Yıldızların Gücü – Nükleer Füzyon

Yıldızların Gücü – Nükleer Füzyon

Yaşamın en temel enerji kaynağı Güneş’tir.  Besin zincirinin ilk halkasında yer alan fotosentetik üreticiler, Güneş’ten aldıkları enerjiyi fotosentez yaparak canlıların kullanabileceği besine dönüştürür.  Peki Güneş’in enerji kaynağı nedir? Nükleer füzyon. Güneş de diğer yıldızlar gibi enerji üretmek için nükleer füzyonu kullanır. Nükleer füzyon en basit açıklamasıyla iki tane atomun yüksek sıcaklık ve basınçta birleşmesi sonucu daha büyük bir atomun oluşması ve enerji açığa çıkarmasıdır.

Evrende dört temel kuvvet vardır: kütle çekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Kütle çekim kuvveti, kütlesi olan her cismin başka bir kütleye uyguladığı çekme kuvvetidir. Elektromanyetik kuvvet; artı (+) ve eksi (-) elektriksel yüklerin zıt olanların birbirlerini çekmeye, aynı olanların ise birbirlerini itmelerine sebep olan kuvvettir. Bir atomun çekirdeğinde artı yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar bulunur. Aynı yükteki protonlar birbirlerine elektromanyetik itme kuvveti uygular ancak bu kuvvete baskın gelen başka bir kuvvet çekirdeğin dağılmasını engeller. İşte bu kuvvete güçlü nükleer kuvvet denir. Zayıf nükleer kuvvet ise atomların yapısında kararsızlık oluşturarak radyoaktif bozunmalara sebep olan kısa menzilli ve sürekli olmayan bir kuvvettir.

Nükleer füzyon; hafif elementlerin Coloumb gücü denen aralarındaki elektromanyetiksel itme eğilimini, güçlü nükleer kuvvet ile aşmaları sonucu daha ağır ve stabil bir atom oluşturmasıdır. Bu tepkime sonucu çok yüksek miktarda enerji , bazen de nötron açığa çıkar. Güçlü nükleer kuvvet, yukarıda da belirttiğim gibi çok kısa menzillidir. Bu sebeple Coloumb gücüne baskın gelmesi için atom çekirdeklerinin birbirlerine yaklaşması gerekmektedir. Bu uygun koşulların sağlanması içinse çok yüksek sıcaklık ve basınca maruz kalınmalıdır.

1920 yılında Arthur Eddington, F.W. Aston’un geliştirdiği az kütleli elementlerin kütle miktarını ölçme tekniğini kullandı. Bu yöntemle nükleer füzyon sonucu oluşan elementin ve çıkan yan ürünlerin kütlesinin toplamının tepkimeye giren elementlerin kütlesinden daha az olduğunu keşfetti. Einstein’ın E=mc2  denkleminden ötürü kayıp kütlenin enerjiye dönüştüğü sonucuna vararak düşük kütleli çekirdeklere sahip elementlerin nükleer füzyonunun yıldızların enerji kaynağı olduğunu anladı.

Yaygın olarak araştırılan ve ilk nesil ticari füzyon reaktörlerinde kullanılması planlanan tepkime hidrojenin izotopları olan döteryum(2H) ve trityumun(3H) birleşerek helyum(4He) ve nötron oluşturmasıdır.

Nükleer füzyon enerjisi büyük bir potansiyele sahiptir. Dünya’nın her geçen gün artan enerji ihtiyacına cevap vermeye yetersiz fosil yakıtlar, araştırmacıları yeni enerji kaynakları bulmaya zorlar. Türkiye’deki elektrik santrallerinin %64’ü fosil yakıtların kullanıldığı termik santrallerdir. Ürettiği enerji bakımından verimsiz petrol, kömür ve doğalgaz gibi fosil yakıtlar yeni rezervler bulunmazsa 50 yıl içinde tükenmeye başlamasının (petrol 54, doğalgaz 64, kömür 112 yıl) yanı sıra yakıldığında hava kirliliğine ve küresel ısınmaya sebep olan sera gazlarını da atmosfere yayar. Bu fosil yakıtlara yenilenebilir enerji kaynakları (güneş, jeotermal, hidrolik enerji) ve fisyon enerjisinin kullanıldığı nükleer santraller alternatif oluşturur.

