Katalog

ÇEKİRDEK F İ Z İ 6 İ Füzyon: Dün, bugün, yarın "Füzyon", çekirdeksel kaynaşmadır. Çekirdek parçalanmasının, yani "fisyonun" tersi... Atom, santimetrenin yüz milyonda biri boyutunda... "Atomus", Latince, "parçalanamaz" demek... Maddenin en küçük temel bireyi olarak tanımlanmak istenmiş... Oysa sonraları, atomdan çok daha küçük temel bireyler bulgulanmış. "Atom çekirdeği", bunlardan biri.. O bile, daha da temel bireylerden oluşuyor • Prof. Dr. Tolga Yarman Nükieer Mühendls Anadolu Blllm ve Teknolojl Stratejllerl Araştırma Enstitüsü (BİLTES) nce blraz ön bilgı: Çekirdek, atoun yuz bınde bırı boyutunda Yanı santımetrenın yuz milyonda bırının, yuz bınde bırı boyutunda Atom çekirdeği, buyuk olduğunda, parçalanabılıyor Kuçuk olduğunda ıse, bır benzerı ıle, kaynaşabılıyor Ağır atom çekırdeklerının fısyonu, yanı parçalanması da, hafıf atom çekırdeklerının fuzyonu, yanı kaynaşması da, dışarıya enerjı salan tepkımeler Nasıl oluyor da, hem "fısyon" yanı parçalanma, hem füzyon yanı kaynaşma, dışarıya enerjı verebılıyor? Yanıt şu: Çekirdek parçacıkları yanı nötronlar ve protonlar, bır çekırdekte, ne çok az, ne de çok fazla olduklarında, asgarı bır enerjı duzeyınde "bağlanmış" oluyorlar Dığer bır deyışle, hafıf çekirdekler kaynaştıklarında ya da ağır çekırdekler parçalandıklarında, çekırdektekı protonlar ve nötronlar, önceden olduklarına oranla daha "sıkı"bağlanıyorlar işte bu, "daha sıkı bağlanma" fıılıdır kı gerek ağır çekırdeklerın parçalanması, gerekse de hafıf çekırdeklerın kaynaşmasını, mumkun kılıyor Hem bırleşerek hem de ayrışarak daha ıstıkrarlı konumlara gelmeklığı, ıçınde olduğumuz makrodunya terımlerı cınsınden örneğın şoylece anlayabılırız Bır kadın ve bır erkek, yalnız başlarına olmaları halıne oranla, bır arada daha "rahat" edebıleceklerdır Karşılaştıklarında bırbırlerıne eğılım duyabılecekler "Bağlanmak", ısteyebıleceklerdır Çıftlerın ' rahatı" bazen de bır arada olduklarında kaçabılecek Böyle çıftlerse bırbırlerınden kopmayı yeğleyebıleceklerdır Her ıkı halde de, çıftlerın eğılımlerının, daha fazla "rahat" ve "ıstıkrar" olduğuna, dıkkat edılıyordur İşte nukleer dunyada olanlar da bır parça anlaşılabılır Fisyon yanı bölunme atom bombasının kokenındekı nukleer tepkimedir: Hıroşima ve Nagazaki'ye atılan bombaların mekanızması fısyon uzerıne kuruludur Füzyon ıse, hidrojen bombasının kokenındekı nukleer tepkıme oimaktadır Aslında füzyon evrenın çok temel olarak varsaydığı bir olaydır. Nitekim, butun yıldızlarda bu olay yer almaktadır Hafıf çekırdeklerın kaynaşması kaınatta, bıldığımızce, tum yıldızların varlık nedeninı oluşturmaktadır Tabıı o arada Guneşlmlz'ın de, füzyon tepkımesı uzerıne kurulu bulunduğunu kaydedebılırız Dığer bır deyışle, hafıf çekırdeklerın kaynaşması dunyamızın, dolayısıyla da bızım hayatıyetımızın temel kaynağını oluşturmaktadır Her ne kadar çekirdeksel kaynaşma tepkımesı tum yıldızların o arada bızım, davanağımız ıse de ınsanoğlu bu tepkımeyı yeryuzunde, ancak "toplu bir tahrlp kaynağı" olarak gerçekleştırebılmış oimaktadır Farklı bır anlatımla, hidrojen bombasının "marıfetını" henuz, denetımlı bır enerjı uretım surecıne kavuşturabılmış bulunamıyoruz mundan oluşmaktadır Denızlerımızde bol mıktarda bulunan