Yapay güneş provası

ABD’de bir grup bilim adamının, çok zor olan atom çekirdeklerini kaynaştırmayı laboratuvar koşullarında gerçekleştirdiklerini açıklamaları (nükleer füzyon) dünyada büyük heyecan yarattı. Böylece sürekli ve ucuz enerji kaynağının yolunun açıldığı da duyuruldu.

Atom çekirdeklerini kaynaştırmak, milyonlarca derecelik yüksek sıcaklık ve çok yüksek basınçlı ortamlar gerektirdiği ve bu nedenle çok zor olduğu için, laboratuvar koşullarında böyle bir olayı gerçekleştirmek her zaman ilgi çeker. Bu haber ne kadar doğruydu ve gerçekten ucuz ve temiz bir enerji kaynağı bu yolla yaratılabilir miydi?

Güneş’teki olay

En iyi çekirdek kaynaşması, Güneş’in içinde ve diğer yıldızlarda gerçekleşir. Güneş’teki gibi sürekli bir enerji kaynağı yaratma, bilim adamlarının sürekli düşüdür. Güneş’in dünyamıza kadar gelen ve yerküreye hayat veren enerjisinin kaynağı, Güneş’in içindeki ‘Nükleer fırın’dan çıkar. Bu fırında sürekli hidrojen yanar. Hidrojen atomları çok yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda birbiriyle kaynaşarak, muazzam ısı ve sıcaklık kaynakları yaratırlar. Bu radyoaktif ışınlar uzaydan dünyamıza kadar ulaşır. Güneş’teki bu ‘nükleer fırın’ın yanması azalırken, Güneş’in ölüm süreci başlayacak ve çevresine hayat vermeye de son verecek: İşte bu yerküremizin de ölümü olacak.

Ancak korkacak bir şey yok, en az beş milyar yıl daha Güneş’teki fırın yanmasını sürdürecek.

Nükleer fırın düşü

Peki, Güneşe benzer, çok daha küçük çaplı, denetlenebilir ‘nükleer fırın’lar yeryüzünde gerçekleştirilebilir ve böylece hem ucuza hem temiz hem de neredeyse sonsuz bir enerji kaynağı yaratılabilir ve dünyanın enerji sorunu kesin bir çözüme kavuşturulabilir mi?

Böyle bir nükleer fırının yapımı çok zor. Çok yüksek basınçlar ve sıcaklıklar gerekir. İşin bu zorluğu, atom çekirdeklerinin kaynaştırılmasının zorluğundan ileri gelir. Bu nedenle bugüne değin kimse sürekli ve güvenilir bir enerji kaynağı olabilecek bir kaynaşma ve plazma oluşturamadı. Güneş’teki aşırı sıcaklık koşullarına dayanabilecek malzeme bulunamadığı için bu tür tepkimeler yeryüzünde nükleer reaktörlerde gerçekleştirilemiyor.

Çekirdek kaynaşması, atom çekirdeklerinin parçalanmasından çok daha daha zordur. İnsanlık atomu parçalayarak atom bombası yapmış, bu parçalanmayı nükleer santrallerde denetim altında gerçekleştirerek de elektrik enerjisi elde etmeyi başarmıştı. Güneşteki gibi bir nükleer fırın yapmak, belki de bilimin hep ulaşılmaz bir düşü olacaktır.

Soğuk füzyon

Bırakın minik bir nükleer fırında füzyon olayını gerçekleştirmeyi, elektrik vb enerjisi düşü yaratmayacak, laboratuvar ortamında makul ölçülerde bir füzyon reaksiyonunu gerçekleştirmeyi bile bugüne dek kimse başaramadı.

Araştırmacılar bu süreci defalarca denediler ve her seferinde başarısız kaldılar.

Ancak çekirdek kaynaşmasının öyle yüksek sıcaklık ve fırınlar gerektirmeden de gerçekleştirilebileceğine ilişkin düşünceler ve deneyler vardır. Bunlardan birini 1989 yılında Martin Fleishmann ve Stanley Pons isimli iki bilim adamı yapmış ve deney ‘soğuk füzyon’ (soğuk çekiridek kaynaşması) adıyla üne kavuşmuştu. İki bilim adamı böylece ucuz ve sonsuz enerji elde etme çağının başladığını ilan etmişlerdi!

Ancak bu iki bilim adamının deneyi dünyanın hiç bir yerinde tekrarlanamamış, yanlış veya kanıtlanamamış bir deney olarak bilim tarihine geçmişti.

Şimdi ne oldu?

Şimdi de çekirdek kaynaşması olayının yine basit bir laboratuvar koşulunda ses dalgalarıyla kolayca gerçekleştirildiği açıklandı. Deney, New York'ta, Rensselaer Polytechnic Institute'den nükleer mühendis Richard Lahey ve Tennessee'de Oak Ridge National Laboratory'den nükleer mühendis Rusi Taleyarkhan ve ekibi tarafından yapıldı.

Yeni deney, fizikte çökertme denilen bir işleme dayanıyor. Bir sıvı içinde yüksek frekanslı ses titreşimiyle oluşturulan kabarcıklar hızla çöktüğünde ışık yayıyor. Kabarcıkların patlamasıyla milyon derecenin üzerinde sıcaklıklar ortaya çıkıyor ve yüksek basınç ortamı oluşuyor. Bu durum, iki atom çekirdeğinin kaynaşmasına uygun bir ortam yaratıyor.


