=iki cisim+üç cisim+dört cisim+ +N cisim etkileşmelerinin tümü

Benzer belgeler
BÖLÜM 3: (6,67x10 Nm kg )(1,67x10 kg)»10 36 F (9x10 Nm C )(1,6x10 C) NÜKLEONLAR ARASI KUVVET- NÜKLEER KUVVET

Gamma Bozunumu

NÜKLEER FİSYON Doç. Dr. Turan OLĞAR

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

1. Hafta. İzotop : Proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan çekirdeklere izotop denir. ÖRNEK = oksijenin izotoplarıdır.

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ

Element atomlarının atom ve kütle numaraları element sembolleri üzerinde gösterilebilir. Element atom numarası sembolün sol alt köşesine yazılır.

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

4 ve 2 enerji seviyelerinin oranından 3.33 değeri bulunur, bu da çekirdeğin içi hakkında bllgi verir.

FİZK Ders 5. Elektrik Alanları. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

FİZ314 Fizikte Güncel Konular

1) İzotop, izoton ve izobar niceliklerini tanımlayarak örnekler

görülmüştür. Bu sırada sabit nükleer yoğunluk (ρ) hipotezide doğrulanmış olup ραa olarak belirtilmiştir.

Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir. Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Atomda bulunan yükler;

6.HAFTA BÖLÜM 3: ÇEKİRDEK KUVVETLERİ VE ÇEKİRDEK MODELLERİ

FİZİK 2 ELEKTRİK VE MANYETİZMA Elektrik yükü Elektrik alanlar Gauss Yasası Elektriksel potansiyel Kondansatör ve dielektrik Akım ve direnç Doğru akım

ATOM ATOMUN YAPISI 7. S I N I F S U N U M U. Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir.

ATOMUN YAPISI. Özhan ÇALIŞ. Bilgi İletişim ve Teknolojileri

MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 1 Salı, Mart 14, :00-12:30

ile verilir. Einstein ın kütle-enerji eşdeğeri formülüne göre, bu kütle farkı nükleer bağlanma

Modern Fizik (Fiz 206)

NÜKLEER REAKSİYONLAR II

Alfalar: M Q. . -e F x Q. 12. Hafta. Yüklü parçacıkların ve fotonların madde ile etkileşimi

ÇALIŞMA YAPRAĞI (KONU ANLATIMI)

Atomun Yapısı Boşlukta yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan her şeye madde denir. Maddeyi (elementi) oluşturan ve maddenin (elementin)

ÇEKİRDEK TEMEL DÜZEY ÖZELLİKLERİ ve ÇEKİRDEK ŞEKİLLERİ ve YOĞUNLUKLARI Çekirdeklerin çok küçük boyutlarına rağmen onların şekilleri ve

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Theory Tajik (Tajikistan)

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Çift yarık: Foton saçılımı ve girişim deseninin matematiksel modeli

Alfa Bozunumu Alfa bozunumu

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

ELEKTROMANYETIK ALAN TEORISI

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar.

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

ELEKTROSTATİK. Atomda proton ve nötrondan oluşan bir çekirdek ve çekirdeğin çevresinde yörüngelerde hareket eden elektronlar bulunur.

Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı

Bohr Atom Modeli. ( I eylemsizlik momen ) Her iki tarafı mv ye bölelim.

Ankara Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü ALFA IŞINLARI

RADYASYON FİZİĞİ 1. Prof. Dr. Kıvanç Kamburoğlu

RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

Bugün için Okuma: Bölüm 1.5 (3. Baskıda 1.3), Bölüm 1.6 (3. Baskıda 1.4 )

İNSTAGRAM:kimyaci_glcn_hoca

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri

Elektrik Yük ve Elektrik Alan

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Atomsal yapı

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim:

Nötr (yüksüz) bir için, çekirdekte kaç proton varsa çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde de o kadar elektron dolaşır.

ELEKTROSTATİK Nötr (Yüksüz) Cisim: Pozitif Yüklü Cisim: Negatif Yüklü Cisim: İletken Cisimler: Yalıtkan Cisimler:

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ATALET MOMENTİ. Amaçlar 1. Rijit bir cismin veya rijit cisim sistemlerinin kütle atalet momentinin bulunması.

