top of page

Piknonükleer Reaksiyonlar

Piknonükleer reaksiyonlar, ekstrem yoğunluklu ortamlarda gerçekleşen bir nükleer füzyon türüdür. Bu tür yoğun ortamlar, atom çekirdeklerini birbirine oldukça yakınlaştırır. Çekirdek tarafından oluşturulan Coulomb bariyeri reaksiyonun gerçekleşebilmesi için büyük bir engeldir. Ancak bu engelin aşılarak çekirdeklerin birleşebilmesini, serbest elektronların perdeleme özelliği ve yoğun ortamların kuantum mekaniksel etkileri ile çok düşük enerjilerde bile kolay hale getirir. Elektronların perdeleme özelliği, Coulomb bariyerinin kaynağı olan pozitif yüklerin elektrostatik etkileşimlerini bir miktar azaltır. Bu durumda bariyerin kısmen perdelenmesi, kuantum tünelleme etkisinin gerçekleşebilme ihtimalinde artışlara sebep olur.

Resim1.jpg

Şekil 1. Piknonükleer reaksiyon hızı, çekirdeklerin dalga fonksiyonları genliklerinin üst üste binmesi ile orantılıdır.

Piknonükleer reaksiyon koşulları: Normal koşullarda, çekirdekler arasındaki Coulomb bariyeri çok yüksek olduğundan dolayı düşük sıcaklıklarda nükleer reaksiyonlar gerçekleşmez. Ancak yüksek yoğunlukta ve sıcaklığın sıfır olduğu durumlarda, sıfır noktası salınımları devreye girer, bu salınımlar, komşu iyonların dalga fonksiyonlarının üst üste (Overlapping) binmesine neden olur [3] (Şekil 1). Piknonükleer reaksiyonlar, teorik olarak herhangi bir yerde ve herhangi bir maddede meydana gelebilir. Ancak, normal koşullar altında reaksiyon hızları oldukça düşüktür. Bu nedenle, ancak aşırı yoğun 𝜌=1012𝑔/𝑐𝑚3 sistemlerde, nötron bakımından zengin ortamlarda ve yüksek serbest elektron yoğunluğuna sahip bölgelerde önemli bir rol oynar [1]. Özellikle beyaz cüceler ve nötron yıldızlarının dış astrofiziksel katmanları gibi ekstrem koşullarda bu tür reaksiyonlar belirgindir. Nötron yıldızlarının çoğunda 𝐵 > 1012 Gauss gibi çok güçlü bir manyetik alan vardır (örneğin Shapiro & Teukolski, 1984). güçlü manyetik alanının, manyetik akının korunumu ile bir süpernova çekirdeğinin çökmesinden kaynaklandığına inanılmaktadır.

Neutron-Star.webp

D+D füzyon reaksiyonu: D+D nükleer reaksiyonlarında gözlenen güçlü elektron perdeleme etkisi, hem nükleer astrofizik hem de geleceğin enerji üretim yöntemleri açısından önemlidir [4]. Bu etki, metalik ortamlarda Coulomb bariyerini düşürerek reaksiyon hızını artırır. Beyaz cüceler ve nötron yıldızlarında piknonükleer süreçleri tetikleyebilir, ayrıca düşük sıcaklıklı füzyon araştırmaları için umut vadeder.

Piknonükleer yanma teorisi mükemmel değildir. Çünkü yoğun ortamda sadece katı hal fiziğinin katkısına değil, aynı zamanda manyetik alan etkisine de ihtiyacımız vardır. Aşırı ortamlarda yeni formülleştirmelerin yanı sıra yeni nükleer yapı teorisine de ihtiyacımız vardır. Ancak piknonükleer yanma teorisi henüz tam olarak geliştirilememiştir. Bu alandaki ilerleme için daha fazla teorik çalışma, deneysel veri ve gözlemsel kanıta ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, malzeme özelliklerine ve manyetik alana bağlı olarak değişen tesir kesiti üzerine bir model öneriyoruz. Katı hal fiziği ile nükleer fiziğin birleşimi, bu sürecin daha iyi anlaşılmasına katkı sağlayabilir.

Referanslar:

1. Cackett, E. M., Wijnands, R., Linares, M., et al. (2006). MNRAS, 372, 479.

 

2.https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2024/03/what_is_a_neutron_star/25980139-1-eng GB/What_is_a_neutron_star_pillars.jpg

 

3. Son, S., & Fisch, N. (2005). Pycnonuclear reaction and possible chain reactions in an ultra-dense DT plasma. Physics Letters A, 337, 5725.

 

4. Merkuriev, S. P., et al. (1987). In Proceedings of the International Conference on the Theory of Few-Body and Quark–Hadronic Systems, Dubna, p. 6.

bottom of page