Nükleer fizik, gece gökyüzünde görebildiğimiz her şey nükleer maddeden ortaya çıkmaktadır. Nükleer fizik, Güneş’in Dünya’da yaşam için ihtiyaç duyduğumuz enerjiyi nasıl ürettiğini, vücudunuzdaki tüm atomların yıldızlarda nasıl üretildiğini ve yıldızlarda öldüklerinde neler olduğunu açıklar.
Nükleer güç
Nükleer güç santralleri, ağır atom çekirdeğinden ayrılan nükleer fisyon yoluyla enerji üretir. Uranyum, Z = 92, fisyon gibi elementler olduğunda büyük çekirdek elektrik üretmek için harcanabilen maksimum enerjiyi açığa çıkaran daha küçük çekirdeklerine ayırma işlemlerini yürüten etkendir. Nükleer yakıt, 1 ton uranyum = 20.000 ton kömür ile eşdeğer olabiliyor ve elektrik üretmek için düşük karbonlu bir yöntem olarak kullanılabiliyor. İngiltere’de 16 adet operasyonel nükleer reaktör vardır ve Birleşik Krallık elektriğinin yaklaşık %15’ini sağlarlar. Bu sayede oluşturabileceği minimum güç oranı anlaşılıyor.
Nükleer piller, elektrik üretmek için radyoaktif çekirdeklerin bozulmasını kullanır. Çok pahalıdırlar, ancak yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler ve çok uzun süre dayanırlar. Bu nedenle nükleer piller, kalp pilleri ve uzay aracı gibi ‘pilleri değiştirme’ fırsatının olmadığı ekipman için güç kaynakları olarak son derece kullanışlıdır.
Atomlar, Çekirdekler, Elementler ve İzotoplar
Atomlar, negatif yüklü elektron bulutu ile çevrili pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Çekirdekler çok yoğun ve son derece küçüktür, bir atom kütlesinin %99,9’undan fazlasını içerirler hatta bir atomdan on bin kat daha küçük olabilirler. Çekirdek, pozitif yüklü olan proton adı verilen parçacıkların ve elektriksel olarak nötr olan, nötronların bir koleksiyonudur. Protonlar ve nötronlar sırayla kuark adı verilen parçacıklardan oluşur.
Bir atomun kimyasal elementi, çekirdeğin proton sayısı veya atom numarası Z ile belirlenir. Oksijen atomunun, atom numarası Z = 8 iken karbonun Z = 6 değeri vardır. Çekirdeğin atomik kütlesi, A = Z + N ile verilir; burada, N, çekirdekteki nötron sayısıdır. Bir elementin farklı izotopları çekirdeğinde farklı sayıda nötron içerir. Örneğin insan vücudunda en yaygın karbon türü, olan kararlı izotop karbon-12, Z = 6 ve N = 6’ya sahipken, karbon tarihlendirmesinde kullanılan radyoaktif izotop olan karbon-14, Z = 6 ve N = 8. 300’den az kararlı çekirdek veya 3000’den fazla kararsız radyoaktif çekirdek vardır.