Aşağıda verilen özet bilginin ayrıntısını, ders kitabı. olarak önerilen, Erdik ve Sarıkaya nın Temel. Üniversitesi Kimyası" Kitabı ndan okuyunuz.

Yıldızlara gidemeyiz; sadece onlardan gelen ışınımı teleskopların yardımıyla gözleyebilir ve çözümleyebiliriz.

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

ψ( x)e ikx dx, φ( k)e ikx dx ψ( x) = 1 2π θ açısında, dθ ince halka genişliğinin katı açısı: A. Fiziksel sabitler ve dönüşüm çarpanları

Elektrostatik Elektrik Alan Elektrik Akı Kondansatör. Kaynak : Serway-Beichner Bölüm 23, 24, 26

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

Fizik 101-Fizik I Dönme Hareketinin Dinamiği

ATOMUN YAPISI VE PERİYODİK ÖZELLİKLER

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 1 Çözümler

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

J.J. Thomson (Ġngiliz fizikçi, ), 1897 de elektronu keģfetti ve kütle/yük oranını belirledi da Nobel Ödülü nü kazandı.

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Dalton atom modelinde henüz keşfedilmedikleri için atomun temel tanecikleri olan proton nötron ve elektrondan bahsedilmez.

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

4.1 denklemine yakından bakalım. Tanımdan α = dω/dt olduğu bilinmektedir (ω açısal hız). O hâlde eğer cisme etki eden tork sıfır ise;

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Toplam

12. SINIF KONU ANLATIMLI

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org

12. SINIF KONU ANLATIMLI

ELEKTROSTATİK. Atomda proton ve nötrondan oluşan bir çekirdek ve çekirdeğin çevresinde yörüngelerde hareket eden elektronlar bulunur.

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ ATOM

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

2-MANYETIK ALANLAR İÇİN GAUSS YASASI

ATOM MODELLERİ.

da. Elektronlar düşük E seviyesinden daha yüksek E seviyesine inerken enerji soğurur.

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

BİYOLOJİK MOLEKÜLLERDEKİ

ATOM BİLGİSİ I ÖRNEK 1

- 1 - ŞUBAT KAMPI SINAVI-2000-I. Grup. 1. İçi dolu homojen R yarıçaplı bir top yatay bir eksen etrafında 0 açısal hızı R

7. Sınıf Fen ve Teknoloji

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

DEMOCRİTUS. Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur.

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

ATOM NEDİR? -Atom elementin özelliğini taşıyan en küçük parçasına denir. Her canlı-cansız madde atomdan oluşmuştur.

BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. Doç. Dr. Hakan YAKUT. Fizik Bölümü

Radyoaktif elementin tek başına bulunması, bileşik içinde bulunması, katı, sıvı, gaz, iyon halinde bulunması radyoaktif özelliğini etkilemez.

, bu vektörün uzay ekseni üzerindeki izdüşümüdür. Bunlar şu değerlere sahiptir:

Transkript:

BÖLÜM 2: ÇEKİRDEĞİN GENEL ÖZELLİKLERİ Kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu birçok sistem gibi, makroskobik bir cismi tanımlamak çekirdeği tanımlamaktan çok daha kolaydır. Ortalama ağırlıktaki 50 nükleonlu bir çekirdek için nükleonlar arasındaki etkileşmeleri yazmak için 50! Kadar terime ihtiyaç duyulur. (50!=10 64 ) N V = V(i, j) + V(i, j, k) + i,j=1 N i,j,k =iki cisim+üç cisim+dört cisim+ +N cisim etkileşmelerinin tümü Dolayısıyla çekireğin bütün özelliklerini belirlemek için farklı bir yol bulmalıyız. Bir dereceye kadar çekirdeği az sayıda parametre ile tanımlayabiliriz. Bunlar ortak makroskobik parametrelerdir ve çekirdeğin statik özellikleridir: Statik özellikler: Elektrik yükü Yarıçap Kütle Bağlanma enerjisi Açısal momentum Parite Manyetik dipol Elektrik kuadrapol moment Uyarılmış durumların enerjileri Dinamik özellikler: çekirdeğin bozunma ve reaksiyon olasılığı gibi parametreleridir. 2.1. ÇEKİRDEK YARIÇAPI: Atomun yarıçapı gibi çekirdeğin yarıçapı da kesin olarak tanımlanmış bir nicelik değildir; ne atom ne de çekirdek kesin sınırları olan katı kürelerdir. Hem atomu bağlayan Coulomb potansiyeli hem de elektron yük dağılımı, her ne kadar atom yarıçapının (10-10 m) ötesinde ihmal edilecek kadar küçük olsa da, sonsuza kadar uzanır. Nükleon yoğunluğu ve nükleer potansiyel benzer bir uzay dağılımına sahiptir- kısa bir mesafe boyunca oldukça sabit, bu mesafenin ötesinde hızla sıfır olur. 1