ağır su, işte, dunyamız açısından pratıkte sonsuz bır enerjı kaynağını, ışaret etmektedır Kontrollu füzyon reaksıyonu da bu yuzden çok onem taşımaktadır Trıtyum, doğada yoktur Ama nıspeten zahmetsızce, lıtyumun nötronla bombalanması suretıyle elde olunabılmektedır Biraz da plazma fiziği Biraz nukleer fizik Füzyon, hafıf çekırdeklerın kaynaşması olduğuna göre, çekirdekler de protonlarından dolayı pozıtıf yuk taşıdıklarından. iki çekirdek kaynaşması, oncelıkle bunlarm arasındaki ıtme kuvvetının yenllmesini gerektirmektedir. Pozitif yukler birbirlerini Iterler. Şu var ki, çekirdek parçacıkları ya da genelde hafif çekirdekler birbirlerini, çekirdek boyutu menzillerınde, çok kuvvetle çekmektedlrler. Iste hafif çekirdekler arasındakl Itme kuvvetı yenllip, bunlar bırbirlerlnin, santimetrenin yuz milyonda birınin yuz blnde biri kadar yakınına getırılebıllrse, böylesi bir menzllde egemen olacak çok şıddetll çekme kuvvetı sayesinde kaynaşabilmektedlrler. Bu olayı şoyle de kavrayabllirlz: Bır masanın uzerınde bır tencere olsun Tencerenın ıçınde bır bılye bulunsun Bılyeyı tencereden çıkartmak ıçın bır mıktar enerjıye ıhtıyaç olaraktır Şu var kı bılye tencerenın kenar sırtına kadar tırmandırılabılırse, yerçekımıyle, buradan aşağıya yuvarlanıp, masanın yuzeyıne, oradan da yere yuvarlanabılecektır Böylelıkle bılye, tencerenın kenar sırtından aşağıya yuvarlanırken, kendısıne, oraya tırmanmak ıçın verılen enerjıden daha fazlasını, (masadan yere duşme surecınde edıneceğı kınetık enerjı olarak), dışarıya aktarabılecektır Son durumda bılye yeryuzune, masanın uzerındekı tencere ıçındekı olduğundan, daha sıkı bağlanmış olacaktır Eğer tartılabılse ' tencere ıçındekı bılye", "yere duşmuş bılye"den, daha ağır gelecektır Dığer bır deyışle, tencere ıçındekı bılye, zemın uzerınde, sukunete ulaşmış bılyeden, aradakı yukseklık farkının belırleyeceğı potansıyel enerjı eşdeğerı kutle kadar, daha ağır olacaktır Uzun lafın kısası, bılye aşağıya duşerken, bunun potansıyel enerjısı kınetık enerjıye donuşmektedır Ama kınetık enerjının kutlesel bır eşdeğerı vardır Bılye, yere çarptığında, kınetık enerjısını kaybederken, toplam kutlesı de, hafıflemektedır Burada, "Şişede soğuk füzyon" u gerçekleştirdiklerını açıklayarak bılım dunyasını bırbınne katan Dr Stanley Pons ve Dr Martln Fleıschmann kutle enerjıye dönuşmekte ve bu enerjı bılyenın yere çarptığı anda, dışarıya salınmış olunmaktadır Sadmeyle, bılye ıle yerın temas ettığı nokta, ısınmakta Bılyenın kınetık enerjısı, dolayısıyla, ısıya dönuşmekte Daha sonra ıse bu ısı, örneğın uzaya elektromanyetık ışınım olarak atılmaktadır Son toplamda ıse, bılye, bu ısı eşdeğerı kutle kadar, kutle yıtırmektedır Çekirdeksel kaynaşma esnasında da olan, işte tam böyledır Kaynaşacak çekırdeklere önce bır mıktar enerjı venlmekte Bunlar bırbırlerıne doğru "duşme" noktasına geldıklerınde, kaynaşmaya geçmektedırler Kaynaşma surecınde ıse, kaynaşma noktasına ulaşmak ıçın gerektırdıklerınden, çok daha fazla enerjıyı ortaya getırıp, dışarıya verebılmektedırler Füzyon reakslyonunu kontrollu olarak gerçekleştırmenın, en temel bırzorluğu, kaynaşacak çekırdeklerı, aralarındakı ıtme kuvvetını yenebılmek uzere, gereklı enerjı duzeylerıne tırmandırmak