Nüklit
| Nükleer fizik |
|---|
 |
| Çekirdek · Nükleon (p, n) · Nükleer madde · Nükleer kuvvet · Nükleer yapı · Nükleer reaksiyon |
|
Nüklidlerin sınıflandırılması İzotop – eşit Z İzobar – eşit A İzotop – eşit N Isodiapher – eşit N − Z izomer – yukarıdakilere eşit Ayna çekirdekleri – Z ↔ N Kararlı · Sihirli · Çift ve tek · Halo (Borromean) |
|
Nükleer kararlılık |
|
Yüksek enerjili süreçler |
|
|
|
Alvarez · Becquerel · Bethe · A. Bohr · N. Bohr · Chadwick · Cockcroft · Ir. Curie · Fr. Curie · Pi. Curie · Skłodowska-Curie · Davisson · Fermi · Hahn · Jensen · Lawrence · Mayer · Meitner · Oliphant · Oppenheimer · Proca · Purcell · Rabi · Rutherford · Soddy · Strassmann · Świątecki · Szilárd · Teller · Thomson · Walton · Wigner |
Nüklit veya Nüklid (veya çekirdekten gelen nükleid, aynı zamanda nükleer türler olarak da bilinir), çekirdeğinin spesifik yapısı, yani proton sayısı, Z, nötron sayısı, N ve nükleer enerji durumu ile karakterize edilen atomik bir türdür.
Nüklit kelimesi, 1947'de Truman P. Kohman tarafından önerildi. Kohman, başlangıçta nüklidin, belirli sayıda nötron ve proton içermesiyle tanımlanan "çekirdeğinin oluşumu ile karakterize edilen bir atom türüne" atıfta bulunduğunu öne sürdü. Bu nedenle sözcük, başlangıçta çekirdeğe odaklanmak için tasarlanmıştı.
Nüklidler ve izotoplar
Bir çekirdekte belirli sayıda proton ve nötron bulunan bir atom türüdür, örneğin 6 protonlu ve 7 nötronlu karbon-13. İzotop kavramı (her bir elementin tüm atomlarının gruplanması) nükleer yerine kimyasalı vurgularken, çekirdek kavramı (bireysel nükleer türlere atıfta bulunur) kimyasal özellikler yerine nükleer özellikleri vurgular. Nötron sayısının nükleer özellikler üzerinde büyük etkileri vardır, ancak kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkisi çoğu element için ihmal edilebilir düzeydedir. Nötron sayısının atom numarasına oranının izotoplar arasında en çok değiştiği en hafif elementler durumunda bile, genellikle sadece küçük bir etkiye sahiptir, ancak bazı durumlarda önemlidir (hidrojen için, en hafif element, izotop etkisi) biyolojik sistemleri güçlü bir şekilde etkileyecek kadar büyüktür. İzotop daha eski bir terim olduğu için, nükleitten daha iyi bilinir ve nükleer teknoloji ve nükleer tıp gibi nükleitin daha uygun olabileceği bağlamlarda hala ara sıra kullanılmaktadır.
Nüklit Türleri
Nüklid ve izotop kelimeleri genellikle birbirinin yerine kullanılsa da, izotop aslında çekirdekler arasındaki tek ilişkidir. Aşağıdaki tablo diğer bazı ilişkileri belirtmektedir.
| Tanımlama | Özellikleri | Örnek | Uyarılar |
|---|---|---|---|
| İzotoplar | eşit proton numarası (Z1 = Z2) | 12 6C , 13 6C , 14 6C |
|
| İzotonlar | eşit nötron sayısı (N1 = N2) | 13 6C , 14 7N , 15 8O |
|
| İzobar | equal mass number (Z1 + N1 = Z2 + N2) | 17 7N , 17 8O , 17 9F |
bknz beta bozunması |
| Isodiaphers | eşit nötron fazlalığı (N1 − Z1 = N2 − Z2) | 13 6C , 15 7N , 17 8O |
Örnekler nötron fazlalığı 1 olan Isodiaphers. Bir çekirdek ve onun alfa bozunma ürünü Isodiaphers. |
| Ayna çekirdekleri | nötron ve proton numarası değiş tokuş edildi (Z1 = N2 ve Z2 = N1) |
3 1H , 3 2He |
|
| Nükleer izomerler | aynı proton numarası ve kütle numarası, ama farklı enerji durumlarıyla |
99 43Tc , 99m 43Tc |
m=metastable (Uzun ömürlü uyarılmış durum) |
Eşit proton numarasına (atom numarası), yani aynı kimyasal elemente sahip ancak farklı nötron numaralarına sahip bir dizi çekirdek, elementin izotopları olarak adlandırılır. Belirli nüklidler hala gevşek bir şekilde "izotoplar" olarak adlandırılır, ancak "çekirdek" terimi genel olarak doğru olanıdır (yani, Z sabit olmadığında). Benzer şekilde, eşit kütle numarası A olan, ancak farklı atom numarasına sahip bir dizi nüklid izobar (izobar = eşit ağırlıkta) olarak adlandırılır ve izotonlar eşit nötron sayısına sahip ancak farklı proton sayılarına sahip nüklitlerdir. Aynı şekilde, aynı nötron fazlalığına (N - Z) sahip nüklitlere izodiyaferler denir. İzoton adı, birinci gruptaki nötron sayısı (n), ikincisinde ise proton sayısı (p) olduğunu vurgulamak için izotop adından türetilmiştir.
