1. çekirdeğin yapısı ve kararlılık
advertisement
1. ÇEKİRDEĞİN YAPISI VE KARARLILIK 1 Maddenin en küçük parçası olan cüz–ü layetecezzada yoğun bir enerji vardır. Yunan bilginlerinin iddia ettiği gibi bunun parçalanamayacağı söylenemez. O da parçalanabilir. Parçalanınca da öylesine bir enerji meydana gelir ki Bağdat’ın altını üstüne getirebilir. Bu, Allah’ın bir kudret nişanıdır. Cabir bin HAYYAN* (721–805) * Kimya ilminin babası, Türk bilim adamı, büyük dâhi, Harran Üniversitesi rektörü. 2 Madde, sonsuz denecek ölçüde Nazzam* parçalanabilir. (792–845) * İslam âlimi, Basra’da doğdu, Basra’da yaşadı, hayatının son devresini Bağdat’ta geçirdi. 3 Nükleer Santral 4 Hiroşima’ya Atılan Atom Bombası 5 Nagazaki’ye Atılan Atom Bombası 6 Nükleer Deneme* *3 Temmuz 1970 Saat 8:30’da Fransızların denizaşırı toprağı olan Mururoa ve Fangataufa adalarında yaptığı nükleer deneme RADYOAKTİFLİK Bazı atomların çekirdeklerindeki kararsız yapıdan dolayı kararlı hâle gelebilmek için atomların çekirdeklerinden enerji ve/veya parçacık fırlatması veya dönüşümler gerçekleştirmesine radyoaktiflik denir. n / p oranı 1,5’tan büyük veya eşit olan tanecikler ile n / p oranı 1’den küçük tanecikler radyoaktiftir. 8 Atom numarası 83’ten büyük olan doğal elementler arasında radyoaktif olmayan element yoktur. 83Bi dâhil olmak üzere hepsi radyoaktiftir. Atom numarası 83’ten küçük olan elementler 82Pb dâhil olmak üzere kararlıdır. Kararlı elementlerin sentetik izotopları, kararsız (radyoaktif) olabilir. Radyoaktif taneciklerin çekirdeklerinden enerji veya parçacık fırlatmaları olayına ışıma denir. 9 IŞIMALAR 1–Alfa ışıması: Atom çekirdeğinden 2 nötron ile 2 protonun beraber fırlatılmasıdır. Alfa ışıması yapan atomun atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır. 2–Proton ışıması: Atom çekirdeğinden 1 protonun fırlatılmasıdır. Proton ışıması yapan atomun atom numarası 1, kütle numarası 1 azalır. 10 3–Nötron ışıması: Atom çekirdeğinden 1 nötronun fırlatılmasıdır. Nötron ışıması yapan atomun atom numarası değişmez, kütle numarası 1 azalır. 4–Beta ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 nötronun; proton ve elektrona dönüşmesidir. Beta ışıması yapan atomun proton sayısı 1 artar, kütle numarası değişmez. 11 5–Pozitron ışıması: Atom çekirdeğindeki 1 protonun; nötron ve pozitrona dönüşmesidir. Pozitron ışıması yapan atomun proton sayısı 1 azalır, kütle numarası değişmez. Beta ve pozitron ışımaları beta sembolüyle gösterilir. + işareti varsa pozitron, işaret yoksa veya – işareti varsa betadır. 12 Elektron yakalama: Bazı çekirdekler 1. yörüngelerinden elektron yakalayabilir. Bu yakalanan elektron, çekirdekteki bir protonu nötrona dönüştürür. Elektron, çekirdek tarafından yakalanınca, onun boşalttığı yer, daha yüksek enerji düzeyinden bir elektron tarafından doldurulur. Pozitron ışıması ile elektron yakalanmasında aynı olay gerçekleşir (protonun nötrona dönüşmesi). Elektron yakalamada çekirdekten fırlatılan bir parçacık yoktur. 13 6–Gama ışıması: Atom çekirdeğinden fazla enerjinin fırlatılmasıdır (enerji paketi). Genelde diğer ışımalarla beraber veya diğer ışımaların sonrasında gerçekleşir. Gama ışıması yapan atomun atom ve kütle numarası değişmez. BOMBARDIMAN: Kararlı çekirdeklerin veya radyoaktif çekirdeklerin bazı parçacıklarla (alfa, beta, nötron gibi) çarpıştırılmasıdır. 14 YARI ÖMÜR (YARILANMA SÜRESİ) Radyoaktif bir maddenin başlangıç kütlesinin yarısının ışımalarla bozunması için geçen süreye yarı ömür veya yarılanma süresi denir. 