Charles Glover Barkla Ve Elementlerin Karakteristik Radyasyonu

Charles Barkla, bir cisim tarafından yayılan X – ışınlarının, yapısındaki kimyasal elementlerle ilgili olduğunu gösterdi. Bu, yayılan X – ışınlarının, herhangi bir materyalde hangi elementlerin mevcut olduğunu tanımlamak için adeta bir “parmak izi” görevi gördüğü anlamına geliyordu. Barkla, bu çığır açan buluşuyla, “elementlerin karakteristik Röntgen radyasyonunu keşfettiği için” 1917 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.

Charles Glover Barkla, İngiltere’de orta sınıftan bir ailenin çocuğu olarak doğdu. Babası John Martin Barkla bir kimyasal maddeler şirketinin yöneticilerindendi. Annesi Sarah Glover ise bir saatçinin kızıydı. Liverpool Üniversitesi’ne gidebilmek için burs kazanan Barkla, matematik ve fizik öğrenimi gördü ve 1898’de onur derecesi ile mezun oldu. Ardından, 1899’da, 22 yaşında, Cambridge Üniversitesi’nin Cavendish Laboratuvarı’nda elektromanyetik dalgaları inceleyen yüksek lisans çalışmalarına başladı. Danışmanı, elektronu keşfeden J. J. Thomson’du.

1902’de Barkla, Cavendish Laboratuvarı’nda Nobel Ödülü’nü kazanan ünlü araştırmalarına başladı ve 1903’te Liverpool Üniversitesi’nde tamamladı. 1909 yılında, dünya çapında ünlenmesine neden olan çalışmaları, onun Londra Üniversitesi’ne fizik profesörü olarak atanmasını sağladı. 1913 yılında, 36 yaşında, Edinburgh Üniversitesi’ne geçti ve 1944 yılında 67 yaşında ölümüne kadar orada kaldı.

Röntgen’in Rastlantısal Buluşu

Wilhelm Conrad Röntgen X – ışınlarını bir rastlantı sonucu keşfetmişti. Eski bir katot ışın tüpüyle çalışırken, bir karton parçası tarafından engellenmesine rağmen, bir şeylerin, yakınındaki bir yüzeyde flüorışıya neden olduğunu fark etti. İki hafta kadar süren deneyleri, insan vücudunun ilk “X – ışını fotoğraflarını” çekmiş oldu. Röntgen, buluşunu adlandıracak bir terim bulamadığı için, bu gizemli ışınlara “X – ışınları” adını verdi. Bu, bugün en çok kullanılan adı olmasına rağmen, uzun süre Röntgen ışınları olarak da adlandırıldı.

Boşaltılmış bir tüpte, katot ve anot arasında büyük bir potansiyel farkı oluşmaktadır. Elektronlar katottan anota doğru çekilir. Onları yavaşlatacak herhangi bir hava molekülü olmadığından, oldukça yüksek hızlara çıkarlar. Anot veya tüpün kenarlarıyla çarpıştıklarında, hızla yavaşlamaları, “bremsstrahlung” olarak bilinen “yavaşlama ivmesi” sürecinde X – ışını üretimi ile sonuçlanmaktadır.

Barkla “Parmak İzi”ni Nasıl Keşfetti?

Charles Barkla, 1902 yılında X – ışınları üzerine çalışmalarına başladığında, 1895 yılında Almanya’da Wilhelm Röntgen tarafından keşfedilmiş olan bu radyasyon formu, hala tam olarak anlaşılamamıştı. X – ışınlarının pratik kullanışlılığı ve olası yararları çoğu araştırmacının hemen ilgisini çekmişti. Ancak, X – ışınlarının fiziksel yapısı çok açık değildi. Yeni bir parçacık şekli miydi? Yeni bir dalga formu mu? Veya elektromanyetik dalgaların başka bir tezahürü mü?

1860’lardan beri fizikçiler, James Clerk Maxwell’in teorileri sayesinde ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunun farkındaydı. Bilim insanlarının, bu görünmeyen gizemli X – ışınlarının da elektromanyetik dalgalar olduğu konusunda kuşkulanmaları doğaldı, ancak aradaki bağlantı kurulamıyordu. Barkla, ilk kez, elementlerin X – ışınlarının saçılımını, nötr bir atomun elektronlarının sayısının atom numarasıyla aynı olduğunu kanıtlamak için kullandı.

Barkla, X – ışınlarının polarize olabileceğini belirlediğinde, X – ışınlarının elektromanyetik spektrumun bir parçası olduklarına dair çok güçlü kanıtlar sağlamış oldu ve X – ışınlarına maruz kalmanın, atomların kendi karakteristik X – ışınlarını yaymasına neden olduğunu buldu. Bu karakteristik X-ışınlarının enerjileri, onları yayan kimyasal elemente özgüdür. Başka bir deyişle, her kimyasal elementin kendine has X – ışını emisyon spektrumu vardır.

Charles Barkla Ve Arthur Compton

Bugün, Barkla’nın, atomları X – ışınlarına maruz bıraktığında, gelen X – ışınlarının atomların en içteki elektron kabuklarındaki elektronları harekete geçirdiğini söyleyebiliyoruz. Dış kabuk elektronları daha sonra boşalan iç kabuklara geçmekte, Barkla’nın gözlemlemiş olduğu karakteristik X – ışınları formunda enerji bırakmaktadır. Charles Barkla, atomların yaydığı X – ışınlarının enerji seviyelerini belirtmek için, K ve L terimlerini önerdi. K, en içteki enerji kabuğuna atıfta bulunan çekirdek (kernel) kelimesinden alınmıştı. Elektronlar bu kabuğa geçtiklerinde, en yüksek enerji karakteristiğine sahip X -ışınları yayılmaktadır.

Barkla’nın çalışmaları ve çığır açan keşfi, gene Cambridge Üniversitesi’nin ünlü Cavendish Laboratuvarı’ndan gelen Arthur Compton’un, “foton”un keşfine yol açan deneylerini gerçekleştirmesini sağladı. Bir tür temel parçacık olan foton, örneğin ışık gibi elektromanyetik radyasyon da dahil, elektromanyetik alanın kuantumu ve elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısıdır. Fotonlar, bir vakum içinde her zaman ışık hızında hareket ederler. Tüm temel parçacıklar gibi, fotonlar da en iyi kuantum mekaniği tarafından açıklanabilmekte ve hem dalgaların hem de parçacıkların özelliklerini gösteren “dalga – parçacık ikiliği”ni sergilemektedirler.

Kaynakça:
– Nobel Lectures, “Physics 1901-1921”, Elsevier Publishing Company, Amsterdam.

Yazar: Oben Güney Saraçoğlu