Şekil 2.1. Nükleer yoğunluğun nükleer yarıçapa göre grafiği (http://physicsdatabase.group.shef.ac.uk/phy303/phy303-8.html, 2017) Bu yüzden çekirdeğin biçimini iki parametreyle karakterize etmek oldukça doğladır. Bu parametrelerden birincisi merkezi yoğunluğun yarıya düştüğü ortalama yarıçap, ikincisi maksimum civarındaki değerinden minimum civarındaki değerine düştüğü yüzey kalınlığı dır. Küresel olmayan çekirdeği tanımlamak için de üçüncü bir parametreye ihtiyaç vardır (5. Bölüm). (Eğer çekirdeğin spini sıfırsa, dönmediğini ifade eder öyleyse çekirdeğin küresel simetrik olduğunu söyler. Spinin sıfır olduğu durumlar taban durumlarıdır.) Çekirdekte tüm nükleonlar aynı yerde toplanmış gibi gözükür, yani çekirdek yük yoğunluğu tüm çekirdekler için yaklaşık olarak aynıdır. Daha ağır çekirdekler için nötron eklendiğinde yarıçap genişler, ama çekirdeğin ortasındaki dağılım aynı kalır. Çekirdeklerin büyük çoğunluğu küresel şekildedir. Bir kısmı prolat (yumurta gibi uzatılmış), bir kısmı ise oblat (kabak gibi yassı) biçimdedir. Çekirdeğin yarıçapı çekirdekteki nükleonların sayısına (A) bağlı olarak küresel bir yapı gösterir. 2.2 ÇEKİRDEK YÜK DAĞILIMI Deneylerle yük tayini veya madde dağılımı bulunabilir. Bir cismin şeklini ve büyüklüğünü tayin etmede kullanılan yaygın yöntem cisimden saçılan radyasyonu incelemektir. Nükleer yük dağılımı, büyük ölçüde çekirdekteki proton dağılımı hakkında bilgi verir. Yüklü bir parçacığın (elektronun), çekirdekle Coulomb etkileşmesini ölçerek nükleer yük dağılımı hakkında bilgi sahibi olabiliriz. Nükleer parçacıkların güçlü nükleer kuvvet ile etkileşmelerini ölçerek de nükleer madde dağılımı adı verilen nükleonların dağılımını belirleriz. Çekirdek yük dağılımı ve madde dağılımı easında aynıdır. Çünkü protonların dağılımyla nötronların dağılımı 2

aynıdır. Bu ikisinde de aynı sonucu buluyoruz. Ama deneysel olarak farklı yöntem kullanıyoruz. Eğer deneyde elektronları kullanırsak yük dağılımı hakkında bilgi sahibi oluruz. Çünkü elektronlar yüklü olduklarından Coulomb kuvvetinden etkilenirler ama nükleer kuvvetten etkilenmezler. Eğer deneyde nötronlar kullanılırsa proton ve nötronların yani nükleonların dağılımı hakkında bilgi sahibi oluruz. Çünkü nükleer kuvvetten etkilenirler fakat yüksüz oldukları için Coulumb kuvvetinden etkilenmezler. Bir cismi ve onun ayrıntılarını görmek için, radyasyonun dalga boyunun cismin boyutlarından daha küçük olması gerekir. Aksi takdirde kırınım etkileri görüntüyü kısmen veya tamamen örter. Şekil belirsiz olur. Şekil 2.2. Elektronların 208Pb den elastic saçılması. Kırınım desenine benzer davranış gösterir, ancak keskin minimumlar yoktur. (Krane, 1988) Şekil 2.2 de ağır bir çekirdek olan 208Pb deki elasrik saçılma sonuçları görülmektedir. Kırınım desenine benzer bu desnede birkaç minimum değer görülebilir. Bu minimumlar ışışğın yarı saydam bir diskteki kırınımında görülen minimumlar gibi sıfır olmazlar, çünkü çekirdek keskin sınırlara sahip değildir. Keskin-kenarlı yük dağılımına sahip, pek olası değildir, ancak test edilebilir. 3

