Füzyon (Nükleer Kaynaşma) iki hafif elementin birleşerek daha ağır bir element oluşturan tepkimelere denir. Bu tepkimelere genellikle yıldızlar da rastlarız ve bu olay çok yüksek sıcaklık ve basınç altında hidrojen atomlarının çarpışıp helyum atomu oluşturması ile meydana gelir. Bu enerji o kadar büyük tür ki güneşten elde edilen 1 dakikalık enerji dünyanın 1000 yıllık elektrik gücünü çıkartabilecek düzeyde.

Bu nedenle bu enerji üzerinde oldukça fazla araştırma yapılıyor. Şimdi Füzyon tepkimesinin nasıl olduğunu açıklayayım.

Füzyonu anlatmadan önce Hidrojen elementinin izotopları olan Döteryum ve Trityumu tanıyalım. Döteryum (H²) 1 Proton ve 1 Nötron, Trityum (H³) ise 1 Proton ve 2 Nötron bulunan izotoplardır. D-D  veya D-T ile birleşerek çok yüksek enerji, 1 adet nötron ve helyum atomu oluşturur.

Bu birleşme (kaynaşma) için 4.4 keV (51040000 K) sıcaklığa  ihtiyaç duyulur. Birleşme sonucunda oluşan enerji 17.6 MeV değerlerindedir.

Füzyon Nedir, Nasıl gerçekleşir Dünyada Füzyon Reaksiyonu_2

Yıldızlarda bu olay hidrojen bitene kadar devam eder. Hidrojen bittiğinde Helyum atomu ile daha ağır elementler oluşur. Buna üçlü alfa süreci denir.Hidrojen yakıt depolarını tüketmiş olan yıldızlarda görülür. Hidrojen atomları biten ve yalnızca helyum atomları kaldığında yıldız hidrostatik dengesini (kütle çekimine dayalı sıkıştırma basıncı) kaybeder ve merkezi büzülmeye başlar.Yüksek basınca sahip olan yıldız çekirdeği aşırı derecede ısınır.Bu ısınma yeterli seviyeye ulaştığında helyum çekirdekleri arasındaki itme kuvvetini yenerek helyum füzyonu başlar.

Helyum füzyonun da helyum atomları birleşerek Berilyum atomunu oluşturur.Daha sonra oluşan Berilyum atomu ile Helyum atomu benzer enerji düzeylerine sahip olduğundan dolayı birleşerek Karbon atomunu oluşturur.Bu sürece Üçlü alfa süreci denir. Bu olaydan sonra üçlü alfa süreci daha ağır elementlerle de olmaya devam eder.

Üçlü alfa süreci

1. Basamak 1 Berilyum (⁸Be) 1 Helyum (⁴He) çekirdeği birleşerek 1 Karbon (¹²C) atomu oluşturur.
2. Basamak 1 Karbon (¹²C) 1 Berilyum (⁸Be) atomu atomu ile birleşerek 1 Neon (²⁰Ne) atomu oluşturur.
3. Basamak 1 Neon (²⁰Ne) atomu 1 Karbon (¹²C) atomu ile birlereşerk 1 Kükürt (³²S) atomu oluşturur.
4. Basamak 1 Kürkürt (³²S) atomu 1 Neon (²⁰Ne) atomu ile birleşrek 1 Demir (⁵²Fe) atomu oluşturur.

4 Basamaktan oluşan bu süreçte demir en son basamaktır.Çünkü demirden sonraki elementi oluşturulması için füzyon tepkimesinin enerji ihtiyacı vardır.Bilimsel olarak açıklamak gerekirse Demir bağlanma enerjisi en yüksek elementtir.Bağlanma enerjisi nedir diye bir soru kafanızda oluşabilir.Bağlanma enerjisi (Nükleon başına düşen çekirdek bağlanma enerjisi de denir) bir çekirdeğin proton ve nötronlarına ayırabilmek için gerekli olan enerji miktarıdır.

Bağlanma enerjisi en yüksel element 56 kütle numaralı Demir olduğundan bu elemente en kararlı element denilmiştir.Diğer bütün elementler; hafif olanlar Füzyon (kaynaşma) , ağır olanlar Fisyon (bölünme) yaparak demirin 56 atom kütlesine gelmeye çalışırlar.Burada bir parantez açalım, yukarıda demirin atom kütlesini 52 olarak verdiğim değer demirin kararsız haldeki değeridir.Kararlı hale gelebilmek için atom kütlesini 56 yapar.

