Kuantum tünelleme teorisi kullanarak bazı ağır çekirdekler için küme bozunma çalışması
Cluster decay study for some heavy nuclei using quantum tunneling theory
Yazar: MEHMET EMRE BALAN
Danışman: PROF. DR. MURAT ODUNCUOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tezde kuantum mekaniğinde önemli bir konusu olan kuantum tünelleme teorisi kullanılarak açıklanan α bozunumu temel alınmıştır. Hafif çekirdekler olmalarına rağmen belirli bağlanma enerjileri ve stabiliteleri sayesinde küme olarak ayrılabilen 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O küme bozunumları ağır elementler olan Rn, Ra, U, Pu ve Cm izotopları için araştırılmıştır. Bu beş elementinin sadece α bozunumu yapan izotopları "Nuclear Data Services (NDS)" veritabanından alınarak bu izotopların 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O küme bozunumları için tünelleme teorisi kullanılarak log10T1/2 değerleri hesaplanmıştır. Bu inceleme için gereken parametreler (hız, frekans, Q değeri, yarıçaplar) Rn, Ra, U, Pu ve Cm elementlerin bütün izotopları için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Küme bozunumları çok nadir gözlemlenen olaylardır. Bu yüzden Rn, Ra, U, Pu ve Cm izotoplarının 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O bozunumları için en kararlı ve en kararsız izotopları tünelleme teorisi kullanılarak hesaplanan yarı ömür değerleri (log10T1/2) üzerinden önerilen AKYD (Alfa-Küme Yarı Ömür Düzeltmesi) ile teorik olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada α ve küme bozunumları için önerilen AKYD formülü, NDS'den alınan güncel α bozunumu T1/2 değerleri, Evrensel Bozunma Yasası (UDL), Horoi ve arkadaşlarının yarı ömür yasaları ile kıyaslanmıştır. Yarı ömür değerleri α bozunumu yapan Rn elementinin 30 izotopu, Ra elementinin 25 izotopu, U elementinin 22 izotopu, Pu elementinin 16 izotopu ve Cm elementinin 17 izotopu için hesaplanmıştır. α bozunumu ve küme bozunumu süreçlerinin tünelleme teorisi ile hesaplanması ile hız, frekans, Q değeri, yarıçap parametreleri hesaplanmış ve analizleri yapılmıştır. Belirtilen elementlere ait izotopların α ve küme bozunumları için UDL, Horoi yasaları kullanılarak log10T1/2 değerleri hesaplanmıştır. Hesaplama sonuçlarımız ve tünelleme teorisi kullanılarak önerdiğimiz AKYD formül sonuçları NDS'den α bozunumu için alınan yarı ömür (log10T1/2) değerleri ve UDL ile Horoi formülleri kullanılarak hesaplanan α, 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O   bozunumları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan hesaplamalar ve analizler sonucu elde edilen değerler önerilen formülün geçerliliğini göstermektedir. Geçerliliği gösterilen metot kullanılarak henüz deneysel verileri olmayan izotoplara ait küme bozunumu değerleri hesaplanmıştır. Rn, Ra, U, Pu ve Cm izotoplarının 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O bozunumları için hesaplanan sonuçların ileride deneysel olarak gözlemlenebilecek Rn, R, U, Pu ve Cm izotoplarının 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O küme bozunumları ile tutarlı olacağı öngörülmektedir.

Abstract:
In this thesis, cluster decays of 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O which can separate as clusters due to their specific binding energies and stabilities despite being light nuclei, were investigated for the isotopes of heavy elements Rn, Ra, U, Pu, Cm, based on α decay explained using the quantum tunneling theory, a significant topic in quantum mechanics. Only the isotopes of these five elements that undergo α decay were taken from the "Nuclear Data Services (NDS)" database, and their 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O cluster decays were studied using the tunneling theory to calculate the log10T1/2 values. Parameters required for this analysis (velocity, frequency, Q-value, radii) were calculated individually for all isotopes of Rn, Ra, U, Pu, Cm.
Cluster decays are extremely rare phenomena. Therefore, the most stable and unstable isotopes of Rn, Ra, U, Pu, Cm for 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O decays were theoretically determined using the tunneling theory through half-life values (log10T1/2) calculated with the proposed AKYL (Alpha-Cluster Half-Life Correction) formula. The AKYL formula proposed for α and cluster decays in this study was compared with the current α decay T1/2 values from NDS, the Universal Decay Law (UDL), and the half-life formulas of Horoi and colleagues. Half-life values were calculated for 30 isotopes of Rn, 25 isotopes of Ra, 22 isotopes of U, 16 isotopes of Pu and 17 isotopes of Cm undergoing α decay.
Using the tunneling theory, velocity, frequency, Q-value, and radius parameters were calculated and analyzed for the α and cluster decay processes. For the isotopes of the specified elements, log10T1/2 values were calculated using UDL and Horoi formulas for α and cluster decays of 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O. Our computational results and the AKYL formula results proposed using the tunneling theory were compared with the half-life (log10T1/2) values for α decay obtained from NDS, and the results calculated using UDL and Horoi formulas for α, 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O decays.
The values obtained from the calculations and analyses demonstrate the validity of the proposed formula. Using the validated method, cluster decay values were calculated for isotopes that currently lack experimental data. It is predicted that the results calculated for the 8Be, 12C, 14C, 15N, 16O decays of Rn, Ra, U, Pu, Cm isotopes will be consistent with potential future experimental observations of these decays.