15 YARILANMA SÜRESİ MADDENİN SONRADAN VAR EDİLDİĞİNİ GÖSTERİR Radyoaktif maddeler yarılanma sonucunda bitmediğine göre bir başlangıçları var demektir. Şayet madde ezelî olsaydı (maddenin başlangıcı olmasaydı) radyoaktif maddeler çoktan bitmiş olacaktı. Bitmediğine göre sonradan var edilmiştir. Öyleyse madde ezelî değildir. 16 YARI ÖMÜR VE MADDE–ENERJİ İLİŞKİSİ Madde, kaç yarılanma geçirirse geçirsin belirli bir miktarı kalır; örneğin uranyum bozununca kripton, baryum, nötron ve enerji meydana gelir. Çıkan ışının kütlesi kadar madde enerjiye dönüşmüştür. 17 DOĞAL ATOMLARIN YARI ÖMRÜ ÇOK YÜKSEKTİR (RADYASYON TEDBİRLERİ) Potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarının yarı ömürleri, diğer atomlara göre çok azdır. Bu azlığa rağmen, örneğin; potasyum–40 atomunun yarı ömrü, insana zarar vermeyecek kadar uzundur. Potasyum–40 atomlarının yarısının bozunması için 1,3 milyar yılın geçmesi gerekmektedir. 18 İnsan vücudunda en çok bulunan radyoaktif izotoplar potasyum–40 ve karbon–14 izotoplarıdır. Diğer radyoaktif izotopların yarı ömrü de insana zarar vermeyecek kadar uzundur. Potasyum–40 atomlarının yarı ömrünün uzun olması sayesinde, bir hücre şayet yaşasaydı 200 senede ancak 1 kez potasyum–40 bozunmasıyla karşı karşıya kalacaktı. 19 Bir hücre bu kadar uzun yaşamadığına göre, potasyum–40 bozunması ve izotopun yarılanmasından dolayı radyasyon yayılması söz konusu değildir. 20 KARARLILIK KUŞAĞI Kabaca n / p oranı 1,5’tan büyük veya 1,5’a eşit olan tanecikler ile n / p oranı 1’den küçük tanecikler kararsızdır. Bunun dışında kalanlar kararlıdır. Kararlı elementler; atom numarası 1 ile 82 arasındaki 82 elementtir. 82Pb’den sonraki elementler kararsızdır. 21 BAĞLANMA ENERJİSİ (NÜKLEER ENERJİ) Çekirdekteki nükleer enerjinin görevi, birbirlerini iten pozitif yüklü protonların bir arada durmalarını temin etmektir. Bağlanma enerjisi denmesi, bu sebepledir. Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir. 22 Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır. Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir. 23 ÇEKİRDEĞİNDE NÜKLEON BAŞINA DÜŞEN BAĞLANMA ENERJİSİNİN EN YÜKSEK OLDUĞU ELEMENT: DEMİR Demirin bağlanma enerjisi en yüksektir. Bağlanma enerjisinin en yüksek oluşu, ileride demir çekirdeği parçalanabilir anlamına gelebilir. 24 Yerkürenin çekirdeğinde demir vardır. Çekirdekte ağaca ait özelliklerin tamamı bulunur. Günümüzde dünyada yaklaşık 90 doğal element tespit edilmiştir. Element sayısı 114’tür. Demir dünyanın çekirdeği olduğuna göre acaba demirde de dünyadaki doğal elementlerin bütünü var mıdır? 25 Magma tabakasındaki yüksek sıcaklığın, demirin nükleer reaksiyonundan kaynaklandığı bilinmektedir. Bu yüksek sıcaklık, demiri eritmektedir. Demirde elementlerin çoğunun geçtiği bugün keşfedilmiştir. İşte bunlardan dolayı ileride demir çekirdeğinin parçalanarak çeşitli elementlerin elde edilebileceğini söyleyebiliriz. 26 RADYASYONU VÜCUTTAN ATMAK İÇİN: KURŞUN Kurşun geniş bir kapta eritilip insanın etrafında gezdirilir. Daha sonra suya dökülür. Suya döküldüğünde çıkan sesten sonra kurşun dağılmadıysa, külçe hâlinde kaldıysa radyasyon yoktur. Saçma tanesi gibi dağıldıysa radyasyon var demektir. Aynı işleme, kurşun dağılmayıncaya kadar devam edilir. 27 RADYASYONU VÜCUTTAN ATMAK İÇİN GEREKLİ OLAN BAŞLICA İKİ GIDA Kimyon Limon 28 RADYOAKTİVİTEYLE İLGİLİ BAZI NOTLAR 1– Radyoaktif olaylarda kütle enerjiye dönüşür. 2– Radyoaktif olaylarda toplam proton sayısı ve toplam nötron sayısı değişebilir. Ancak proton ve nötronların toplam sayısı (toplam nükleon sayısı) asla değişmez. 3– Herhangi bir dış müdahale olmaksızın kendiliğinden ışıma yapan tanecikler doğal radyoaktiftir. 29 4– Radyoaktif özellikler (ışıma, yarı ömür, fisyon vb.) sıcaklık, basınç, bileşik oluşturma gibi fiziksel veya kimyasal etkilerle değişmez. 