Darmstadt’lı fizikçiler yeni bir eleman yarattılar: Esasen 40-50 yıldan beri atom fizikçileri, özelliklerini araştırmak amacıyla atom çekirdeklerini nükleonlar ile bombardıman etmektedir. Daha büyük çapta mermiler olan ağır iyonları kullanmak usulü ise çok daha yenidir. Bu iyonlar, geniş çekirdek sistemleri üe onları çevreleyen elektron ağında en büyük değişiklikleri yaratabilmektedir.
Onblr yıl önce Darmstadt’ta kurulmuş olan Ağır İyonları Araştırma Kuruluşu (GSI), bu yeni inceleme alanında en önde gelmektedir. Fizik konusundaki son şaşırtıcı buluşları, “dev atom” dur. Bunun yaratılışı, insana bir detektif romanı kadar çekici geliyor!
21 Şubat 1981 : Vakit gece yarısını çoktan geçmiş, gözler yorgunluktan sızlıyor. Hâlâ arzulanan sonuca ulaşılamamıştır. Böyle beklemek sinirleri bozuyor. Bazıları başarıdan kuşkulu. “Beklediğimize değer mi, bütün gece burada oturacak mıyız?” diye soruyorlar. Arada bir Computer (bilgisayar); oluşan enerii. avrısma süresi ve detektör koordinatları hakkındaki bilgileri yazıp döküyor. Ortada olağanüstü bir şey yok…
Gece saat blrbuçuğa doğru, birdenbire bir şeyler oluyor: Yaşasın! Sonunda 107 numaralı yeni eleman ortaya çıkmıştır. Bu eleman, bir dev atomdur. Yaratılan atom, bugün bilinen bütün elemanların atomlarından daha büyük ve daha ağır; ancak öyle hayal gibi belirsiz ve bir anda gelip geçici ki, varlığı ancak, ayrışma izlerine bakarak kanıtlanabiliyor.
Federal Almanya’nın oniki büvük araştırma kuruluşundan biri olan Ağır İyonları Araştırma Kuruluşu (GSI) nun onbir fizikçiden oluşan bir araştırma ekibi, açıkça ve hiçbir kuşkuya yer bırakmayacak biçimde sözünü ettiğimiz elemanın varlığını kanıtladı. Profesör Peter Armbrusterve Doktor Gottfried Münzenberg yönetimindeki bilim adamları, varlığını kanıtladıkları 107 numaralı eleman ile, yalnızca periyodik sisteme eleman katmada dünya rekorunu kırmakla kalmadılar; aynı zamanda madde dünyasının sınırlarına varmak hedefine bir hayli yaklaştılar ve temel bilimler araştırma alanında çok önemli bir adım attılar.
“Madde dünyası nerede bitiyor ve neden? Çekirdeğin yapı taşları nasıl davranıyor? Bir atom çekirdeğini, diğer bir atom çekirdeği ile
Evelyne ROSSBERG
bombardıman etsek ne olur? Nasıl olup ta i atom çekirdeğini kaynaştırıp, yeni izotoplar y pabiliyoruz? Bu işin sınırı nedir? Doğada bul nan atom çekirdeklerini ne şekilde birleştirin liyim ki ortaya yeni bir şey çıksın? Bunu na: yapabilirim?” Bu soruları, her fizikçi bir ke sormuştur.
Sözünü ettiğimiz soruları az-çok cevapla dırabilmek ve özellikle yapay elemanları ür< mek konusunda, 60’lı yıllardan bu yana yaln ca, Amerikalılar ve Ruslar uğraşıyordu. Berk ley (Birleşik Amerika) ve Dubna (Sovyetl Birliği) da çalışan bilim adamları, birbirleriy kıyasıya bir rekabete girişmişlerdi. Ne var birdenbire dışarıdan gelen bir üçüncü, ya Darmstadt’taki GSI kuruluşu onları bir burı farkla geçmeyi başardı!
1981 Şubat’ının o unutulmaz gününe kadı bilinen eleman dünyası 106 değişik elemand (1 numaralı hidrojenden şimdilik henüz isimi olan 106 numaralı elemana kadar) oluşuyord Bilim adamları, doğanın, uranyum (92. elema ile yarattığı durağan elemanların sınırını çek ği yerden işi ele alıp, yeni elemanlar meyda getirmeye kalkıştılar ve elemanlar zincir
Bu bina kompleksine bakanlar, İçeride neler olduğunu hayallerinden bile geçiremezler. (I) ile gösterilen geniş birimde iyonlar üretilir ve (B) bölmesinde hızlandırılır. (G) ve (K) bölmelerinde bunlarla deneyler yapılır. (E) ise enerji santralidir.
