40 Radyoaktivite - Büyük Patlama ve Evrenin Olşm 1 Test 1 in Çözümleri 1. Elektrikçe yüksüz parçacıklar olan fotonların kütleleri yoktr. Işık hızıyla hareket ettikleri için atom içerisinde blnamazlar. Fotonlar yüksük oldkları için elektrik ve manyetik alanda sapmazlar. 5. Leptonlar, temel parçacıklardır. Daha küçük parçalara bölünemezler. Hadronlar ve nötronlar temel parçacık değildir. 6. Lepton ve karkların ortak özelliği noktasal ve temel parçacık olmalarıdır. 2. Elektron baryon ailesinin bir elemanı değildir. 7. Şekilde; X, atomn çekirdeğini Z: elektron Y: karkı göstermektedir. atom Z 3. Proton haricindeki tüm baryonlar, en son ürünleri proton olacak şekilde boznrlar. Protonlar en kararlı baryon oldklarından boznmazlar. X Y 4. Parçacık ve karşıtparçacıkların kütleleri ve yük büyüklükleri eşit olp yük cinsleri zıttır. 8. Verilen üç parçacık da leptondr.
2 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 9. proton nötron 11. Elektron d d d Elektron için verilen seçenek yanlıştır. Nötronların kütlesinin, protonların kütlesinden az miktarda büyük olmasının nedeni nötronlarda fazladan d karkının blnmasıdır. 10. p: proton p: karşıtproton olmak üzere b tepkimenin denklemi; c c $ p p şeklindedir.
BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 3 Test 2 nin Çözümleri 1. Elektrik ve manyetik alanlardan geçerken sapmaya ğramayan ışın çifti c ve X-ışınlarıdır. Çünkü b iki ışın elektromanyetik dalgadır. 5. Atomn çekirdeğinde blnan nötronlar yüksüzdür. Yine çekirdekte blnan protonlar () yüklüdür. Çekirdeğin çevresinde hareketli halde blnan elektronlar ( ) yüklüdür. 6. III. bilgi elektronlara ait bir özelliktir. C seçeneğinde nötronları anlatır dendiği için b seçenek yanlıştır. 2. Radyo dalgaları, görünür ışık, X-ışınları, c ışınları elektromanyetik dalga oldklarından ışık hızı ile yayılır. β ışını hareketli elektron olp ışık hızı ile yayılmaz. 7. Nötronlar; Yüksüzdür, Elektronn yapısına katkıları yoktr, Çekirdeği bir arada ttar. 3. Yüksek enerji taşıma Gazları iyonlaştırma Kimyasal ve fiziksel değişiklikler olştrma Ykarıdaki üç özellik hem X-ışınlarının hem de c ışınlarının ortak özellikleridir. 8. X Y mavi kırmızı mavi kırmızı Z mavi kırmızı X yıldızında kayma görülmemiş oldğndan hareketsizdir. 4. Yüksek enerjili elektronlarla atomların bombardıman edilmesi X-ışınlarının elde edilme biçimidir. Atom çekirdeğinin yarılması ise nükleer fisyon olayıdır. Y yıldızında kırmızıya kayma görüldüğünden bizden zaklaşmaktadır. Z yıldızında maviye kayma görüldüğünden bize yaklaşmaktadır.
4 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 9. Ağır elementlerin çekirdeklerinin dağılmaması için nötronların sayısının protonların sayısından fazla olması gerekir. 11. Zaman 0 T 2T 3T = t Radyoaktif madde (g) 20 10 5 2,5 Tablodan görüldüğü gibi 20 g radyoaktif madde t saat sonra 2,5 g kalıyor. T yarı ömrü olmak üzere; t t = 3T & T = 3 t = 3 saat ise 3 T = = 1 saat blnr. 3 10. Kütle nmarası büyük bir atomn çekirdeğini, yalnız nötron ilave etmek çekirdeği dağılmaktan krtarabilir. 12. α ve β nın ikisi de yüklü parçacıklar olp bir kütleye sahiptir. c ışını elektromanyetik dalga olp kütlesi yoktr.
BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 5 Test 3 ün Çözümleri 5. 1. Güçlü çekirdek kvveti, çekirdekteki tüm parçacıkları arasında blnr. Yani b kvvet proton-proton, proton-nötron, nötron-nötron etkileşmelerinde mevcttr. Protonlar colomb kvveti nedeniyle birbirlerini iterken, aynı anda çekirdek kvveti vasıtasıyla çekici etkileşimde blnmaktadırlar. alfa parçacığı mıknatıs N gama ışını S beta parçacığı radyoaktif kaynak krşn blok 2. Atomaltı parçacıkları birbiriyle etkileşime girdikleri kvvetler dikkate alınarak; fotonlar, hadronlar ve leptonlar olmak üzere üç grpta incelenir. Kararlı olmayan çekirdekler kendiliğinden daha kararlı ve daha düşük enerjili hâle doğr bir iç değişime ğrayabilirler. Çoğ zaman çekirdekler fazla enerjilerini, parçacıklar veya elektromanyetik ışıma yayımlayarak harcarlar. B parçacıklardan pozitif yüklü olanlar alfa (α), negatif yüklü olanlar beta (β) ve elektriksel olarak yüksüz olanlara gama (c) ışınları denilmiştir. 3. X ve Y protonları birbirine çok yakın oldğndan aralarındaki güçlü çekirdek kvveti en büyüktür. A B X Y 6. 4. Nötronlar yalnızca çekici kvvete neden oldkları için, çekirdeğin kararlı olması için daha çok nötrona gereksinim vardır. B dengeleme sınırsız değildir. Ağır çekirdekler için protonlar arasındaki itici kvvet, daha çok sayıda nötron ilavesi ile dengelenemez. B olay, Z = 83 değeri ile sınırlıdır. 83 ten daha fazla proton içeren çekirdekler kararlı değildir. Radyoaktif elementler tarafından yayımlanan ışınların nüfz etme güçleri arasında çok büyük farklılıklar vardır. Alfa ışınları drdrlması en kolay ışınlar olp önüne konlan bir tabaka kağıttan geçemezler. Beta ışınları kağıdı delip geçer; fakat önüne konlan birkaç alüminym folyo tabakasından geçemez. Gama ışınları drdrlması en zor olanıdır. B ışınları drdrmak için krşn ya da ağır metallerden yapılı koryc bir bloğa gereksinim vardır.
6 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 7. Baryonların en hafif üyesi protondr. Diğer baryonlar boznarak protona dönüşür. Proton kararlıdır. 9. Tüm elektromanyetik ışımalar boşlkta ışık hızı ile yayılırlar. Elektromanyetik ışımalar, yüklü cisimlerin ivmeli hareketinden olşrlar ancak kendileri yüksüzdür. Alfa parçacıkları 2 yüklü helym çekirdekleri olp, b ışınlar elektromanyetik dalga karakteri taşımazlar. Gama ışınları, X-ışınları ve mor ötesi ışınlar elektromanyetik dalga karakteri taşıdıklarından, boşlkta ışık hızı ile yayılırlar. Ses dalgaları, havada 340 m/s hızla yayılan dalgalar olp elektromanyetik dalga değildir. O hâlde α ışınları ve ses dalgaları ışık hızı ile yayılmaz. 8. Verilen parçacıklardan foton etkileşim parçacığıdır. 10. 120 nötron say s 1. bölge 100 80 70 60 n p > 1 kararl l k kşağ n p = 1 40 20 0 20 40 60 80 proton say s nötron sayısı 1. bölgede blnan çekirdeklerin proton sayısı oranı kararlı kşaktan büyüktür. B bölgede blnan çekirdekler beta boznması (ışıması) yapar. Beta boznması sırasında bir nötron, bir protona ve bir beta parçacığına dönüşür. B dönüşüme çekirdekteki nöron sayısı 1 azalırken proton sayısı 1 artar. Yeni çekirdeğin atom nmarası boznmaya ğrayan çekirdeğin atom nmarasından 1 fazladır. Kütle nmarası ise değişmez.
BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 7 Test 4 ün Çözümleri 1. Alfa ve beta boznması yapan bir çekirdek yarılmış drmda kararlı hâle geçerken enerjisinin bir kısmını gama ışınları biçiminde yayınlar. 4. Baryonlar, parçacık aileleri arasıda en geniş olanıdır. B aile içinde bize en tanıdık gelen proton ve nötrondr. Baryonlar, ağır parçacıklar olp proton b ailenin en hafif parçasıdır. 2. Gama, yüksüz bir ışın olp elektromanyetik dalgadır. B özelliğinden dolayı elektrik ve manyetik alanlarda sapmaz. 5. Elektronn karşıt parçacığı proton değil pozitrondr. Alfa ve beta parçacıları hem bir kütleye hem de hıza sahip oldğndan bir momentmları vardır. Gama ışını elektromanyetik dalga olp momentm, P = h m dır. O hâlde alfa, beta ve gamanın ortak özelliği momentma sahip olmalarıdır. 6. Elektron ( ) yüklü, nötrüno ise nötr olp yükü sıfırdır. Müonn yükü ise ( ) dir. 3. 6 adet lepton vardır. Bnlar; Elektron Elektron nötrinos Müon Müon nötrinos Ta Ta nötrinos dr. O hâlde verilenlerin hepsi lepton sınıfında yer alır. 7. Mezonların boznması sonc elektron, pozitron, nötrino ve foton elde edilir. Ancak baryon elde edilemez. Çünkü baryonlar ayrı bir grptadır ve mezonlardan daha ağır parçacıklardır.
8 BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 8. Doğadaki dört temel kvvet; Kütle çekim Elektromanyetik Güçlü nükleer Zayıf nükleer kvvetlerdir. Parçacık fiziğine göre evreni yöneten, b dört temel kvveti taşıyan (aracılık eden) parçacıklar olmalıdır. Aşağıdaki tabloda kvvetler ve b kvvetlere aracılık eden parçacıklar verilmiştir. Kvvet Kütle çekimi Elektromanyetik Güçlü nükleer Zayıf nükleer Aracılık eden parçacık Gravition Foton Glonlar W, W ve Z O 10. A) Protonca zengin olan kararsız bir çekirdek, kendine yakın orbitallerin birinde en düşük enerji seviyesine sahip bir elektron yakalar. B yakalama genellikle K tabakasında gerçekleşir. Elektron bir protonla birleşir. B drmda atom nmarası 1 azalırken nötron sayısı 1 artar. Çekirdeğin kütle nmarası değişmez. B) b bozmnmnda proton bir nötron, bir pozitron ve bir nötrinoya boznr. Çekirdeğin atom nmarası 1 azalırken nötron sayısı 1 artar ve çekirdeğin kütle nmarası değişmez. C) b boznmnda nötron 1 proton, 1 elektron ve 1 antinötrinoya boznr. b boznm yapan bir çekirdeğin nötron sayısı bir azalırken proton sayısı bir artar ve kütle nmarası değişmez. D) Gama boznm, bir atom çekirdeğinden elektromanyetik spektrmnn en yüksek enerji değerine sahip gama fotonnn salındığı boznmdr. 4 E) Alfa parçacığı 2He oldğndan, b parçacığı salan bir çekirdete 2 proton ve 2 nötron azalır. X ana çekirdek, Y ürün çekirdek olmak üzere b boznmayı sembolik olarak; A Z X -4 2 Y 4 $ - 2 He yazabiliriz. O hâlde alfa boznmasında çekirdek ile ürünün kütleleri birbirinden farklıdır. 9. elektron nötron proton çekirdek atom nötron proton kark Proton ve nötron, baryon grbnda olp üç karktan olşr. Elektron ise lepton olp temel parçacıktır. 11. İç yapısı olmayan yani karklardan olşmayan parçacıklar temel parçacıktır. I. Baryonlar üç tane karktan olştğ için temel parçacık değildir. II. Günümüz bilgilerine göre leptonların iç yapısı yoktr. B nedenle leptonlar temel parçacaktır. III. Mezonlar bir kark ve bir karşıt karktan olştğ için temel parçacık değildir.
BÜYÜK PATLAMA VE EVRENİN OLUŞUMU 9 12. Büyük patlama teorisine göre ilk olşan atom altı parçacıklar temel parçacıklardır. Karklar ve leptonlar temel parçacık olp büyük patlama teorisine göre ilk olşan parçacıklardır.