Farklı çekirdek veya izotop türleri için kullanılan gösterimlerin açıklaması için İzotop # Gösterimi'ne bakın.
Nükleer izomerler, eşit proton sayısına ve eşit kütle sayısına sahip (dolayısıyla tanım gereği onları aynı izotop yapar), ancak farklı uyarma durumlarına sahip bir dizi nükleitin üyeleridir. Bir örnek, bozunma şemaları arasında gösterilen tek izotop 99
43Tc
'nin iki durumudur. Bu iki durumdan her biri (teknetyum-99m ve teknetyum-99), farklı bir çekirdek olarak nitelendirilir ve bu, çekirdeklerin izotoplardan farklı olabileceği bir yolu gösterir (bir izotop, farklı uyarma durumlarının birkaç farklı nüklidinden oluşabilir).
En uzun ömürlü temel olmayan nükleer izomeri, yarı ömrü 1.000 trilyon yıldan fazla olan nuklid tantalum-180m'dir (180m
73Ta
). Bu çekirdek ilkel olarak ortaya çıkar ve temel haline bozulduğu hiçbir zaman gözlemlenmemiştir. (Bunun aksine, temel durum çekirdek tantalum-180, yalnızca 8 saatlik bir yarı ömürle 180Hf'ye (% 86) veya 180W'ye (%14) düştüğü için ilkel olarak oluşmaz).
Doğada hiç çürümesi gözlenmemiş 252 çekirdek vardır. Bir veya daha fazla kararlı izotopa sahip 80 farklı element arasında meydana gelirler. Stabil çekirdek ve ilkel çekirdek bakın. Kararsız çekirdekler radyoaktiftir ve radyonüklidler olarak adlandırılır. Bozunma ürünlerine ('yavru' ürünler) radyojenik çekirdekler denir. Dünya'da 252 kararlı ve yaklaşık 87 kararsız (radyoaktif) çekirdek doğal olarak bulunmaktadır, bu da Dünya'da doğal olarak oluşan toplam 339 nükliddir.
Doğal olarak oluşan radyonüklitlerin kökenleri
Doğal radyonüklitler uygun şekilde üç türe ayrılabilir. Birincisi, Dünya'nın yaşı kadar uzun yarı ömürleri t1/2 en az %2 olanlar (pratik amaçlar için, bunların Dünya yaşının %10'undan daha az olan yarı ömürleri ile tespit edilmesi zordur) (4.6×109 yıl). Bunlar, güneş sisteminin oluşumundan önce yıldızlarda meydana gelen nükleosentez kalıntılarıdır. Örneğin, izotop 238U (t1/2 = 4,5×109 yıl) uranyum doğada hala oldukça bol miktarda bulunur, ancak daha kısa ömürlü 235U izotop (t1/2 = 0,7×109 yıl) 138 kat daha nadirdir. Bu çekirdeklerden yaklaşık 34'ü keşfedilmiştir (ayrıntılar için bkz. Nuklidlerin Listesi ve Primordial çekirdekler).
Doğal olarak var olan ikinci radyonüklit grubu, radyoaktif bozunma ile oluşan bir radyum izotopu olan 226Ra (t1/2 = 1602 yıl) gibi radyojenik nüklitlerden oluşur. Uranyum veya toryumun ilkel izotoplarının bozunma zincirlerinde meydana gelirler. Bu çekirdeklerin bazıları, örneğin fransiyum izotopları gibi çok kısa ömürlüdür. Yarı ömürleri ilkel olamayacak kadar kısa olan ve doğada yalnızca daha uzun ömürlü radyoaktif ilkel çekirdeklerden kaynaklanan bozulmalar nedeniyle var olan bu yavru çekirdeklerin yaklaşık 51'i vardır.
Üçüncü grup, basit kendiliğinden radyoaktif bozunma olmayan (yani, gelen partikül içermeyen yalnızca bir atom), bunun yerine doğal bir nükleer reaksiyon içeren başka bir şekilde sürekli olarak yapılan nükleitlerden oluşur. Bunlar, atomlar doğal nötronlarla (kozmik ışınlardan, kendiliğinden fisyondan veya diğer kaynaklardan) reaksiyona girdiğinde veya doğrudan kozmik ışınlarla bombardımana tutulduğunda meydana gelir. İkincisi, ilkel değilse, kozmojenik çekirdekler olarak adlandırılır. Diğer doğal nükleer reaksiyon türleri, nükleojenik çekirdekler olduğu söylenen çekirdekler üretir.