5– Yarı ömür tüm atomlar için farklıdır. 6– Yarı ömür her bir atomun farklı izotopları için de farklıdır. 7– Yarı ömrü uzun olan atomlar, yarı ömrü kısa olanlara göre daha kararlıdır. 30 8– Yarılanma hızı birim zamanda bozulan madde miktarıdır. Dolayısıyla hem madde miktarına hem de kütleye bağlıdır. 9– Genelde fisyon, füzyon ve bombardıman olayları çekirdek tepkimesi olarak isimlendirilir. Işımalar ise bozunma olarak isimlendirilir. 31 ELEKTRONLARDAN ENERJİSİ DÜŞÜK OLAN MI YOKSA YÜKSEK OLAN MI HIZLI DÖNER? 7 enerji düzeyi vardır. Çekirdeğe en yakın olan 1. enerji düzeyi, en uzak olan da 7. enerji düzeyidir. 1. enerji düzeyinden 7. enerji düzeyine doğru enerji düzeylerinin enerjisi fazlalaşır. 1. enerji düzeyinin enerjisi en az; 7. enerji düzeyinin enerjisi en çoktur. 32 Çekirdeğe yakın elektronlar daha hızlı, çekirdeğe uzak elektronlar ise daha yavaş dönerler. Herhangi bir atomun üst enerji düzeyindeki elektronların enerjisi daha fazladır. Buna rağmen diğerlerine göre daha yavaş dönerler. Elektronun hızı ile enerji düzeyinin enerjisi ters orantılıdır; bu iki konu birbiriyle karıştırılmamalıdır. Kimyasal bağ, en üst düzeydeki elektronların bir kısmı ile meydana getirilir. 33 NÜKLEER KUVVET (BAĞLANMA ENERJİSİ) Çekirdekteki nükleer enerjinin görevi, birbirlerini iten pozitif yüklü protonların bir arada durmalarını temin etmektir. Bağlanma enerjisi denmesi, bu sebepledir. Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir. 34 Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır. Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir. 35 Nükleer enerji, çekirdek reaksiyonları, radyoaktivite, radyoaktif atom, radyasyon, kararlılık kuşağı, kararsız atom gibi tabirleri konuyu iyi anlamak için bilmek gerekir. Işın yayan atomlara radyoaktif atom, bu konuya da radyoaktivite denir. Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar bulunmaktadır. 36 Aynı yükler birbirini iter. Çekirdekte birden fazla proton bulunursa bunlar, pozitif yüklü, yani aynı yüklü oldukları için birbirlerini iterler. Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde birden fazla proton bulunur. Çekirdekteki nötronlar, protonların birbirlerini itmelerini önleyerek bağlayıcı rol oynar. 37 Bu da protonlar, nötronsuz bir arada bulunamazlar demektir. Bunun tersi de söz konusudur; nötronlar da her zaman protonlara muhtaçtır. Çünkü onlar da tek başlarına kaldıkları zaman 13 dakikada yarısı bozulmaya uğrayarak proton ve elektron çıkartırlar. Nötron = Proton + Elektron Atom çekirdeği büyüdükçe proton ve nötron sayısı eşit olarak değil, nötron sayısı daha fazla olacak şekilde artar. 38 Tabii her şeye rağmen bu artışın yine de bir sınırı ve ölçüsü vardır: Nötron sayısının proton sayısına oranı en az 1, en çok da 1,5 olmalıdır. Şayet nötron sayısının proton sayısına oranı bu ölçüyü geçmişse atom çekirdeği kararsız bir durum arz eder. Bu atomlara kararsız atom denir. Kararsız bir çekirdek de kendi içinde meydana gelen radyoaktivite ile kararlı hâle kavuşur. 39 Çekirdeğinde 83 ve daha fazla proton bulunan elementler ne kadar çok nötrona sahip olurlarsa olsunlar kararsızdır. Bu kadar çok pozitif yük, atom çekirdeğinde devamlı tutulamaz. Çekirdek küçülerek kararlı bir duruma düşer. En istikrarlı atom hidrojen, en istikrarsız atom ise uranyum atomudur. Uranyum atomunun protonları, bulundukları yerde sürekli gürültü ve infilaklara sebebiyet verir. 40 Onun için atom bombasında da temel unsurlardan biri olarak uranyum kullanılmaktadır. Uranyumun atom numarası 92’dir. Proton sayısı da 92 olur. Nötron sayısı ise 238–92=146 olur. Alfa ışıması yapmak, helyum çekirdeği yaymak demektir. Alfa ışıması yapan atomun atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır. 41 238U (Uranyum–238) atomu, bir alfa parçacığı neşrederek proton sayısını 92’den 90’a, nötron sayısını da 146’dan 144’e düşürür. 