1983 Mart ayı sonlarında Amerika Birleşik Devletleri’nin Utah eyaletinde gerçekleştirilen bir deney, büyük yankılar yaratmış ve füzyon enerjisine yönelik geniş bir ilgi uyandırmıştır. Bu deneyin ve dolayısıyla soğuk füzyonun ayrıntılarına girmeden önce, füzyon enerjisinin tanımını yapmak gereklidir. Bu amaçla, Bilim ve Teknik Dergisi’nin Mayıs 1983 sayısında ayrıntılarıyla verilen bilgileri yeniden kısaca özetlemek yararlı olacaktır.
Nükleer füzyon, atom çekirdeklerinin birbirleriyle kaynaştırılmasıdır. Çekirdekler pozitif elektrik yüklü olduklarından ve bu nedenle birbirlerini ittiklerinden proton sayısı az olan çekirdekler daha kolay kaynaştırılabilir. Bu tür çekirdeklere sahip atomlar arasında, hidrojenin izotopları olan döteryum ve tritiyum atomları büyük önem taşımaktadır. Döteryum çekirdeğinde 1 proton ve 1 nötron, tritiyum çekirdeğinde ise 1 proton ve 2 nötron vardır. Bu çekirdekler yaklaştırılıp kaynaştırıldıkları zaman, aşağıda gösterilen nükleer reaksiyonlar oluşur:

