Modern Fizik · 10. Ünite: Çekirdek Fiziği

Çekirdeğin Yapısı ve Özellikleri

Atomun kütlesinin %99,97'den fazlası, yarıçapı atomunkinin yaklaşık onbinde biri olan bir çekirdekte toplanmıştır. Bu bölümde çekirdeği proton ve nötrondan oluşan bir sistem olarak tanımlar, boyutunu ve yoğunluğunu $R = r_0 A^{1/3}$ bağıntısıyla hesaplar, kararlılık vadisini ve güçlü kuvvetin temel özelliklerini incelersin. Sonunda bir nüklidin Z, N, A değerlerini okuyabilecek, yarıçapını ve yoğunluğunu hesaplayabilecek ve çekirdeklerin neden N ≈ Z doğrusundan sapıp ağırlaştıkça nötron fazlası taşıdığını açıklayabileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Rutherford'dan çekirdeğe

  2. Nüklid, Z, N, A ve izotop–izoton–izobar

  3. Çekirdeğin yarıçapı ve yoğunluğu

  4. Çözümlü örnekler

  5. Güçlü kuvvet ve kararlılık vadisi

  6. Çekirdek spini ve manyetik moment (niteliksel)

  7. Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları

Anahtar terimler

Nüklid (nuclide)
Belirli Z ve N değerine sahip çekirdek türü; $^{A}_{Z}\text{X}$ ile gösterilir.
Nükleon (nucleon)
Proton ve nötronun ortak adı; kütle numarası A nükleon sayısıdır.
İzotop / izoton / izobar
Sırasıyla Z, N ve A'sı aynı olan nüklid aileleri.
Nükleer yarıçap
$R = r_0 A^{1/3}$, $r_0 \approx 1{,}2\,\text{fm}$; yoğunluğun yarıya düştüğü uzaklık.
Nükleer yoğunluk
$\rho = 3u/(4\pi r_0^3) \approx 2{,}3\times10^{17}\,\text{kg/m}^3$; A'dan bağımsızdır.
Güçlü nükleer kuvvet
Nükleonları bağlayan çekici, kısa menzilli ($\sim1{,}4\,\text{fm}$), doyan ve yük bağımsız kuvvet.
Kararlılık vadisi
N–Z haritasında kararlı çekirdeklerin bulunduğu dar bant; ağırlaştıkça N/Z oranı yaklaşık 1,5'e çıkar.
Nükleer manyeton
$\mu_N = e\hbar/2m_p = 3{,}152\times10^{-14}\,\text{MeV/T}$; çekirdek manyetik momentlerinin birimi.
Çekirdek spini
Nükleonların toplam açısal momentumu $I$; çift–çift çekirdeklerde temel hâlde sıfırdır.

Örnek soru

$^{63}_{29}\text{Cu}$ çekirdeğinde kaç proton ve kaç nötron vardır?

  1. 29 proton, 63 nötron
  2. 29 proton, 34 nötron
  3. 34 proton, 29 nötron
  4. 63 proton, 29 nötron
  5. 29 proton, 92 nötron

Doğru cevap: B

Çözüm

1. Alt indis $Z=29$ proton sayısıdır.
2. Üst indis $A=63$ nükleon sayısıdır; nötron sayısı $N = A - Z = 63 - 29 = 34$.
29 proton, 34 nötron. "29 proton, 63 nötron" yanlışı A'nın nötron sayısı sanılmasından, "29 proton, 92 nötron" ise A ile Z'nin toplanmasından kaynaklanır.

Modern Fizik: tüm konular