Nötron Nedir? Nötron Ne İşe Yarar? Nötronu kim ve nasıl buldu? Nötronun özellikleri nelerdir? Nötron, nötron optiği hakkında bilgi.
Nötron Nedir? Nötron Ne İşe Yarar?
Nötron, doğal hidrojen dışındaki bütün atomların çekirdeklerinde yer alan temel parçacıktır. Elektrik yükü sıfır olan nötronun kütlesi elektron kütlesinin yaklaşık 1.840 katıdır.
Atom kütlesinin yüzde 99,9’undan fazlasını nötronlar ve protonlar oluşturur. Nükleon olarak adlandırılan bu iki parçacık türü birbiriyle kuvvetli etkileşime girer ve birbirlerine değişik sayılarda bağlanarak kimyasal elementleri oluşturan farklı atom türlerini ortaya çıkarırlar. Nötronun kendine özgü bir açısal momentumu vardır. Bir magnetik momente sahip olan, bir başka deyişle çok küçük bir mıknatıs gibi davranan nötronun hareketli elektrik yüklerinden oluşan bir nesne olduğu düşünülebilir; protonlar ve öteki baryonlar gibi nötronların da üç kuvarktan oluştuğu sanılmaktadır.
Serbest (bir çekirdeğe bağlı olmayan) nötron, beta bozunumu olarak adlandırılan türden radyoaktif bozunuma uğrar; nötron bu bozunum sonucunda bir proton, bir elektron ve bir karşıt nötrinoya dönüşür. Kolaylıkla bozunuma uğradığı için doğada serbest nötrona rastlanmaz, bu nedenle serbest nötronlar ancak yapay olarak elde edilebilir. Serbest nötronlar, elektriksel olarak yüksüz olduklarından, atomların içindeki elektrik alanlarından etkilenmeksizin geçebilirler, bu nedenle girim gücü yüksek bir ışınım türü oluştururlar. Serbest nötronlann maddeyle etkileşimi yalnızca atom çekirdekleri ile çarpışma yoluyla olur, bu çarpışmalar da çok seyrek gerçekleşir.
Nötron 1932’de İngiliz fizikçi James Chadwick tarafından bulundu. Bulunuşunu izleyen birkaç yıl içinde nötronun özellikleri ve etkileşim biçimleri üzerinde yoğun araştırmalar yapıldı. Bazı ağır atomların, nötronla bombardıman edildiğinde, bölündüğü (atom çekirdeğinin hemen hemen eşit kütleli iki parçaya ayrılması) anlaşıldı. Bu tepkime sırasında bölünen çekirdekten yeni serbest nötronlar çıkıyordu. 1942’de Enrico Fermi‘nin öncülüğünde bir grup ABD’li fizikçi, çekirdek bölünmesi sürecinde ortaya çıkan serbest nötronların bir zincirleme tepkimeyi sürdürmeye yetecek sayıda olduğunu belirledi.
Bu buluş atom bombasının geliştirilmesinde önemli rol oynadı. Sonraki teknolojik gelişmeler nükleer enerjiden büyük ölçekte elektrik enerjisi üretimini olanaklı kıldı. Nükleer reaktörlerde yoğun nötron bombardımanına tutulan çekirdeklerin nötronları soğurması sonucunda radyoaktif izotopların büyük miktarlarda elde edilmesi olanaklı duruma geldi. Nötron soyut bilimsel araştırmalar açısından da büyük öneme sahiptir. Maddenin temel yapıtaşlarından biri olan nötronun yapısının ve özelliklerinin bilinmesi maddenin yapısının anlaşılabilmesi bakımından büyük önem taşır. Nötronların yol açtığı çekirdek tepkimelerinin incelenmesi, atom çekirdeğine ve çekirdekteki parçacıkları bir arada tutan kuvvete ilişkin önemli bilgilerin kazanılmasına olanak sağlamaktadır.
Nötron Kapımı
Nötron kapımı, bir atom çekirdeğinin bir nötron (yüksüz parçacık) soğurarak bir elektromagnetik enerji paketi (gamma ışını fotonu) salması biçimindeki nükleer tepkime türüdür. Hedef (nötron kapan) çekirdek ile kapımdan sonra oluşan çekirdek birbirlerinin izotopudur; örneğin, fosfor-31 nötron kapımı sonucunda fosfor-32’ye dönüşür. Sonuçta ortaya çıkan daha ağır izotop radyoaktif olabilir; bu nedenle hemen her tür çekirdekte gözlenebilen nötron kapımından radyoaktif izotopların elde edilmesinde yaygın olarak yararlanılır.
Nötron kapımı nötron-gamma (η,γ ) tepkimesi olarak da adlandırılır; burada η bombardıman eden parçacığı (nötron), y ise salınan parçacığı (gamma ışını fotonu) simgeler. Doğada bulunan elementler arasında nötron kapımı süreciyle yavaş nötronları en iyi soğuran elementler bor, kadmiyum ve gadolinyumdur.
Nötron Optiği
Nötron optiği, nötronların dalga özellikli davranışını inceleyen fizik dalıdır. Nükleer reaktörlerde yer alan çekirdek bölünmesi gibi tepkimelerde, atom çekirdeğinden salınan serbest nötronların oluşturduğu nötron demetleri bir cisme çarptıklarında bu cisim tarafından yansıtılır, saçılır ve kırınıma uğratılır.
Hızlı nötronların parçacık nitelikleri daha belirgindir, buna karşılık yavaş nötronların dalga niteliği öne çıkar. Bunların dalgaboyu 10^-10 m (1 angström) dolayındadır; bu dalgaboyu değeri, kristalleri oluşturan atomların aralarındaki uzaklığa karşılık gelir. Katı cisimlerin atomları tarafından saçılıma uğratılan yavaş nötronlar, X ışınlarının ve ışığın davranışına benzer biçimde, girişim oluştururlar; girişim sonucunda ortaya çıkan kırınım desenlerinin incelenmesi, kristal yapısının ayrıntıları ve katı cismin magnetik özellikleri hakkında önemli bilgilerin elde edilmesini olanaklı kılar.
