Katalog

ÇEKİRDEK F İ Z İ 6 İ Soğuk füzyon deneylerinde son durum Deneylerden olumsuz sonuç alanlar çoğunlukta... Olcyı tümüyle açıklayan kuramsal model henüz yok... Dr. Serhat Çakır, ODTÜ Fizik Böiümü Pıranı I I Notron tdedektöru K atıhal ıçınde soğuk fuzyon bırçok araştırma merkezınde enıne boyuna ıncelenıyor Şu ana kadar yapılan araştırmaların bazıları bılımsel dergılerde yayımlandı, bazıları ıse yayımlanmak uzere gonderıldı Ayrıca soğuk fuzyon uluslararası bılımsel toplantılarda tartışılıyor Ancak bir llklr bırliğlnin sağlanması daha uzun bır sure gerektıreceğe benzıyor Bılımsel kuruluşların bazıları, olayın fuzyon olmadığı veya yapılan deneylerde fuzyon bulgularına rastlanmadığını açıkladılar Bazı kuruluşlar ıse SQğuk fuzyonu katıhal ıçınde gerçekleştırdıklerını ılerı suruyorlar Bu yazıda daha çok bılgısayar haberleşme ağından ve dığer yollardan gelen bılımsel makalelerden uluslararası toplantı ozetlerınden edındığım bılgılerı özetlemeye çalışacağım ODTU Fizik ve Klmya Bölumlerl dığer bazı muhendıslık bolumlerının de desteğı ıle soğuk fuzyon deneylerlnl surdurüyor. Içınde bulunduğum bu grubun değerlı elemanları ıle yaptığım tartışmalardan da çok faydalandım Soğuk fuzyon deneylerının en yaygını; elektroliz yöntemldlr (Şekil 1). Bu yöntem ağırsuyun elektrolızı, yanı ayrıştırılması ıle palladyum (veya tıtanyum) elektroduna hıdrojenın bır ızotopu olan döteryumun depolanılmasına dayanmaktadır Dlğer blr yöntem ıse basınç altında doteryum gazının palladyum veya tıtanyum metalıne depolanmasıdır (Şekil 2). Her ıkı yöntemde de katıhal ıçınde doteryum çekırdeklerın kaynaşarak fuzyon reaksıyonlarını gerçekleştırdıklerı duşunulmektedır Bılınen fuzyon reaksıyonları şunlardır d + d ~ 3He(082MeV) + n(2 45MeV) (1), d + d 3H (1 01 MeV) + p(302MeV) (2) Burada d doteryum, He helyum n nötron (elektrık yuku olmayan ve atom çekırdeğını oluşturan bır parçacık), p proton (pozıtıf elek Pompa rak gösterılıyor Fuzyonu gerçekleştırecek atom çekırdeklerınden bırını yatay (çekırdekler arası uzaklık) ve dıkey (potansıyel) eksenlerın kesıştığı noktada duşunursek, E o 3nerjısıne sahıp ıkıncı atom çekırdeğı ıse >a ıle rb arasında en fazla bulunabılır r 0 ıse denge durumunda ıkı çekırdeğın arasındakı uzaklıktır Çan şeklındekı eğn Ise çekırdeğın konum olasılık eğrısıdır Sol tarafta hızla yukselen eğrı ıse Coulomb barıyerıdır Fuzyonun olabılmesı ıçın bu duvarın aşılabılmesı gerekır Kuantum mekanıksel olarak ıkı çekırdek arasındakı r uzaklığının sıfır olabılmesı (fuzyon) mumkundur Yanı fuzyon, kuantummekanıksel tunelleme olasılığı ıle doğru orantılıdır Buna göre (BornOppenheımer yaklaştırımı ıle) fuzyon hızı = göz önune alınan nukleer reaksıyonun hız sabıtı x tunelleme olasılığıdır Katıhal ıçınde izotopık hıdrojen çekırdeklerının bırleşmesını sağlayan fızıksel mekanızma henuz bılınmemektedır Ancak polladyum elektronlarının onemlı bır rol oynayabıleceğını söylemek mumkundur Elektronlar atom çekırdeklennı perdeleyerek bırbırlerıne yaklaşmalarını sağlayabriırler ikı çekırdek arasındakı