Bremsstrahlung Işıması

Yaklaşık Okuma Süresi: 5 Dakika...

Temel fizik ve astronomi ile yakın olmayanlar için ismi çok havalı görünüyor ama, nedir bu Bremsstrahlung ışıması? Ne kadar önemli bir bilgi?

Günümüzde bilgilerimizle ve gelişen teknolojiyle beraber artık müon, tau, pion, elektron, pozitron gibi atom altı parçacıkları tespit edebiliyor, inceleyebiliyor ve evrenin sırları hakkında bize bilgi vermelerini sağlıyoruz. Tabi bazı parçacıklar kendilerini ele vermek için çok istekli olmadıklarından dolayı, teorik olarak ortaya koyduğumuz bu parçacıklarla deneysel alana geldiğimizde saklambaç oynuyoruz. Teorik olarak özellikleri ve etkileşime girmesi beklenen temel kuvvetler ortaya konulduktan sonra, nasıl tespit edilebilecekleri üzerine kafa yorulup uygun teknolojik aletler yapılıyor. 

Parçacıkların tespit edilebilmesi için en etkili yöntemlerden biri elektromanyetik kuvvet ile etkileşimlerine bakmaktır. Bunu negatif  veya pozitif yüklü parçacıkların birbirlerine uyguladıkları itme-çekme kuvveti olarak tanımlayabiliriz. Yüklü parçacıklar, birbirleriyle elektromanyetik kuvvet ile etkileşirler. Atom altı evrende keşfedilen ilk parçacıklar olan Proton ve Elektron bu etki sayesinde bulunmuştur. Fakat onların keşiflerinden önce, birbirleriyle etkileşimlerinin bir ürünü olan X-ışınları gözlemlenebiliyordu.

rontgen
1895 yılında Wilhelm Roentgen X-ışınları ile deneyler yapıyordu.

Klasik elektromanyetik teoriye göre, serbest dolaşan parçacıklar ivmelenmeye başladıklarında enerjileri değişir ve ışıma yaparlar. Yüksek enerjili elektronların yaptıkları bu ışımalara genellikle X-ışınları demekteyiz. Bu enerji değişiminin özel adlarından biri Bremsstarhlung ışıması’dır. Yüksek hızlı elektronların atom ile karşılaşıp onun etkisi ile yavaşlamaları sonucu meydana gelir. Almanca olan bu kelimenin anlamı Frenleme Işıması‘dır ve X-ışını üretiminde karşılaşılan üç durum arasında en yaygın olanıdır (Bazı kaynaklarda beyaz ışıma olarak da geçer).

Sürecin nasıl işlediğini anlatacak olursak; yüksek hızlı elektron demeti bir atoma doğru ilerlediğinde çoğunlukla atomun (+) yüklü çekirdeği ile etkileşime girer. (Çünkü, çekirdekteki yük yoğunluğu, etrafındaki elektron bulutuna oranla daha fazladır ve çekirdek, (-) yüklü elektronu çeker.)

main-qimg-d4d1fd72527292344e4ead0a8d5df680
Çekirdeğe yakından geçen elektron daha çok etkilenir.

Gelen elektron’u kendisine doğru çekmeye başlayan (+) yüklü çekirdek, elektron’un ivmeli bir hareket yaparak rotasından sapmasına neden olur ve elektron enerji kaybettiği için yavaşlar. Elektronların çekirdeğe yakınlığı, etkileşimin gücünü etkileyen bir faktördür. Eğer elektron çekirdeğe çok yakından geçiyorsa rotası daha çok sapar ve daha çok enerji kaybeder. Mesafe daha fazla ise, etkileşim gücü azalacağı için daha az enerji kaybeder.

Elektron bu süreçte kaybettiği kinetik enerjiyi (hareket enerjisini) foton olarak salar, yani ışıma yapar. Ne kadar enerji kaybettiyse, o kadar enerjiye sahip olan foton ortaya çıkar.