ğurdular. Bunlardan birisi plutonyum idi. Plütonyumun yapılabilmiş olması, yaşadığımız dünyayı şimdiye kadarki bütün bilimsel buluşlardan daha fazla etkilemiştir.
GSI’den Dr. Günter Siegert, “Böyle ağır elemanların nasıl yapılması gerektiği, atomların yapısından anlaşılır. Her atomun, protonlardan ve nötronlardan (yani nötr taneciklerden) oluşan bir çekirdeği vardır. Ayrıca, çekirdeğin çevresinde dolanan hafif, negatif yüklü elektronlardan meydana gelen bir “ağ” vardır. Ele-mîmn kimyasal özelliğini sağlayan husus, proton sayısının aynı olan elektron sayısıdır” diyor.
Tek bir protonu olan 1 numaralı atom, hidrojen atomudur. Helyumun 2, lityumun 3 protonu vardır… Böyle gide gide, çekirdeğinde 92 proton olan dünyanın en ağır doğal elemanı uranyum’a erişiriz. Büyük laboratuvarlarda fizikçiler, elemanların bu özelliklerini göz önünde tutarak protonlar eklemek suretiyle, her defasında yer>i reçeteler hazırlayıp ortaya yeni bir şey çıkıncaya kadar denemelere devam etmektedir. Eğer iki elemanın atomlarını birleştirme işi başarılabilirse, yeni ve şaşırtıcı özellikleri
lar desteklenebilir ya da çürütülebilir. Hâttâ bu yolla, bir taraftan 107 numaralı elemanı diğer taraftan altın’ı bile elde edebiliriz. Zaten simyacıların bu eski rüyasını, GSI fizikçileri gerçekleştirmiş bulunmaktadır. Peki, daha neler yapabiliriz?
Sakallı profesör, anlamlı biçimde gülüyor. Şimdiye kadar başarılmış olanlar, sadece esrarlı yeni bir ülkeye giden yoldaki duraklardan ibarettir. Henüz “durağan eleman adaları” na erişememiş bulunuyoruz. Fizikçiler, hep bu adaların rüyasını görmektedir. Onlar, 114 ile 164 numaralı elemanlar arasında, belki de bizim bütün dünya anlayışımızı alt-üst edecek bir şey bulmayı ummaktadır. Umulan şey, çok ağır süper-atomlardır. Varsayıma göre, bu süper-atomlar birkaç mili-saniyede parçalanan trans-uranların tam tersine, durağanlardır. Herhalde, ortaya ne çıkarsa çıksın, bizim madde dünyamızın sınırlarını belirleyen doğa kanunları daha açıkça anlaşılabilecektir. Daha şimdiden, ağır elemanların ağır iyonlar tarafından bombardımanı ile “trans-uranlar dönemeci” ne erişilmiş bulunmaktadır. Bundan sonra yapılacak iş, bu esrarlı durağan eleman adalarına giden yolda ilerlemek-
Atomların ,Üretilı
Zorluklar, birleştirilmesi gereken atomlarla başlamaktadır. Protonlarının aynı değerdeki artı yükü nedeniyle, atom çekirdekleri, birbirini iterler. Bu itişi aşabilmek İçin, atom çekirdeklerinin, hiç olmazsa ışık hızının onda biri bir hızla birbiriyle çarpıştırılması gereklidir. Bu işi, bugün dünyadaki en güçlü ağır iyon hızlandırıcısı olan ve 1975’te Darmstadt GSI laboratuvarların-da hizmete girmiş bulunan UNIL.AC (Universal Linear Accelerator) sağlamaktadır.