efektıf potansıyel V(r), elektronların perdeleme etkısı de göz önune alınarak, ThomasFermi modelıne göre şu şekıldedır, V(r) d> exp( f ) Şekil 2 Basınç altında D* (gaz), Titanyum Sisteml trık yuklu ve atom çekırdeğını oluşturan başka bır parçacık, 3H hıdroıenin bır başka bır ızotopu olan trıdyum ve parantez ıçındekıler ıse ılgılı urunun MeV cınsınden enerjısıdır (Bır sanıye surelı 1 MeV'lık enerjı 1 6x1012 vatlık guce denktır) d + d 4 He + 7 (23 MeV) (3) reaksıyonu da mumkundur, ancak olasılığı ılk ıkı reaksıyondan çok daha duşüktur Son olarak, p + d 3He + y (54MeV) (4) reaksıyonu, yıne duşuk olasılık ıle mumkundur Bu reaksıyonlardan görulduğu gıbı, fuzyonun belirtllerl, hızlı nötronlar, gama ışını (y), He atomu, trıdyum ve ısıdır Çok önemlı bır problem, yukarıda bahsedılen, fuzyon urunlerının ölçumüdur Bu ölçumlerın doğal radyasyondan ayırt edılmesı ve ölçum alet lerının çevreden etkılenmesının önlenmesı gerekmektedır Dığer bır problem ıse verılen enerjı ıle alınan enerjı arasındakı farkın belırlenebılmesı ıçın hassas kalorımetrık sıstemlerın kullanılmasıdır Uç ay gıbı bır surede blrçok kuramsal soğuk fuzyon modeli gelıştırıldı ve belll başlı iki tlp olmak uzere belki de yuzlerce soğuk fuzyon deneyı yapıldı Bunlar arasından bazılarını çok detaya gırmeden özetlemeye çalışacağım Kuramsal soğuk fuzyon modelleri Katıhal ıçınde soğuk fuzyon oldukça yenı bır konu olduğundan kuramsal model çalışmaları henuz ılk aşamalarında bulunuyor izotopık hıdrojen çekırdeklerı normal ko şullarda bır elektron yardımı ıle bırbırlerıne yaklaşırlar Ancak bu yaklaşma, molekuler Coulomb barıyerının ızın verdığı kadar ola bılmektedır Şekil 3 te bu barıyer şematık ola Şekil 1 Dp'nun Pd Katot ve elektrolizi Burada \ ThomasFermı perdeleme uzaklığıdır Şu ana kadar gelıştırılen kuramsal modellerın bırçoğu metallerın (palladyum ve titanyum) serbest elektronlarının hıdrojen çekırdeklerını perdeleme etkısıne dayanmaktadır Elektrondan 207 kat daha kutleli bır temel parçacık olan negatıf yuklu muon molekuler hıdrojen lyonundakı elektron ıle yer değıştırmesı, fuzyon hızını buyuk bır oranda arttırmaktadır (J Refelskı ve S E Jones ) Benzer blr duşunce ıse molekullere çok yuksek basıncın uygulanmasıyla çekırdekler arasındakı uzaklığın azaltılabıleceğıdır Bu yöntemle de fuzyon hızının artacağı öne surulmektedır (Pıezo nukleer fuzyon CV Sıclen ve S E Jones Daha önce bılınen bu yöntemler ekonomık olmaması nedenı ıle fazla ılgı görmedı Refelskı ve arkadaşları katıhal ıçınde soğuk fuzyon hızını bırden fazla parametreye bağlı olarak hesapladılar Bır kure ıçıne de ıkı hıdrojen ızotopunun fuzyon hızını bazı koşullarda kurenın yarıçapına bağlı olarak ınceledıler Bu modele gore kurenın yarıçapı 03a 0 (a 0 Bohr yarıçapı = 5 2 9 ' 3 cm) olduğunda f jzyon hızı 10^ 24 5' mertobesındedır Yanı 10 24 sanıyede bır kez fuzyon olabılır 03a 0 palladyum veya tıtanyum krıstalının tıpık uzaklığından kuçuktur ancak sıstemı dınamık olarak duşunursek, hareket halındekı izotopık hıdrojen çekırdeklerı bu mesafelere