Nükleer fisyon, nükleer füzyon tepkimesinin tam tersidir ve günümüz nükleer santrallerinde kullanılan tepkime çeşididir. Büyük kütleli ve radyoaktif atomlar (örneğin: uranyum, toryum vs.) parçalanarak daha düşük kütleli atomlar oluşturur. Bu tepkime sonucu büyük miktarda enerji ve radyoaktif atık oluşur. Bu atıklar çelik konteynerlerin içine konulduktan sonra yüksek yoğunluklu betonla kaplanır ve yerin yüzlerce metre altına gömülür. Nükleer füzyon tepkimeleri, fisyon tepkimelerinden 3-4 kat fazla enerji üretirler ve onlardan farklı olarak uzun süreli radyoaktif atık üretmez. Örneğin bir döteryum-trityum reaksiyonu sonucu helyum oluşur ve nötron açığa çıkar. Asıl tehlikeli olan nötrondur fakat bu nötron yalıtılarak zararsız hale getirilir. Nötron yalıtıldıktan sonra son derece kullanışlı olan helyum başka alanlarda kullanılır.

Peki, nükleer füzyon tepkimeleri bu kadar verimliyse ve çevreye zarar vermiyorsa neden kullanılmıyor? Bildiğiniz gibi nükleer füzyon yıldızların enerji kaynağıdır. Nükleer füzyon, gerçekleşmesi için yıldızlardaki ortamın benzeri olan yüksek sıcaklık ve basınca ihtiyaç duyar. Bu uygun koşulların sağlanması içinse yüksek miktarda enerji harcanması gerekir ancak tepkime sonucu elde edilen enerji miktarı, tepkimenin gerçekleşmesi için gereken enerji miktarından düşük olduğu için ticari amaçlar için kullanılamaz.

MIT’den bir ekip ve özel bir şirket, füzyon teknolojisini pahalı bir deneyden ticari amaçlar için kullanılabilen bir teknolojiye dönüştürmeyi amaçlar. Uzmanlar ufukta görünen, geleceğin teknolojisi nükleer füzyonu 30 yıl içinde kullanılabileceğini söylerler ama MIT ekibi bunu 15 yıl gibi kısa bir sürede başarabileceklerine inanıyor.

Reaktörlerin en büyük problemi, tepkimenin gerçekleşebilmesi için çok yüksek sıcaklıklara (yüzlerce milyon derece) ihtiyaç duyulması ve bu sıcaklığa hiçbir katı malzemenin dayanamamasıdır. Bu sebeple plazmayı kontrol altına almak için güçlü manyetik alanlar kullanılır. Güçlü manyetik alan oluşturmaları için fazlaca enerji kullanan mıknatıslara ihtiyaç duyulmaktadır. MIT ekibi mıknatıslarda süper iletken malzemeler kullanarak daha küçük ve daha güçlü mıknatıslar üretebileceklerini düşünmektedir. Bu sayede reaktörün ürettiği enerji, çalışması için gereken enerjiden daha fazla olabilir. Bu sayede önemli bir kilometre taşı aşılmış olacak.

Nükleer füzyon teknolojisindeki önemli başka bir aşama ise özel bir İngiliz nükleer füzyon araştırma firmasının Güneş’in merkezinin sıcaklığı olan 15.000.000 K’e ulaşmış olmasıdır. Firmanın bundan sonraki ve nihai hedefi 100.000.000 K’e ulaşmaktır.

 

Gökçe DÜZYOL

Kadıköy Anadolu Lisesi 10.sınıf öğrencisiyim. Öğrenmenin sadece okulda değil tüm yaşamımıza yayılmış olması gerektiğine inanıyorum bu sebeple okumaya, araştırmaya ve sorgulamaya büyük önem veriyorum. Başta fizik ve yazılım alanları olmak üzere bilimsel gelişmeleri takip ederek kendimi geliştirmeye çalışıyorum.

 

Kaynaklar:

http://www.wikizero.co/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvQmV0YV9kZWNheQ

https://www.livescience.com/49254-weak-force.html

https://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geophysics/fundamental-forces-of-nature3.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html

http://www.wikizero.co/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvQXJ0aHVyX0VkZGluZ3Rvbg

http://www.wikizero.co/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvTnVjbGVhcl9mdXNpb24

https://www.kozmikanafor.com/kurtulusumuz-termonukleer-fuzyon-enerjisi/

http://www.wikizero.co/index.php?q=aHR0cHM6Ly90ci53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvVMO8cmtpeWUnZGVfZW5lcmpp

https://www.theguardian.com/environment/2018/mar/09/nuclear-fusion-on-brink-of-being-realised-say-mit-scientists

 

 

Comments (2)

Çok yararlı olmuş

Teşekkürler

Yorum yazin