I. Model r < a ise ρ(r) = ρ 0 ; r > a ise ρ(r) = 0. (The size and shape of nuclei, Kristin Walton, http://slideplayer.com/slide/4637121/) Böyle bir yük yoğunluğu seçildiğinde sonuç olarak diferansiyel saçılma tesir kesitinin saçılma açısına göre olan grafiğinde minimumların sıfıra indiği gözlenir. Böyle bir modelin doğru olmadığı anlaşılır. (The size and shape of nuclei, Kristin Walton, http://slideplayer.com/slide/4637121/) Wood-Saxon dağılımı seçilebilir. II. Model ρ(r) = ρ 0 1+exp( r R a ) 4

(The size and shape of nuclei, Kristin Walton, http://slideplayer.com/slide/4637121/) Gibi bir model saçildiğinde diferansiyel saçılma tesir kesitinin saçılma açısına göre olan grafiğinde minimumların sıfıra inmediği görülür ve deneysel sonuçlarla uyum içerisindedir. a=0,546 fm t=(4ln3)a=2,4 fm 5

Şekil 2.3. Çeşitli çekirdeklerin electron saçılma deneylerinden elde edilen radial yük dağılımları. Merkezi yük yoğunluğu en hafif çekirdekten en ağır çekirdeğe doğru çok az değişir. (Krane, 1988) Merkezdeki çekirdek yük yoğunluğu tüm çekirdekler için yaklaşık olarak aynıdır. Nükleonlar çekirdek merkezi yakınında taoplanmış gözükmez fakat gerçekte yüzeye doğru oldukça sabit sayılabilecek bir dağılım söz konusudur. Böylece birim hacim başına nükleon sayısı hemen hemen sabittir. 4 3 A πr3 ~sabit Burada R, ortalama çekirdek yarıçapıdır ve R 0 1.2 fm bulunur. R 1/ 3 r0a dir. Elektron saçılma deneylerinden Şekil 2.3, çekirdek yüzeyinin biçimi hakkında bilgi verir. Yük dağılımı belli bir noktaya kadar kabaca sabit, sonar oldukça yavaş bir hızla sıfır olur. Yük dağılımının sıfır olma mesafesi çekirdek büyüklüğünden hemen hemen bağımsızıdr ve genellikle sabit olarak alınır. t yüzey kalınlığı parametresi yük yoğunluğunun merkezdeki değerinin %90 nından %10 una düştüğü mesafe olarak tanımlanır. t değeri yaklaşık olarak 2.3 fm dir. 6

