar teel parçacıklarla karşıtparçacıklaran olştğ için genele çok kararsızırlar. Mezonların kütlesi elektronn kütlesi ile protonn kütlesi arasına olan parçacıklarır. Günüüze bilinen ezon sayısı 140 civarınaır. 8. Atoaltı parçacıklar; fotonlar, leptonlar ve haronlar olak üzere grba ayrılır. Bna göre I. yargı yanlıştır. Leptonlar aha küçük parçalara bölünezken, haronların karklaran olştğ bilinekteir.

8 8 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite 9. Foton ve ezon etkileşi parçacığı olp foton elektronlar arasına, ezon çekirekteki proton ve nötron arasınaki etkileşie aracılık eer. I ve II. yargı oğrr. Proton karktan olştğ için teel parçacık eğilir. III. yargı yanlıştır. atona proton ve nötron blnakta- proton nötron 4 1. He ır. Bir protonn içine şekile gösteriliği gibi ykarı ve 1 aşağı kark blnğna göre, protona; 4 ykarı ve aşağı kark blnr. Bir nötronn içine şekile gösteriliği gib 1 ykarı ve aşağı kark blnğna göre, nötrona; ykarı ve 4 aşağı kark blnr. 4 B ra He atona topla, 6 ykarı () ve 6 aşağı () kark blnr. 10. Müon ve ta, lepton grbna olp kark içerez. Kaon ezon grbna olp bir kark ve karşıt karktan olşr. Laba ve oega baryon grbna olp krak içerir. 11. proton nötron Nötronların kütlesinin, protonların kütlesinen az iktara büyük olasının neeni nötronlara fazlaan karkının blnasıır Cl atona 17 proton ve 18 nötron blnr. Bir protona ykarı (), nötrona ise 1 ykarı () kark blnr. Bna göre protonlara 4 ykarı () kark, nötronlara 18 ykarı () kark blnr. B ra 5 17 Cl atona topla 5 ykarı () kark blnr.

9 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE K L 16. Zaan (gün) 0 T T T 4T = 1 yıl Rayoaktif ae Tabloan görülüğü gibi kütlesi olan izotop ae 1 yıl sonra kütlesine sahip olyor. O 16 hâle b izotop 4 efa yarılanıştır. M Proton ykarı () ve 1 aşağı () karktan olşr. Bna göre L parçacığı protonr. Nötron 1 ykarı () ve aşağı () karktan olşr. Yani K parçacığı nötronr. Mezonlar a bir kark ile bir karşıt karktan olşr. B ra M parçacığı ezonr. 15. Zaan (gün) Rayoaktif ae Tabloan görülüğü gibi yarı örü gün olan kütleli aenin 6 gün sonnaki iktarı 8 olr Verilen parçacıklaran foton etkileşi parçacığıır.

10 10 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite Test 5 in Çözüleri 1. Elektrik ve anyetik alanlaran geçerken sapaya ğraayan ışın çifti c ve X-ışınlarıır. Çünkü b iki ışın elektroanyetik algaır. 5. Yüksek enerjili elektronlarla atoların bobarıan eilesi X-ışınlarının ele eile biçiiir. Ato çekireğinin yarılası ise nükleer fisyon olayıır.. Rayo algaları, görünür ışık, X-ışınları, c ışınları elektroanyetik alga olklarınan ışık hızı ile yayılır. β ışını hareketli elektron olp ışık hızı ile yayılaz. 6. Z > 8 olan tü çekirekler rayoaktiftir. B tür çekirekler parçacık ve enerji salarak kararlı hale gelekteir. Seçeneklere verilenleren ato narası 84 olan eleent kesinlikle rayoaktiftir.. α ve β ışınları yüklü parçacıklar olp he elektrik he e anyetik alanlaran geçerken sapaya ğrarlar. 7. Aton çekireğine blnan nötronlar yüksüzür. Yine çekirekte blnan protonlar (+) yüklüür. Çekireğin çevresine hareketli hale blnan elektronlar ( ) yüklüür. 4. Yüksek enerji taşıa Gazları iyonlaştıra Kiyasal ve fiziksel eğişiklikler olştra Ykarıaki üç özellik he X-ışınlarının he e c ışınlarının ortak özellikleriir. 8. III. bilgi elektronlara ait bir özelliktir. C seçeneğine nötronları anlatır eniği için b seçenek yanlıştır.

11 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE Nötronlar; Yüksüzür, Elektronn yapısına katkıları yoktr, Çekireği bir araa ttar. 1. Zaan 0 T T T = t Rayoaktif ae (g) ,5 Tabloan görülüğü gibi 0 g rayoaktif ae t saat sonra,5 g kalıyor. T yarı örü olak üzere; t t = T & T = t = saat ise T = = 1 saat blnr. Yanıt C 10. Proton sayıları eşit ancak nötron sayıları farklı olan çekirekler birbirinin izotopr. Hafif eleentlere kesinlikle proton ve nötron sayıları eşittir eneez. Eşit olayabilir. Ağır eleentlere genellikle nötron sayısı proton sayısınan fazlaır. 14. α ve β nın ikisi e yüklü parçacıklar olp bir kütleye sahiptir. c ışını elektroanyetik alga olp kütlesi yoktr. 11. Ağır eleentlerin çekireklerinin ağılaası için nötronların sayısının protonların sayısınan fazla olası gerekir. 1. Kütle narası büyük bir aton çekireğini, yalnız nötron ilave etek çekireği ağılaktan krtarabilir.

