Nükleer enerjinin dehşet verici as-kerf uygulamaları bilinmektedir. Bu uygulamalar, nükleer fiziğin 1940'h ve 1950'li yıllarda çok hızlı bir geliş-me göstermeline ve «ivU enerji üretimine yo! açmıştır. Işınımı kolayca saptanabilir radyoaktif çekirdeklerin işaret a»cı olarak kullanılması, öp, Unm, hidroloji gibi çok değişik alanlarda yaygın biçimde uygulanmaktadır. Ağır iyonlar fiziğinin gelişmeli, yüzey fiziğinde sınaî uygulama olanaktan bulmuştur.

Nötronların etkinleştirilmesiyle, kimyasal elementlerin izlerinin l milyardı l gibi oranlarda saptan-matı da mümkündür: böylece, Üst Kretaıe ile Üçüncü Zaman arasındaki geçişi belirleyen tortullarda anonnal yüksek miktarlarda iridyum izleri ölçülmüştür. Bu anormalliğin mümkün açıklamalarından biri, iridyumun, bundan 65 milyon yıl önce Dünya ile çarpışan, yaklaşık on kilometre çapında bir meteorit tarafından getirilmiş olmasıdır (böylesi bir çarpi|ma, aralarında di-üozorUnn da bulunduğu pek çok canlı türünün yok olmalıyla f onuç-lanan, dünya çapında bir felakete yol açmif olabilir).

Nötronların etkinleştirmesi, imal edildikleri yerlerin uzağımla bulunan çömleklerin yapıldığı toprağın coğrafi kökenini saptayarak, yok olmuş uygarlıkların ticaret ağlarının saptanmasını sağladığı arkeolojide de kullanılmaktadır. 14C (karbon 14) tarihlendirme yöntemi, tarihsel ölçeğe uymaktadır; çünkü bu radyoaktif çekirdeğin yan ömrü 5 000 yıldır: bir varlık öldüğünde, »ruk MC soğurmaz; ««C/ttC oranını ölçerek ve öldüğü tirada atmosferde bulunan "C oranının bugünkünün aynısı olduğunu varsayarak, bu ölümün tarihi belirlenebilir. Aynı şekilde, buzul buzla-nndaki I8O/"O izotop oranının ölçülmesi, son binyıüarda yeryuvarla-ğı sıcaklığındaki değişikliklerin saptanmasını sağlamaktadır.

Atom çekirdekleriyle ilgili en çarpıcı verilerden biri, bunların göreli bolluğudur. Evrendeki maddenin ağırlıklı bölümü kendini en basit çekirdek olan (bir proton) hidrojen çekirdeği biçiminde gösterir (yüzde 75'ten fazla); helyum (2 proton, 2 nötron) neredeyse yüzde 100'e ulaşmak için gereken tamamlayıcı parçayı oluşturur. Daha ağır elementlerin tamamı toplamın sadece yüzde 0,1'inden azını oluşturur. Ancak, bu bakiyenin dikkatli bir biçimde gözlenmesi, çok belirgin bir yapıyı ortaya koyar: N nötron sayısının veya Z proton sayısının 8, 14, 20, 28, 50, 82 ve 126'ya eşit olduğu (bu son durum sadece nötronlar tarafından gerçekleştirilir) bazı çekirdekler diğerlerinden daha boldur.

Bu bolluk doruklannın, nükleer yapının daha büyük bir kararlılığıyla birleşmesi doğaldır. Bu, nükleer fizikçilerin 1930'lardan başlayarak anladıklan şeydir. Ve bu nedenle, bu kez laboratuvarda gözlenen bağ enerjileri sistematiği, N veya Z yukarıdaki sayılardan birine eşit olduğunda doruklar ortaya çıkarmaktadır (söz konusu sayılara bu yüzden sihirli sayılar denmektedir). Bu etki nicel olarak küçüktür: hafif bir çekirdekteki onlarca megaelektronvolt, ağır bir çekirdekteki binlerce megaelektronvoltluk toplam bir bağ enerjisine oranla her zaman 15 MeV'un altındadır. Astrofizik ölçekte, yıldız nükleosentezleri sırasında oluşan çekirdekler, en kararlı biçimlenmelere bürünme zamanını bulduğuna göre, nite! olarak önemlidir. Diğer nükleer özellikler, özellikle, bir nötronun veya bir protonun ayrılma enerjileri, sihirlilik kavramının sağlamlığını doğrulamaktadır. Birnükleonun ortalama ayrılma enerjisi 5-10 MeV düzeyindeyken, sihirli bir çekirdeğin yüksek kararlılık artışı, bu enearjileri megaeletronvoltlarca artırmaktadır.
Demek ki, burada çok belirgin göreli bir etki vardır.

Katmanlı Model


Atom (çekirdek + elektronlar) ölçeğinde de, atom yapılarının özellikle kararlı olduğu sihirli elektron sayıları vardır. Böylece, soygazların (helyum, neon, argon, kripton, ksenon, radon) zayıf kimyasal etkinliği, bu atomların elektronlarının son derece kararlı biçimlenmeler içinde olduğunu gösterir. Bunların iyonlaşma enerjileri, Mendeleyev'in tablosundaki komşu atomlarınkinden özellikle daha büyüktür.

