On yıllarca yıl önceden enerji, insanların temel ihtiyaçlarından biri oldu. Sistematik enerjiler arasında ilk önce fosil yakıtlar, sonra güneş, rüzgar ve jeotermal, sonra ise nükleer enerji bulundu. Peki nükleer enerji ve füzyon tepkimesi nedir? Nükleer Santraller zararlı mıdır? Bu soruların cevabı için devam edelim.
Bilmemiz Gerekenler
Füzyon ve fisyon tepkimelerini anlamak için birkaç ön bilgimiz var. İlk olarak elementler kendi içlerinde veya birbirleri arasında kimyasal bağ kurabilir. Bu kimyasal bağlar yıkıldığında ortaya fazladan enerji çıkar. Mesela fosil yakıtlardan örnek verecek olursak , kömürü uygun bir şekilde yakarsak karbonlar arasında oluşan bağlar kırılacak ve enerji çıkışı olacaktır.
Bu enerji çıkışı maddeden maddeye değişebilir, mesela kömürün yakılmasıyla alev çıkmasının sonucunda buhar çıkabilir. Buhar çıktıktan sonra, bir makinenin çarklarını döndürür; veya yeni çağdaki gemilerin motorlarını.
Çünkü gazlar sıkıştırılamaz, bir kapalı kutuya baya bir buhar dolduğunda buhar artık sığmayacak, bir çıkış yeri yoksa patlayacak; ama bir çark varsa onu döndürecektir.
Aynı şekilde petrolün yakılması sonucunda daha fazla buhar çıkar, bu yüzden daha fazla güçlüdür. Bunun nedeni ise kömürün karada, petrolün ise denizlerin altında ve çok daha derinlerde olmasıdır. Petrol daha çok sıkışır ve böylece farklı kimyasal bağlar oluşturur.
Petrolün çalışmasından da bir örnek verecek olursak arabalarımızın motorlarının çalışması. Petrol yakılır ve ardından çıkan buhar sıkıştırılamadığından pistonları itmeye başlar, böylece araba çalışır.
Füisyon Tepkimeleri: Protonlar Arasındaki Bağların Parçalanması
Şimdiye kadar hep elementler arasındaki bağları parçaladık. Şimdi ise protonlar arası bağları parçalayacağız. Atomun çekirdeğini inceleyecek olursak proton ve nötron görürüz. Fakat elektromanyetik yasalara göre protonlar birbirini itmelidir.
Çünkü protonlar + yüklüdür! Fakat öyle bir kuvvet var ki bunların ayrılmasını önlüyor: Güçlü Nükleer Kuvvet. Biz bu Güçlü Nükleer Kuvveti kırdığımızda inanılmaz bir enerji elde ediyoruz. Yaklaşık olarak kömürün 2 ila 3 milyon katı bir enerji. İşte buna fisyon tepkimesi deriz: atomu parçalamak.
Bunu ilk kez uygulanabirliğini arttıran bilim insanı Enrico Fermi’dir. 1930’larda böyle bir yöntem teor de yapılabilir olsa da, ancak 1942’de füzyon tepkimesi yapılabilmiştir. Enrico Fermi de füzyon tepkimesinin babası olarak adlandırılır.
Fakat siyasi sebeplerden dolayı fisyon tepkimesi bir atom bombasına dönüştü. Şöyle ki, atom bombalarında uranyumun izotopları kullanılır. Eğer siz bir tane uranyuma, bir tane nötron ateşlerseniz parçalanır. Uranyum üçe beşe ayrılır: birkaç Nötron, Kripton ve Baryum. Reaksiyondan çıkan nötron diğer uranyumları da parçalar.
Licence: CC-BY-SA-4.0
Bunun sonucunda büyük bir enerji çıkar; bu enerji de ısı enerjisidir. O yüzden Hiroşima’da olayın sıfır noktasındaki insanlar maalesef adeta buharlaşmıştır. Uranyum kullanılmasının iki nedeni vardır. Birincisi radyoaktif olması; ikincisi ise Kripton ve Baryum çıkarması.