12 1 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite Test 6 nın Çözüleri Güçlü çekirek kvveti, çekirekteki tü parçacıkları arasına blnr. Yani b kvvet protonproton, proton-nötron, nötron-nötron etkileşelerine evcttr. Protonlar colob kvveti neeniyle birbirlerini iterken, aynı ana çekirek kvveti vasıtasıyla çekici etkileşie blnaktaırlar. + + alfa parçacığı ıknatıs gaa ışını S N beta parçacığı rayoaktif kaynak krşn blok. Güçlü çekirek kvveti, saece çok kısa esafeler için geçerliir. B esafe ertebesineir. İki nükleon arasınaki zaklık bir kaç nükleon çapı kaar olğna, birbirlerine yglaıkları çeki kvveti nereeyse sıfırır. Eğer nükleonlar, güçlü bir kvvet ile biraraa ttlak isteniyorsa, çok küçük bir haci içine ttlalıırlar. 6. Kararlı olayan çekirekler keniliğinen aha kararlı ve aha üşük enerjili hâle oğr bir iç eğişie ğrayabilirler. Çoğ zaan çekirekler fazla enerjilerini, parçacıklar veya elektroanyetik ışıa yayılayarak harcarlar. B parçacıklaran pozitif yüklü olanlar alfa (α), negatif yüklü olanlar beta (β) ve elektriksel olarak yüksüz olanlara gaa (c) ışınları eniliştir.. X ve Y protonları birbirine çok yakın olğnan aralarınaki güçlü çekirek kvveti en büyüktür. 4. Nötronlar yalnızca çekici kvvete neen olkları için, çekireğin kararlı olası için aha çok nötrona gereksini varır. B engelee sınırsız eğilir. Ağır çekirekler için protonlar arasınaki itici kvvet, aha çok sayıa nötron ilavesi ile engeleneez. B olay, Z = 8 eğeri ile sınırlıır. 8 ten aha fazla proton içeren çekirekler kararlı eğilir. Rayoaktif eleentler tarafınan yayılanan ışınların nüfz ete güçleri arasına çok büyük farklılıklar varır. Alfa ışınları rrlası en kolay ışınlar olp önüne konlan bir tabaka kağıttan geçeezler. Beta ışınları kağıı elip geçer; fakat önüne konlan birkaç alüiny folyo tabakasınan geçeez. Gaa ışınları rrlası en zor olanıır. B ışınları rrak için krşn ya a ağır etalleren yapılı koryc bir bloğa gereksini varır.

13 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE 1 7. Her 8 güne İyon yarısı boznr. Böylece aşağıaki tabloy olştrabiliriz. Zaan (gün) İyot (g) O hâle gün sonra hastanenin eline 4 g İyot- 11 kalır. 9. Tü elektroanyetik ışıalar boşlkta ışık hızı ile yayılırlar. Elektroanyetik ışıalar, yüklü cisilerin iveli hareketinen olşrlar ancak kenileri yüksüzür. Alfa parçacıkları + yüklü hely çekirekleri olp, b ışınlar elektroanyetik alga karakteri taşıazlar. Gaa ışınları, X-ışınları ve or ötesi ışınlar elektroanyetik alga karakteri taşııklarınan, boşlkta ışık hızı ile yayılırlar. Ses algaları, havaa 40 /s hızla yayılan algalar olp elektroanyetik alga eğilir. O hâle α ışınları ve ses algaları ışık hızı ile yayılaz. 8. Kütle ve ato naralarını engeleyerek açığa çıkan nötronları blabiliriz. I. 1 0 n U Xe 94 + II. 1 0 n U 1 50 Sn Sr + 1 ( 0 n) + enerji 4 Mo + 1 ( 0 n) + enerji 10. Rayoaktif bozna iktarı sabit olp ış olaylaran etkilenez. Yani, yüksek ya a alçak basınçtan, yüksek ya a üşük sıcaklıktan, güçlü anyetik veya elektrik alanan hatta kiyasal reaksiyonlaran etkilenez. Denkleleren görülüğü gibi birinci olaya, ikinci olaya nötron açığa çıkar.

14 14 Ünite 4 Ato Fiziğine Giriş ve Rayoaktivite Test 7 nin Çözüleri 6. X Y 1. Yılızların ısı ve ışık kaynağı füzyon tepkiesiir. avi kırızı avi kırızı Z avi kırızı X yılızına kaya görüleiş olğnan hareketsizir.. Bütün yılızlara hirojen çekirekleri birleşerek hely çekireğine önüşür. Yani nükleer yakıt hirojenir. Y yılızına kırızıya kaya görülüğünen bizen zaklaşaktaır. Z yılızına aviye kaya görülüğünen bize yaklaşaktaır.. Verilen her üç bilgie oğrr. 7. Evrenin ilk olşna ortaya çıktığı üşünülen elektroanyetik ışıa fon ışıasıır Bili insanları yılızlar hakkınaki bilgileri ışık tayfalarını inceleyerek ele eer. 5. Verilen üç bilgi e büyük patlaa teorisi için birer kanıttır. proton nötron 7 Li atona proton ve 4 nötron blnaktaır. Bir protonn içine şekile gösteriliği gibi ykarı ve 1 aşağı kark blnğna göre, protona; 6 ykarı ve aşağı kark blnr. Bir nötronn içine şekile gösteriliği gibi 1 ykarı ve aşağı kark blnğna göre, 4 nötrona; 4 ykarı ve 8 aşağı kark blnr. 7 B ra Li atona topla 10 ykarı () ve 11 aşağı () kark blnr.

15 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU - RADYOAKTİVİTE Parçacık fiziğine göre, her teel parçacığın bir karşıt parçacığı blnr. B neenle I. öncül oğrr. Çarpıştırılan fotonların topla enerjisi en az 1,0 MeV olrsa parçacık ve karşıtparçacık çifti olşr. B ra II. öncül kesinlikle oğr eğilir. Bir parçacık ile karşıtparçacığın elektriksel yük türleri genellikle zıttır. III. öncül yanlıştır.