Bilim İnsanlarının Geleceğin Teknolojisi Dediği Füzyon Nedir?
daha ağır bir çekirdek vermek üzere iki hafif çekirdek kaynaşır ve enerji üretir, buna füzyon denir. ama bunu denetim altında oluşturmak zor bir iştir. bu sonuca ulaşmak için iki çekirdeği, taşıdığı protonların elektrik yükleri arasındaki itme kuvveti çekirdek çekim kuvvetinin altına düşecek ölçüde birbirine yakınlaştırmak gerekir. bu yöntemde çekirdeklere, yaklaşık 0,15 mev dolayında olan coulomb itmesini yenebilecek bir kinetik enerji vermek için yeterli bir ısıl çalkalanma sağlamak gerekir; bu enerjinin sıcaklık olarak karşılığı, 2 milyar derece dolayındadır. gerçekte, tünel etkisi denen kuantum olayı yüzünden gereken sıcaklık daha düşüktür. en yaygın olarak kullanılan döteryum-trityum karışımı için en azından 100 milyon dereceye ulaşmak gerekir. böyle bir sıcaklıkta doğal olarak atomlar, elektronlarını kaybeder; madde çekirdek ve elektronlardan oluşan bir plazma biçiminde ortaya çıkar. buradaki sorun, oldukça sıcak ve yeterince yoğun bir plazmayı, çekirdek-çekirdek darbelerinin oluşmasına fırsat verecek kadar bir süre depolamaktır. toplam enerji bilançosunun pozitif olabilmesi için iyon yoğunluğunun hapsolma süresiyle, çarpımının belirli bir değerden yüksek olması gerekir.
yıldızlarda ise bu olay hidrojen bitene kadar devam eder. hidrojen bittiğinde helyum atomu ile daha ağır elementler oluşur. buna üçlü alfa süreci denir. hidrojen yakıt depolarını tüketmiş olan yıldızlarda görülür. hidrojen atomları biten ve yalnızca helyum atomları kaldığında yıldız hidrostatik dengesini (kütle çekimine dayalı sıkıştırma basıncı) kaybeder ve merkezi büzülmeye başlar. yüksek basınca sahip olan yıldız çekirdeği aşırı derecede ısınır. bu ısınma yeterli seviyeye ulaştığında helyum çekirdekleri arasındaki itme kuvvetini yenerek helyum füzyonu başlar.
helyum füzyonun da helyum atomları birleşerek berilyum atomunu oluşturur.daha sonra oluşan berilyum atomu ile helyum atomu benzer enerji düzeylerine sahip olduğundan dolayı birleşerek karbon atomunu oluşturur.bu olaydan sonra üçlü alfa süreci daha ağır elementlerle de olmaya devam eder.4 basamaktan oluşan bu süreçte demir en son basamaktır.çünkü demirden sonraki elementi oluşturulması için füzyon tepkimesinin enerji ihtiyacı vardır.bilimsel olarak açıklamak gerekirse demir bağlanma enerjisi en yüksek elementtir.bağlanma enerjisi nedir diye bir soru kafanızda oluşabilir.bağlanma enerjisi (nükleon başına düşen çekirdek bağlanma enerjisi de denir) bir çekirdeğin proton ve nötronlarına ayırabilmek için gerekli olan enerji miktarıdır.
bağlanma enerjisi en yüksel element 56 kütle numaralı demir olduğundan bu elemente en kararlı element denilmiştir.diğer bütün elementler; hafif olanlar füzyon (kaynaşma) , ağır olanlar fisyon (bölünme) yaparak demirin 56 atom kütlesine gelmeye çalışırlar.burada bir parantez açalım, yukarıda demirin atom kütlesini 52 olarak verdiğim değer demirin kararsız haldeki değeridir. kararlı hale gelebilmek için atom kütlesini 56 yapar. bu nedenden dolayı güneş enerji veremez bir hale gelerek söner.