Görüldüğü gibi, reaksiyonlardan çok yüksek kinetik enerjilere sahip helyum çekirdekleri ile proton ve nötron tanecikleri çıkmaktadır. Bu ürünler reaksiyonun oluşturulduğu bölmeyi saran ve genellikle lityumdan yapılmış olan bir tabakaya saplanır ve bu sırada enerjilerini ısıya dönüştürürler. Bu tabakayı soğutmak için kullanılan bir sıvı, bu ısıyla buharlaşır ve elektrik üretimi için kullanılır. Bir gr döteryumda 3 x 10²³ çekirdek bulunduğu göz önüne alınırsa, 100 megavat-saat enerji üreteceği ortaya çıkar. Döteryum izotopu doğal hidrojen içinde % 0.02 oranında bulunduğuna göre. yaklaşık 80 litre normal sudan bu enerjinin üretilebileceği ve okyanuslarda bulunan döteryum miktarının 10-100 milyon yıllık enerji gereksinimini karşılayacağı saptanabilir. Bu nedenle nükleer füzyona, enerji sorununun kesin çözümü olarak bakılmaktadır. Diğer bir üstünlüğü de herhangi bir radyoaktif artık bırakmamasıdır; çünkü son ürün asal helyum gazıdır. Bu yönleriyle füzyon, son otuz yıldır bilimin önde gelen amaçlarından biri olmuş ve bu uğurda milyarlarca dolar ve maddi değerlerle ölçülemeyecek yoğunlukta emek harcanmıştır.
Bugüne kadar yapılan çalışmalar ise genellikle “sıcak füzyon” yöntemi çevresinde toplanmıştır. Birbirini iten çekirdekleri kaynaştırabilmek için akla gelen ilk çare, çekirdekleri çok yüksek hızlarla birbirleri üzerine göndermektir. Bunun için de en doğal yol, gazı ısıtmaktır. Yapılan incelemeler, yeterli hızı sağlamak için, döteryum gazının 100 milyon derece mertebesinde bir sıcaklığa ısıtılmasının gerekli olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca, çekirdeklerin çarpışıp kaynaşma olasılığını artırmak için, bu sıcaklıkta bir gazın belirli bir hacimde ve yoğunlukta, belirli bir süre tutulabilmesi gerekmektedir. Bu işlemler için reaktöre oldukça büyük bir enerji girdisi sağlanmakta ve füzyon reaksiyonlarından çıkan enerji henüz bu girdiyi dahi karşılayamaz halde bulunmaktadır. Tüm bu zorluklara rağmen sıcak füzyon son otuz yılda çok büyük bir aşama kaydetmiş ve beklenmedik bir zorlukla karşılaşılmazsa ikibinli yılların başında enerji üretimine başlayabilecek bir düzeye gelmiştir.
Sıcak füzyon üzerinde çalışmalar sürerken, pek umut vermeyen diğer bir yöntem üzerinde de çok daha mütevazi bir düzeyde bir takım araştırmalar yapılmaktaydı. Öncülüğünü 1940 yılında, tanınmış Sovyet bilim adamı Andrei Sakkarov’un yaptığı bu araştırmalar, müyon adıyla anılan bir taneciğe dayanıyordu. Bu tanecik doğada uzaydan gelen kozmik ışınlar içinde bulunmakta ve ancak 2 mikrosaniye yaşayabilmektedir. Kütlesi, elektron kültesinin 207 katı, elektrik yükü ise elektronunkinin aynısıdır. Dolayısıyla böyle bir tanecik, döteryum atomuyla karşılaştığı zaman büyük kütlesi ve negatif yükü sayesinde atomdaki elektronu kolaylıkla yörüngeden kovup yerine kendisi geçebilmektedir. Büyük kütlesinden ötürü elektron yörüngesinden 207 kat daha küçük yarıçapta bir yörüngeye oturmaktadır. Yörüngelerinde müyon bulunan iki döteryum çekirdeği böylece
birbirlerine kolaylıkla 207 kat daha fazla yaklaşabilmekte ve oda sıcaklığında kaynaşma olasılıkları 10⁸⁰ kat daha artmaktadır. Bu nedenle söz konusu yönteme “soğuk füzyon” adı verilmektedir. Kozmik ışınlar içinde gelen müyon taneciklerinin sayısı çok az, yeryüzünde güçlü hızlandırıcılar yoluyla elde edilmeleri de çok pahalı olduğundan, bu yöntem yakın zamana kadar fazla ilgi çekici olamamıştır.
Geçtiğimiz Mart ayında Amerika Birleşik Devletleri’nin Utah eyaletinde M. Fleischmann ve D. Pons adlarındaki iki bilim adamının soğuk füzyonu son derece basit bir yöntemle, yaklaşık 100 saat boyunca gerçekleştirdiklerini ve verdikleri enerjinin 4 katını aldıklarını açıklamaları, doğa! olarak büyük yankılar uyandırmıştır. Bu yöntem, paladyum ve titanyum gibi metallerin bir asır kadar önce saptanmış ve diğer amaçlarla kullanılan bir özelliğine dayanmaktadır. Söz konusu metaller çok miktarda hidrojen gazını ve izotoplarını soğurup depo edebilme özellikleriyle tanınmaktadır. Bu iki bilim adamı bir şekilde çok miktarda döteryum gazını palladyumun kristal örgüsü içindeki çok küçük boşluklara sokarak, anormal yoğunlukla döteryum gazı elde etmeyi, böylece döteryum çekirdekleri arasındaki uzaklığı azaltıp, füzyon olasılığını artırmayı amaçlamışlardı. Başka bir deyişle, müyonun yaptığı işi, yüksek yoğunlukla başarmayı planlamışlardı. Döteryum gazını palladyum içine çok miktarda sokabilmek için elektrokimyasal güçlere, daha açıkçası herkesçe bilinen elektroliz olayına başvurmuşlardı. İçinde hidrojen yerine döteryum bulunan ve “ağır su” diye anılan su dolu şişelere çeşitli çaplarda, onar santim uzunluğunda palladyum çubukları daldırmış, çubukların çevresine ince platin telden yapılmış helezon şeklinde kafesler geçirmiş, palladyum ile platini, bir akünün negatif ve pozitif kutuplarına bağlayıp beklemeye başlamışlardır. Negatif gerilimdeki palladyum çubuklarının yüzeyinde döteryum iyonları birikmeye ve difüzyon yoluyla çubuğun içlerine girerek, kristal örgüsü içindeki boşluklara yerleşmeye koyulmuş, üç ay sonunda palladyum çubuktan füzyon belirtileri olan nötronların çıktığı hem doğrudan hem de dolaylı yoldan (alfa ışınları vasıtasıyla) gözlenmiştir. Böylece bu iki bilim adamı kendileri dahil herkes tarafından çok saçma diye nitelendirilebilecek böylesine basit bir yöntemle, füzyon olayını gerçekleştirmiş ve ertesi gün yaptıkları basın toplantısıyla dünyaya duyurmuşlardır.
Yöntemin basitliği, dünyanın çeşitli yerlerinde irili ufaklı kuruluşlarda. İlgili ilgisiz kişilerce bu deneyin tekrarlanmasına yol açmış, nötron üretimini saptamak, bir onur meselesi haline getirilmiş ve olayın temeline yönelik bilimsel araştırmalar şimdilik bir kenara itilerek dünya, belki de zamansız ve gereksiz şekilde umutlandırılmıştır. Fleischmann ve Pons’un deneyindeki en büyük çelişki, çıkan nötron sayısıyla, yani füzyon reaksiyonu sayısıyla elde edilen enerjinin hiçbir şekilde bağdaşmamasıdır. Ölçülen enerjiye karşılık gözlenmesi gereken nötron sayısı, belirtilen sayının 100 milyon katıdır. Öte yandan ölçülen enerji, bilinen her kimyasal reaksiyonun 100 katıdır. Bu durum, deneydeki ölçümlerin doğruluğu hakkında ciddi şüpheler uyandırmakladır. Nitekim, bir ay sonra İtalya’da Frascatti Laboratuvarları’nda yapılan daha yalın, kimyasal işlemler içermeyen bir deneyde gözlenen nötron sayısı ilk deneydekinden 200 kat fazla olmasına karşılık, ölçülen enerji üretimi ileri sürülenin milyarda biri mertebesinde olmuştur. 1960 yıllarında yine çok basit yöntemler olan “patlayan teller” ile bu deneylerde çıkan nötron sayısından 1000 ya da 10000 kat fazla nötron elde edilmesine rağmen, bu şekilde pek bir yere varılamayacağı saptanarak bu araştırmalar terk edilmiştir.
Sonuç olarak, soğuk füzyon deneylerinde füzyon reaksiyonu oluşturulduğunun kesin olduğunu, sayısının ise henüz sağlıklı bir şekilde saptanamadığını söyleyebiliriz. Yazının başında verilen denklemlerden görüleceği üzere, bu reaksiyonlarda tritiyum ve helyum gazları da oluşmakta, kesin reaksiyon sayısını saplayabilmek için, nötronların yanı sıra bu gazların miktarının da ölçülmesi gerekmektedir. Bu ölçümlerden sonra reaksiyonları gerçekleştiren fiziksel mekanizmanın kesinlikle saptanabilmesi için, bir dizi deneyin daha yapılması, sonuçların olumlu çıkması halinde yöntemin geliştirilmesi ve verimin artırılması yönünde çalışmalara hız verilmesi gerekir. Son olarak, sıcak ya da soğuk yöntemlerle füzyon enerjisinin ikibinli yılların başında hizmete sunulmasını bekleyebiliriz.