90 protona 144 nötron biraz fazladır. Uranyum bu defa bir beta parçacığı neşreder. Beta ışıması elektron yaymaktır. Beta ışıması yapan atomun atom numarası 1 artar, kütle numarası ise değişmez. 42 Neşredilen beta ışını sonucunda uranyum çekirdeği proton sayısını bir arttırır, nötron sayısını değiştirmez. Böylece proton sayısı 91 olur, nötron sayısı 144’te kalır. Beta bozunması sırasında çekirdekteki nötronlardan biri, proton ve elektrona parçalanmıştır. Nötron → Proton + Elektron 43 Proton sayısının her değişmesinde farklı bir element oluşur. Bir seri hâlinde bu iş devam eder gider. Nihayet uranyum atomu çekirdeği, 82 protonlu ve 124 nötronlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür. Radyoaktif bozunma, yalnız nötron–proton dengesizliğinden (nötron sayısının proton sayısına oranının yüksekliğinden) kaynaklanmaz. 44 Bazen sadece proton sayısının yüksek oluşu da buna sebep olabilir (pozitron bozunması). Pozitron, elektronun zıt ikizidir; kütlesi elektronun kütlesine eşittir; her şeyi elektronla aynı, sadece yükü farklıdır. Elektronun yükü –1, pozitronun yükü ise +1’dir. Pozitron bozunmasında; atom numarası 1 azalırken, kütle numarası değişmez. 45 Çekirdekteki nötronlar, elektrik bakımından yüksüzdür. Yüksüz oldukları için bir madde içinde uzun yol alabilirler. Bu ağır parçalar, ağırlıklarına göre süratlenirler. Hızları, ışık hızından saniyede birkaç km’ye kadar değişir. Nötronların bazıları çok ağırdır; bu ağırlıklarından dolayı öyle hız kazanabilirler ki, en kesif maddelerin bile bir tarafından girip öbür tarafından çıkabilirler. 46 Nötronlar bu süratle, 30 cm kalınlığındaki demir ve kurşundan bile geçebilir. Ancak atom çekirdeğiyle çarpışmalarında enerjilerini kaybederler. Kuş havada ne kadar rahat uçuyor veya balık denizde ne kadar rahat yüzüyorsa, nötronlar da o hız sayesinde o kadar rahat hareket ederler. 47 Bu özellikleri taşıyan nötronlar, çekirdek içinde enerjilerini, protonları bir arada tutmak için kullanırlar. Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde, mutlaka nükleer enerji bulunur. Hidrojen atomunun çekirdeğinde proton 1 adet olduğundan, hem nötrona hem de nükleer enerjiye ihtiyaç yoktur. 48 Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir. Nükleer reaksiyonlarda, atom numarası ve kütle numarası korunmaktadır; bu durum kütlenin korunduğu anlamına gelmez. Nükleer reaksiyonlarda kütle kaybı olur. Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır. 49 Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir. Olay, saatin kurulup bırakılması gibi de değildir: Protonların birbirlerini itmemeleri için başlangıçta maddenin enerjiye dönüşmesiyle başlayan görevi, nötronlar her an sürdürmektedirler. Ayrıca var etme her an sürmektedir. 50 YALNIZ HİDROJEN ATOMUNUN ÇEKİRDEĞİNDE NÖTRON BULUNMAMASININ SEBEBİ Nötronun görevi; birden fazla protonu bulunan çekirdeklerde, protonların birbirlerini itmesini önlemektir. Hidrojen atomunun çekirdeğinde 1 tane proton bulunduğundan, böyle bir görev söz konusu değildir. Bu nedenle de hidrojen atomunun çekirdeğinde nötron yoktur. 51 PROTON VE NÖTRON SAYISI, HANGİ ATOM ÇEKİRDEKLERİNDE EŞİTTİR? Atom numarası çift ve 20’ye kadar olan atomlarda, proton sayısı ile nötron sayısı birbirine eşittir. 52 NÖTRON SAYISININ; PROTON SAYISINA GÖRE DAHA FAZLA OLACAK ŞEKİLDE ARTMASININ, BELLİ BİR SINIR VE ÖLÇÜSÜ VAR MIDIR? Atom numarası tek ve 20’ye kadar olan atomlarda nötron sayısı, proton sayısından bir fazladır. Atom numarası 20’den sonra, nötron sayısının gittikçe fazlalaşarak arttığı görülür. Bu artışın belli bir sınır ve ölçüsü vardır. 