Nükleer reaksiyonlarla yapılan çekirdeklerin bir örneği, diğer elementlerin kozmik ışın bombardımanıyla yapılan kozmojenik 14C (radyokarbon) ve uranyum cevherlerindeki doğal fisyonun bir sonucu olarak doğal 238U'nun nötron bombardımanıyla hala yaratılan nükleojenik 239Pu'dur. Kozmojenik nüklitler, stabil veya radyoaktif olabilir. Kararlı iseler, varlıkları kararlı çekirdeklerin arka planına karşı çıkarılmalıdır, çünkü bilinen her kararlı çekirdek Dünya'da ilkel olarak mevcuttur.
Yapay olarak üretilen nüklitler
Doğal olarak oluşan 339 nüklitin ötesinde, değişen yarı ömürlere sahip 3000'den fazla radyonüklit yapay olarak üretilmiş ve karakterize edilmiştir.
Bilinen çekirdekler, çekirdekler Tablosunda gösterilmektedir. İlkel çekirdeklerin bir listesi, elemanlara göre sıralı olarak verilir, elemanlar listesinde izotopların kararlılığına göre sıralanır. Yarı ömürleri bir saatten uzun olan 905 çekirdek için çekirdeklerin listesi yarılanma ömrüne göre sıralanmıştır.
Her nüklid sınıfının sayıları için özet tablo
 Bu çekirdekler şemasında, izobarlar sağ alttan sola doğru uzanan çapraz çizgiler boyunca meydana gelir. Beta stabilite çizgisi, siyahla gösterilen gözlemsel olarak stabil çekirdekleri içerir; bağlantısız 'adalar' Mattauch izobar kuralının bir sonucudur. |
Bu, yarı ömürleri bir saatten uzun olan 905 çekirdek için, çekirdekler listesinde verilen bir özet tablodur. Sayıların kesin olmadığını ve bazı "kararlı" çekirdeklerin çok uzun yarı ömürlere sahip radyoaktif olduğu gözlenirse gelecekte biraz değişebileceğini unutmayın.
| Kararlılık sınıfı | Nüklid sayısı | Değişen toplam | Toplam çalışmaya ilişkin notlar |
|---|---|---|---|
| Teorik olarak proton bozunması dışında hepsine kararlı | 90 | 90 | İlk 40 öğeyi içerir. Proton bozunması henüz gözlenmedi. |
| Enerjik olarak bir veya daha fazla bilinen bozunma modu için kararsız, ancak henüz bozulma görülmedi. Niyobyum-93'ten itibaren "kararlı" çekirdekler için kendiliğinden fisyon mümkündür; daha ağır çekirdekler için olası diğer mekanizmalar. Çürüme tespit edilene kadar hepsi "kararlı" olarak kabul edildi. | 162 | 252 | Klasik olarak kararlı çekirdeklerin toplamı. |
| Radyoaktif ilkel çekirdekler. | 34 | 286 | Toplam ilkel elementler, bizmut, toryum ve uranyum artı tüm stabil çekirdeklerini içerir. |
| Radyoaktif, ilkel olmayan, ancak doğal olarak Dünya'da meydana geliyor. | ~ 53 | ~ 339 | Karbon-14 (ve kozmik ışınlar tarafından üretilen diğer kozmojenik çekirdeklerin) fransiyum vb. gibi radyoaktif ilkellerin kızları ve kozmik ışınlardan (kendiliğinden nükleer fisyon veya nötron emisyonundan nötron emilimi gibi) farklı olan doğal nükleer reaksiyonlardan kaynaklanan nükleojenik çekirdekler. |
| Radyoaktif sentetik (yarı ömür> 1 saat). En kullanışlı radyoaktif izleyicileri içerir. | 556 | 905 | |
| Radyoaktif sentetik (yarı ömür <1 saat). | >2400 | >3300 | Tüm iyi karakterize edilmiş sentetik çekirdekleri içerir. |
Nükleer özellikler ve kararlılık
Atom çekirdeği, artık kuvvetli kuvvetle birbirine bağlanmış proton ve nötronlardan oluşur.
Protonlar pozitif yüklü oldukları için birbirlerini iterler. Elektriksel olarak nötr olan nötronlar, çekirdeği iki şekilde stabilize eder. Birlikte bulunmaları, protonları biraz uzaklaştırarak protonlar arasındaki elektrostatik itmeyi azaltır ve çekici nükleer kuvveti birbirlerine ve protonlara uygular. Bu nedenle, iki veya daha fazla protonun bir çekirdeğe bağlanması için bir veya daha fazla nötron gereklidir. Proton sayısı arttıkça, kararlı bir çekirdek sağlamak için nötronların protonlara oranı da artar (sağdaki grafiğe bakın). Örneğin, 3
2He
'nin nötron-proton oranı 1:2 olmasına rağmen, 238
92U
'nun nötron-proton oranı 3:2'den büyük. Bir dizi hafif element, 1:1 (Z = N) oranına sahip stabil çekirdeklere sahiptir. Nüklid 40
20Ca
(kalsiyum-40), gözlemsel olarak, aynı sayıda nötron ve proton içeren en ağır stabil çekirdektir; (teorik olarak en ağır kararlı olan kükürt-32'dir). Kalsiyum-40'tan daha ağır olan tüm kararlı nükleitler, daha fazla nötron içerir.