yaklaşabılır Fuzyon hızı ayrıca efektıf elektron kutlesıne ve yukune bağlı olarak da hesaplandı Efektıf yuk ve kutle ıle elektronun, bulunulan ortamda duşunulerek, doteryum molekulune net yuk ve kutlesel etkısı kastedılmektedır Ömeğın elektron efektıf kutlesı ıkı kat, yuku 1 5 kat artarsa 0 3 « o yarıçaplı kure ıçınde fuzyon hızı 16 x 1O 1 2 5 1 bulundu (normal koşullarda bu rakam 83 x lO^ö'dır) S E Koonın ve M Nauberg ıkı atomlu hıdrojen molekullerınde fuzyon hızını çeşıtlı hıdrojen ızotopları ıçın hesapladı Ikı atomlu molekuler potansıyel V(r), ıçın BornOppenheımer yaklaştırımı kullanıldı Fuzyon hızı, normal koşullarda d+d reaksıyonu ıçın 64 3 X 1 0 O \ d+p reaksıyonu ıçın 10380' bulundu Bu bılınenın tersınde bır önermedır d x p reaksıyon hızının d+d reaksıyon hızından daha fazla olmasının nedenı olarak da hafıf sıstemlerın tunelleme olasılığının fazla olması gosterıldı Efektıf elektron kutlesının 510 kat artması, gozlenen mıktarda soğuk fuzyon hızına karşılık gelebıleceğı hesaplandı Bu kuram Fleıschmann ve Pons deneyınde gerektığı kadar gozlenemeyen nötronları açıklamaya yonelıktır G Benedek ve P F Bortıgnon tetrahedral yapıda sekız köşede bulunan döteronlardan bırının olmaması burada yoğun bır negatıf delığe neden olabıleceğını öne surduler Bu negatıf delığı oluşturan elektronların dıfuzyon sırasında gereklı perdeleme etkısını yapabıleceğı duşunuldu S E Koonın ıkı izotopık hıdrojen çekırdeğının tunelleme ıle Coulomb barıyerını aşması olasılığının çevrelerındekı (palladyumun veya tıtantumun) potansıyel degışımlerınden ne kadar etkılenebıleceğını hesapladılar Bu kurama göre ıkı çekırdek arasındakı efektıf potansıyelın %5 kadar değışmesı fuzyon hızını on uzerı 30 mertebesınde arttırmaktadır Bu model dınamık bır yöntem önermektedır Başka bır ılgınç kuramsal çalışma ıse palladyum veya tıtanyum krıstalındekı olabılecek yapı bozukluklarına dayanmaktadır Bu kurama göre metallerde depolanan doteryum bellı bır sevıyeden sonra krıstal yapıda gerılıme ve bunun sonunda da bögenın dağılmasına neden olmakta Olay sırasındakı yuk dengesızlığının ıse anlık yuksek elektrıksel gerılıme (1 ıle 10 kVoll mertebesınde) dolayısı ıle doteryum çekırdeklennı fuzyon yapabıleceğı yüksek hızlara (10 keV) ulaştırabıleceğıne ınanılmaktadır (FJ Meyer ) Yukarıda verilen ve verılmeyen butun bu kuramsal modeller, soğuk fuzyon deney sonuçlarını, eğer soğuk fuzyon gerçekse, açıklamakta henuz yeterlı değıldır Dolayısı ıle olayın aydınlatılması için kuramsal model calışmalarının daha detaylı surmesi gerekmektedır Soğuk fuzyon deney sonuçları uluslararası toplantılarda tartışılıyor Son toplantı 2325 mayıs tarıhlerı arasında Los Alamos Santa Fe (ABD)'de yapıldı Kongreye sunulan bıldırılerın olumlu olanları olumsuzlardan daha az görunmektedır Olumlu sonuçlanan deneylerde de Fleıschmann & Pons'un soğuk fuzyon sonucu elde ettıklerını ılerı surduklerı ısıya yaklaşan olmadı (10 Watt/cm3) Yalnız A J Appleby (Texas A&M) 5 mm ya Soğuk fuzyon deneyleri 1 • |il|it C [ «I •• L 1 Şek 3 • "i ı' "l '