nükleer füzyon

• öyle bir enerji yarattığınızı düşünün ki şimdiye kadar dünya üzerindeki tüm yenilenebilir yada yenilenemez enerji kaynaklarının tamamını size unutturacak, çevre kirliliğinin neredeyse sıfır olduğu, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan karbon salınımının olmadığı, ölümcül, radyoaktif atıkların ise katiyen olmadığı basit, temiz, güvenli bir nükleer enerji. işte bu enerji tam olarak nükleer füzyondur.
  
  geçmişte yaşanan atom bombaları ile büyük trajedilerin sebebi nükleer enerji olmuştu. yıkıcı kazalara yol açmış, denizleri kirletmişti. inanılmaz miktarda radyoaktif atıkları ile baş başa bırakmıştı. yani atomun parçalanması ile çok büyük bir enerji potansiyeline ulaşsak da daha iyi, daha güvenli ve daha ekonomik bir alternatife ihtiyacımız olduğu çok belli ve bu noktada çok daha iyi bir alternatif olan nükleer füzyonu hayatımıza dahil etmenin zamanı gelmiş gibi görünmekte. nükleer füzyon, şu anda nükleer enerjinin temelini oluşturan, atomu parçalama prensibine dayanan nükleer fizyonun tersidir. atomları birleştirerek enerji elde edilen bir mekanizmadır.
  
  bu mekanizmanın baş örneği pek tabi güneştir. tüm enerjisini hidrojen atomlarını birleştirerek helyum atomunu oluşturmakta kullanır ve bunu yaparken ortaya çıkardığı enerji ise muazzamdır. bizim aradığımızda tam olarak bu enerjidir .
  
  peki bu sistemi dünyada gerçekleştirebilir miyiz?
  temel olarak, çok basit bir mantık ile bir taraftan hidrojen beslediğimiz, içinde atomları birbirine çarptırdığımız ve diğer taraftan helyum çıkardığımız bir makine gibi aslında. bu makinede tıpkı güneşte olduğu gibi ortaya çıkan çok yüksek ısı da klasik terminallerde olduğu gibi buhar türbinlerini ve jeneratörleri çalıştırarak elektrik üretebilir. en güzel tarafı da daha önce bahsettiğim gibi çevre kirliliği neredeyse sıfır, küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan karbon salınım asla yok ve ölümcül, radyoaktif atıklar sıfır. şahane bir nükleer enerji.
  
  ama pek tabi işler bu şekilde anlatıldığı gibi kolay olmuyor. güneşin mekanizmasını kopyalamak, dünyada bu sisteme ulaşmak için birkaç şartın yerine getirilmesi gerekmektedir.
  
  ilk olarak sıradan hidrojen atomları yerine izotoplarını, yani farklı atom formlarının kullanması gerekmektedir. hidrojen atomunda bir proton ve bir elektron bulunuyor. ancak hidrojenin diğer formlarında, örneğin deteryumda bir proton, bir nötron ve bir elektron mevcuttur. bir diğeri trityum; bir proton, iki nötron ve bir elektrona sahiptir. bu izotopların kullanılmasının sebebi ise hidrojene göre bir miktar daha ağır oldukları için daha stabil halde olmalarıdır ve bir deteryum ile bir trityum atomu birleştirildiği zaman iki proton, üç nötron ve iki elektron elde edilir ve bunlardan çok stabil bir helyum atomu elde edebilir. fazladan bir nötron da kalmış olur. bu sayede çok büyük bir enerji açığa çıkmaktadır.
  
  bunları anlatırken nükleer enerjiden basetmeden olmaz tabi. nükler enerjiyi anlatırken atomlardan bahsetmemiz gerekmektedir. bir atom kendi halinde oldukça stabil durumdadır. bu denge bozulduğu zaman yani atom parçalandığında bir takım agresif durumlar ortaya çıkmaktadır. parçalama sırasında her atomun sahip olduğu “binding” yani bağlanma enerjisine eşit bir enerjiye ihtiyaç vardır. atomu oluşturan parçalar, proton, nötron, elektron kendi başlarına atom kadar dengeli değildir. bir yere ait olmaları gerekmektedir. sonuç olarak bir atom, kendini oluşturan parçalardan daha stabil haldedir. bu parçalar bir araya gelip atomu oluşturduğunda ise bir enerji açığa çıkmaktadır. bu enerji de tam olarak şuradan gelmektedir. bir atomun kütlesi, kendini oluşturan parçacıklardan daha düşüktür. atomu oluşturan parçacıkların kütlesi ile atomun kütlesi arasındaki fark da “bağlanma” enerjisidir.
  
