Katalog

F Ü Z Y O N ENERJİSİ Avuç içinde soğuk giineş Baştaraf 11. Sayf ada fazla enerjı ıle yuklenmışlerdır Bunların saldığı enerjıden sıstemlı olarak, genış çapta yararlanmak pek elverışli olmamaktadır Ote yandân, doğada rastladığımız 2000 kadar kararlı çekırdeğın kutlelerını, ıçlerınde bağlı bulunan notron ve proton (nukleon) sayılarına bakıp, bu sayılara karşılık gelen serbest nukleon toplam kutlesıyle kıyaslarsak, aradakı farkın nukleon başına duşen payının, çekırdek ıçındekı sayı arttıkça önce hızla yukseldığını sonra yavaşlayarak sabıt kaldığını, daha sonra da yavaşça azaldığını görüruz Bu durum, enerfi elde etme bakımından ıkı olanak yaratmaktadır Ya buyuk bır çekırdekten ıkı orta boy çekırdek yaparak ya da ıkı çok kuçuk çekırdeğı bırleştırırsek enerjı elde edebılınz Işte bunlardan bırıncısıne "BÖLUNMEfizyon", ıkıncısıne de "KAYNAŞMAfüzyon" dıyoruz Bölunme olayı, ılk kez 1939 yılında Almanya'da Otto Hahn tarafından, ıçıne gıren yavaş bır notronun yarattığı "huzursuzluk"sonucu ıkı parçaya ayrılan uranyum çeklrdeğlnde gözlendı Bu, hem atom bombası yapımına gıden hem de barış ıçın nukleer enerjı uretimi surecinl başlatan yolların başıydı Zıncırleme uranyum bolunmesının kontrollu olarak gerçekleşmesının avantajları ve son yıllarda kamuoyunu lyıce sarsan sorunları uzerınde durmadan, gerek verımlılığı, gerekse temel hammaddesının ucuzluğu bakımından çok çekıcı olan kaynaşma surecinl tanıyalım Kaynaşma ( (Füzyon) < Nasıl oluyor? Çekırdeksel kaynaşma tepkimesınde, atomlann çekırdekleri bırleşır Ortaya çıkan bırleşmış çekırdeğı oluşturan notron ve protonları bır arada tutmak ıçın gereken enerji, kaynaşmadan önce Ikl çekırdeğın ayrı ayrı ıçlerındekı tanecıklerı bır arada tutan enerııden daha azdır Bunun sonucu olarak, tepkıme sonucunda bu "bağlanma enerjilen"nln farkı açığa çıkar, yanı tepkıme urunlenne hareket ener/ısı (kınetık enerji) olarak kazandırılır I Nötron > Proton Olağan koşullarda, sahıp oldukları artı yuklu elektrık yuzunden çekırdekler blrbırlerını ıterler Olağan kaynaşmayı gerçekleştırmek, bu itmenln ustesınden gelmek çok buyuk ener/ıler harcayarak 1 Döteryum Enerji •• Aralarındakı ıtme yenıldığı takdırde, ıkl hafif çekırdek kaynaşır Bu, dPha ağır bır çekırdek ıle bazı artık tanecıkler uretırken olağanustu mıktarlarda ener/ı çıkar kı, bu enerji tepkıme urunlerının kınetık enerjilendır Kaynaşma, (füzyon) süreci Yukarıda, bağlanma enerjısının hafıf çekırdekler tarafından nukleon sayısı arttıkça hızla arttığını soyledık Bu demektır kı, ıkı çok hafıf çekırdek kaynaştırılıp daha buyuk bır çekırdek oluşturulursa, kutle bakımından d o ğacak enerjı epeyce olacaktır Bır kıyaslama yapaltm Bölunmeden çıkan enerjının, toplam kutle enerjısıne oranı yaklaşık 200/250 OOO'dır Dort tane protonun (hıdrojen çekırdeğı) kaynaşarak bır tane helyum çekırdeğı yapmasındakı oran ıse 25/4000 olup, öncekının en az 5 katı kadardır Ayrıca