Fizikçiler Dünya’nın Röntgenini Çekti >> Global antimadde haritası gezegenimizin içyapısını gösteriyor

Dünya'nın içi: Sırasıyla kabuk, manto, sıvı dış çekirdek, katı iç çekirdek.Ferrara Üniversitesi’nden fizikçi Barbara Ricci ve ekibi Dünya’nın en detaylı antinötrino haritasını çıkardı.1 Antimadde sınıfına giren ve nötrinoların karşıtı olan “antinötrino” parçacıkları gezegenimizin içyapısını ve yeraltı katmanlarını gösteriyor.

Güneş’in çekirdeğinde üretilen nötrinolar gibi küçük bir kütleye sahip olan antinötrinolar, vücudumuzun içinden geçerek Dünya’nın derinliklerine kolayca nüfuz ediyor. Antinötrino parçacıkları gezegenin röntgenini çekmek ve radyoaktif madde haritasını çıkarmak için kullanılıyor.

Antinötrino çekimleri gizlice nükleer silah geliştiren ülkelerdeki nükleer tesislerin de tespit edilmesini sağlayacak.

 

 

Dünya için checkup vakti

Jeologlar Yeryüzü’nün içyapısı ve farklı katmanlarıyla ilgili genel bilgiye sahipler. Hatta kısa süre önce Dünya’da global bir yeraltı okyanusu keşfettiler. Ancak bu genel bilgiler jeoloji teorilerini geliştirmek için yeterli değil.

Bu nedenle Dünya kabuğu ile manto tabakasındaki uranyum 238 ve toryum 232 gibi radyoaktif maddelerin dağılımını öğrenmek için antinötrinoları kullanıyoruz. Böylece dolaylı yollardan Dünya’nın içyapısının detaylı bir modelini oluşturmayı planlıyoruz.

 

 

Dünya’nın içi neden sıcak?

Antinötrino parçacıkları radyoaktif izotopların bozunma ve kararlı atomlara dönüşme sürecinde ortaya çıkıyor (beta bozunumu). Radyoaktif maddeler az miktarda ve seyrek bulunmakla birlikte Dünyamızın içten içe ısıtıyor.

Örneğin uranyumun zamanla kurşuna dönüşmesi milyarlarca yıllık sürede gezegenin içini ısıtan bir ışımaya yol açıyor (uranyum 238 atomlarının yarı ömrü, yani yarısının kurşun atomlarına dönüşmesi 4,468 milyar yıl sürüyor. Bu da yaklaşık olarak Dünya’nın yaşına eşit).

Radyoaktif maddelerin bozunmasının ürettiği ek ısı olmasaydı, Yeryüzü yaklaşık 6000 derece sıcaklıktaki demir-nikel katı çekirdeğin ve Güneş’in sağladığı ısıya rağmen oldukça soğuk bir gezegen olacaktı. Böyle bir dünyanın neye benzeyeceğini merak ediyorsanız, Yıldız Savaşları’ndaki Hoth gezegenine bakabilirsiniz.

 

 

Gene-MutationRadyasyon evrimin dopingi

Nükleer savaş filmlerini ve nükleer santral kazası haberlerini izledikten sonra kendimize dünyada nükleer radyasyondan daha tehlikeli ne olabilir diye soruyoruz. Radyasyon zehirlenmesi ölüme, kansere ve sakat doğumlara yol açıyor. Kısacası canlıların soyunu bozuyor.

Öte yandan, Güneş’ten gelen ve ozon tabakasında filtre edilerek yeryüzüne ulaşan morötesi ışınlar ile kozmik ışınların yol açtığı düşük düzeyli radyasyon organizmalarda mutasyonu körüklüyor. Hücre bölünmesi ve hamile kalma gibi durumlarda genetik kodumuz DNA’yı etkileyen bu değişiklikler, evrim sürecinde yeni canlı türlerinin ortaya çıkmasını sağlıyor.

 

 

Mutasyonların gücü

Dünya kabuğundaki radyoaktif maddeler ortamdaki radyasyon oranını ve buna bağlı mutasyonları artırarak evrim sürecini hızlandırıyor. Dünya’da sadece morötesi ışınlar ve kozmik ışınlar etkili olsaydı (zararlı radyasyonun büyük kısmının ozon tabakası tarafından süzüldüğünü hesaba katarsak) canlı türleri daha yavaş evrim geçirecek ve birçok canlı değişen çevre şartlarına uyum sağlayamadığı için yok olacaktı. Kısacası yeni türler ortaya çıkmayacaktı.