oimaktadır Kaynaşacak çekirdekler, örneğın döteryum çekırdeklerı olabılır "Döteryum", "ağır hidrojen" olarak anılabılır Hidrojen çekirdeği, tek bır protondan oluşur Bunun yanında bır de notron olursa, bu "döteryum" çekirdeği olur ikı notron olursa, "trıtyum" çekirdeği olur Döteryum çekirdeği, başka bır döteryum çekirdeği ıle kaynaşabılmektedır Döteryum çekirdeği, daha kolay olarak trıtyum çekirdeği ıle kaynaşabılmektedır Döteryum, doğada bulunmaktadır Her 30 ton denız suyunda 1 kılogram "ağır su" bulunmaktadır Hafıf su ıkı hidrojen atomu, bır de oksıjen atomundan meydana gelır Ağır su ıse, ıkı döteryum atomu, bır de oksıjen ato Hafıf çekırdeklerı kaynaştırmak uzere, yuksek enerjılere getırmek gerekmekteydı "Yuksek enerjı" demek, "yuksek sıcaklıklı ortam", demektır Böyle bır ortama, "plazma" denır Plazma ortamında atomun elektronları, çekırdekten soyunmuşlardır Atom nıtekım, enerjı soğurunca, elektronlar derece derece ayrışırlar Ortamda dolayısıyla, pozıtıf ve negatıf yukler oluşur Gerçekten kaynaşacak olan atom çekırdeklerını, çok daha ust duzeylerde enerjılendırmek gerektırmektedır Dılenecek kadar çok çekirdeksel kaynaşmanın meydana geleceğı plazma ortamının sıcaklığı, nıtekım, yüz milyon derece dolayında olmak zorundadır Bu noktada, akla, halıyle ıkı soru gelır Bırıncısı, bu kadar yuksek sıcaklık, nasıl elde edılecektır? ikıncısı, böylesı bır sıcaklıkta bulunan plazma, hangı kabın ıçınde, nasıl tutulabılecektır Plazma ortamları çeşıtlı şekıllerde oluşturulabılır Biryol, ortama, dışardan bır bıçımde enerjı getlrmektedır Bu ışlem örneğın, ortam, yuksek enerjılı parçacıklar tarafından bombalanarak sağlanabılır Diğer bir yol, kaynaşması dılenen çekırdeklerın bulundukları ortamı, lazer ışınlarıyla bombalamaktadır Yanı ortama, enerjı, lazer ışınlan aracılığıyla taşınır Bunlar klasık yollardır Burda değınmeyeceğımız başka teknıkler de soz konusudur Meydana getınlen yuksek sıcaklıklı ortamın "tutuklanması" ışlemı ıse, uygulanan yaklaşıma gore, değışık olabılecektır Ortamda, kaynaşmaya aday çekirdekler, ne kadar yoğunsa, bunlar bırbırlerıne, o kadar yakın gelebıleceklerdır Ortamdakı çekirdek yoğunluğunun artması, dolayısıyla, kaynaşma olasılığının yukselmesı anlamındadır Dığer taraflan yuksek sıcaklıkta ya da yuksek enerjılı çekirdekler bır arada, dağılmadan, ne kadar uzun sure tutulabılırlerse, kaynaşma olasılığı yıne o nıspette yuksek olacaktır Gerek ortamdakı çekirdek yoğunluğu gerekse de bunların dağılmadan bır arada tutuklanma suresı, ortam sıcaklığıyla ılgılıdır Verilenalınan enerji Füzyon reaksıyonu, laboratuvarda gerçekleştınlemıyor değıldır Füzyon koşullarının kabaca sağlanmasıyla her zaman, kaynaşmaya gıren çekirdekler olabılecektır Önemlı olan şudur kı füzyon koşullarını sağlamak ıçın harcanan enerjının ne kadarı, acaba, gerçekleştırılen füzyon tepkımelerı sonucu, gerısın gerıye, sağlanabılmektedır Başka bir deyışle, yapılan ış urkutulen kurbağaya, acaba değecek mıdır1 Füzyon ortamını meydana gelırmek ıçın verılen enerjının tamamı, eğer burada gerçekleştırılen füzyon reaksıyonları sonucu, gerı alınamıyorsa, başarı elde edılmış olunmayacaktır Eğer, kaynaşmaya amade çekirdek yoğunluğu lyon/santımetrekup cınsınden N.. Plaz 10