53 NÖTRON SAYISININ PROTON SAYISINA BÖLÜMÜ 1,5’U GEÇMİŞSE NASIL BİR DURUM ORTAYA ÇIKAR? Atom numarası 20’nin üzerindeki atom çekirdeklerinde; nötron sayısının, proton sayısına göre gittikçe daha fazlalaşarak artışı, belli bir sınır ve ölçüyü geçerse kararsızlık başlar. 54 ÇEKİRDEK KARARLILIĞIYLA ATOM KARARLILIĞI KARIŞTIRILMAMALIDIR Çekirdek kararlılığı ile atom kararlılığı; farklı hususlardır. Atom kararlılığındaki ölçü, soy gaza benzemedir. Çekirdek kararlılığındaki ölçü ise, n / p oranının 1,5’tan küçük olmasıdır. Doğal elementlerde oran 1’den küçük olmaz. 55 RADYOAKTİVİTE KONUSUNDA KARARLI ELEMENT NE DEMEKTİR VE HANGİLERİDİR? Kararlı element; ışın yaymayan ve bozunmayan elementtir. Nötron sayısının proton sayısına bölümünün 1,5’a kadar olduğu elementler kararlı elementlerdir. Bunlar; atom numarası 1 ile 82 arasındaki 82 elementtir. 1H’den başlar, 83Bi’ta son bulur. Sonuncu kararlı element 82Pb’dur. 56 KARARSIZ ELEMENTLER Kütle numarası 206 olan 82Pb’dan sonraki elementler kararsızdır. n / p oranı arttıkça ve proton sayısı yükseldikçe atom çekirdeğindeki kararsızlığın arttığı görülür. Kararsız elementlerde n / p oranı 1,5’tan büyüktür. 57 Kararsız doğal elementler 83Bi (bizmut), 84Po (polonyum), 85At (astatin), 86Rn (radon), 87Fr (fransiyum), 88Ra (radyum), 89Ac (aktinyum), 90Th (toryum), 91Pa (protaktinyum) ve kütle numarası 238 olan 92U (uranyum)’dur. 92U’den sonraki elementler sentetiktir. 58 KARARSIZ ELEMENTLERE KARŞI NASIL BİR ÖNLEM ALINMIŞTIR? Kararsız 10 atom; hem çevrelerine ışın yayar hem de çekirdeklerindeki enerjiyi dışarı verir. Böylece kararlı duruma geçerler (nükleer reaktörler). Bu elementlere radyoaktif element, bu olaya da radyoaktivite denir. 59 RADYOAKTİF BOZUNMA SERİLERİ Uranyum, toryum ve aktinyum serisi olmak üzere 3 seri vardır. Her 3 seride de atom çekirdeği, bir seri değişim sonucunda 82 protonlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür. Her bir değişimde atomlar enerjisini dışarı verir. Enerjinin dışarı verilmesiyle atom kararlı hâle geçer. Zaten kararlı elementlerin sonuncusu kurşundur. 60 ATOM NUMARASI EN BÜYÜK KARARLI ELEMENT: KURŞUN Bazı kaynaklarda bizmut geçmektedir. Bizmut şu yönlerden olamaz: Bizmutun n / p oranı 1,5’tan büyüktür. Kararsız atom çekirdekleri, bir seri değişim sonucunda 82 protonlu olan kararlı kurşun atomu çekirdeğine dönüşür. Bizmutta karar kılınmaz, kurşunda karar kılınır. Kurşun radyoaktiviteyi alır, bizmut radyasyon yayar. 61 KARARSIZ ÇEKİRDEKLERDEKİ DÖNÜŞÜM REAKSİYONLARI Nötron → Proton + Elektron Proton + Elektron → Nötron Proton → Pozitron + Nötron Pozitron + Nötron → Proton Pozitron + Elektron → Gama ışını Gama ışını → Pozitron + Elektron Denklemler formüllerle yazılırsa giren ve ürünlerin, atom ve kütle numaralarının eşit olduğu görülür. 62 NAZZAM’IN PARTİKÜL TEORİSİ İLE İLGİLİ 12–13 ASIR ÖNCEKİ KEŞFİ Atom teorisini ilk ortaya koyan Yunan bilginleri maddenin en küçük parçasının atom olduğunu söylerken bir İslam âlimi olan Nazzam, maddenin sonsuz denecek ölçüde parçalanabileceğini söylemiş ve günümüzün ilim adamlarından biri gibi konuşmuştur. 63 Bugünün partikül teorisi perspektifinden atom altı parçacıklar düşünülerek bu meseleye bakıldığında Nazzam’ın 12–13 asır önce, çok derin şeyler söylemiş olduğu iddia edilebilir. 64 NAZZAM “MADDE, SONSUZ DENECEK ÖLÇÜDE PARÇALANABİLİR.” DEMEKLE NELERİ SÖYLEMİŞTİR? 1. Atomun parçalanabileceğini belirtmiştir. 2. Atom altı parçacıklara işarette bulunmuştur. 3. Maddenin bir başlangıçtan itibaren var olduğunu ifade etmiştir. 