Demir Bağlanma Enerjisi

Bu nedenden dolayı güneş enerji veremez bir hale gelerek söner.

Hidrojen elementi ile başlayan füzyon tepkimesi daha ağır elementlerde yapıldığında daha fazla sıcaklık, harcaması gereken enerji ve atom miktarı çok daha fazladır.Yani hidrojen füzyonu ile elde edilen enerji daha yüksek olduğu gibi daha az ısıya ve basınca ihtiyaç duyar.

Peki dünyada neden füzyon tepkimesi yapılamıyor? Bilindiği üzeri Hidrojen çekirdekleri pozitif elektrik yükü taşır ve birbirlerine yaklaştırmak istenildiğinde çok şiddetli bir şekilde birbirlerini iterler. Bunların kaynaşmasını sağlamak için aralarındaki itme kuvvetini yenebilecek büyüklükte bir kuvvetin olması gerekmektedir. Güneşte bu olan çok yüksek sıcaklık ve basınç altında atomların aşırı derecede hızlı hareket etmesi sağlar. Bu kinetik enerji, 20-30 milyon derecelik bir sıcaklığa eşdeğerdir.Yüksek hız sayesinde + yüküne sahip hidrojen çekirdekleri itme kuvvetini yenerek çarpışır.

Bu olağanüstü bir sıcaklıktır ve kaynaşma tepkimesine girecek maddeyi taşıyacak hiçbir katı malzeme bu sıcaklığa dayanamaz. Bu nedenle dünyada güneşteki gibi füzyon tepkimesi oluşturulamıyor.

Tokamak Reaktörü Modeli

Dünyada Füzyon 

Bilim adamlarının füzyon reaksiyonu ile ilgili deneyleri sayesinde bu tepkimeyi çok kısa bir süreliğine gerçekleştirilebiliyor. Tokamak  reaktörü denilen cihaz çok güçlü bir manyetik alan ve yüksek bir sıcaklık oluşturup bu manyetik alan içine hidrojen gazı geçirilmesi ile  kısa bir süreliğine plazma halinde füzyon tepkimesi oluşturuluyor. Bilim adamları bu deneylerin ayrıntılarını kamuoyuna açıklamasalar da olay basitçe şu şekilde gerçekleşiyor:

Hidrojen atomları manyetik alan etkisiyle yüzeyden uzaklaşarak ortada toplanır. Orta bölümde ipe bağlı boncuklar gibi hareket eden hidrojen gazı çok yüksek hız ile hareket etmeye başlar. Bu hareket esnasında hidrojen atomları birbirleri ile çarpıştığından çok yüksek sıcaklığa sahip plazma görüntüsü açığa çıkartır. Bu plazma oldukça kısa süreli (max 60 sn) olduğundan ve bu plazma halinden bir enerji elde edilemediğinden işe yaramıyor olsa da bilim adamları bu deneyler sayesinde füzyon reaksiyonu hakkında oldukça fazla bilgi topladıklarını söylüyorlar.

Tokamak Reaktörü

Bu yüksek sıcaklarında enerji üretmenin oldukça zor olduğunu anlayan bilim adamları çok daha uygun bir sıcaklık ile füzyon tepkimesini gerçekleştirmek adına çalışmalar yapıyorlar. Soğuk Füzyon olarak adlandırılan bu tepkime şuan için sadece teoriden ibaret. Üzerinden oldukça fazla konuşulan, gerçekleştirilmesi için çok fazla araştırma yapılan ve en son bu reaksiyonun şuan için imkansız olduğunu kanat getiren bilim adamları (fizikçilerin) hayla bunun gerçekleştirmenin hayallerini kurmaktalar.

Eğer soğuk füzyon yapılabilirse periyodik tabloda olan/olmayan elementler yapılabilir, elektrik enerjisinin çok çok ucuza üretebilir ve başka enerji elde etme yöntemlerine ihtiyaç kalmayabilir.Aşağıdaki videolar size füzyon hakkında daha fazla fikir verebilir.

YORUM YAP

Yorumunuzu giriniz!
Lütfen adınızı buraya girin