  bu karmaşa aslında iki tane evrensel yasaya göre belirlenmektedir. birincisi. e=mc2. yani kütle ve enerji aynı şeydir demektedir bu denklem bize. ikincisi ise “enerjinin korunumu yasası”. enerji veya kütleyi yoktan var, vardan yok edemeyiz hepimiz küçüklükten beri bildiği gibi. sadece biçim değiştirilebilir. atom ile parçacıkları arasındaki “kayıp enerji” de bu kalan enerjidir.
  
  bu enerjinin iki kaynağı vardır. atom çekirdeğindeki parçacıkları etkileyen, çok kısa mesafelerde inanılmaz etkili olan, parçacıkların bir arada kalmasını sağlayan, evrende bildiğimiz en güçlü kuvvet olan “güçlü nükleer kuvvet”. diğeri ise aynı yüklü parçacıkların birbirin itmesine neden olan elektromanyetik kuvvettir. elektromanyetik kuvvet genellikle daha uzun mesafelerde etkilidir. bu iki kuvvete göre nispeten küçük ve dengesiz atomlar bir araya gelerek güçlü nükleer kuvvetten daha iyi faydalanmak amacıyla birleşerek daha büyük atomlar oluşturmaktadır. kimi zaman ise büyük atomlar elektromanyetik kuvvetin etkisini azaltıp dengeli olmak için bölünmektedirler. işte bunlardan ilki nükleer füzyon, ikincisi ise nükleer fizyondur.
  
  şimdi ise nükleer füzyonun yaratacağı enerjiye ve onun kaynağına gelebiliriz. füzyon için kullanılan deteryum ve trityum atomlarının kütlesi ile ortaya çıkan helyum atomu ve artı bir nötronun kütlesi karşılaştırıldığında bu reaksiyonda bir miktar kütlenin “kaybolduğu” görülmektedir. ve yine e=mc2 ne diyordu? çok küçük bir kütleden inanılmaz bir enerji elde edilebilirdi. buna göre tek bir reaksiyonda ortaya çıkan enerji 17.59 milyon elektron volttur.
  
  sürece geri dönecek olursak. deteryum ve trityumu helyuma dönüştür, ancak ilk başta ifade etttiğimiz gibi bu işlemi gerçek hayatta henüz tam anlamıyla başarabilmiş değiliz. bunun en büyük nedeni ise teknik yetersizliğimiz. çünkü atomları birleştirmek için en basit haliyle bu atomları birbirine yaklaştırmak gerekmektedir. fakat her bir atomun çekirdeği büyük oranda pozitif elektrik yüklüdür. bu durumda aynı kutupları birbirine yakınlaştırmak gerekmektedir. bir mıknatısta bu sorun değil ama atomaltı evrende çekirdekler birbirine yaklaştıkça, mesafe yarıya indikçe aradaki kuvvet dört katına çıkmaktadır. hatta her seferinde dört katına çıkmaktadır. bu durumda coulomb yasası olarak bilinemktedir. o yüzden birleşme noktasında inanılmaz bir enerjiye ihtiyaç vardır. şu ana kadar yapılan işlemlerden çıkan enerji birleştirmek için harcanan enerjiye yaklaşılamamıştır bile.
  
  nükleer fizyon ile füzyonun enerji kıyaslamasını yapacak olur isek;
  
  nükleer füzyon atom başına nükleer fizyondan daha az enerji üretiyor. ama burada dikkat edelim atom başına olan miktarlardır bunlar.
  
  u 235 çekirdeğinde 92 proton ve 143 nötron bulunur (protonlarla nötronlar atom çekirdeklerini oluşturan parçacıklardır ve bunlara nükleon denir). einstein’ın e=mc2 denklemi uyarınca u 235’i parçaladığınız zaman üretilen yaklaşık 200 mev enerji bu nükleonların tamamından gelir.
  
  döteryumla trityum çekirdeklerini birleştirip (d+t) helyum çekirdeği (he) oluşturduğunda yani klasik füzyon reaksiyonunda üretilen 18 mev enerji sadece 5 nükleondan meydana gelmektedir. 2 proton ve 3 nötron. kısacası u 235’ten 47 kat hafif olan dt kaynaşmasıyla 18 mev üretilmektedir. dolayısıyla 1 kg dt yakıtı ile 1 kg u 235’ten 3-4 kat fazla enerji üretmek mümkündür.
  
  görüldüğü üzere nükleer füzyon inanılmaz bir potansiyele sahiptir. ve neredeyse sınırsız bir yakıt ile çok büyük miktarda, tamamen temiz enerji elde edebilmek mümkündür. nükleer atık yok, çevre kirliliği yok, sera gazı emisyonu yok. veya çernobil ya da fukushima’da yaşadığımız felaket riskleri yok.