4. Yarı ömürden söz ettiği düşünülebilir. 65 ESİR VE ENERJİ Atomların yapı taşı birdir. Proton, nötron ve elektronun farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle farklı atomlar ortaya çıkar. Bunun gibi proton, nötron, elektron ve diğer atom altı parçacıklar da aynı yapı taşının farklı adetlerinin bir araya gelmesiyle ortaya çıkar. Buz ile su buharının birleşmesinden su oluşabilir. Bunun gibi atom içinde de birleşme, dönüşüm ve eşitlik gerektiğinde olur. 66 Bu birleşme, dönüşüm ve eşitlikler çekirdek tepkimesidir. Bu durum bize hem esir maddesinin enerji ile ilgili olduğunu ispat eder. Hem de atomdaki taneciklerin yapı taşının aynı olduğu konusunda fikir verir. Bu birleşme, dönüşüm ve eşitliklerden bazıları şunlardır: Proton + Elektron → Nötron Nötron → Proton + Elektron 67 Esirde tabir caiz ise büyük bir enerji olduğu düşünülüyor. Kandiller bir zaman zeytinyağı ile yakılır. Sonra petrol ve elektrik enerjisi devreye girer. Petrolün devrinin bitmesi yakın görünüyor. Yer ve gök hazinelerinin üstündeki perdenin kalkacağı ve yeni enerji kaynaklarının açılacağı bir dönem beklenmektedir. O dönemin ulaşım vasıtaları temiz enerjiyle veya enerjiye bile lüzum görülmeden çalışacaktır. 68 KUARK ADIYLA BİLİNEN ATOM ALTI PARÇACIKLAR VE NÜKLEER KUVVET Kuarklar; proton ve nötronları oluştururlar. Kuark adı verilen partiküller de çiftler hâlindedir: Yukarı kuark–aşağı kuark, üst kuark–alt kuark, tuhaf (garip) kuark–tılsım kuark. 69 Kuarklar; hem elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet ve nükleer kuvvetin ortaya çıkmasına sebeptir hem de bunların etkilerini duyarlar. Kuarklar belki de esirdir. 70 MADDENİN ZIT EŞİ (ANTİ MADDE) VE ENERJİ Bildiğimiz atoma karşılık olarak çekirdeği negatif, elektronu pozitif (pozitron) olan atomlar da vardır. Bu atomlardan oluşan madde; maddenin zıt eşi veya anti madde olarak adlandırılır. Sebepler dünyasında her şeyin çift yaratılmış olmasını, anti madde ile evren bazında da görmüş oluyoruz. 71 Madde, enerjinin yoğunlaşmış şekli olarak da tarif edilebilir ve tekrar enerjiye dönüşebilir. Fisyon ve füzyon reaksiyonlarında, kütlenin binde bir, on binde bir gibi çok küçük bir kısmı enerjiye dönüşür. Geri kalan kısmından ise başka element oluşur. Anti madde, kuantum mekaniğinin en sırlı konularındandır. Dünyada anti madde yoktur. 72 Anti maddenin varlığı CERN’de tanecik hızlandırıcılarda ortaya konulmuştur. Atom altı parçacıkların ışık hızına yakın hızda parçalanmasıyla CERN’de çok küçük miktarda bir görünüp bir kaybolan anti madde ispatlanmıştır. Anti madde bazı yıldız sistemlerinde bulunmaktadır. Evren var edildiğinde, eşit miktarda madde ve anti maddenin yaratıldığı tahmin edilmektedir. 73 ANTİ MADDE NİÇİN BİR GÖRÜNÜP BİR KAYBOLUYORDU? (DÜNYADA ANTİ MADDE NEDEN YOKTUR?) Beta bozunmasında, nötron protona dönüşür ve dışarıya bir elektron ile bir anti nötrino denilen tanecik neşrolunur. Nötron → Proton + Elektron + Anti nötrino Bazı nadir izotoplarda ise çift beta bozunması görülür. 74 Çift beta bozunmasında, nötronların ikisi birden aynı anda bozunur. İki protona dönüşür. Bu esnada iki elektron ile iki anti nötrino yayılır. Çift beta bozunmasının farklı bir versiyonunda ise anti nötrino oluşmaz. Beta bozunmasında dışarıya bir anti nötrino neşredilir. Çift beta bozunmasında ise dışarıya iki anti nötrino neşredilir. Bu; bir nötronda bir anti nötrino bulunduğu anlamına gelir. 