hidrojen elementi ile başlayan füzyon tepkimesi daha ağır elementlerde yapıldığında daha fazla sıcaklık, harcaması gereken enerji ve atom miktarı çok daha fazladır. yani hidrojen füzyonu ile elde edilen enerji daha yüksek olduğu gibi daha az ısıya ve basınca ihtiyaç duyar.
peki dünyada neden füzyon tepkimesi yapılamıyor?
bilindiği üzeri hidrojen çekirdekleri pozitif elektrik yükü taşır ve birbirlerine yaklaştırmak istenildiğinde çok şiddetli bir şekilde birbirlerini iterler. bunların kaynaşmasını sağlamak için aralarındaki itme kuvvetini yenebilecek büyüklükte bir kuvvetin olması gerekmektedir. güneşte bu olan çok yüksek sıcaklık ve basınç altında atomların aşırı derecede hızlı hareket etmesi sağlar. bu kinetik enerji, 20-30 milyon derecelik bir sıcaklığa eşdeğerdir. yüksek hız sayesinde + yüküne sahip hidrojen çekirdekleri itme kuvvetini yenerek çarpışır.
bu olağanüstü bir sıcaklıktır ve kaynaşma tepkimesine girecek maddeyi taşıyacak hiçbir katı malzeme bu sıcaklığa dayanamaz. bu nedenle dünyada güneşteki gibi füzyon tepkimesi oluşturulamıyor. bilim adamlarının füzyon reaksiyonu ile ilgili deneyleri sayesinde bu tepkimeyi çok kısa bir süreliğine gerçekleştirilebiliyor. tokamak reaktörü denilen cihaz çok güçlü bir manyetik alan ve yüksek bir sıcaklık oluşturup bu manyetik alan içine hidrojen gazı geçirilmesi ile kısa bir süreliğine plazma halinde füzyon tepkimesi oluşturuluyor.
bilim adamları bu deneylerin ayrıntılarını kamuoyuna açıklamasalar da olay basitçe şu şekilde gerçekleşiyor:
hidrojen atomları manyetik alan etkisiyle yüzeyden uzaklaşarak ortada toplanır. orta bölümde ipe bağlı boncuklar gibi hareket eden hidrojen gazı çok yüksek hız ile hareket etmeye başlar. bu hareket esnasında hidrojen atomları birbirleri ile çarpıştığından çok yüksek sıcaklığa sahip plazma görüntüsü açığa çıkartır. bu plazma oldukça kısa süreli (max 60 sn) olduğundan ve bu plazma halinden bir enerji elde edilemediğinden işe yaramıyor olsa da bilim adamları bu deneyler sayesinde füzyon reaksiyonu hakkında oldukça fazla bilgi topladıklarını söylüyorlar.
bu yüksek sıcaklarında enerji üretmenin oldukça zor olduğunu anlayan bilim adamları çok daha uygun bir sıcaklık ile füzyon tepkimesini gerçekleştirmek adına çalışmalar yapıyorlar.
soğuk füzyon olarak adlandırılan bu tepkime şu an için sadece teoriden ibaret. üzerinden oldukça fazla konuşulan, gerçekleştirilmesi için çok fazla araştırma yapılan ve en son bu reaksiyonun şu an için imkansız olduğunu kanaat getiren bilim adamları bunun gerçekleştirmenin hayallerini kurmaktalar.
eğer soğuk füzyon yapılabilirse periyodik tabloda olan/olmayan elementler yapılabilir, elektrik enerjisinin çok çok ucuza üretebilir ve başka enerji elde etme yöntemlerine ihtiyaç kalmayabilir, bu da farklı bir yazının konusu olarak ilerleyen zamanlarda derlemek istediğim kendi içinde birçok dinamiği barından bir süreç.
kaynakça:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/…usion.html#c1
http://www.pbs.org/…y-its-shut-down-by-budget-cuts/
http://fusionforenergy.europa.eu/…n/technology.aspx
http://www.muhendisbeyinler.net/…asma-fuzyon-nedir/
http://www.teknovudu.com/…unyada-fuzyon-reaksiyonu/
http://www.nuclearconnect.org/…logy/fusion-progress
https://en.wikipedia.org/wiki/fusion_power