(The size and shape of nuclei, Kristin Walton, http://slideplayer.com/slide/4637121/) (Yarıçap R r A 0 1/3 15 formülü ile verilir. Burada r0 1,2x10 m 1,2fm değerine sahiptir ve elektromanyetik veya Columb alanına bağlı yarıçap demektir. A>50 olan çekirdekler için r0 1,32 fm, A<50 olan çekirdekleri için 0 r 1,21fm olarak bulunmuştur. Çekirdeğin hacmi 3 3 V 4 R 4 r A V A 3 3 0 0 olur. Buradan nükleon başına hacmin ( V A V 0 ) tüm çekirdekler için aynı olduğu görülmektedir. Başka bir deyişle nükleonların yoğunluğu yani nükleer yoğunluk (nükleon başına hacim) tüm çekirdekler için aynıdır. Tek başına nükleonun hacmi V/ 2 civarındadır. Yani çekirdekte nükleonlar toplam hacmin 0 yarısını işgal ederler. Buradan da nükleonların çekirdek içinde oldukça sıkı bir biçimde paketlendikleri anlaşılır. Çekirdeğin yarıçapı tam olarak tanımlanabilen bir nicelik değildir. Bu durum aşağıdaki şekilden de anlaşılmaktadır. Bu çekirdeklerin hiç birisinde yoğunluğun birdenbire sıfıra gitmediği görülmektedir. Keskin bir r yarıçapı yoktur. Dolayısıyla r yarıçapı yoğunluğun maksimum değerinin yarıya düştüğü uzaklık olarak tanımlanır. 10 17 kg/m 3 boyutundaki yoğunluk herhangi bir katı veya sıvının yoğunluğundan 10 14 kat daha büyüktür. Buradan atomun kütlesinin büyük çoğunluğunun çekirdekte toplandığını ve çekirdeğin hacminin atomun hacminden 10 14 kez daha küçük olduğunu anlayabiliriz. 7

Çekirdeğin içerisindeki nükleonların yoğunluk dağılımı ( r ) 1 exp( r R) a 0 ile verilir. Burada 0 çekirdeğin merkezindeki yoğunluktur a ise bir sabittir 0,55 fm. Çekirdeğin yarıçapının (R), çekirdeğin merkezinden nun 0 un yarısına düştüğü değere olan uzaklığa eşit olduğu düşünülür. Dış bölgenin 0,9 0 dan = 0,1 0 a düştüğü değer olarak alınır ve çekirdeğin yüzeyi olarak düşünülür. Hafif çekirdekler için yarıçap iyi tanımlanmayabilir. Bu nedenle yarıçap için bir ortalama değer hesaplanır. ) 2.3. NÜKLEER MADDENİN DAĞILIMI Nötron bir çekirdeğe geldiğinde hem nötronla hem de protonla etkileşir. Bu yüzden madde dağılımını gösterir. Yük dağılımının şekli ne ise aşağı yukarı madde dağılımı da aynıdır. İki çekirdek arasındaki nükleer kuvvet ile ilgili deneyle nükleer yarıçapı ölçebiliriz. Çekirdekler arasındaki kuvvetin uzaysal değişiminin tespit edilmesi nükleer yarıçapların ölçülmesine imkan sağlar. Bu durumda yarıçap Coulomb kuvvetinden çok nükleer kuvvet ile ilgilidir. Dolayısıyla bu yarıçaplar yanlız protonların değil çekirdekteki tüm nükleonların dağılımını verir. Nükleer maddenin büyüklüğünü ölçmek için yapılan bir deneye örnek olarak 4He çekirdeğinin saçılmasını göz önüne alaniliriz. Eğer iki çekirdek arasındaki mesafe çekirdeklerin yarıçaplarının toplamından daima daha büyük ise her biri diğerinin nükleer kuvvet menzilinin dışında olacaktır. Dolayısıyla iki çekirdek arasındaki kuvvet yanlız Coulomb kuvveti olacaktır. (Bu durum Rutherford saçılması olarak bilinir.) Belirli bir saçılma olasılığı, Rutherford bağıntısı ile kestirildiği gibi, gelen parçacığın enerjisi blirli bir değerin altında olduğu zaman gelen parçacığın enerjisine bağlıdır. Gelen alfa parçacığının enerjisi arttıkça çekirdekler arasındaki Coulomb itme kuvveti aşılır ve nükleer kuvvetlerin etkili olabilecekleri kadar birbirlerine yaklaşabilirler. Bu durumda artık Rutherford formülü artık geçerli değildir. Bu durum aşağıdaki şekilde görülmektedir. 8

