RADYOAKTİF PARÇALANMA VE ENERJİ

Çekirdekler proton ve nötronlardan oluştuğuna göre bir çekirdeğin kütlesinin çekirdeği oluşturan proton ve nötronların kütleleri toplamına eşit olması gerektiğini düşünebiliriz. Fakat çekirdeğin kütlesi daima kendini oluşturan proton ve nötronların toplam kütlelerinden küçüktür. Nükleonlar çekirdekte güçlü çekirdek kuvvetleri ile bir arada tutulurlar. Protonlarla nötronları birbirlerinden ayırmak için oldukça büyük enerjiye gerek vardır ve çekirdeğin oluşması sırasında bu enerji dışarı verilir. Çekirdeğin oluşması sırasında ortaya çıkan enerjinin büyüklüğü yukarıdaki kütle farkından meydana gelir ve E = mc² ifadesinden hesaplanabilir. Çekirdeği parçalamak yani nükleonları ayırmak için gereken enerjiye bağlanma enerjisi adı verilir. Örneğin; atomu iki proton, iki nötron ve iki elektron içerir.

Protonun kütlesi, m_p = 1.007277u

Nötronun kütlesi, m_n = 1.008665u

Elektronun kütlesi, m_e = 0.000549u

olduğundan atomu için beklenen kütle;

m() = (21.007277u + 21.008665u + 20.000549u) = 4.032981u

olmalıdır. Oysa denel olarak elde edilmiş kütlesi 4.002603u dur. İki kütle farkı 0.030378u dur. 1u = 1.6610^-27 kg ve ışık hızı c = 310⁸ m s^-1 olduğundan;

1u = (1.6610^-27 kg)( 310⁸ m s^-1) = 1.4910^-10 J

olarak elde edilir. O halde atomunda çekirdek başına düşen bağlanma enerjisi;

büyüklüğündedir. Mol başına bağlanma enerjisi hesaplanacak olursa, kütle farkı 0.030378 g olacağından

olarak hesaplanır. Metanın mol başına yanma ısısının 890 kJ olduğu düşünülürse çekirdek bağlanma enerjisinin kimyasal reaksiyonlardaki enerji ile karşılaştırıldığında ne kadar büyük olduğu açıkça görülebilir.

Çeşitli atomların nükleon başına bağlanma enerjileri incelenecek olursa; orta kütledeki atomların çekirdeklerdeki nükleon başına bağlanma enerjilerinin çok hafif ve çok ağır atomlarınkinden daha büyük olduğu görülür. Bu hafif çekirdeklerin kaynaşmasında yani füzyon olayında net bir bağlanma enerjisi artışı olacağını gösterir. Bununla beraber eğer ağır bir çekirdek parçalanacak olursa bu kez fizyon enerjisi ortaya çıkacaktır.

Örnek : , çekirdek tepkimesine göre parçalanır. , ve kütleleri sırasıyla 209.9829u, 205.9745u ve 4.0026u olduğuna göre olay sırasında açığa çıkacak enerji miktarını hesaplayınız.

Çözüm : Kütle farkı = 209.9829u - (205.9745u + 4.0026u) = 0.0058u

olarak hesaplanabilir. Ana çekirdek temel durumda kalmışsa bu enerjiyi kinetik enerji şeklinde çekirdeği taşır. Fakat parçalanmalarda değişik enerjili tanecikleri yayımlandığı görülür. Bu ana çekirdeğin uyarılmış durumda olduğunu gösterir. Ve ana çekirdek temel duruma dönebilmek için bir gamma ışıması yapar.