Çekirdek kaynaşması, yukarıda belirttiğimiz gibi yıldızlarda sürekli olarak gerçekleşiyor. 10 milyon derecenin üzerine çıkan sıcaklıklarda hidrojenden zengin maddeler yoğunlaşarak plazma oluşturuyor.

İki hidrojen çekirdeği kaynaştığında, gerçekte protonlar birleşiyor ve döteron denilen bir parçacık oluşuyor. Bu, ağır hidrojen de denilen döteryumun çekirdeği. Tepkime yüksek miktarda enerjinin açığa çıkmasını sağlıyor.

Araştırmacılar ses ışığını, organik sıvı aseton içinde gerçekleştirdiler.

Taleyarkhan'ın ekibi aseton silindirini ses dalgaları bombardımanına tuttu. Aynı anda döteryuma dönüştürülmüş aseton yüksek hızda nötronlara da maruz bırakıldı.

Nötronlar aseton moleküllerine çarpınca milimetre boyutlarında kabarcıklar meydana geldi. Bunlar ses dalgalarının yarattıklarından daha büyüktü.

Bu kabarcıkların çöküşü asetonu o denli ısıttı ki döteryum atomları birbirlerine çarpmaya ve birleşmeye başladılar.

Bilim adamları deneyde yalnızca ışık değil, asetonun nötron açığa çıkardığını da gördüler. Bunlar, iki döteronun kaynaşması sonucu elde edilmesi beklenen nötronlardı. Ayrıca, kabarcıkların çökmesinden birkaç saat sonra az miktarda trityum da elde ettiklerini gördüler.

Bunlar, kaynaşmanın gerçekleştiğini gösteren kanıtlardı.

Yeni deney, bu yolla açığa çıkan enerjinin nükleer kaynaşma sağlayacak bir büyüklüğe ulaşabileceğini düşündürüyor.

Peki, acaba sıvı içinde patlayan küçük kabarcıklar, yıldızlarınkine eş bir enerjiye sahip olabilir mi? İşte bu nokta çok tartışmalı ve bazı bilim adamları bu deneyin sadece laboratuvarda kendilerine yetecek miktarda nötron üretiminde kullanılabileceğini belirtiyorlar. Ancak işin bu tarafına girmeden önce, ses dalgalarıyla sıvılardan enerji elde edilmesi fikrinin bir öğrenciye ait olduğunu belirtelim.

Ses ışığı nedir?

Felipe Gaitan adlı bir üniversite öğrencisi, sudaki yalıtılmış gaz kabarcıklarından geçen ses dalgalarının, kabarcıkların şiddetle patlamasına ve ışık yaymasına yol açtığını gördü. Bu olguya, ses ışığı denildi.

Bir ses dalgası, geçtiği ortam içinde, sırayla yüksek ve alçak basınç bölgeleri yaratır. Bir sıvı içindeki alçak basınç bölgesi, sıvıyı parçalayarak eriyik içinde çözünmüş gazların kabarcıklar oluşturmasına yol açar. Parçalanma derinleştikçe kabarcıklar büyür ve çapları onlarca mikrona (milimetrenin binde biri) ulaşır.

Parçalanmanın ardından bir sıkıştırma dalgası gelir ve kabarcıkların içindeki gazı büyük bir güçle sıkıştırır. Saniyenin çok kısa bir bölümünde kabarcığın sıcaklığı 30,000 dereceye ulaşır ve içindekiler, elektrik yüklü atom (iyon) ve elektronlardan oluşan parlak bir plazmaya dönüşür. Sonunda kabarcık çöktüğünde saniyenin birkaç trilyonda biri kadar parlayıp sönen bir ışık yayar.

Bu işlem, her parçalama ve sıkıştırma dalgasında yinelenir ve düzenli aralıklarla ışık yayılır.

Ses ışığı, yüksek sıcaklık ve basınç altında gerçekleşen işlemlerin basit ve ucuz aygıtlarla gerçekleştirilmesini sağladığı için, araştırmacıların ilgisini çeken bir olgudur.

Doğru çıkarsa

ABD’de gerçekleştirilen yeni deney, eğer elde edilen veriler doğru çıkarsa, bir görüşe göre çekirdek araştırmasında bir devrim sayılacak. Deneyi yapan fizikçiler, kabarcıklardaki ısının Güneş’in yüzeyindeki sıcaklığa ulaştığını ileri sürüyorlar.

Bu arada deneyi gerçekleştiren Taleyarkhan ile birlikte Oak Ridge'de çalışan Dan Shapira ve Michael Saltmarsh adında iki fizikçi, Taleyarkhan'ın sonuçlarını test etmek için bir deney daha gerçekleştirdiler. Ne var ki bu deneyde, nötronların daha karmaşık bir nötron dedektörü kullanıldığında saptanamadığı görüldü.

Diğer bilim adamları başka deneylerle Taleyarkhan'ın bulgularını inceleyecekler. Kaliforniya'da Lawrence Livermore National Laboratory'den Mike Moran şöyle diyor: '’Taleyarkhan'ın makalesi yamalı bohçaya benziyor. Teknik olarak her yamanın ortasında ne yazık ki bir delik bulunuyor’.

Bu deney daha çok tartışılacak gibi.