2Nötron → 2Proton + 2Elektron 75 Çift beta bozunmasının farklı versiyonunda oluşan anti nötrino çekirdekten dışarı çıkamadan, çekirdekteki bir başka nötron tarafından absorbe edilir. Bizim bunu gözlemimiz, anti nötrinonun bir görünüp bir kaybolması şeklinde olur. Buna, anti nötrinonun gizlenmesi de diyebiliriz. Dünyada anti maddenin olmayışı, anti maddenin gizlenmesinden dolayı olabilir. Şayet böyleyse; nötronun yapısında gizlenmiş anti nötrino maddenin temel parçacıkları arasında ayrı bir yer alacaktır. 76 Anti madde, tanecikler arasında müstakil olarak mevcut değildir. Anti madde, evrenin başlangıcında yüksek sıcaklık şartlarında mevcuttu. 77 DÜNYADA NİÇİN ANTİ MADDE YOKTUR? Anti madde ile madde birbirine temas ettiğinde her ikisi de büyük bir enerji açığa çıkararak ortadan kaybolurlar. Madde ile anti madde karşılaştığında; maddenin %100’ü enerjiye dönüşür. Bu, patlayan bir hidrojen bombasının bıraktığının, 143 katı fazla enerji demektir. Şayet dünyada anti maddenin gizlenmesi olmasaydı, dünya olmayacaktı. 78 ELEKTRON İLE POZİTRON BİRBİRİNİN ANTİ MADDESİDİR Elektron ve pozitron arasındaki temas neticesinde, 511000 elektron volt (eV) gibi enerjiye sahip gama ışınları meydana gelir. e elektron, V ise volt demektir. eV elektron volt olarak okunur. Bazı kitaplarda elektro volt olarak geçmektedir. Doğrusu elektron volttur. 79 Gama ışını, enerjisi en yüksek ışındır. Elektronun (madde) atom numarası –1, kütle atom numarası 0’dır. Pozitronun (anti madde) atom numarası +1, kütle atom numarası 0’dır. İkisini topladığımızda atom numarası da kütle atom numarası da 0 olan gama ışını oluşur ve enerji açığa çıkar. 80 KARANLIK ENERJİ VE KARANLIK MADDE Bir görüşe göre de bilinmeyen % 96’nın; % 70’i karanlık enerji, % 20’si ise karanlık maddedir. Evrendeki maddenin sadece % 4’ünün ne olduğu bilinmektedir. Varlığın gözlemlediğimiz kısmı; bütününe göre çok azı, ufak bir parçasıdır. 81 FOTON (IŞIK PARÇACIĞI), GÜNEŞTEKİ ENERJİYİ DÜNYAYA TAŞIR Foton, evrenin en hızlı parçacığıdır. Kütlesiz ve elektrikçe yüksüzdür. Saniyede 300 milyon km yol alır. Fotonun görevi, güneşteki enerjiyi dünyaya taşımaktır. Elektromanyetizmanın taşıyıcısıdır. Elektrik yüklü parçacıklar üzerine etkir. 82 FOTON GÜNEŞİN MERKEZİNDE VAR EDİLİR İlk var edildiği yer, güneşin merkezidir. Güneşin merkezindeki sıcaklık 15 milyon °C’tır. Güneşin merkezinde var edilen her bir foton ilk başta yüksek enerjiye sahiptir. Fotonlar güneşin merkezindeki çarpışmalar sonucunda soğur. Böylece farklı özellikte, düşük enerjili birçok değişik foton meydana gelir. 83 Güneşten çıkan foton, yaklaşık 8,5 dakikada dünyaya ulaşır. Foton çeşitlerinden zararlı olanları, dünyamıza ulaşamaz. Ozon tabakası, bunları tutmakla görevlidir. Güneşte füzyon sonucu 4 adet hidrojen çekirdeğinden, 1 adet helyum çekirdeği oluşur ve 2 adet pozitron meydana gelir. Böylece her saniye 564 milyon ton H (hidrojen) elementi, He (helyum) elementine dönüşmüş olur. 84 Bu dönüşüm esnasında güneş, her saniye kütlesinden E=mc2 formülüne göre 4 milyon ton kaybeder. Bu azalan kütle enerjiye dönüştürülür. Güneş enerjisi hâlinde dünyamıza gelir. Foton ve nötrinolar da böylece meydana gelir. Foton adı verilen parçacıklara da atom altı parçacık denebilir. Fotonlar çeşitlidir. 85 NÖTRİNO VE ENERJİ Nötrino atom altı parçacıklardandır. Nötrino da; fotonlar gibi, güneşte, hidrojenin helyuma dönüşmesi anında, maddenin enerji karşılığı olarak meydana gelir. 86 ÇEKİRDEK KUVVETİ, GLUON (GULON) TARAFINDAN TAŞINIR Atomun yapısında gluon adı verilen parçacık da belirlenmiştir. Şiddetli çekirdek kuvveti, gluon diye bilinen sekiz parçacık tarafından taşınır. Kütlesiz ve elektrik yüksüzdür. Elektromanyetik kuvvet ve zayıf kuvvete karşı duyarsızdır. 87 TAKYON (TACHYON) VE ENERJİ Takyon, Latince’de “çok hızlı” demektir. Takyonlar ışıktan hızlı, kütlesi eksi, boyutları sıfırdan küçük olan atom altı parçacıklardır. Takyonların keşfi, enerjinin ışıktan hızlı gidebileceğini göstermiştir. 