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.

Radyoaktivite (Radyoaktiflik / Işınetkinlik) bir enerji türü. Çekirdek tepkimesi sırasında ortaya çıkar. İnsan vücudunun olduğu gibi, birçok nesnenin de içinden geçebilir. Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun içinden rahatça geçemez. Radyasyon yayan nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır.

Çevremizde her zaman için bir miktar radyasyon bulunur, fakat radyasyonun fazlası insan sağlığını tehdit ettiği gibi, daha ileri safhalarda ölüme yol açabilir. (more…)

İzotop veya Yerdeş, bir elementin farklı nötron sayısına sahip her bir türü. Atom çekirdeğindeki proton sayısı elemente özgüdür. Diğer bir deyişle her bir elementin proton sayısı diğerinden farklıdır. Bir elementin çekirdeğindeki proton sayısı sabit olmakla birlikte nötron sayısı farklı çekirdekler için farklı olabilir. Elementler bir ya da daha fazla sayıda izotopa sahip olabilirler. (more…)

1-) Leptonlar

2-) Kuarklar

3-) Nötrinolar

Temel Parçacıklar

Leptonlar ve kuarklar şimdiki bilgilerimize göre elementer parcacıklardır. Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan yapılmamışlardır. (more…)

Atom ve Elektron Maddenin temelinde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski yunanlılara kadar uzanır.

ATOM ve ELEKTRON

Maddenin temelinde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski yunanlılara kadar uzanır. Milattan önce 5. yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürdüler.Onlar,bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse en sonunda atomun bölünmeyeceğini iddia ediyorlardı.Atom sözcüğü Yunanca?da bölünmez anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir. (more…)

ATOMUN ELEKTRİKLİ YAPISI

1. Çekirdekteki Dev Güç: Güçlü Nükleer Kuvvet

Çevremizde gördüğümüz her şeyin, kendimiz de dahil olmak üzere atomlardan oluştuğunu ve bu atomların da pek çok parçacıktan meydana geldiğini gördük. Peki bir atomun çekirdeğini oluşturan tüm bu parçacıkları bir arada tutan güç nedir? İşte çekirdeği bir arada tutan ve fizik kurallarının tanımlayabildiği en şiddetli kuvvet olan bu kuvvet, “güçlü nükleer kuvvet”tir. (more…)

Atom çekirdeğinin varlığı üzerine ilk çalışma radyoaktifliğin keşfinden sonra elde edilen ? ışınlarının bir altın yaprak üzerine düşürülmeleri ile Rutherford tarafından yapılmıştır. Bu çalışma Greiger-Marsten ve Chadwick tarafından birbirinden bağımsız yapılmış ve teori doğrulanmıştır. Rutherford ve çalışma arkadaşları ? ışınlarını ince bir altın yapraktan geçimi şekildeki şeması görülen düzeneği kullanarak incelemişlerdir. Bir kurşun blok üzerine açılan ince bin delik üzerine yerleştirilen radyum parçasından elde edilen ? ışını demeti altın levha üzerine düşürülmüştür. Altın yaprağı geçen ışınımlar O noktası etrafında birlikte dönebilen bir flüoresans levha ve mikroskop yardımıyla gözlenmiştir. 6.10-5 cm kalınlığındaki altın levha havayı geçirmemektedir. ? ışınlarının hava molekülleri içindeki etkisini önlemek içinde sistem vakumlanmıştır. (more…)

Evrendeki tüm varlıklar belirli bir yaşam sürerler ve bu yaşamları ise onların enerjisi ölçüsünde olmaktadır. Varlıklar içlerinde bulunan bu enerji ile hayatlarını sürdürürler, enerjileri tükendiğinde ise ölürler. Acaba yaşam İle ölüm arasında akıp giden enerjinin varlıklar arasındaki hareketinin yönünü belirleyen kanunlar nelerdir? Termodinamik biliminin temellerini atan Fransız fizikçi Sadi Cornat, enerji ve hareket ile birlikte ısı dönüşümü olayını da ele alarak incelemelerine başlayınca, bu kanunlar da ortaya çıkmaya başladı.

Daha sonraları Robert Mayer, Hermann Von Helmholtz, W.Thomson, R.Clousius ve J.Joule’ün çalışmalarıyla fiziğin üçüncü, belki de en sağlam sütunu termodinamik doğmuş oldu. (more…)

Nükleer enerjinin iki kaynağı vardır. Füsyon ve fizyon. Füsyon bildiğimiz atom bombasının çalışma prensibidir, yani ağır elementlerin çekirdeklerinin parçalanmasından çıkan muazzam enerji. Fizyonda ise, tersine hafif atomlar birleşerek daha ağır atomlar meydana getirirler. Ortaya yine çok büyük bir enerji çıkar.

Bu hafif atomların birleşmesi çok kolay olmaz. Hafif atomların çekirdekleri artı yüklü olduklarından, bir araya geldiklerinde büyük bir itme kuvveti doğar. Bu kuvvetlerin etkilerini gidermek için çok yüksek sıcaklıklar gerekir. Pratikte bu kadar yüksek bir sıcaklığı, sürekli ve kalıcı bir biçimde sağlamak çok güçtür ama bu şartlar en ideal şekilde Güneş’in merkezinde mevcuttur. (more…)

Maddenin üç hali vardır bunlar sıvı katı ve gazdır. Bunu hepimiz ilkokulda öğrenmiştik.Peki o zaman maddenin 4. hali olduğu söylenen ve son on yılda gündeme gelen plazma nedir? Eğer “ben plazmaya daha yakından bakmak istiyorum” diyorsanız, yapmanız gereken çok basit. Kibriti elinize alın ve çakın. İşte pırıl pırıl alevi ile plazma karşınızda duruyor. Evet alev de bir plazma hâlidir.

Alevin kibritteki sıcaklığı kibritin elinizle söndürebileceğiniz kadar düşük olabileceği gibi Güneşin çekirdeğindeki gibi milyonlarca santigrad kadar yüksek de olabilir. Plazma hâli sadece elektrik gerilim altında oluşmaz. Gaz hâline gelen bir maddeyi çok yüksek sıcaklıklara ısıtırsanız; enerji alanı elektronlar çekirdeklerinden kurtulur ve gaz plazma hâline geçer. Sıcaklık güneş çekirdeğindeki gibi çok yüksek ise; atomlar tüm elektronlarını kaybetmiş hâlde bulunabilirler. (more…)