Soguk Füzyon Nedir?
Amerika Birlesik Devletleri'nin Utah eyaletinde gerçeklestirilen bir deney, büyük yankilar yaratmis ve füzyon enerjisine yönelik genis bir ilgi uyandirmistir. Bu deneyin ve dolayisiyla soguk füzyonun ayrintilarina girmeden önce, füzyon enerjisinin tanimini yapmak gereklidir. Nükleer füzyon, atom çekirdeklerinin birbirleriyle kaynastirilmasidir.
Çekirdekler pozitif elektrik yüklü olduklarindan ve bu nedenlebirbirlerini ittiklerinden proton sayisi az olan çekirdekler daha kolaykaynastirilabilir. Bu tür çekirdeklere sahip atomlar arasinda,hidrojenin izotoplari olan döteryum ve tritiyum atomlari büyük önemtasimaktadir. Döteryum çekirdeginde 1 proton ve 1 nötron, tritiyumçekirdeginde ise 1 proton ve 2 nötron vardir. Bu çekirdekleryaklastirilip kaynastirildiklari zaman, nükleer reaksiyonlar olusur:
Reaksiyonlardaçok yüksek kinetik enerjilere sahip helyum çekirdekleri ile proton venötron tanecikleri çikmaktadir. Bu ürünler reaksiyonun olusturuldugubölmeyi saran ve genellikle lityumdan yapilmis olan bir tabakayasaplanir ve bu sirada enerjilerini isiya dönüstürürler. Bu tabakayisogutmak için kullanilan bir sivi, bu isiyla buharlasir ve elektriküretimi için kullanilir. Bir gr döteryumda 3 x 1023 çekirdek bulundugugöz önüne alinirsa, 100 megavat-saat enerji üretecegi ortaya çikar.Döteryum izotopu dogal hidrojen içinde % 0.02 oraninda bulundugunagöre. yaklasik 80 litre normal sudan bu enerjinin üretilebilecegi veokyanuslarda bulunan döteryum miktarinin 10-100 milyon yillik enerjigereksinimini karsilayacagi saptanabilir. Bu nedenle nükleer füzyona,enerji sorununun kesin çözümü olarak bakilmaktadir. Diger bir üstünlügüde herhangi bir radyoaktif artik birakmamasidir; çünkü son ürün asalhelyum gazidir. Bu yönleriyle füzyon, son otuz yildir bilimin öndegelen amaçlarindan biri olmus ve bu ugurda milyarlarca dolar ve maddidegerlerle ölçülemeyecek yogunlukta emek harcanmistir.
Bugünekadar yapilan çalismalar ise genellikle "sicak füzyon" yöntemiçevresinde toplanmistir. Birbirini iten çekirdekleri kaynastirabilmekiçin akla gelen ilk çare, çekirdekleri çok yüksek hizlarla birbirleriüzerine göndermektir. Bunun için de en dogal yol, gazi isitmaktir.Yapilan incelemeler, yeterli hizi saglamak için, döteryum gazinin 100milyon derece mertebesinde bir sicakliga isitilmasinin gerekli oldugunuortaya koymaktadir. Ayrica, çekirdeklerin çarpisip kaynasma olasiliginiartirmak için, bu sicaklikta bir gazin belirli bir hacimde veyogunlukta, belirli bir süre tutulabilmesi gerekmektedir. Bu islemleriçin reaktöre oldukça büyük bir enerji girdisi saglanmakta ve füzyonreaksiyonlarindan çikan enerji henüz bu girdiyi dahi karsilayamaz haldebulunmaktadir. Tüm bu zorluklara ragmen sicak füzyon son otuz yilda çokbüyük bir asama kaydetmis ve beklenmedik bir zorlukla karsilasilmazsaikibinli yillarin basinda enerji üretimine baslayabilecek bir düzeyegelmistir.
Sicak füzyon üzerinde çalismalar sürerken, pek umutvermeyen diger bir yöntem üzerinde de çok daha mütevazi bir düzeyde birtakim arastirmalar yapilmaktaydi. Öncülügünü 1940 yilinda, taninmisSovyet bilim adami Andrei Sakkarov'un yaptigi bu arastirmalar, müyonadiyla anilan bir tanecige dayaniyordu. Bu tanecik dogada uzaydan gelenkozmik isinlar içinde bulunmakta ve ancak 2 mikrosaniyeyasayabilmektedir. Kütlesi, elektron kültesinin 207 kati, elektrik yüküise elektronunkinin aynisidir. Dolayisiyla böyle bir tanecik, döteryumatomuyla karsilastigi zaman büyük kütlesi ve negatif yükü sayesindeatomdaki elektronu kolaylikla yörüngeden kovup yerine kendisigeçebilmektedir. Büyük kütlesinden ötürü elektron yörüngesinden 207 katdaha küçük yariçapta bir yörüngeye oturmaktadir. Yörüngelerinde müyonbulunan iki döteryum çekirdegi böylece birbirlerine kolaylikla 207 katdaha fazla yaklasabilmekte ve oda sicakliginda kaynasma olasiliklari1080 kat daha artmaktadir. Bu nedenle söz konusu yönteme "soguk füzyon"adi verilmektedir. Kozmik isinlar içinde gelen müyon taneciklerininsayisi çok az, yeryüzünde güçlü hizlandiricilar yoluyla elde edilmeleride çok pahali oldugundan, bu yöntem yakin zamana kadar fazla ilgiçekici olamamistir.