Yaklaşık 120 ımetre uzunluğundaki ‘UNI-LAC’ta hızlandırılmış olan atomlardan önce, bir elektrik ark deşarjı vasıtasıyla, olabildiği kadar fazla elektron sökülmektedir. Böylece, örneğin uranyum gibi ağır elemanlarda on katına Ikadar pozitif yüklü iyonlar elde olunabilir. Bunlar ilk olarak 300,000 voltluk düz bir akım altında hızlandırılırlar. Daha sonra üç ayrı safhada, alternatif akımda hızları yeniden arttırılır. Bu şekilde sğır iyonlar, her bir çekirdek yapı taneciği başına 20 milyon elektron voltluk en yüksek enerjiyi kazanırlar.
Bir taneciğe vermiş olduğumuz tüm enerji
0.1 milimetre yol gittikten sonra tekrar serbest kalır; özellikle merml-tanecikleri bir katı maddeye çarparsa aynı durum ortaya çıkar. Bu durumda, sağlayabildiğimiz en yüksek enerji yoğunluğunda, çarpma noktasında yaklaşık onda bir milimetre derinliğinde ışın tahribatı ımeyda-na gelir. İyon bombardımanının ne sonuç vereceği, geniş ölçüde, “target” dediğimiz hedefin yapısına bağlıdır.
Eğer ağır bir iyonun atom çekirdeği, hızla başka bir atom çekirdeğinin yanından geçerse, hedef-çekirdeğin elektron ağı, bu etkiyle bir
İZOTOPLAR: Kimyasal bir elemanın proton sayısı aynı, ancak nötron sayısı değişik atom çeşitleri
İYONLAR : Pozitif ya da negatif yüklü atom veya atom grupları
KARMA ÇEKİRDEK: İki atom çekirdeğinin birbiriyle çarpışıp kaynaşmasından meydana gelen bileşik çekirdek sistemi
AYRIŞMA : Durağan olmayan eleman ya da izotopların zamanla durağan eleman ya da izotoplara dönüşmesi. Bilimsel yayınlarda buna “bcîunma” ya da “çözünme” de denmektedir.
SHIP: “Sap”ı “başak”tan ayıran karmaşık tesisin adıdır. Yalnızca, istenen hızla geçmekte olan tanecikleri geçirir.
değişikliğe uğrar. Mermi-çekirdeğin yanın« geçişi sırasında, çekirdek yükü daha fazla o bir çeşit yapay atom oluşur. Bu yolla, bu< yapabildiğimizden çok daha ağır olan aton rın, elektron ağlarının nasıl olduğunu incele biliyoruz. Bu “kurnazlık” sayesinde incelenı len atom ağlarının sayısı, hemen hemen iki tına çıkarılabilmiştir.
Hızla gelmekte olan ağır iyon, hedef-çe değe daha da yaklaşırsa; iki çekirdeğin eli rik alanları, karşılaşan çekirdeklerde bir de masyon (bozulma) ve dönüş hareketi meyd getirir. Buna “Coulomb Uyarması” demekte Bu olayın incelenmesi sırasında, bize a1 çekirdeğini parçalama işlemini başlatmakta ni bir olanak sağlayan, “Coulomb Parçalan) sı” da keşfedilmiştir.
İki çekirdek birbirine çarparsa, birleş ya da sonra bölürvme yoluyla, değişik prc ve nötron sayısı olan çekirdekler elde oluı Bu yöntem İle Darmstadt’ta, 00 den fazla ) izotopu üretmek ya da varlığını kanıtlamak nağı doğmuştur. Bu başarıları ile GSI uzn ları, izotop izi bulma alanında da hızla ulus arası zirveye tırmanmış bulunmaktadır.
Peki, 107 numaralı elemanın bulunuşu sil oldu? Bu; öyle sıradan değil, dev bir at du. Bunu meydana getirebilmek için, birçok şartın yanında, mermi ve hedef-çekirdeğin biriyle çarpıştırılma enerjisinin önceden t
Tesisin en önemli bö-mü, GSI’nın geliştirdiği on kaynağıdır. Burada rom-54 izotopundan lyon-r elde edilir. İyonlar, )7 numaralı elemanın etilmesi için gerekli ışlıca iki maddeden bi-dir.
Hızlandırılmış iyonlar; hedef-odalarına yöneltilirler. Krom-54’ten elde olunan iyonlar bizmut elemanına çarparlar. Sıcaklıktan korunmak İçin bizmut, İnce karbon şeritlere sarılmıştır.
