15 C
İstanbul
14 Kasım 2019
Fizik Yüksek Enerji Fiziği

Nükleer Fizik: Elektron Yakalanması

Önceki yazılarımızda, alfa ve beta bozunumlarını incelemiştik. Şimdi ise, çekirdeğin kararlı hale gelmek için yaptığı bir diğer bozunum olan, elektron yakalanmasından bahsedeceğiz.

Elektron yakalanması atom çekirdeğinin, atoma bağlı elektronlardan bir tanesini yakalamasıyla gerçekleşir. Genellikle, K kabuğunda bulunan elektronun yakalanmasıyla meydana gelir.

Çekirdek tarafından yakalanan elektron, çekirdekteki protonlardan birisiyle etkileşime girer. Bu etkileşim sonucunda, bir adet nötron ve nötrino oluşur.

(1)   \begin{equation*} $ _{1}^{1}\textrm{p} + _{-1}^{0}\textrm{e } \rightarrow _{0}^{1}\textrm{n}+\nu $ \end{equation*}

Çekirdek tarafından yakalanan elektronun yerine, dış kabuklarda bulunan bir elektron yerleşir. Bu elektronun seviyesi, yerleştiği kabuktan daha yüksek olduğu için; yerleşen elektron, iki kabuk arasındaki enerji farkı kadar enerjiye sahip elektromanyetik ışıma yapar.

Bu ışıma, sağlık fiziği açısından kritik bir öneme sahiptir ve yapılan doz hesaplamalarında göz önünde bulundurulması gerekir.

Elektron yakalanması ve pozitron emisyonu, benzer nükleer dönüşümler içerirler. Ancak, ağır çekirdeğe sahip atomlarda, elektron yakalanması, pozitron emisyonundan daha sık görülür. Bunun sebebi, elektronların çekirdeğe göreli olarak daha yakın olmasıdır.  Elektron yakalanmasının genel ifadesi aşağıdaki gibidir:

(2)   \begin{equation*} $ _{Z}^{A}\textrm{X} + _{-1}^{e}\textrm{e } \rightarrow _{Z-1}^{A}\textrm{Y}+\nu $ \end{equation*}

Önceki yazılarımızda görmüştük ki, beta bozunumlarında da momentum ve enerji korunumu için nötrino emisyonu gereklidir.

Berilyum’un bozunumu örnek olarak verilebilir.

_{4}^{7}\textrm{Be} + _{-1}^{0}\textrm{e } \rightarrow _{3}^{7}\textrm{Li}+\nu

Parçalanma Enerjisi (Q)

Açığa çıkan enerjinin büyüklüğünü hesaplamak için, _{11}^{22}\textrm{Na}‘nın bozunum mekanizmasını örnek olarak kullanalım.

Enerjinin korunumu prensibinden yola çıkarak, 2 numaralı ifade için aşağıdaki ilişkiyi yazabiliriz:

m_xc^2+m_{e^-}c^2+E_b=m_yc^2+KE_y+KE_{\nu}

Önceki yazılarımızdan biliyoruz ki, bu eşitliği düzenlersek, oluşan parçacıkların kinetik enerjisini yani açığa çıkan enerjiyi bulabiliriz. Buna, önceki yazılarımızda parçalanma enerjisi (Q) demiştik.

(m_x+m_{e^-}-m_y)c^2+E_b=KE_y+KE_{\nu}=Q

Ufak bir düzenlemeyle, çekirdek kütleleri  için yazdığımız bu eşitliği, atom kütleleri için yazabiliriz.

[M_x-M_y]c^2+E_b=KE_y+KE_{\nu}=Q

_{11}^{22}\textrm{Na}‘nın bozunum şemasını yazacak olursak :

_{11}^{22}\textrm{Na} +_{-1}^{0}\textrm{e } \rightarrow _{10}^{22}\textrm{Ne*}+\nu

Yani,

[M_{Na}-M_{Ne}]c^2+E_b=KE_{Ne^*}+KE_{\nu}+E_{Ne*}=Q

Denklemimizdeki Ne^*, Neon’un temel enerji seviyesinde olmadığı anlamına gelir. E_b ise yakalanan elektronu, kabuktan kopartmak için gereken enerji anlamına gelir. Gerekli değerleri yerine koyarsak, Q=1.57 Mev olarak buluruz.

Bir sonraki yazımızda, temel enerji seviyesinde olmadığını söylediğimiz Neon’un yapacağı ışıma hakkında konuşacağız.

Ege Can KARANFİL


Referanslar

  1. Prof. Dr. Selahattin Özdemir, Health Physics ders notları
  2. HyperPhysics, “Electron Capture”
    <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radact2.html#c3>

    Kapak Görseli
    <https://serviparticules.ub.edu/en/activities/talks-in-educational-centres/nuclear-physics-what-it-and-what-ithttp://inn.spb.ru/radiation-symbol-wallpaper/img572961565A7

 

ilginizi Çekebilir

Özel Görelilik: Müonlar ve Uzunluk Büzülmesi

Ege Can Karanfil

Kızarmış Yağ Neden Patlar?

Ögetay Kayalı

Nükleer Fizik: Gama (γ) Işıması

Ege Can Karanfil

Yorum Bırakın