Atoma ilişkin bu sihirli sayılar, yapının katmanlar halinde yapılanmış olmasıyla açıklanır. Çekirdeğin protonları elektronlar üzerine, kuvantum mekarüğiyle ele alındığında elektronların ulaşabilecekleri kuvantik durumları ortaya çıkaran bir çekim uygular. Bu kuvantik durumlar, katman olarak adlandırılan komşu enerji paketleri halinde gruplaşmışlardır. Bir atomun elektron sayısı bir katmanı tamamen dolduracak düzeyde olduğu her durumda, bağ enerjisi daha büyüktür.

Bu görüntünün nükleer duruma aktarılması, 1930'larda telkin edilmiş olmakla birlikte, ancak, 1940'lann sonlarında kendini kabul ettirmiştir. Asıl başarı (1948-1949'da), nükleonların yörüngesel hareketiyle spinleri (ve-ya özünlü kinetik hareket) arasındaki bir eşleşmenin varlıj varsayarak, sihirli nükleer sayıların ve de özellikle, sihirli çel deklere komşu çekirdekler için düşük enerjili uyarılmış durun rın yapısının açıklanabileceğinin saptanması olmuştur. Bu ram, Maria Goeppert-Mayer ve Hans Daniel Jensen'e 1963 I bel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştır.

Çekirdeğin biçimsel bozulması ve ekseninde dönmesi, birleşik model Sihirli çekirdekler ve bunların yakın komşulan küreseldir; an acile katmanlı çekirdekler, yani, nötron ve proton sayısı iki sil sayı arasında kalan çekirdekler biçimsel olarak bozulmuştur. B lann çarpıklığı, atomun elektronlar üzerindeki etkisiyle ölçüler. Böylece, bazı çekirdeklerin yumurtamsı (kutuplan sivrice), bas rının küremsi (kutupları yassıca) oldukları anlaşılmıştır. Özelli armut biçiminde daha karmaşık başka biçimler de vardır.

Bu nükleer çarpıklığın bir başka izi düşük enerjili uyarıl durumlar tayfında görülebilir. Gerçekten de, mekânda ayrıca lı bir yön olmadığından, bir çekirdek, mesela, yumurtamsı bi almışsa, zaman içinde simetri ekseninin ucunu bütün yön döndürecektir: çekirdek dönmektedir; iki görünümü birbirin ayırmak mümkün değildir. Demek ki, çarpık (deforme) çe deklere «kuvantum topaçtan» denebilir ve bunların dönme rumlan, dönme halindeki her cisim gibi çekirdeğin eylemsi momentine bağımlı olan nicelieştirilmiş enerjilerle ayırt ec Kavramsal olarak, dönme tayflannm gözlenmesi iki zaman ö ğinin varlığını ortaya koymaktadır: nükleonlann bireysel h ketine özgü bir hızlı zaman ölçeği ve nükleer yapının bütüı hareketiyle ilişkili yavaş bir ölçek. James Rainwater, Aage B ve Ben Mottelson, nükleer dinamiğin bu iki zaman ölçeğinde alındığı birleşik denen modeli 1953'te geliştirmişlerdir (bu mo sahiplerine 1975 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştır). Bum birlikte, çarpık veya bakışımsız yapıyı doğuran nükleonlarır reysel hareketi olduğuna göre, belli bir eşleşme vardır.

Atom çekirdeklerinin eylemsizlik momentlerinin deneysel ğerleri, katı bir cisminkiyle normal bir sıvınınkı arasında yer Nükleer akışkanın bir bölümünün, bir süperakışkan olduğu,; dönmeye, dolayısıyla da, çekirdeğin eylemsizlik momentine tılmayan yapışkanlığı olmayan bir akışkan oluşturduğu vars lırsa, bu değerler açıklanır. Ayrıntılara girmeden, nükleonlarır kirdek içinde birbirlerinden bağımsız olarak yer değiştirmek rine, Cooper çiftleri denen çiftler oluşturma eğiliminde oldu! söylenebilir. Bu çift oluşturma veya eşleşme, aşırı akışkan hal denen o tutarlı ortak hafin temelidir -bu hal uyarılmış haller l MeV düzeyinde bir enerji gapıyla (tng. aralık) ayrılmıştır.

Dönme enerjisi gapla karşılaştırılabilir hale geldiğinde, s; dönme bazı nükleon çiftlerini hareketin eymesizliğine katıl ya yatkın hale getirerek bunları kınyormuşcasına, eylemsi momentinde ani artışlar gözlenir.

AGBR Imlsntlınasstntn içi.Fransa'da Orsay Nükleer Fizik Enstitüsü'ndeki bu sûperiletken mıknatıslı bir hızlandırıcıdır: elektrik akımı, elektrik direncinin sıfır olduğu yaklaşık 4 K'/ik sıcaklıkta tutulan iletici bobinlerin içinde dolaşır.

Böylece, yüksek manyetik alan/ar (burada 4 Tye kadar) elde etmek ve aygıtın kapladığı yeri küçültmek
mümkündür. Bu hızlandırıcı, protonlara 20 MeV-200 MeV arasında bir enerjinin iletilmesini sağlayacaktır.