Bu sahne, sanki bir kurgu-bilim filminden alınmış gibidir: Computer, dünyanın en güçlü ağır İyon hızlandırıcısı olan UNlLAC’ın bütün faaliyetlerim denetim altında tutuyor.
na belirlenmesi ve “reçete” nin uygun ol-gerekiyordu. Armbruster ve Münzenberg, rlkalı meslektaşlarının hiçbir başarı şansı lediklerl bir reçeteyi kullanmayı kararlaşan Adına ‘‘fakir adamın reçetesi” deniyor-e Dubna’da, daha 1976 yılında bu yöntemle lyler yapılmıştı. Reçeteye göre, mermi ola-doğada bol miktarda bulunan krom (24 nü-tlı eleman), hedef olarak da, gene bol bu-n bizmut (83 numaralı eleman) seçildi; ü 24 + 83= 117 ediyordu. Eğer bu şekil-reni bir eleman yapılabilirse, işler çok ko-şmış olurdu. Darmstadt’takiler bu iş için,
i ağırlığı 54 olan bir krom izotopunu kulaya karar verdiler. Hedef de, uzun bir dizi lyden sonra belirlenmişti. Özel olarak ge-ilmiş bir teknik sayesinde, fevkalade ince ut-hedef, bir karbon tabakasıyla örtülerek ısınmadan korundu. Bununla da yetinilme-SSI’nln geniş buluş yetenekli işletmecileri, ledeflerin birkaçını bir arada, yüksek hızla bir çarka yerleştirmeyi ve bu suretle, ‘a çıkan fevkalade yüksek sıcaklığı daha •ölüştürmeyi başardılar.
Profesör Armbruster: ‘‘Unutmayın ki top-olarak yaklaşık 1016 (yani milyon kere on 2r) merml-çekirdeği hedefe yönelttik. Bun-m belki, ancak 1010 (on milyar) kadarı he-
defe vurabildi. Ancak bu durumda, bileşik çekirdekler oluşabilmektedir. Bunlardan sadece 20 sİ, bir nötron açığa çıkararak soğudu, işte bu olay sonucunda, gerçekten 107 numaralı eleman meydana geldi ve birkaç mili-saniye yaşayabildi. Bu hallerden de ancak, 6 sını kanıtlayabildik” diyor.
Ekibe verilen görev; eğer bütün Almanya’yı yeşil bir çayırlık varsayarsak, bu çayırlık içinden sadece 6 tane özel yeşillikte sapı seçip ayırmaya benzemekteydi. GSI ekibi böyle bir görevi, SHIP’In yardımı olmaksızın herhalde çözemeyecekti. SHIP adı, “Separator for Heavy lon Reaction Products = Ağır İyon Ürünleri Ayırıcısı” kelimelerinin baş harflerinden bir aıaya getirilmiştir. SHIP, görünüşü biçimsiz ve fevkalade karmaşık bir gereçtir. Dünyada henüz eşi olmayan bu aletin görevi, “sap”ı “buğday” dan ayırmaktır. Diğer deyimle, SHIP, ağır iyon reaksiyonlarında meydana gelen ürünleri, daha hareketleri sırasında hızlarına göre ayırmayı başarmaktadır. Hız filtresi, ölçme aletlerinden geçen binlerce milyar mermi arasından, daha yavaş hareket eden ağır atomları süzebilmek-tedlr. Diğer bütün tanecikler, daha önceden saptırılmakta ve ışın-tutucularda takılı kalmaktadır. İstenen elemanın oluştuğunun kanıtı, SHIP’e doğru gelmekte olan çekirdeklerin rad
107 numaralı eleman, ardında bıraktığı uzun bir alfa ayrışma zinciri sayesinde kendini ele verdi. Bu alfa ayrışması, 105 numaralı eleman-dan itibaren ayrıntılarıyla incelenmiş bulunuyordu. Böyle alfa-ayrışımları, bir ölçüde atomun ayak izleridir. Bunları izlemesini bilen, aradığını da bulabilir.
SHIP dediğimiz bu süper-aletin fikir babası ve teknik yapımcısı olan Gottfried Münzenberg sözü buradan alıp hemen “egzotik çekirdek” lere getiriyor: Çekirdek fizikçisi İçin bir atom çekirdeği, protonlarla nötronların bir karmasından başka şey değildir ve orda bir proton, şur-da bir nötron fazla olması onu pek fazla etkilemez. Onu, proton ve nötronların yepyeni bir kombinezonu, diğer deyimle “egzotik bir izotop” çok daha fazla İlgilendirir. O yüzden Profesör Münzenberg, GSI’nln, özellikle SHIP’in yardımı İle ürettiği izotopların, şimdiye kadar görülmemiş proton ve nötron bileşimlerinden meydana geldiğine çok sevinmiş bulunuyor.