bölunme sonucu oluşan çekırdekler, genellıkle şıddetlı ve uzun omurlu radyoaktıflık gösterdıklerınden cıddı sorun çıkartırlarken, kaynaşma sonucu oluşan "kul", doğadakı en kararlı ve kımyasal bakımdan da en etklslz elementlerın başında gelen helyum olmaktadır Arada çıkan bırkaç elektronu veya nötronu ıse durdurmak ışten bıle değıldır Gerek guvenlılık, gerek verlm ve gerekse ucuzluk bakımından ustunluğu bu kadar ortada olan kaynaşma tepkimesinden bugune değln enerjı uretımınde yararlanılamamıştır; hem de mılyonlarca dolar ve çok yuksek ışgucu yatırılmış olmasına rağmen' Guneşe ve diğer yıldızlara enerji kaynağı olan bu olayın, yeryuzunde gerçekleştlrilmesine engel olan nedır? Çok basıt Ikı hafıf çekırdeğı yukarıda sözunu ettığımız çok şıddetlı, ancak ktsa erımlı olan çekırdek kuvvetlerının etkı alanına sokabılmek ıçın, önce çekırdeklenn bırbırlerını (protonlarının taşıdığı artı elektrık yuklerı yuzunden) ıtmelerını altetmek gerekır Bunun ıçın gereklı enerjının sonuçta ele geçecek oıandan epeyce az olmasına rağmen, bu enerjıyı önceden toparlayıp vermek, bugune kadar kazanılan enerjıden daha ucuza mal edılememekteydı Bu onden önerjı vermek gereğl tıpkı herhangı bır yakıtı ateşlemeye benzer Her yakıtın bır "yanma noktası (sıcaklığı)" vardır Bu sıcaklık, aslında yakıt molekullerı ıle oksıjen molekullennın bırbırlerıne yeterlı bır hızla yaklaşmalarını sağlayacak ortalama enerjıden başka bır şey değıldır Olağan yakıtlar ıçın birkaç yuz derece mertebesınde olan "yanma noktası'na, "kaynaşma" tepkımesı ıçın karşılık gelen sıcaklık milyonlarca derece mertebesındedır Oluşumları sırasında yıldızlarda doğal olarak ortaya çıkan bu sıcaklığı, yeryuzunde yalnız yaratmak değıl, yarattıktan sonra da hem surdurmek hem de hıçbır yere değdırmeden ondan korunmak olağanustu teknlk ve teknolojik sorunlar ortaya çıkarmaktadır Çok yuksek butçelerle surdurulen bu "yuksek sıcaklıkta kaynaşma" çabalarının yanı sıra, fızığın daha değışık konularında belıren umutlar da bazı sessız araştırmalara ışık tutmaktadır Adına "soğukta kaynaşma" dıyeceğımız bu araştırmalardan bırısı dığerıne oranla lyıce sessızken, son gunlerde bırdenbıre ön plana fırlamış bulunuyor Önce yıllardır dığer temel fızık araştırmalarıyla da yakından ılgısı olan "öteki" yöntemı kısaca tanıyalım Dığer bırçok gaz halındekı elementte olduğu gıbı hldrojen de olağan koşullarda ıkı atomık bır molekul olarak yaşamayı tercıh eder (gene başta sozunu ettığımız enerjı azaltması yuzunden) Aynı şekılde adına "döteryum" denılen ve çekırdeğı yalın bır proton yerıne, bır proton ve bir notrondan oluşan "ağır" hıdrojen de, ıkı atomlu molekuller halınde yaşar Yalnız bu molekulde atomlar arasındakı uzaklık çekırdek kuvvetlerının erışebıleceğınden yuz bın kat fazla olduğundan, hesaplanan kaynaşma olasılık ları 107O'dır (bır bolü, bırin önunde 70 tane sıfır) Molekulu oluşturan döteryum atomlarında elektron