Fotonların enerjisini E=h.f olarak tanımlıyoruz. h planck sabiti olduğu için, yani değişmediği için (E) enerjinin yoğunluğu (f) frekansa bağlı olmakta. Yani elektron ne kadar çok enerji kaybettiyse, ortaya çıkardığı fotonun frekansı da o kadar yüksek olur. Bu da bize, ortaya çıkan X-ışını’nın gücü hakkında bilgi verir. (Bu olay sonucunda ortaya çıkabilecek en güçlü X-ışını, elektron’un bütün kinetik enerjisini kaybetmesiyle olur.)

tayf
Frekans arttıkça fotonların enerjileri artar, dalga boyları azalır.

Bremsstrahlung ışımasının ilginç özellerinden biri ise, ışık spektrumunda meydana geldiği bölgede emisyon/absorbsiyon çizgileri oluşturmamasıdır. Bunun nedeni; çekirdeğe doğru gelen elektron demetinde, elektronların çekirdeğe aynı uzaklıklarda yaklaşmamasıdır. Yukarıda anlattığımız gibi, çekirdekle farklı uzaklıklarda etkileşime girip enerji kaybeden elektronlar, farklı dalga boylarında Bremsstrahlung ışıması yapmaktalar. Her etkileşim belli bir frekansta ışımaya sebep olmakta. Birçok elektron, ufak farklılıklarla etkileşime girdiği için, spektrum çizgileri oluşmamakta, X-ışınlarının bu bölgesinde sürekli spektrum gözlemlenmekte.

Bremsstrahlung
Chandra teleskobuyla çekilmiş bu fotoğraflarda Perseus ve Virgo galaksi kümelerinin X-ışını yayımı görülmekte.

Bilimin en güzel yönlerinden biridir ki; atomlarda meydana gelen bu küçük olaylar, evrenimizdeki büyük yapılar hakkında bize ışık tutarlar. Her bilgi birbiriyle içi dışlıdır. Fizikte keşfettiğimiz bu olay, astronomide; evrenin farklı fotoğraflarında da karşımıza çıkar. Bremsstrahlung ışıması iyonize gaz bölgeleri olan bulutsularda ve galaksi kümelerindeki sıcak bölgelerde yani gökyüzündeki X-ışını kaynaklarımızda da karşılaştığımız bir olay.

X-ışınlarının daha çok üretildiği sıcak yerler fotoğrafta açık renkli olan bölgeler. Galaksi kümelerindeki sıcak gazların merkezden uzaktaki dağılımı ve ortamdan kaybolmamaları, bu kümelerde görebildiğimizden çok daha fazla madde olduğunu ortaya koyuyor ki buna Karanlık Madde denilmekte.

Hazırlayan: Taylan Kasar & Merve Yorgancı

Okumalısınız:  Doğal Afet Sayısı Artıyor Mu?

Kaynaklar:

Atom Molekül ve Çekirdek / Dr. Cemil Şenvar, Hacettepe üniversitesi yayınları
Bremsstrahlung radiation /COSMOS – Astronomi SAO Ansiklopedisi > B
Nükleer Fizik II Bölüm. Bölüm 12. Radyasyonun Madde ile Etkileşimi / Prof.Dr. Ahmet Bozkurt, Harran Üni. Fizik Bölümü
X-ışınları / Modern Fizik – Murat Ceppi
Filtrelemenin X-ışını Spektrumu Üzerindeki Etkileri ve Simülasyonu/ Didem Gümüşçü
Parçacık Kinematiği I / Yrd. Doç. Dr. Nilgün DEMİR, Uludağ Üni. Fen- Edebiyat Fak.Fizik Bölümü
Evrenin Kısa Tarihi / Joseph Silk
Radyasyon Fiziği / Doç. Dr. Hüseyin Aytekin – Fen-Edebiyat Fak. Fizik Bölümü
Parçacıkların Maddeyle Etkileşimi/  Erkcan Özcan, Boğaziçi Üniversitesi

Daha fazla okumalısınız

Yazar: Taylan Kasar

İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri'nde öğrencidir. ilerihaber.org ve evrimselantropoloji.org sitelerinde güncel bilim haberleri çevirisi yapmaktadır.

Keşfet!

Işık Yılı Nedir, Astronomik Ölçü Birimleri Nelerdir?

Bizler evrende son derece küçük ve önemsiz bir yer işgal eden Dünya üzerinde yaşıyoruz. Bu …