Radyoaktivite – Atom Fiziğine Giriş Ders Notları

Konu çalışmalarını tamamladıktan sonra, zaman zaman notlarına ve formüllere bakmaya ihtiyaç duyabilirsin. Tekrar yaparken ya da soru çözerken notlara göz atmak ve gerekli ipuçlarını almak, öğrenme aşamasında sana epey yardımcı olacaktır. Kunduz ekibi olarak, alanında uzman eğitmenlerimizin de desteğiyle, her konuda mutlaka görmen gereken ipuçlarını, formülleri, ders notlarını senin için derliyoruz!? Bu yazımızda Atom Kavramının Tarihsel Gelişimi, Atom Altı Parçacıklar, Kuarklar, Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu, Radyoaktivite, Bozunma Çeşitleri hakkında bilmen gerekenler ile Atom Fiziğine Giriş konusuna ait soruları çözerken işine yarayacağını düşündüğümüz ipuçları yer alıyor. Umarız bu notlar sana yardımcı olur. İyi okumalar!

???

Atom Altı Parçacıklar

Atomun Tarihçesi ve Atom Kavramı

• Atom kelimesi, parçalanamayan anlamına gelen Yunanca “atamos” kelimesinden gelir. Bir zamanlar atomların maddenin parçalanamayan temel yapı taşları olduğu düşünülüyordu.
• 20. yy başlarındaki keşifler atomun temel parçacık olmadığını; proton, nötron, elektron gibi yapı taşlarına sahip olduğunu gösterdi.
• 1932 yılında Cadwick elektrik yükü sıfır olan bötronu keşfetti.
• 1945 yılının başlarında bilinen bu parçacıklar arasındaki yüksek enejili çarpışma deneylerinde yeni parçacıklar keşfedilmişti. Bu parçacıkları kararsız ve çok kısa sürede değişen yarı ömre sahip yapılardı. Bu parçacıklara atomaltı parçacıklar denildi.
• Günümüzde proton venötronun temel parçacıklar olmadığı, onların birbirine sıkı sıkıya bağlanmış kuark sistemi olduğu kabul edilmiştir.

Doğadaki Temel Kuvvetler

Doğadaki tüm parçacıklar birbirleriyle 4 temel kuvvetten en az birinin yardımıyla etkileşmektedir.

Güçlü Nükleer Kuvvet

• Kısa menzillidir.
• Proton ve nötronu çekirdeğe bağlamakla yükümlüdür. Çekirdek kuvveti de denir.
• Temel kuvvetler içinde en şiddetli olanıdır.
• Kuvvet taşıyıcı parçacığı gluon’dur.

Elektromanyetik Kuvvet

• Uzun menzillidir.
• Atom ve moleküllerin bağlanmasını sağlar.
• Süreklidir.
• Kuvvet taşıyıcı parçacığı fotondur.

Zayıf Nükleer Kuvvet

• Kısa menzillidir.
• Çekidekteki kararsızlığı üretmeye meyilli bir kuvvettir. Bu nedenle radyoaktif bozunmalardan sorumludur.
• Sürekli değil sadece çekirdek bozunmalarında ortaya çıkar.
• Kuvvet taşıyıcı parçacığı “W ve Z” bazonudur.

Kütle Çekim Kuvveti

• Uzun menzillidir.
• Temel kuvvetlerin en zayıf olanıdır.
• Evrendeki galaksileri, yıldızları, ve gezegenleri bir arada tutar.
• Süreklidir
• Kuvvet taşıyıcı parçacığı gravitondur.

➔ Elektromanyetik Etkileşim: Foton

➔ Güçlü Etkileşim: Gluon

➔ Zayıf Etkileşim: W, Z, bozon

➔ Kütle Çekim: Graviton

Atomlardan Kuarklara – Atom Modelleri

1911 yılında yapılan Rutherford deneyi atomun çekirdek adı verilen bir bölümünün daha bulunduğunu, bu yapının pozitif elektrik yüküne sahip parçacıklara sahip olduğunu bulmuştu. Bu parçacıklara proton adı verildi.

1932’de Chadwick’in nötronu keşfetmesiyle Dalton atom modeli yanlışlanmış oldu; atom en küçük parça değildi. İçinde elektron, proton, nötron adı verilen parçacıklar vardı.