Şekil 2.4. Rutherford saçılma formülünün aşağı doğru kayması (Krane, 1988) Gelen alfa parçacığı Pb hedef çekirdeğe nükleer kuvvetlerle etkileşecekleri kadar yaklaştığı zaman (Coulomb kuvvetine ek olarak) Rutherford formülü artık geçerli değildir. Kırılmanın meydana geldiği nokta çekirdeğin büyüklüğünün bir ölçüsüdür. 2.4. ÇEKİRDEĞİN KÜTLESİ Çekirdeğin kütlesi atomun kütlesinin yaklaşık %99,95 ini oluşturur. Yukarıda belirtildiği gibi kütle formülü m( A, Z ) Z mp N mn ile verilir. Burada mp ve mn sırasıyla protonun ve nötronun kütlesidir. Bağlanma enerjisi konusunda da bahsedildiği gibi M( A, Z ) m( A, Z ) ( Z mp N mn) şeklinde bir kütle farkı vardır. Bu kütle farkı negatiftir ve bağlanma enerjisi ile orantılıdır. Bu negatif kuvvet çekirdeği bir arada tutmaya yarar. Bu ifadenin mutlak değerinin büyüklüğü de çekirdeği parçalamak için gerekli olan minimum enerjiyi verir. Tüm parçacıklar kuantum mekaniksel oalrak dalga özelliği gösterirler. p momentumuna sahip her hangi bir parçacıkla ilişkili bir dalga boyu vardır. 9

h p Burada h Planck sabitidir. Relativistik olmayan kinematik için dalga boyu E p 2 ise h h k 2m p 2mE ile verilir. Pay ve paydayı c ile çarpıp bölersek, hc 2mE c k 2 k -13 λ =» 1,6fm» 1,6x10 cm olarak bulunur. Nükleer kütle kütle spektrometresi yardımıyla ölçülür. Kütle spektrometresi bir iyon kaynağı, detektör, demeti yarmak için bir sistem ve elektrik ile manyetik alandan oluşur. Numune iyon kaynağı denilen bölgeye yerleştirilir. Numune çeşitli yöntemlerle iyonize hale getirilir, örneğin numuneye elektron demeti gönderilir. Sonuçta numune pozitif yüklü parçacıklardan, yani iyonlardan oluşmuş hale getirilir. Bu pozitif iyonlar elektrik alan etkisinde hızlandırılır. Bir manyetik alandan geçirilirler. İyonların bir elektromanyetik alandan geçerken sahip olduğu davranışı veren bağıntıdan, kütle/yük oranı hesaplanır. Kütle/yük oranına göre çeşitli şekillerde ayrıştırılan kütleler detektörler yardımıyla ölçülürler. Aşağıdaki bağıntılarla da açıklandığı gibi hızlandırılmış iyonlardan kütlesi büyük olan iyon manyetik alanda daha az, kütlesi küçük olan iyon ise manyetik alanda daha fazla sapacaktır. Kütle ayrıştırmasında bu özellik kullanılır. Silindiriksel bir kondersörde, q yüklü, m kütleli bir iyon E elektrik alanı içerisinde v hızıyla, re yarıçaplı dairesel bir hareket yapar. Burada elektrik alan bir enerji süzgeci görevi görür. e mv r E 2 2 kin mv q E r 2 2 F qe E E 10

B manyetik alanında, Fmag kuvveti iyonları rb yarıçaplı bir yörüngede tutar. Böylece manyetik alan bir momentum süzgeci gibi davranır. mag mv r B 2 F qvb p mv q B r Her iki süzgeçten geçen iyonlar uygun cihazlarla detekte edilirler. Her iki denklem kullanılarak B m q 2 2 B r B Er bulunur. e Ayrıca nükleer reaksiyonlarda yayınlanan radyasyonun enerji ölçümleri ile de kısa ömürlü çekirdeklerin ve nötronların kütlesi belirlenebilir. Örneğin termal nötronların hidrojen atomu tarafından yakalandığı bir reaksiyonu kullanarak nötronun kütlesini hesaplayalım. 1 2 n H H Reaksiyon ekzotermiktir. E 2 2 1 2 2 BE( H) = {m n + m( H) - m( H)}c = E +»2,25MeV 2m( 2H)c 2 Burada H1 hidrojen, H2 döteryum atomlarını göstermektedir. E yayınlanan gamanın enerjisi, ikinci terim ise döteryum atomunun geri tepme enerjisidir. Nötronun enerjisi E nın ölçülmesiyle, hidrojen ve döteryum atomunun kütlelerinin bilinmesiyle bulunur. mn=1,00866419158 akb. 11