Füzyon Nedir (Çekirdek Kaynaşması)

Füzyon Nedir, Füzyon Ne Demek Çekirdek Kaynaşması Hakkında Bilgi

Füzyon, çekirdek kaynaşması olarak da bilinir, hafif elementlerin atom çekirdekle­rinin daha ağır bir elementin çekirdeğini oluşturmak üzere birleşmesi. Birleşen çekirdeklerin, küçük atom numaralı elementle­rin çekirdekleri olması durumunda, önemli ölçüde enerji açığa çıkar.

Isıveren (eksotermik) çekirdek kaynaşma­larına ilişkin bilimsel ve teknik sorunlar üzerindeki araştırmalar, bu türden kaynaş­manın bulunduğu 1930’lardan bu yana sürmektedir. Alman asıllı fizikçi Hans A. Bethe, 1939’da, Güneş ve benzeri yıldızla­rın saldığı enerjinin, 4 hidrojen çekirdeğinin birleşerek bir helyum çekirdeği oluşturması biçimindeki bir ısıveren kaynaşma tepkime­sinden kaynaklandığını belirtti. 1950’lerin başlarında ABD’li araştırmacılar, döteryum ve trityum içeren bir karışımda kaynaşma tepkimesi oluşturarak termonükleer bom- ba(*) (hidrojen bombası) ürettiler. Yine 1950’lerde ABD, İngiltere ve SSCB’de denetimli çekirdek kaynaşmasından enerji üretilmesi konusunda araştırmalara başlan­dı. İlkin büyük gizlilik içinde yürütülen bu araştırmalara ilişkin ilk sonuçlar 1956’da SSCB’li bilim adamları tarafından açıklan­dı. 1950’den bu yana bilgi alışverişi ve işbirliği ortamı içinde sürdürülen ve hızla tükenmekte olan fosil yakıt kaynaklarının korunmasını sağlamaya, daha ucuz elektrik enerjisi üretmeye olanak verecek termo­nükleer reaktörlerin gerçekleştirilmesini amaçlayan bu araştırmalar henüz tam bir başarıya ulaşmış değildir. Çekirdek kaynaş­ması yoluyla enerji üretiminin, çekirdek bölünmesi yoluyla enerji üretimine göre çeşitli üstünlükleri vardır. Çekirdek kaynaş­ması ürünleri, bölünme ürünleri gibi radyo­aktif olmadıklarından, çevreye zararlı etki­de bulunmazlar. Ayrıca, çekirdek kaynaş­masında kullanılacak temel yakıt olan dö­teryum, çekirdek birleşmesinde kullanılan yakıtlara göre çok daha bol ve ucuzdur. 30 İt adi suda yaklaşık 1 gr döteryum bulunur, bu da, enerji içeriği açısından, 9.500 İt benzine eşdeğerdir. Ne var ki, konunun uzmanları, çekirdek kaynaşmasın­dan enerji üretimine ilişkin teknik güçlükle­rin aşılması için daha yıllar gerekeceği kanısındadırlar.

Çekirdek kaynaşmaları genel olarak iki türe ayrılır. Birinci türden çekirdek kaynaş­masında, hafif çekirdeklerdeki proton ve nötronlar, yeni bir gruplaşmayla daha ağır çekirdeği oluştururlar. Örneğin, 2 tane döteron (döteryumun, yani hidrojen-2’nin bir protonla bir nötrondan oluşan çekirde­ği) kaynaşarak bir helyum-3 çekirdeği oluşturur ve bir nötron açığa çıkar. Ya da yine 2 tane döteron kaynaşarak bir triton (trityu­mun, yani hidrojen-3’ün, bir protonla 2 nötrondan oluşan çekirdeği) oluşturur ve 1 proton açığa çıkar. Bu tepkimelerin birincisinde 3,3 milyon elektron volt (MeV), ikincisinde ise 4 MeV’luk bir enerji açığa çıkar. Bu 1 gr döteryumdaki çekirdek­lerin tümünün kaynaşarak helyum-3 oluş­turması durumunda ortaya çıkacak enerji­nin 22.000 kW-sa dolayında olacağı anlamı­na gelir. İkinci türden çekirdek kaynaşma­sında protonlar ile nötronların birbirlerine dönüşmesi söz konusudur. Bu türden tepki­meye örnek olarak 2 hidrojen çekirdeğinin (bir başka deyişle 2 protonun) kaynaşarak bir döteryum çekirdeği oluşturması ve bir pozitron (pozitif elektron) ile bir nötrinonun açığa çıkmasıdır. Burada, tepkimeye giren protonlardan bir tanesi nötrona dönüşürken, bir pozitron ile bir nötrino oluşmaktadır.

Kaynaşma tepkimesi ancak iki çekirdeğin, birbirlerine, aralarındaki uzaklık 10~¹³ cm olacak kadar yaklaşmasıyla gerçekleşebilir. Çok kısa erimli olan çekirdek kuvvetlerinin, her ikisi de pozitif yüklü olan çekirdekler arasındaki elektrostatik itme kuvvetini ye­nebilmesi ancak böylece olanaklı olur. Bu itme kuvvetinin çekirdeklerin birbirlerine yaklaşmalarını engellemedeki etkinliği ne­deniyle, denetimli çekirdek kaynaşması, ancak elektriksel yükü en küçük olan döter­yum ve trityum çekirdekleri için söz konu­sudur. Denetimli ısı veren kaynaşma tepki­meleri döteryumdan ya da döteryum-trit- yum karışımından oluşan bir plazmayı (po­zitif yüklü çekirdekler ile elektronlardan oluşan gaz) milyonlarca Kelvin dereceli bir sıcaklığa yükseltmekle gerçekleştirilebilir. Böylesine yüksek bir sıcaklıkta plazma, kendisini oluşturan parçacıkların ısıl enerji­siyle tepkimeye girer. Bu enerji, tepkime­nin kendi kendine sürmesini sağlamaya yeterlidir ve bu tepkimeden elektrik enerjisi elde edilebilir. Böyle bir zincirleme tepki­menin oluşabilmesi için, tepkimeye giren sistemin kapalı bir hacimde sınırlanması gereklidir; ama böylesine yüksek sıcaklıkla­ra dayanıklı bir yapı malzemesi bugüne değin geliştirilememiştir. Araştırmacılar, sı­cak plazmayı magnetik yöntemlerle, örne­ğin magnetik aynalar ya da S biçimli magnetik alan simiti (torus) yardımıyla sınırlamayı önermişlerse de, bu yöntemler deneysel olarak tam başarıya ulaşamamış­tır. 1989’da, elektrokimyasal bir pil içinde düşük sıcaklık ve basınç koşullarında çekir­dek kaynaşması tepkimesinin gerçekleştiril­diği öne sürülmüş, ama soğuk füzyon olarak adlandırılan bu olgu, henüz kanıtlanamayan bir iddia olarak kalmıştır. Ayrıca bak. karbon çevrimi; proton-proton tepkimesi; soğuk füzyon; termonükleer tepkime.