88 MADDE NAKLİ OLMASI İÇİN İZAFİYET (RÖLATİVİTE=GÖRELİLİK) TEORİSİNİNİN GEÇERLİLİĞİNİ YİTİRMESİ Mİ GEREKİR? Cisimlerin hareket ettikleri yönde boylarından kaybedeceklerini ve ışık hızına erişince de yok olacaklarını belirtmiştik. 89 Einstein’ın izafiyet teorisine göre ise, ışık hızına erişen bir cismin kütlesi sonsuz oluyordu. Günümüzde böyle olmadığı ortaya çıkmıştır. Işık hızının aşılmasıyla, kütlenin sonsuz olmadığı ispat edilmiştir. 90 PROF. DR. PAUL DİRAC (1902– 1984) VE UCUZ ENERJİ ÜRETİMİ Prof. Dr. Paul Dirac, fizik profesörüdür. Prof. Dr. Paul Dirac, esir maddesinin kabul edilmesi sonucunda ilmî görüşlerde yeni değişiklikler olacağını ve ucuz enerji üretiminde faydalar elde edileceğini belirtmiştir. 91 Prof. Dr. Paul Dirac, her yanı kaplayan ve hareket eden bir tanecik denizinden söz etmiştir. Prof. Dr. Paul Dirac, 1933'te Schrödinger ile beraber Nobel Fizik Ödülü almıştır. 92 DR. FRANK M. MENO (1934–….) VE ENERJİ Pittsburgh Üniversitesi'nden Dr. Frank M. Meno adlı bilim adamının esir maddesiyle ilgili hipotezi vardır. Dr. Meno, esir üzerindeki çalışmalarına 1961 yılında başlamıştır. 1990 yılında Kanada'da "Physics Essays" isimli uluslararası bir dergide esirle ilgili yazısı yayımlanmıştır. 93 Dr. Meno'nun teorisine göre; gyron (jayron) denilen atom altı parçacık esir maddesinin temelini teşkil eder. Gyron küresel değildir. İki ucu sivri ve ortası dar bir kalem şeklindedir. Kâinatta her şey bu maddeden ve bu maddenin dinamiğinden ibarettir. Bir adet atomda yaklaşık 1020 gyron vardır. Dolayısıyla evrenin en küçük parçacığı gyrondur. Dr. Meno‘ya göre; esirin uygulama alanları ileride; telepati, düşünce akışı, iletişim, enerji kontrolü, tıbbi tedavi gibi alanlar olacaktır. 94 ESİRLE İLGİLİ KEŞİF VE BULUŞLAR, ENERJİ PROBLEMİNİN ÇÖZÜLMESİNDE YENİLİK GETİRECEKTİR Kimyacılar ve fizikçiler esir maddesine özel bir önem vermelidirler. Esirle ilgili keşif ve buluşlar, enerji probleminin çözülmesinde yenilik getirecektir. 95 Yerlerin ve göklerin insanlık için bütün hazinelerini açması belki de bu yolla olacaktır... 96 SENTETİK RADYOAKTİF İZOTOPLARIN KULLANIMI Sentetik izotoplar, radyoaktiftir. Belirli bir dozajı geçerse, kansere sebep olur. Radyoaktif olan 60Co sentetik izotopu, ambalajlı gıdaların ışınlanmasında kullanılır. Işınlamadaki radyoaktif madde belirli bir limiti geçerse, alet otomatik olarak durur. Bu amaçla eskiden 60Cs de kullanılırdı, kanser riski fazla olduğundan artık kullanılmamaktadır. 97 Radyoaktif olan 14C sentetik izotopu eskiden, ağaçların ve fosillerin yaşının tayininde kullanılırdı. Bulunan sonuçların yanlış olduğu belirlendiğinden günümüzde terk edilmiştir. Güvenilir bir metot olmadığı açığa çıkmıştır. 99Tc, 201Tl, 67Ga, 111In, 123I sentetik izotopları da radyoaktiftir ve sintigrafi çekimlerinde kullanılır. 131I ve 60Co sentetik izotopları da radyoaktiftir, kanser tedavisinde kullanılır. 98 “Sentetik izotoplar bilimde hiçbir şekilde ve hiçbir alanda kullanılmamalıdır.” diyen ilim adamları çoktur. “Kanserden öldü.” denilen hastaların çoğu kanserden değil, kanser ilaçlarının yan etkisinden ölmektedir. Sentetik izotop vb. ilaçlarla son derece riskli olan kanser tedavi yolları denenmektedir. Gelecekte bir kısım antikorların üretilmesiyle kanser tedavisinde daha başarılı olunacaktır. 99 Radyoaktif sentetik izotopların ve radyoaktif ışınların kansere karşı kullanımı önümüzdeki günlerde terk edilecektir. Böylece hastalar günümüzün kanser ilaçlarının ölümcül bile olabilen yan etkisinden kurtulacak ve zarar görmeyeceklerdir. Kanser hastalığı, insanlığın korkulu rüyası olmaktan çıkacaktır. 100