Sıcaklık, bir cismin sıcaklığının ya da soğukluğunun bir ölçüsüdür. Bir sistemin ortalama moleküler kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Gazlar için kinetik enerji, mutlak sıcaklık dereceleriyle orantılıdır.

• Duyularla algılanmakta ve genellikle sıcak veya soğuk terimleri ile ifade edilmektedir. Teknik olarak bu değerlendirme doğru değildir. İki cisim birbirisine temas ettirildiğinde sıcak olan soğumakta soğuk olan ısınmakta ve belirli bir süre temas halinde kaldıklarında her ikisi de aynı sıcaklığa gelmektedir. Buradan yola çıkarak sıcaklık bir maddenin ısıl durumunu belirten ve ısı geçişine neden olan etken olarak tanımlanabilir.

• Termik denge halinde bulunmayan sistemle çevresini termik denge haline getirmeye zorlayan potansiyeldir. Termik denge sağlandıktan sonra bu potansiyel kalkmakta sistemde çevresiyle aynı değeri almaktadır. (more…)

Kalorimetre (ısı ölçer), bir nicelik olarak ısıyı ölçen aygıttır. Kalorimetri ise “ısı ölçüm bilimi” ve “ısı ölçümü” için kullanılır.

Isı, başka cisimler üzerinde meydana getirdiği etkiye dayanarak dolaylı olarak ölçülür. Bu etkilerden en çok bilinenleri;

1. Bir maddenin hacminde sıcaklıkla meydana gelen artma,

2. Bir maddede durum değişmesine sebeb olma,

3. Enerjiye dönüşme olarak verilir. (more…)

Isı, belirli sıcaklıktaki bir sistemin sınırlarından, daha düşük sıcaklıktaki bir sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle transfer edilen enerjidir. Isı da iş gibi bir enerji transfer biçimidir. Isı ve iş hiçbir cisimde depo edilemez, ancak sistem sınırlarında ve geçiş halinde iken belirlenebilir. Her ikisi de birer eğri fonksiyonudurlar. Bir başka deyişle, ısı ve iş geçiş halindeki enerjilerdir.

