Bir nükleer tepkimede,yani herhangi bir atom çekirdeğinde bazı değişikliklere yol açan bir tepkimede açığa çıkan enerjiye nükleer enerji yada çekirdek enerjisi denir.
Normal bir kimyasal tepkimede, bu tepkimeye giren atomların yalnızca en dıştaki bazı elektronları arasında alışverişler gerçekleşir;yani,elementlerin atomları birbirleriyle birleşerek molekülleri oluştururken değişmeden kalırlar. Kimyasal tepkimeler sırasında,maddede ki atomların yerleşiminde kaynaklanan kimyasal enerjinin bir bölümü açığa çıkabilir;yanma olayı bu tür bir tepkimedir. Nükleer tepkimede ise,atomun tam ortasında bulunan,nötron ve protonlardan oluşan atom çekirdeği değişikliğe uğrar ve bu tür tepkime sırasında atom kütlesinin bir bölümü enerjiye dönüşür. Nükleer tepkimede,herhangi bir kimyasal tepkimede açığa çıkabilecek olanın milyonlarca katı kadar enerji açığa çıkar ve kimyasal tepkimeden farklı olarak,bir element başka bir elemente dönüşür.
İki tür nükleer tepkime vardır:Çekirdek bölünmesi(nükleer fisyon yada kısaca fisyon) ve çekirdek kaynaşması(nükleer füzyon yada kısaca füzyon).
Çekirdek Bölünmesi:
Çekirdek bölünmesinde,serbest bir nötronla çarpışma sonucu atom çekirdeği çeşitli parçacıklara ayrılır. Bütün bu parçacıkların toplam kütlesi,başlangıçta ‘’hedef’’ alınan atom ile buna çarpan nötronun toplam kütlesinden daha azdır. Aradaki fark enerji biçiminde açığa çıkar. Bu olguyu ilk olarak 1905’te Albert Einstein belirledi ve atom çekirdeği çeşitli parçacıklara ayrılır. Bütün bu parçacıkların toplam kütlesi,başlangıçta ‘’hedef’’ alınan atom ile buna çarpan nötronun toplam kütlesinden daha azdır. Aradaki fark enerji biçiminde açığa çıkar. Bu olguyu ilk olarak 1905’te Albert Einstein belirledi ve atom çekirdeği çeşitli parçacıklara ayrılır. Bütün bu parçacıkların toplam kütlesi,başlangıçta ‘’hedef’’ alınan atom ile buna çarpan nötronun toplam kütlesinden daha azdır. Aradaki fark enerji biçiminde açığa çıkar. Bu olguyu ilk olarak 1905’te Albert Einstein belirledi ve E=mc2 formülüyle tanımladı. Bu formüle göre açığa çıkan enerji (E), kaybolan kütle (m) ile ışık hızının karesinin (c2) çarpımına eşittir. Işık hızı (c) çok büyük olduğundan, kütle kaybı çok küçük olsa bile açığa çıkan enerji miktarı çok fazladır.
Atom çekirdeği bölünebilen elementlere ‘’bölünebilir element’’ denir. Doğada bulunan tek bölünebilir element uranyumdur. 1938’de iki Alman bilimci, Otto Hahn ve Fritz Strassmann, nötronlarla bombardıman ederek (döverek) uranyum atomunu bölmeyi başardılar. Gene Alman bilimciler Lise Meitner ve Otto Frisch ise, uranyım çekirdeğinin iki parçaya bölündüğünü kanıtladılar. Bir süre sonra bir grup Fransız bilimci,çekirdek bölünmesi sonunda yalnızca daha hafif iki element ile çok miktarda radyoaktif ışıma (Radyasyon) değil, bunların yanı sıra başka serbest nötronların da ortaya çıktığını buldu. Bu nötronların bu kez çevredeki öbür uranyum atomlarında çekirdek bölünmesine yol açacağı,böylece ortaya çıkacak yeni nötronların bütün uranyum atomlarına yayılacak bir ‘’zincirleme tepkime’’ yaratabileceği ve sonuçta çok büyük bir enerjinin ortaya çıkacağı anlaşıldı.
Çekirdek bölünmesi sonucunda açığa çıkan enerjinin etkisiyle parçacıklar çok büyük bir hız kazanır;bu parçacıklar çevredeki maddenin atomlarıyla çarpıştıkça yavaşlarlar ve böylece hareket enerjileri ısıya dönüşür. Bu ısı denetim altına alınabilir ve örneğin bir elektrik santralindeki türbinlerin çalıştırılmasında kullanılabilir ya da atom bombası ve nükleer savaş başlıklarında olduğu gibi,büyük yıkıma neden olacak bir patlamayla çevreye salınabilir.
Uranyum Çekirdeğinin Bölünmesi
Uranyum doğada iki ana biçimin (izotopunun) bir karışımı halinde bulunur. Bu karışımın yüzde 99’undan çoğu uranyum-238 (U-238), yüzde birinden daha azıda uranyum-235 (U-235) oluşturur. Buradaki rakamlar kütle numarasını,yani çekirdekteki proton ve nötron sayılarının toplamını göstermektedir. U-238’in çekirdeğinde üç nötron fazlası vardır ve bu nedenle iki farklı izotop özelliklere sahiptir. Yalnızca U-235’in atomları bölünebilir;U-238’in ise atomları doğurgandır,yani kolayca bölünmeye uğramazlar,ama yüksek hızdaki nötronları soğuyarak daha ağır bir element olan plütonyum-239 atomlarına dönüşürler. Plütonyumun bu izotopu ise bölünebilir özelliktedir. Hem uranyum hem de plütonyum nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılır.
Nükleer Reaktör
Yukarıda açıklandığı gibi, uranyum atomlarının serbest nötronlarla dövülerek bölünmesi daha çok nötronun oluşmasına neden olur ve buda bir zincirleme tepkime biçiminde yeni çekirdek bölünmelerine yol açar. Bu tür bir zincirleme tepkimeyi başlatabilecek en küçük uranyum parçasına kritik kütle denir. Eğer, her ikisi de kritik kütleden daha küçük iki uranyum parçası, kritik kütleden daha büyük tek bir parça oluşturacak biçimde bir araya getirilirse, bunun sonucunda olağanüstü boyutta bir patlama olur. Atom bombasının yapımı buna dayanır.
Ama bir zincirleme tepkime nükleer reaktörde denetim altına alınabilir. Bu tür reaktörü 1942’de İtalyan asıllı ABD’li fizikçi Enriko Fermi, Chicago Üniversitesi’nde kurdu;kendi kendine ilerleyen bir yapay zincirleme tepkime de burada gerçekleştirildi. Bu reaktörde,zincirleme tepkimenin gerçekleştiği bölüme reaktör kalbi adı verilmişti;katışıksız bir karbon türü olan grafitten yapılmış reaktör kalbine ,ince alüminyum kapların içine yerleştirilmiş uranyum metali çubukları daldırılmıştır. Bir çubuktan salınan nötronlar, grafitteki karbon atomlarıyla çarpışarak yavaşlıyor ve yeniden başka bir çubuğa girerek bölünme tepkimesini sürdürüyordu. Kullanılan malzemelerin o günden bugüne oldukça değişmesine karşılık,bir zincirleme çekirdek tepkimesini denetim altında tutmanın temel ilkeleri,1942’de Fermi’nin uyguladıklarıyla hemen hemen aynı kaldı.
|  anasayfa   |  sayfa başı  |   geri  |