Çekirdeğin Yapısı
Çekirdek atomun tam merkezinde bulunmaktadır ve atomun niceliğine göre belirli sayıda proton ve nötrondan oluşmuştur. Çekirdeğin yarıçapı atomun yarıçapının onbinde biri kadardır. Rakam verilirse atomun yarıçapı atomun yarıçapının 10-8 cm çekirdeğin yarıçapı 10-12 cm kadardır. Dolayısıyla çekirdeğin hacmini atomun hacmine oranlarsak
= = = =
Burada şaşırtıcı bir durum vardır. Boyutları bu şekilde iken çekirdeğin kütlesi atomun kütlesinin %99.95’ini oluşturmaktadır. Peki bir şey nasıl olurda bir yandan kütlesinin yaklaşık tamamını oluştururken diğer yandan da hiç yer kaplamasın? Bunun nedeni şudur? Atomun kütlesini oluşturan yoğunluk tüm atoma eşit olarak dağılmamıştır, yani atomun bütün kütlesi atomun çekirdeğinde birikmiştir. Diyelim ki sizin 10 milyon m2 bir eviniz var ve bu evin tüm eşyasını 1 m2 lik bir odada toplamamız gerekiyor. Bunu yapabilir misiniz? Tabii hayır. Ancak atom çekirdeğinde bu iş dünyada eşi ve benzeri olmayan bir güçle yapılabilmektedir. 1932 yılına dek çekirdeğin proton ve elektronlardan oluştuğu sanılıyordu. Ancak yapılan araştırmalarda elektronların değil nötronların atom çekirdeğini oluşturduğu anlaşıldı.
Çekirdekte proton ve nötronları bir arada tutan kuvvet öyle hassas bir dengededir ki, söz konusu kuvvet biraz daha büyük olsa proton ve nötronlar birbirinin içine geçerek biraz daha az olsa dağılıp gideceklerdi. Çünkü nükleer kuvvetin açığa çıktığı zaman ne kadar büyük tahrip gücü olduğunu bize Hiroşimo ve Nagazaki’deki tecrübeler göstermiştir. Atom bombasının bu denli etkili olmasının tek sebebi atom çekirdeğinde saklanan gücünün açığa çıkmasıdır.
Kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu birçok sistem gibi çekirdek de anlaşılması zor ve gizemlidir. Çekirdeğin özelliklerinin belirlenmesi gözle görülebilen cisimlere göre çok daha zordur.
Çekirdeğin yapısını tamamlamak çok zor olduğundan çekirdek çok az parametre ile tanımlanabilir. Bunlar; çekirdeğin yükü yarıçapı açısal momentum ve parite, manyetik dipol, bağlanma enerjisi ve uyarılmış durumların enerjileridir. Bunla çekirdeğin statik özellikleridir. Reaksiyon ve bozunma olasılıkları ise dinamik özelliklerdir.
Bazı kararlı ve radyoaktif çekirdeklerin nötr atomlarının ölçülen kütle ve bollukları tablo halinde verilmiştir. Nükleer reaksiyon ve bozunmalarda enerji dengesini çekirdek kütlelerini kullanarak inceliyor olsak ta nötr atomların kütlelerini tablo halinde vermek uygun olur. Bu nedenle elektronların kütle ve bağlanma enerjileri için düzeltme yapmak gerekli olabilir.
Nükleer kütle tartışmasını, nükleer bağlanma enerjisi tartışmasından ayırmak mümkün değildir; öyle olsaydı çekirdekler Zmp + Nmn ile verilen kütlelere sahip olurdu. Biz çekirdek kütlelerinin deneysel tayinini ile ilgilenerek ve çekirdeği iç yapısı olmayan basit bir cisim olarak yorumlayacağız.
Çekirdek kütlelerinin ölçümü, nükleer fiziğin gelişmesinde oldukça önemli bir rol oynar. Kütle spektrometisi, deneyciye yüksek duyarlıkta ölçüm yapma imkanı çağlayan ile tekniktir. Nükleer özelliklerin bir izotoptan diğerine değişimini açıklayamadıkça çekirdek yapısını anlamakta başarılı olamayız. Çekirdeğin böyle özelliklerini ölçmeden önce hangi izotopların bulunduğunu tayin etmeli ve aynı zamanda deneysel araştırmalar için onları birbirinden ayırmak için gayret sarfetmeliyiz.
Herhangi bir madde numunesi içindeki çekirdek kütlelerini ve bağıl bolluklarını, hatta saf olarak ayrılması için izotopları kütlelerine göre birbirinden ayrılması için bir yönteme sahip olmamız gerekir.








Birbirinden ayrılan kütleler, bir fotoğrafik plaka üzerinde iz bırakacak şekilde odaklanır, cihaz bu durumda spektrograf olarak adlandırılır veya kütleler bir ayırıcı yarıktan geçebilir ve elektronik olarak kaydedilir. Bu durumda bir spektrometreye sahip olduğumuz söylenir.
Bütün kütle, spektroskopları iyonlaşmış atom veya molekül demeti üreten bir iyon kaynağına sahiptir. İnceleme altındaki materyalin buharı, iyon oluşturmak için elektronlarla bombardıman edilir; diğer durumlarda iyonlar materyal ile kaplı elektronlar arasında bir yük boşalması sonucu meydana gelir. Kaynaktan yayılan iyonlar, termal bir dağıtımda olduğu gibi geniş bir hız dağılım aralığına sahiptir ve doğal olarak birçok farklı kütleler içerebilir.
Kütle spektrometresinin diğer parçası birbirine dik manyetik ve elektrik alan içeren hız seçici bölümüdür. E alanı iyonlara yukarı doğru qE kuvveti uygular B manyetik alanı ise aşağı doğru qvB kuvvetini uygulayacaktır