nükleer füzyon

• dünya bunu konuşuyor, bizde ise trend topic antalyaspor'un verilmeyen golü!
• insanoğlunun diğer gezegenlerde koloni kurmak, çok uzak mesafelere gitmek, galaksiler arası yolculuk yapmak gibi hayalleri varsa eğer, bunları gerçekleştirmek için muhtaç olduğu enerji kaynağı nükleer füzyon enerjisidir. bu işler asla kimyasal enerjiyle olacak işler değil.
  risksiz enerji yani güneş enerjisi sadece bu dünyada günü kurtarmamıza, hayatımızı sürdürmemize yetiyor.
• nihayet.. ilk kez harcanan enerjiden fazlası elde edilerek ciddi bir aşama kaydedilmiştir. yarınlar için büyük bir umut..
  
  en
  
  tr
• (bkz: füzyon reaktörü)
• sanıldığı gibi çok temiz bir enerji kaynağı değildir. reaksiyonlar sonunda açığa çıkan nötronları yutan stabil atomların radyoaktif izotoplara dönüşme riski vardır.
• çok kaba tabiriyle, iki farklı atom çekirdeğinin bir şekilde birleştirilmesi anlamına gelmektedir.
  
  tabi bu “birleştirmek” kelimesi yanlış anlaşılmasın, füzyonun gerçekleşebileceği ortam şartlarının oluşması için muazzam basınçlar, muazzam enerjiler gereklidir. doğada bu tip ortamları en açık şekilde yıldız çekirdeklerinde görebiliriz.
  
  bir enerji üretim yöntemi olarak tersi durumu olan fisyona göre çok daha temiz ve sürdürülebilir bir yöntem olarak öne çıkar. zincirleme reaksiyonu kontrol edebildiğiniz sürece enerji üretimine devam edebilirsiniz. bunun dışında füzyon ortamı bir şekilde bozulduğunda bu reaksiyon, bizim aşina olduğumuz fisyon reaksiyonları gibi zıbırtmaz.
• 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.
• yıldızların çekirdeklerinde üretilen enerjinin kaynağı.
  
  ne olduğu zaten yazılmış ama önce kısaca yazayım. sonra da yıldızlar nasıl enerji üretiyor bununla, onu anlatayım. evet, nükleer füzyon, daha hafif atom çekirdeklerinin belirli şartlar altında birleşerek daha ağır atom çekirdekleri oluşturduğu bir reaksiyon süreci. belirli şartlardan kasıt, çok yüksek sıcaklıklar ve tabii ki ona eşlik eden yüksek basınç.
  
  ***
  
  yıldızların merkez bölgeleri, yani çekirdekleri, üst paragrafta söylediğim koşulları gerçekleştirme konusunda ideal yerler. örnek olarak güneş'i alalım. güneş pek büyük bir yıldız değil. ancak merkezdeki koşullar, sıcaklığın yaklaşık 15 milyon derece, basıncın ise yaklaşık 200 milyar barın üzerinde olduğu bir ortam sağlıyor. böyle bir durumda hafif çekirdeklerin birbiriyle "kaynaşması" için pek de bir engel yok. sıcaklık, tepkimenin gerçekleşmesi için tek başına yeterli değil. eğer ortamda kütle çekiminin etkisi altında yoğunlaşan maddeye ait basınç olmazsa yıldız maddesi uzaya dağılıp gider.
  
  ***
  
  peki nasıl oluyor? bazı atomların çekirdekleri birleşti diye niye ortaya enerji çıkıyor?
  
  yıldızların gerçek enerji kaynağı öncelikle hidrojendir. 4 adet hidrojen atomunu 1 tane helyum atomuna çevirerek başlarlar yaşamlarına. daha sonraki evrelerde, kütlelerinin yeterli olup olmadığına bağlı olarak, helyumları birleştirerek karbona, onları birleştirerek neona ^* falan derken demire kadar gider iş. demirde olay tıkanır ve yıldız patlar. ancak hidrojenden sonraki elementlerden üretilen enerji, hidrojenden üretilen kadar verimli olmaz.
  
  gramlarla kafa karıştırmamak adına atomik birim (u) üzerinden konuşalım.
  
  1 adet hidrojen atomunun kütlesi 1.00784 u
  4 tanesi için hesap: 4 x 1.00784 = 4.03136 u
  
  1 helyum atomunun kütlesi 4.002602 u
  
  4 hidrojen ile 1 helyum atomu arasındaki kütle farkı: 4.03136 - 4.002602 = 0.028758
  
  şimdi dedik ki 4 hidrojen 1 helyum oluşturuyor ama bu hidrojenler normalde ortamda salınıyor olsalar 4'ünün toplam kütlesi, 1 tane helyumun kütlesinden daha fazla olacaktı. aradaki 0.028758 u'luk fark nereye gidiyor? işte burada devreye
  e = mc^2 mantığı giriyor diyebiliriz. aradaki kütle farkı açığı, ortama o kütlenin karşılığı olan enerji olarak veriliyor.
  
  ***
  
  yıldız çekirdeklerindeki ortamı dünya üzerinde oluşturmak mümkün mü?
  
  henüz bunu başaramadı insanlar ancak tokamak adı verilen aletler bu iş için yapıldı. "manyetik bobinli toroidal oda"nın rusça isminin kısaltması.
  
  bir tokamak içerisinde vakum odası bulunur. burada hidrojen plazmaya dönüştürülür. maddenin plazma dediğimiz hâlinin içinde elektrik yüklü parçacıklar bulunur. dolayısıyla bunlar manyetik alan aracılığıyla yönlendirilebilir ve plazmayı tokamak'ın iç yüzeyini korumak için çeperlerden uzak tutabilirler.
  
  plazma oldukça enerjik bir durumda olduğundan, içerisindeki parçacıklar çarpışmalar yapabilirler ve sıcaklıkları gittikçe artar. tokamak içerisinde bulunan ek aksam da bu sıcaklığı füzyon sıcaklığına kadar yükseltmeye çalışır.
  
  henüz tokamak çalışmaları deneysel adımların ötesine pek de geçebilmiş sayılmaz. ufak tefek başarılar sağlandı ama füzyonla enerji üretip bunu kullanabilecek seviyeye henüz gelinmedi.
• daha iyisi var
• metalleri altına dönüştürmenin yolu olarak kabul edilen kaynaşma.