Isı birimi iş birimi ile aynıdır, yani joule (J) dür.

dQ=S*dT

• S:Entropi

• T:Sıcaklık

Entropi , bir sistemdeki düzensizliğin ölçüsü olarak ifade edilebilir. Daha değişik bir tanımla, entropi, bir termodinamik sistemden başka sistemlere iş şeklinde aktarabilecek enerji miktarını gösteren özellik veya durum fonksiyonu olarak da tanımlanır. Sistemdeki düzensizlik arttıkça, sistemin entropisi de artar, yani sistemin faydalı iş verme kabiliyeti de azalır.

Örneğin bir akışkan ısıtıldığında, molekül hareketleri düzensizleştiği için entropisi artar. Eğer bir sistem tamamı ile düzenli ise entropisi sıfır olabilir. Entropi, enerji gibi korunan bir özellik değildir. Gerçekte tüm işlemlerde, çevre ile sistemin entropi değişimlerinin toplamı daima pozitiftir. Kainatta bulunan her sistem ve canlının entropisi sürekli artmaktadır. (more…)

Carnot çevrimi, Sadi Carnot tarafından 1820?lerde ortaya konmuş özel bir termodinamik çevrimdir ve Emile Clapeyron tarafından 1830 ve 1840?lı yıllarda geliştirilmiştir.

Her termodinamik sistem özel bir durum içinde varolmuştur. Sistem, farklı durumları sırası ile takip ediyor ve en sonunda önceki haline geri dönüyorsa termodinamik bir çevrim oluşur. Bu çevrim boyunca proses içinde, sistem çevresine iş yapabilir, bu yolla bir ısı makinesi olarak rol oynayabilir. (more…)

Elektron veya eksicik, en küçük eksi elektrik yüküne sahip temel parçacıkdır.

Elektron kelimesi kehribarın Yunancadaki ismidir. Eski Yunanda, kehribarı ovuşturunca statik elektrikle yüklendiği biliniyordu. (more…)

n₁₂=n₂/n₁=v₁/v₂=sin(i)/sin(r)
Işığın bir ortamdan başka bir ortama geçerken hızında olan değişimin normalle yaptığı açıyla ilişkisini veren yasadır
i: Işığın gelme açısı
r: Işığın kırıldıktan sonra normalle yaptığı açı
v₁:Işığın birinci ortamdaki hızı
v₂:Işığın ikinci ortamdaki hızı
(more…)

Renk, ışığın değişik dalga boylarının gözün retinasına ulaşması ile ortaya çıkan bir algılamadır. Bu algılama, ışığın maddeler üzerine çarpması ve kısmen soğurulup kısmen yansıması nedeniyle çeşitlilik gösterir ki bunlar renk tonu veya renk olarak adlandırılır. Tüm dalga boyları birden aynı anda gözümüze ulaşırsa bunu beyaz, hiç ışık ulaşmazsa siyah olarak algılarız. İnsan gözü 380nm ile 780nm arasındaki dalgaboylarını algılayabilir, bu sebepten elektromanyetik spektrumun bu bölümüne görünen ışık denir. Renkler için genelde kulağımızla duyduğumuz ince ve kalın ses analojisi yapılsa da, ses algısının aksine aynı anda gelen ışık frekansları değişik kanallardan algılanamaz (başka bir deyişle göz frekans analizi yapamaz), dolayısıyla aynı anda ince ve kalın sesleri birbirine karıştırmadan duymamıza karşın gözümüz için bu ‘çok seslilik’ söz konusu olmadığından değişik ışık frekanslarının sadece kombinasyonlarını algılayabiliriz. Bu prensibi açıklamak veya pratik uygulamalarda kullanmak için çeşitli renk modelleri geliştirilmiştir. (more…)

Lazer (İngilizce LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) fotonları uyumlu bir hüzme şeklinde oluşturan optik kaynak.

Lazerin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişlerine dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E₂ ve E₃ olsun ve E₃ > E₂ farzedelim. Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E₃ seviyesindeki atom kendiliğinden E₂ seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E₃ ? E₂ = h? olan bir foton salar. Burada ? fotonun frekansıdır. Eğer atom bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E₃ düzeyinde ki atom E₃ ? E₂ enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E₂ düzeyine inerse bu şekilde salınan atomun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve lazerin çalışmasının ana ilkesidir. Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E₃ düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama(population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E₃ ve E₂ arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E₃ düzeyinde kalma süreleri E₂ düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E₃ düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır.. (more…)