Bu olağanüstü başarılar ve GSi’nin eşi-em-sal-i bulunmayan araştırma gereçlerinin, her yıl bütün dünyadan bilim adamlarını Darmstadt’a çekmesi şaşılacak şey değildir. Gelen bilim adamları, temel araştırma sonuçlarını bildirleriyle değiş-tokuş etmekte, tartışmakta ve kendi özel programlarını UNILAC ile 20 kadar “ze-kî-yardımcı” gereçte; örneğin SHIP’te sınamaktadır. GSi’de, özellikle ekip ruhuna ve uluslararası bilimsel yardımlaşmaya önem verilir. GSI sadece açık değil, aynı zamanda dost bir kuruluş olma ününü kazanmıştır; çünkü burda insanlık değerleri, rekabetin üstünde tutulmaktadır
Öyle görünüyor ki, uluslararası ilişkiler ileride daha da sıklaşacaktır. Özellikle eğer GSI. ağır iyon hızlandırıcısı UNlLAC’ı bir senkotron tesisi ile en ağır iyonlar bile 10.000 Mev/u luk enerjiler sağlayacak kadar hızlandırabilirse, bu gelişmeyi bekleyebiliriz. Daha yüksek düzeyde ağır iyonların çarpıştırılmasından, büsbütün yeni olayların ortaya çıkması beklenmektedir. Bunların incelenmesi, bilgilerimizi geniş ölçüde arttıracaktır.
Scala’dan çeviren : Dr. Ergin KORUR
KALOKI NtUlIt i
Kalori, göremediğimiz vs tanıyamadığımız halde yediğimiz her şeyde var olan, yiyeceklerde depo edilen enerjiyi ölçmeye yarayan ısı birimidir.
Günlük yaşamda, “kalori” kelimesi çok kullanılmasına karşın, termokimyada birim, “kilokalori” dir. Bir kilokalori; 1 kg. suyun sıcaklığını, 1°C derece yükseltmek için gereken ısıdır.
Yiyeceklerdeki kalori düzeyini ölçmek İçin kullanılan gereç, “bomba kalorimetre” dir. Yiyecek maddesi, su tankının İçinde bulunan, yüksek basınçlı oksijenle dolu kapalı bir kutuya konulur ve yakılır. Yiyecek maddesi yandıkça, suyun sıcaklığı ölçülebilecek kadar yükselir. Bu ölçü, hesaplanan kalori miktarının temelini oluşturur.
İnsan vücudu yiyecekleri kalorimetre gibi, tümüyle yakmaz, örneğin proteinler, üre gibi azot kökenli ve tümüyle sindiril»-meyen maddeler içerir. Ayrıca, yenilen gıdaların tümü, bağırsak tarafından emilmez; bu yüzden kalorimetre ölçüleri, vücut koşullarına uyacak biçimde ayarlanmalıdır.
Yiyecek bir anlamda, insan makinasını İşleten yakıttır. Sindirim sonucu elde edilen enerji başka yerlerde; vücudu korumakta, iş yapmakta ve büyümeye yardımcı olarak kullanılır. İnsanlar, içten yanmalı motorlarla kıyaslayabileceğimiz gibi, gıdaların % 25’ini mekanik enerjiye çevirir. Geri kalanını da, vücut sıcaklığını koruyabilmek için ısı enerjisine dönüştürür.
Her 3.500 kalori, insan ağırlığının yaklaşık 373 gr. eşittir. Vücut ağırlığını koruyabilmek için belirli bir kaloriye gereksinim vardır. Dolayısıyla tüketilen her 3.500 kalori, bu ağırlıktan 373 gr. eksiltir.
Yağlar, aynı miktardaki karbonhitrat ve proteinlerden iki kat fazla kalori içerirler ancak kaynağı ne otarsa olsun, alınan tüm kaloriler baskül rakamlarını etkiler.
Science Digest’dan Çeviren : Zafer AKÇASU
MADDENİN SINIRLARI
