Çekirdek Reaksiyonları

Çekirdek reaksiyonlarında çok büyük enerji açığa çıkması fisyon ve füzyon tep-kimeleriyle gerçekleşir.


FİSYON (Çekirdek Bölünmesi)


Uranyum ya da plütonyum çekirdeği gibi ağır bir atom çekirdeğinin hemen he-men eşit kütleli iki parçaya bölünmesi. Çekirdek bölünmesinde çok büyük mik-tarda enerji açığa çıkar.


Doğada geçerli temel ilkelerden biri, her sistemin, engelleyici bir etki bulunma-dığı sürece, potansiyel enerjisinin en alçak düzeyde olacağı biçimi alacağını ön-görür.


Örneğin,bir dağın tepesinde bulunan su,engellenmediği sürece, aşağı doğru akar

Böylece potansiyel enerjisi giderek azalır ve kinetik enerjiye dönüşür. 1905' te

Einstein, enerji ve kütlenin aynı fiziksel niceliğin farklı görünümleri olduğu ve birbirlerine dönüşebileceğini ortaya koydu. Bir ağır elementin (atom numarası demirinkinden daha yüksek olan elementler) atomunun çekirdeği iki parçaya bö-lünürse, oluşacak iki çekirdeğin kütlelerinin toplamı, bölünen çekirdeğin kütle-sinden daha küçük olur ; bir başka deyişle iki çekirdekten oluşan yeni sistem da-ha az enerjiye sahiptir (aradaki kütle farkı, bölünme sırasında enerji olarak açığa çıkar). Bir çekirdek, yine de hemen bölünüp iki parçaya ayrılmaz. Bunun nedeni

çekirdeği oluşturan nükleonlar(protonlar ve nötronlar)arasındaki etkileşimi oluş-turan iki tür kuvvet arasındaki büyük nitelik farkıdır. Protonlar ve nötronlar ara-sında etkiyen ve çok kısa erimli bir çekme kuvveti olan çekirdek kuvvetiyle yal-nızca protonlar arasında etkiyen daha uzun erimli elektrostatik (Coulomb) itme

kuvveti, çekirdek bölünmesinin gerçekleşebilmesi için aşılması gereken bir po-tansiyel duvarı oluşmasına yol açar.Önüne set çekilen suyun aşağı doğru akama-masına benzeyen bu olguda, aşılması gereken bu potansiyel duvarına (bölünme-ye uğrayabilmesi için çekirdeğe verilmesi gereken ek enerjiye)“bölünme engeli”

denir. Periyodik tabloda yukarı doğru çıkıldıkça, bir başka değişle daha ağır ele-mentlere doğru gidildikçe bu engel alçaldığından, ağır çekirdeklerin bölünmesi

daha kolay gerçekleşebilir.


Bir çekirdeğin bölünmeye uğraması iki yolla gerçekleşebilir. Suyun aşağı akışı-nı engelleyen duvarda bir delik açılmasına benzetilebilecek olan “kendiliğinden

çekirdek bölünmesi” olayı, doğada kendiliğinden ama çok seyrek olarak gerçek-leşir. Bölünme için gereken ek enerjinin çekirdeğe dışardan, örneğin çekirdeğin soğuracağı bir nötron aracılığıyla verilmesi yoluyla gerçekleştirilebilen bölünme

ise,suyun düzeyinin,önündeki seti aşabilecek biçimde biraz yükseltilmesine ben-zetilebilir.Bu tür bölünme,nötron soğurulmasıyla sağlanabileceği gibi,başka par-



çacıkların (örnek: proton, alfa parçacığı, gama ışını) soğurulması yoluyla da ger-çekleşebilir.


Çekirdek bölünmesinde yer alan olaylar dizisi altı aşamada ele alınabilir. Ağır çekirdek, bir parçacık (örnek: bir nötron) soğurarak ek enerji alır, bu da çekirde-ğin biçiminde hızlı değişmelere yol açar (1. aşama). Bu titreşimler sonucunda,

çekirdek, adı verilen uzamış bir biçim alır (2. aşama). Bu aşamada çekirdekteki

kuvvetler geçici bir denge durumundadır ; çekirdek eğer biraz büzülürse, bölün-mez ve fazla enerjisinin, örneğin gama ışınımı salarak giderip özgün durumuna dönebilir ; ama eğer çekirdek biraz daha uzarsa, ikiye ayrılır (3. aşama).Sonuçta,

“bölünme parçaları” adı verilen iki çekirdek ortaya çıkar.Ayrıca birkaç nötronda

salınabilir. İkisi de pozitif yüklü olduklarından birbirlerinden hızla uzaklaşan bö-lünme parçaları, önemli düzeyde enerji fazlası içerirler ve ilkin “gecikmesiz nöt-ron” olarak adlandırılan nötronlar sağarak (4. aşama), daha sonradan gecikmesiz gama ışınları salarak (5. aşama) bu enerjinin büyük bölümünü dışarı verirler. Bu aşamalarda salınan nötronları ve gama ışınlarının “gecikmesiz”olarak adlandırıl-ması, bunları, daha sonra ortaya çıkanlardan ayırt edebilecek içindir. Ortaya çı-kan iki çekirdek, ilk uyarımdan gama ışını salınmasına değin geçen yaklaşık 10

saniyelik süreden sonra, durgunluğa erişirler. “Çekirdek bölünmesi” ürünü adı

verilen bu çekirdekler, radyoaktif bozunum yoluyla gama ve beta ışınları ile ge-cikmiş nötronlar salarak, birkaç saniye ile birkaç yıl arasında değişen bir süre i-çinde, karalım izotoplara dönüşürler (6.aşama). Çekirdek bölünmesi, ağır çekir-değe gerekli enerji fazlasını verebilen herhangi bir parçacık yardımıyla gerçek-leştirilebilir. Pozitif yüklü çekirdeğe en kolay girebilen parçacılar, elektrik yükü

taşıyan nötronlardır. Bölünmenin enerji açığa çıkaran bir süreç olmasının nede-ni ise,bölünmede ortaya çıkan gecikmesiz nötronlardır, çekirdeklere girerek yeni

bölünmelere yol açarlar. Böylece bir kez başlatılan bölünme süreci kesintisiz sü-

rebilir. Bu süreç zincirleme tepkime olarak adlandırılır. Bir uranyum -235 çekir-değinin bir ısıl nötron soğurarak bölünmesinden ortalama olarak yaklaşık 2,5