yerıne, bunun kozmık ışınlardan veya laboratuvarlardakı hızlandırıcı deneylerınden çıkan, kutlesı 200 kat fazla olan kuzenı "muon" yerleştırıldığınde ış değışir Elektronun atomda çekırdekten uzaklığı kutlesıyle ters oranlılı olduğundan, yerıne muon konulduğunda bu uzaklık da 200 kat azalır Böylece muonlu ıkı döteryumdan oluşmuş bır molekulde, döteryumların kaynaşma olasılığı kat kat artacaktır Hatta kaynaşma sonucu, açıkta kalacak olan muonlar başka döteryum molekullerındekı elektronların yerıne geçerek bu "soğuk kaynaşma"yı zincirieme surdürebılecektır Ama bu muonun onemlı bır kusuru vardır. Bir elektron bılındığı kadarıyla "ezelden ebede" kadar yaşarken, kuzenı muon ancak sanıyenın mllyonda Ikisl kadar yaşayabılır aslında bu sure, atomcul olaylar ıçın epeyce uzun sayılır, ama bu tur soğuk kaynaşmanın venmlı sayılabılmesı ıçın her müonun olmeden once en az 300 kadar kaynaşma yaptırması beklenmektedır Bu olayı ılk gerçekleştıren Utah (ABD'dekı Brigham Young Unlversitesi'nden Steven Jones, muon başına 70 kaynaşma elde etmış bulunuyor Arizona Universitesi'nden Johann Rafelski (yukarıdakı 10""ı hesaplayan kışı) ıse bu sayının 1000'e çıkabıleceğını hesaplayabılmektedır Bunlar her ne kadar umut vermekteyse de, şımdılık bu yöntemın uygulanmasına geçmek ıçın bırçok gelışme (muonların elde edtlmesı vb) beklenmektedır "Kaynaşma" tepkımelerının, yahut başka deyişle "termonukleer" olguların yıldızlardakı enerjı uretımının esası olduğunun anlaşıldığı yıllarda, bunların yeryuzunde gerçekleştırılebılmesının kesınlıkle olanaksız olduğu da ıddıa edılmekteydı Gene de başlangıçta değındığımız ve "karmaşık elektromanyetlk alanlar içinde yoğun hıdrojen ve döteryum iyonları hapsetmeye dayanan "olağan" yöntem uzerınde çalışmalar uzun yıllardır surmekte Zıra bılım adamları, tanınmış bılım tarıhçısı Slr VVIIIİam Cecll Dampler'ın dedığı gıbi "uygulamalı bılımlerın tarıhlnde, daha önce de az umut veren olgular peygamberlık taslayanları yanıltmıştır " Geçen haftalarda heyecan yaratan olay ıse "soğukta kaynaşma"nın, neredeyse sıradan bır elektrolız (suyu veya başka sıvı maddelerı elektrık enerjısıyle ayrıştırmak) kabında gerçekleştığıne ılışkın cıddı görunumlu belırtıler gözlenmesıydı Yalnız bu kez Şişedet füzyon Döteryum> I Platın bır telden yapılmış olan anodla çevrelenmış palladyum katod, "ağır" su ıçlne yerleştırılmış 1 ağır su molekulunde, hıdro/en atomları elektnksel gerılım uygulandığında, ağır su oksı/en ve döteryum lyonlarına ayrılır mArtı yuklu döteryum iyonları palladyuma çekılırter Burada knstal örgusunun ıçıne çekılırler örgu, sonunda döteryum çekırdeklerıyle tıka basa dolar, bırbınne çok yaklaşabılen döteryumlar kaynaşır tMKaynaşma sonucu, hafıf helyum çekırdeğı, nötron ve çok mıktarda enerfi çıkar Çıkan enerji, suyu ayrıştırmak ıçın verilonden dört kat fazla olmakta Ancak çıkan nötronlann beklenenden çok az olması henuz açıklanamamakta