Bu elementlerin “bağlanma enerjileri” yani kendi aralarında bağ kurmaları için gereken enerji daha fazladır. Bu yüzden uranyumun parçalanmasıyla daha yüksek enerjiler elde edilir.
Devam edecek olursak 2. Dünya Savaşından sonra nükleer reaktörler açılmaya başlandı. Şu an ise 30 ülkede 450 civarı nükleer santral bulunuyor. Nükleer santrallerin çalışma mantığı, atom bombalarıyla aynıdır.
Fakat ekstra olan şey kontrol çubuklarıdır. Kontrol çubukları bordan yapılır, çünkü bor fisyon tepkimesine girmez. Ayrıca bor nötronları tutar. Bir tehlike anında bu kontrol çubukları indirilir ve nötronlar kontrol altına alınır ve tepkime devam etmez. Çernobil Nükleer Santralinde ise kontrol çubukları çalışmadı ve tepkime kontrolden çıktı.
Her neyse devam edelim. Sürecin devamında fisyon tepkimesi sonucunda ısı enerjisi yani sıcaklık ortaya çıkar. Sonra bu sıcaklıkla su, su buharına dönüşür. Ardından bu buhar jeneratörle elektrik enerjisine dönüştürülür.
Fakat nükleer enerjinin pek temiz olmadığını söyleyebiliriz. Fakat doğru kullanıldığında da pek de bir zararı olmamaktadır. Mesela sera gazı çıkarmaz, nükleer santrallerden çıkan atıklar toprağa ve canlı varlıktan izole bir yere gömülmelidir.
Öbür türlü kanala falan akıtırsak haftaya ölürüz. Fakat özünde nükleer enerji kullanılırken çok dikkat edilmesi gerekir, doğa yasaları çok acımasızdır.
Füzyon Tepkimeleri: Geleceğimiz
Bir atomu parçalayınca büyük bir enerji ortaya çıkar, peki ya yeni bir element üretince? Benzer şey burada da geçerlidir. Mesela Güneş’imizi ele alalım. Güneş’imizde 4 tane proton birleşerek helyumu oluştururlar. Fakat çıkan enerji dört protonun enerjisinden ha fazladır.
Güneş de bunu ısı enerjisi olarak salar. İşte biz de füzyon tepkimeleri yapabiliriz. Hatta bu nükleer enerjiden çok daha temiz bir şekilde olacaktır.
Fakat füzyon enerjisi daha kullanamıyoruz. Çünkü en başta kontrol etmeyi pek bilmiyoruz ve efektif bir şekilde kullanmayı başaramadık. Deneylerimizde hep ürettiğimiz tükettiğimiz enerjiden az oldu.
Mesela Güneş’te füzyon tepkimesi sorunsuz bir şekilde olur çünkü çok fazla proton vardır ve kuantum tünelleme ile birbirlerine “atlarlar”. (Bunu daha fazla öğrenmek istiyorsanız: Güneşimiz aniden sönebilir! yazımızı okuyabilirsiniz)
Fakat dünyada bunu yapamıyoruz çünkü yeterli miktarda protonumuz yok. Aslında yakın zamanda füzyon ile tükettiğinin 1,5 katını üreten bir makine yaptık. Fakat bu çok küçük çaplı bir makine ve devasa kullanımlar için çok yetersiz. Mesela Güneş’te böyle bir füzyon ocağının olmasının sebebi çok Güneş’te fazla proton olması. Bunu anlamak için hemen yukarıdaki paragrafta verdiğim linke tıklayabilirsiniz. Ayrıca buna bağlı olarak Matematik ve Olasılığın İlginçliği yazımızı da okuyabilirsiniz zira Güneş’imiz olasılıkla işler. Her neyse bu füzyon reaktörlerini ilerleyen yıllarda yapabiliriz ve yapacağız gibi gözüküyor.
Son Söz
Bence çok aydınlatıcı bir yazı oldu. Olabildiğince basitleştirmeye çalıştım. Umarım anlamışsınızdır. Şimdilik Hoşça kalın.
Kaynakça
How It Works Haziran 2019 8. sayı, Füzyon bölümü.
Britannica
