Nükleer füzyon

Yazar: Leandro Alegsa

18-05-2022

Nükleer füzyon, iki hafif çekirdekten tek bir ağır çekirdek (bir atomun parçası) oluşturma sürecidir. Bu sürece nükleer reaksiyon denir. Büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Füzyon sonucu oluşan çekirdek, başlangıçtaki çekirdeklerin her ikisinden de daha ağırdır. Ancak, başlangıçtaki çekirdeklerin (atomların) orijinal kütlelerinin birleşimi kadar ağır değildir. Bu kayıp kütle çok fazla enerjiye dönüşür. Bu Einstein'ın ünlü E=mc² denkleminde gösterilmiştir.

Füzyon, Güneş gibi yıldızların ortasında gerçekleşir. Hidrojen atomları birleşerek helyum oluşturur. Bu da çok fazla enerji açığa çıkarır. Bu enerji yıldızın ısı ve ışığına güç verir. Tüm elementler birleştirilemez. Daha ağır elementler daha hafif olanlara göre daha az kolay birleşir. Demir (bir metal) diğer atomlarla birleşemez. Bu da yıldızların ölmesine neden olur. Yıldızlar, demir yapmaya başlayana kadar farklı türlerde daha ağır atomlar yapmak için tüm atomlarını bir araya getirir. Demir çekirdeği diğer çekirdeklerle birleşemez. Reaksiyonlar durur. Yıldız sonunda soğuyacak ve ölecektir.

Dünya üzerinde, reaksiyonu başlatmak için gerekenden daha fazla enerji açığa çıkaran nükleer füzyon reaksiyonlarını başlatmak çok zordur. Bunun nedeni, füzyon reaksiyonlarının yalnızca Güneş'te olduğu gibi yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleşmesidir, çünkü her iki çekirdek de pozitif yüke sahiptir ve pozitif, pozitifi iter. Bu itmeyi durdurmanın tek yolu, çekirdeklerin birbirlerine çok yüksek hızlarda çarpmasını sağlamaktır. Bunu da sadece yüksek basınç ve sıcaklıkta yaparlar. Şimdiye kadar tek başarılı yaklaşım nükleer silahlar olmuştur. Hidrojen bombası, füzyon reaksiyonlarını başlatmak için bir atom (fisyon) bombası kullanır. Bilim adamları ve mühendisler onlarca yıldır elektrik üretmek için füzyon reaksiyonlarını kontrol etmenin ve kontrol altında tutmanın güvenli ve işe yarar bir yolunu bulmaya çalışıyorlar. Füzyon gücünün temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi için hala aşılması gereken pek çok zorluk var.

Güneş enerjisini hidrojen çekirdeklerinin helyuma nükleer füzyonu ile üretir. Güneş, çekirdeğinde her saniye 620 milyon metrik ton hidrojen füzyonu gerçekleştirmektedir.

Füzyon enerjisini serbest bırakmak için hidrojen döteryum-trityum (D-T) füzyon reaksiyonu kullanılır.

Elementlerin kökenlerini - yıldız nükleosentezi de dahil olmak üzere - gösteren periyodik tablonun bir versiyonu. 94'ün üzerindeki elementler insan yapımıdır ve dahil edilmemiştir.

Sorular ve Yanıtlar

S: Nükleer füzyon nedir?

C: Nükleer füzyon, iki hafif çekirdekten tek bir ağır çekirdek (bir atomun parçası) oluşturma sürecidir. Bu sürece nükleer reaksiyon denir ve büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

S: Bu süreç nasıl işler?

C: Füzyonla oluşan çekirdek, başlangıçtaki çekirdeklerin her ikisinden de daha ağırdır, ancak orijinal kütlelerinin birleşimi kadar ağır değildir. Bu kayıp kütle, Einstein'ın ünlü E=mc2 denkleminde görülebileceği gibi çok miktarda enerjiye dönüşür.

S: Bu süreç nerede gerçekleşir?

C: Füzyon, Güneşimiz gibi yıldızların ortasında gerçekleşir; burada hidrojen atomları birleşerek helyum oluşturur ve ısı ve ışığa güç veren çok miktarda enerji açığa çıkarır.

S: Tüm elementler füzyon yoluyla birleşebilir mi?

C: Hayır, daha ağır elementler daha hafif olanlara göre daha az kolay birleşir ve demir (bir metal) diğer atomlarla hiç birleşemez. Yıldızların ölmesine neden olan şey de budur; tüm atomlarını daha ağır atomlar yapmak için bir araya getirdiklerinde, artık kaynaşamayan demir yapmaya başlarlar.

S: Dünya üzerinde nükleer füzyon reaksiyonları başlatmak kolay mıdır?

C: Hayır, çok zordur çünkü bu reaksiyonlar sadece Güneş'teki gibi yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleşir, çünkü her iki çekirdek de birbirini iten pozitif yüklere sahiptir, bu nedenle başarılı bir şekilde kaynaşmaları için birbirlerine çok yüksek hızlarda çarpmaları gerekir.

S: Elektrik üretimi için bu reaksiyonları kontrol etmeyi ya da kontrol altına almayı başaran oldu mu?

C: Henüz değil - bilim insanları ve mühendisler onlarca yıldır deniyorlar ancak füzyon gücünün temiz bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmesi için hala birçok zorluk var.

S: Nükleer füzyon konusunda şimdiye kadar ne başarılı oldu?

C: Şimdiye kadar başarılı olan tek yaklaşım, hidrojen bombasının reaksiyonu başlatmak için bir atom (fisyon) bombası kullandığı nükleer silahlar olmuştur.