Amerika Birlesik Devletleri'nin Utaheyaletinde M. Fleischmann ve D. Pons adlarindaki iki bilim adamininsoguk füzyonu son derece basit bir yöntemle, yaklasik 100 saat boyuncagerçeklestirdiklerini ve verdikleri enerjinin 4 katini aldiklariniaçiklamalari, doga! olarak büyük yankilar uyandirmistir. Bu yöntem,paladyum ve titanyum gibi metallerin bir asir kadar önce saptanmis vediger amaçlarla kullanilan bir özelligine dayanmaktadir. Söz konusumetaller çok miktarda hidrojen gazini ve izotoplarini sogurup depoedebilme özellikleriyle taninmaktadir. Bu iki bilim adami bir sekildeçok miktarda döteryum gazini palladyumun kristal örgüsü içindeki çokküçük bosluklara sokarak, anormal yogunlukla döteryum gazi elde etmeyi,böylece döteryum çekirdekleri arasindaki uzakligi azaltip, füzyonolasiligini artirmayi amaçlamislardi. Baska bir deyisle, müyonunyaptigi isi, yüksek yogunlukla basarmayi planlamislardi. Döteryumgazini palladyum içine çok miktarda sokabilmek için elektrokimyasalgüçlere, daha açikçasi herkesçe bilinen elektroliz olayinabasvurmuslardi. Içinde hidrojen yerine döteryum bulunan ve "agir su"diye anilan su dolu siselere çesitli çaplarda, onar santim uzunlugundapalladyum çubuklari daldirmis, çubuklarin çevresine ince platin teldenyapilmis helezon seklinde kafesler geçirmis, palladyum ile platini, birakünün negatif ve pozitif kutuplarina baglayip beklemeyebaslamislardir. Negatif gerilimdeki palladyum çubuklarinin yüzeyindedöteryum iyonlari birikmeye ve difüzyon yoluyla çubugun içlerinegirerek, kristal örgüsü içindeki bosluklara yerlesmeye koyulmus, üç aysonunda palladyum çubuktan füzyon belirtileri olan nötronlarin çiktigihem dogrudan hem de dolayli yoldan (alfa isinlari vasitasiyla)gözlenmistir. Böylece bu iki bilim adami kendileri dahil herkestarafindan çok saçma diye nitelendirilebilecek böylesine basit biryöntemle, füzyon olayini gerçeklestirmis ve ertesi gün yaptiklari basintoplantisiyla dünyaya duyurmuslardir.
Yöntemin basitligi,dünyanin çesitli yerlerinde irili ufakli kuruluslarda. Ilgili ilgisizkisilerce bu deneyin tekrarlanmasina yol açmis, nötron üretiminisaptamak, bir onur meselesi haline getirilmis ve olayin temelineyönelik bilimsel arastirmalar simdilik bir kenara itilerek dünya, belkide zamansiz ve gereksiz sekilde umutlandirilmistir. Fleischmann vePons'un deneyindeki en büyük çeliski, çikan nötron sayisiyla, yanifüzyon reaksiyonu sayisiyla elde edilen enerjinin hiçbir sekildebagdasmamasidir. Ölçülen enerjiye karsilik gözlenmesi gereken nötronsayisi, belirtilen sayinin 100 milyon katidir. Öte yandan ölçülenenerji, bilinen her kimyasal reaksiyonun 100 katidir. Bu durum,deneydeki ölçümlerin dogrulugu hakkinda ciddi süpheler uyandirmakladir.Nitekim, bir ay sonra Italya'da Frascatti Laboratuvarlari'nda yapilandaha yalin, kimyasal islemler içermeyen bir deneyde gözlenen nötronsayisi ilk deneydekinden 200 kat fazla olmasina karsilik, ölçülenenerji üretimi ileri sürülenin milyarda biri mertebesinde olmustur.1960 yillarinda yine çok basit yöntemler olan "patlayan teller" ile budeneylerde çikan nötron sayisindan 1000 ya da 10000 kat fazla nötronelde edilmesine ragmen, bu sekilde pek bir yere varilamayacagisaptanarak bu arastirmalar terk edilmistir.
Sonuç olarak, sogukfüzyon deneylerinde füzyon reaksiyonu olusturuldugunun kesin oldugunu,sayisinin ise henüz saglikli bir sekilde saptanamadiginisöyleyebiliriz. bu reaksiyonlarda tritiyum ve helyum gazlari daolusmakta, kesin reaksiyon sayisini saplayabilmek için, nötronlarinyani sira bu gazlarin miktarinin da ölçülmesi gerekmektedir. Buölçümlerden sonra reaksiyonlari gerçeklestiren fiziksel mekanizmaninkesinlikle saptanabilmesi için, bir dizi deneyin daha yapilmasi,sonuçlarin olumlu çikmasi halinde yöntemin gelistirilmesi ve veriminartirilmasi yönünde çalismalara hiz verilmesi gerekir. Son olarak,sicak ya da soguk yöntemlerle füzyon enerjisinin hizmete sunulmasinibekleyebiliriz.
Prof. Dr. Ordal DEMOKAN