NÖTRON TESİR KESİTLERİNİ DOĞRU MU ÖLÇÜYORUZ? YOKSA İÇİNDEKİ BİR OLAYI İHMAL EDEREK SİSTEMATİK HATA MI YAPIYORUZ?

Madde ile nötronun etkileşim ihtimaline tesir kesiti denir. Bir maddenin toplam tesir kesitini bulmak için tek enerjili nötronlar madde üzerine dik açı ile gönderilir. Γ tınlaşım (resonans) genişliği, ^Ernötron tınlaşım enerjisi ve ƃ_o tesir kesiti değeri en küçük kareler metodu ile bulunur. bunun için belli kalınlıkta maddeden faydalanılır. Burada hedef kalınlığı istatistik hataları minimum olacak şekilde seçilir. İstatistik hata hesapları İndium için d kalınlığını 14.7 mikron olarak verir. I= I_oe^-Nƃd olarak tarif edilir. Burada N: 1 santimetre küpteki atom sayısı, I_o gelen nötronların kanal yoğunluğu (intensitesi), I giden nötronların kanal yoğunluğudur. Burada Nƃd değerini hesaplarsak, 2.2 buluruz. Bu şekilde toplam tesir kesitleri ölçülürken, tarif olarak tesir kesitinin hatasız ölçülebilmesi için N. Ƃ.d değerinin 1’den küçük olması (N. Ƃ.d  1) gerekir. 2.2, 1’den çok küçük değil büyüktür, dolayısı ile literatürde bu şekilde ölçülmüş bütün değerlerin durumuna göre sistematik hatalar içerdiği, bu hataların ne büyüklükte olduğu tarafımızdan tespit edilmiştir. İsviçreliler de aynı ölçüyü çoper kullanarak Kadmium için yapmıştır. Çekmece’nin sonuçları, 10.000 dolar değerindeki Berilyum mono-kristali kullanıldığı için İsviçreliler’den daha iyidir. Çekmece’de Kadmium’un tesir kesiti de 0.025 eV enerjiden 200 keV’a kadar bulunmuştur. Görülüyor ki tarif ettiğiniz fiziki büyüklüğün ölçü şartlarını sağlamadığınız takdirde yanlışlar yaparsınız ve üstelik bu yanlışların neler olduğunu da bilemezsiniz. Durum nötron zırhlama (shielding) hesapları için çok mühimdir. İndium metali, reaktörlerde kontrol çubuğu olarak Kadmium ve Nikel’le birlikte alaşım yapılarak kullanılır. Bu durum, kontrol çubuğunun reaktivite değerinin olduğundan çok bulmanıza sebep olur. Sonuç, non-konservatif olduğundan sizi ciddi hataya sürükler. Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’nde kendi yerli kaynaklarımızla Amerika BNL’den gelen çok değerli Dr. Herbert Kouts ve V. Sailor’ın çok değerli yardımları ile Nötron spektrometresi yapıldı. TR-I büyük reaktöründe kanallardan birinin yoluna Berilyum mono-kristali konuldu, dönen bir mekanizma ile reaktörden çıkan nötronların enerjilerini ayırmak mümkün oldu. Her malzemenin nötronlarla etkileşmesi nötron enerjisine göre muazzam değişir. İndium’daki başkadır, Kadmium’daki tamamen başkadır.

Ben bu yerli yapım Nötron spektrometresinde 1975 yılında, reaktörden çıkan nötronları İndium ince levhaları üzerine dik açı ile düşürerek dünyada ilk defa İndium’u radyoaktif  hale getirdim ve aktivitesini ince levhalar geometrisinde dikkatle ölçtüm. Amacım ince levhalar arasında nötronların derine ne kadar nüfuz ettiğini araştırmaktı. İndium sandöviçi nötronlara dik olarak yerleştirildi. İndium sandöviçi 26,28 ve 44 mikronluk üç indium levhadan ibaretti. 3 levhanın da nötron gören tarafı A, nötron görmeyen tarafı B olarak işaretlendi. İndium beta aktivitesi Geigen Müller sayacında ayrı ayrı ölçüldü. Bu 6 noktadan elde edilen aktiviteler bir grafik üzerinde gösterildiğinde üçüncü levhanın aktivitesinin teorik öngörülenden mühim miktarda büyük olduğu literatürde ilk defa bulundu. İndium’un birinci tınlaşımı (resonansı) olan 1.456 eV’luk nötronları spektrometreden seçtik ve İndium üzerine gönderdik. Görülüyor ki nötronlar İndium içine teorinin gösterdiğinden çok daha fazla derine nüfuz ediyorlar. Burada ¹¹⁵In(n,)¹¹⁶In reaksiyonu kullanıldı. İndium levhaları aktive etmek için TR-I Reaktörü 1 MW güçte 4 saat çalıştırıldı. Nötronlar niçin teorik hesaplandığından daha fazla malzemenin içine giriyorlar? İndium’un yapısında tabanı kare şeklinde olan uzun dikdörtgenler prizmaları var. Her metalin yapısında %80 o metalin kristalleri vardır. Bizim gönderdiğimiz nötronlara tekabül eden DeBroglie dalga boyu 1.456 eV için 0.23 Angstrom’dur (0.23 Å). İndium’un kristal yapısındaki sabit d= 4.594 Angström’dür. Dolayısıyle nötronlar kanallaşma olayı ile aradan kolaylıkla geçebilirler. Atomlar arasında sıcaklıktan dolayı Doppler genişleme (self-shielding) olayı da vardır. Nötronların yutulma ve saçılma olayları da vardır. Nötronlar izotropik şekilde hedefe çarpmazlarsa problemler meydana gelir. Kontrol çubuğunun reaktivite değerinin olduğundan çok düşünülmesi çok önemli sonuçlar doğurabilir. Biz bu olaya (nötron channeling) nötron kanallaşma olayı diyoruz. Bu olay tesir kesitlerinde muhakkak göz önünde bulundurulması gereken bir olaydır. Rahmetli Türkiye’nin çok değerli Denel Fizik Profesörü Dr. Cavit Erginsoy alfa parçacıklarının kristallerde kanallaşma olayını bulmuştu. Nur içinde yatsın.

Bir malzemeye ait üniversal sabit, örneğin nötron tesir kesiti başlangıç tarifine uymadan kullanılacak olursa, nötron kanallaşma olayı göz önüne alınmazsa birçok sistematik yanlış bu şekilde ortaya çıkar. Kitabımı (Enerji, Erozyon, Fizik ve Nükleer Fizik), dünyanın binlerce seçkin nükleer mühendislerinin bulunduğu Amerika’nın çok saygın mühendislik üniversitesi (Mechanical Engineering Department Stanford, California, 94305) profesörlerinden Dr. Sidney Fierman’ın 24 Mart 1975’te bana gönderdiği mektupla bitiriyorum. Durumu aydınlatmak için koskoca Amerika benim mütevazi Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi’nde yaptığım, 7 yıl süren ÇNAEM 47 no.lu çalışmama muhtaç olabiliyor. Gençlere söylüyorum; ne olursanız olun, azim, sevgi, merak, dayanışma, sabır ve dikkatle yapacağınız eserler dünya çapında olabilir. Moralinizi yüksek tutun, deneysel çalışın. Dr. Sidney Fierman’ın mektubunu kitabımın son sayfalarından okuyabilirsiniz.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

20.10.2018