19590’lerden sonra parçacık hızlandıcırılar gelişti ve diğer atom altı parçacıkları keşfedilmeye başlandı. Günümüzde yaklaşık 300 atom altı parçacığın olduğu bilinmektedir. 20. yy sonlarına doğru, birçok atom altı parçacığın kuark ve lepton adı verilen daha alt temel parçacıklardan oluştuğu anlaşıldı. Bunlardan leptonların tek başlarına bulundukları halde, kuarkların tek başlarına bulunamadıkları saptandı. Kuarkların, bir araya gelerek oluşturdukları kuark gruplarına hadron adı verildi. Böylece maddelerin hadronlar ve leptonlardan oluştuğu anlaşıldı.

Bu keşifler ile şimdiye dek yapılmış madde ve atom tanımları tekrar gözden geçirildi.

Bohr atom modeline göre; elektron çekirdekten uzaklaştıkça:

• Elektriksel kuvvet azalır.
• Merkezcil kuvvet azalır.
• Hız azalır.
• Çizgisel momentu azalır.
• Toplam enerjisi artar.

Bohr atom modelinin yetkisiz olduğu bazı durumlar

• Atom numarası yüksek olan atomalrdaki olayları açıklayamamıştır.
• Işığın spektrum çizgilerindeki küçük ayrılmalarının sebebini açıklayamamıştır.
• Atomların spektrumdaki bazı çizzgilerinin daha parlak oluşunu açıklayamamıştır
• Atomlar arası bağları açıklayamamıştır
• Elektronun dalga hareketini dikkate almamıştır.

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu

Büyük patlamaya göre:

• Evren sürekli genişlemektedir.
• Evrenin bir başlangıcı vardır.
• Evren oluşmadan önce aşırı sıcak ve yoğundur
• Evrenin yoğunluğu azalmaktadır.
• Büyük patlamadan sonra ortaya çıkan ilk kuvvet kütle çekim kuvvetidir.

Büyük Patlama→Kütle Çekim Kuvveti→Kuark ve Leptonlar→Proton ve nötronlar→Atom Çekirdekleri→Atomları→Yıldızlar

Parçacıklar

1. Spinine göre Parçacıklar
   • Bozon
   • Fermiyon
2. Yapısına Göre Parçacıklar
   • Hadron
     • Baryon
     • Mezon
   • Lepton

Hadronlar

Laboratuvar ortamında varlığı belirlenen güçlü çekirdek kuvvetleri ile etkileşime giren parçacıklardır.

• Hadronlar, çekimsel kuvvetler araclığıyla da etileşime girerler.
• Yüklü olmak şartıyla elektromanyetik kuvvetler aracılığıyla da etkileşime girebilirler.
• Parçacıkların en geniş grubunu oluştururlar.
• Ktleleri ve spinlerine göre baryonlar ve mezonlar olarak ikiye ayrılırlar.
• Hadronlar temel parçacık değil; bileşik yapılı parçacıklardır.

Baryonlar

Diğer atomaltı parçacıklara göre daha büyük kütleye sahip parçacıklardır.

• Baryonlar; proton, nötro, lambda, ksi, sigma, omega parçacıkları ve bunların karşıt parçacıklarını içermketedir.
• Karşıtproton ve karşıtnötron birer baryondur.
• Baryonların spinleri kesirli değere sahiptir.
• En ağır parçacıkları içeren baryonların en hafif olanı protonlardır.
• Baryonların en temel özelliği bozunmaları sonucunda proton oluşmasıdır.

Kuarklar

Parçacık fiziğ alanında yapılan çalışmalar, evrende 6 çeşit kuark ile 6 çeşit lepton olduğunu ortaya koydu. Ayrıca bu 12 temel parçacıktan başka, bu parçacıkların karşıt parçacıklarının da var olduğu anlaşıldı.

• Dört büyük kuvvetin etkisindedir.
• Tek başına bulunamazlar.
• Spinleri 1/2’dir.
• Elektrik yükleri -1/3 veya +2/3’tür.
• Kuarkların kırmızı, yeşil, mavi olmak üzere 3 çeşit renkleri vardır. Her kuark bunladan birini taşır.

Leptonlar

• Zayıf nükleer kuvvet ve elektron manyetik kuvvet ile etkileşime girerler.
• Daha küçük parçalara ayrılmazlar.
• Bağımsızdır, bir arada durmazlar.
• Temel parçacıkların en hafifidir.
• Spinleri 1/2’dir.
• Reaksiyon ya da bozunma sırasında lepton sayısı korunur.
• Leptonlar 6 çeşittir. Bunlar elektron, elektron nötrinosu, müon, müon nötrinosu, tau, tau nötrinosudur.
• Güçlü nükleer kuvvetten etkilenmezler.

Mezonlar

• Mezoların pion ve kaon gibi çeşitleri vardır.
• Bütün mezonlar kararsızdır. Bu nedenle normal günlük yaşamda kullanılan materyallerin büyük br kısmının yapısında bulunmazlar.
• İki kuarktan oluşurlar.

Radyoaktivite

• Füzyon (çekirdek kaynaşması): Hafif iki çekirdeğin yüksek sıcaklık ve basınç altında ağır çekirdek oluşturmasıdır. Füyon olayında hafif elementlerin nükleon başına düşen bağlanma enerjileri düşük olduğundan bu elementler birleşerek bağlanma enerjisi yüksek olan orta ağırıklıktaki elementlere dönüşmek isterler.
• Fisyon (çekirdek Bölünmesi): Ağır bir atom çekirdeğine yükesk hızlı bir parçacık yollanarak çekirdeğin parçalanması olayıdır. Bu parçalanma sonucunda atom, en az iki farklı elemente dönüşür. Reaksiyon sırasında nükleon sayısı korunurken kütle korunmaz.

Lepton Sayısının Korunumu Kanunu: Nükleer tepkimelerde lepton sayısı korunur. Reaksiyonlarda leptonlar L=+1, karşıt Leptonlar L=-1, diğer parçacıklar L=0 alır.

• n → p + e^– + ^√e^–

Radyoaktivite Bozunma Çeşitleri

1. Alfa Bozunması
2. Beta Bozunması
3. Gama Bozunması

Alfa (α) Bozunması

Bu bozunmada çekirdeğin atom numarası 2, kütle numarası 4 azalır. Bozunma sırasında dışarıya ⁴₂He çıkar ve bu parçacığa α ışını denir.

• ^A_ZX → ^A-4_Z-2Y + ⁴₂He

Beta (β) Bozunması

Bir nötronun 1 proton ve 1 elektrona dönüştüğü bozunmadır. β⁺ ve β^– olmak üzere iki çeşidi vardır.

• β^– Bozunması: ^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰_-1e
• β⁺ Bozunması: ^A_ZX → ^A_Z-1Y + ⁰₁e

Gama (ϒ) Bozunması

Bu bozunmada atom numarası veya kütle numarası değişmez. Ancak atom dışarıya yüksek enerjili elektromanyetik dalga yayar. Bu ışına ϒ ışını denir.

• ^A_ZX → ^A_ZY + ϒ

Temel Hal Üzerindeki Enerji Grafiği

Bu grafikte aşağıdaki seriler gözlemlenir:

• n=1: Lyman Serisi
• n=2: Balmer Serisi (görünür seri)
• n=3: Paschen serisi
• n=4: Bracket serisi
• n=5: Pfund serisi

Radyoaktivite ve Atom Fiziği Soru Çözümleri

Atom Fiziğine Giriş konusunda bolca soru çözerek pratik yapabilirsin. Bu konu, AYT Fizik için temel konulardan biri olduğu için iyice pekiştirmen önemli. Atom Kavramının Tarihsel Gelişimi, Atom Altı Parçacıklar, Kuarklar, Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu, Radyoaktivite, Bozunma Çeşitleri gibi alt başlıklar pek çok bilgi ve kavram içeriyor. Bu da daha çok soru tipini barındırdığı anlamına gelir. Bu konudan direkt soru gelebildiği gibi, farklı konuların da içinde sıkça geçtiğini görüyoruz. Ders Fizik olunca, bu kavramlar, her zaman karşımıza çıkabilir! AYT Fizik testlerinde de sıklıkla sorulması tercih edilen konulardan biri.

Bilgileri, tanımları ve önemli ipuçlarını öğrendikten sonra, soruların içinde nasıl yer aldığını görmen gerekli. Fizik konu anlatımı yazılarımıza göz attıktan sonra, kendi kaynaklarına ek olarak MEB Kaynaklarını da incelemen faydalı olabilir. TYT ve AYT Fizik dersindeki netleri yükseltmedeki anahtar, konu çalışmalarını tamamladıktan sonra bolca soru çözmek ve yapılamayan soruların doğrusunu öğrenmek.

☀️☀️☀️

Her ders için değişmeyen kilit nokta bol bol soru çözümü ile pratik yapmak. Çözemediğin sorulara yanıt bulmak istiyorsan sınava hazırlık sürecinde Kunduz hep yanında! Profesyonel eğitmenler tarafından hazırlanan Soru Çözümü, binlerce soru ve çözümden oluşan Soru Bankası hizmetlerimizden faydalanabilirsin.