Radyasyon zararlıdır ve biz de kesinlikle nükleer santrallerden uzak durmalıyız, ama biraz radyasyonun hayatın gelişmesi için şart olduğunu görüyoruz. Tabii antinötrino araştırmalarını finanse eden bütün kurumların bunu sadece bilimsel amaçlarla yapmadığını düşünmek lazım ve bu da bizi gerçek dünyaya getiriyor:

 

 

Ukrayna neden bölünüyor?

Detaylı bir antinötrino haritası yalnızca gezegenin iç kesimlerinin ayrıntılı röntgenini çekmekle kalmıyor. Aynı zamanda yerkabuğundaki radyoaktif maddelerin, yani uranyum 238 gibi nükleer santraller ve nükleer savaş başlıkları için gerekli olan izotopların yerinin tespit edilmesini de sağlıyor.

Rusya’nın Ukrayna’yı elde tutmaya çalışmasının en büyük sebeplerinden biri de ülkenin uranyum rezervleri. Ukrayna’nın Rus nükleer sanayisi için gereken uranyumun yüzde 20’sini sağladığını düşündüğümüzde, antinötrino haritasının önemi daha iyi anlaşılıyor. Bu harita henüz keşfedilmeyen uranyum rezervleri bulunmasını sağlayabilir (özellikle de bugün ulaşamayacağımız kadar derinlerdeki rezervleri).

 

 

Nükleer santrallerin termik santrallere benzeyen dev soğutma kuleleri.Nükleer santraller işi bozuyor

Öte yandan bilim adamlarının asıl amacı yeni uranyum rezervleri bulmak değil, jeoloji bilimini geliştirmek. Örneğin yeni bir antinötrino haritası ile radyoaktif bozunmanın yol açtığı ısıyı, Dünyamızın çekirdeğinin sağladığı ısıdan ayırt edebilirler. Bunu gerçekleştirmek için de nükleer santrallerden uzak olan Hawaii Adaları gibi nispeten temiz bölgelerde antinötrino detektörleri inşa etmeyi planlıyorlar.

Şansımıza fizik teorilerini test etmek için kullanılan mevcut nötrino detektörleri de antinötrinoları saptayabiliyor. Bilim adamları bu detektörlerden yararlanarak potasyum 40, toryum 232 ile uranyum 238 gibi radyoaktif izotopların dağılım haritasını çıkaracak ve Dünya’nın iç ısısının yüzde kaçının radyoaktif bozunmadan kaynaklandığını ölçecekler.

 

 

Nötrinolar ve karşı parçacığı antinötrinolar Güneş7in nükleer füzyon reaksiyonları meydana gelen merkezinde de üretiliyor. Antinötrinolar maddeyle çok az etkilemişime giriyor ve 695.500 km yarıçapındaki Güneş'in içinden 2 saniye içinde çıkıp gidiyor. Işığı oluşturan fotonlar ise Güneş7in süper yoğun iç kesimlerinden çıkıp uzaya ışık saçana kadar 200 bin yıl geçiyor. Kısacası Güneş'in Dünyamızı aydınlatan ışığı aslında 200 - 300 bin yıl önce yıldızımızın nükleer fırınında üretildi ama ancak serbest kaldı! :) Oysa Dünya’nın antinötrino haritasını çıkarmak kolay değil. Nükleer santraller ve nükleer atık depoları radyoaktif bozunma yoluyla yapay antinötrino parçacıkları oluşturuyor. Nükleer tesislerin yol açtığı antinötrino kirliliği ile Dünya’nın doğal antinötrino haritasını birbirinden ayırmamız gerekiyor.

Sadece kütleçekim ve zayıf nükleer kuvvete tepki veren antinötrinolar maddeyle, yani bizi oluşturan atomlarla az etkileşime girdiği için bunu yapmak zor.

 

 

 

Süper Kamiokande ve diğer detektörler

Barbara Ricci ile ekibi Dünya’nın en güvenilir doğal antinötrino haritasını çıkarmak için Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu’nun sağladığı nükleer reaktör verilerini kullandı.

Önce antinötrino araştırmaları yapan nötrino detektörlerinin verilerini inceleyen bilim adamları, bu detektörlerin yılda kaç antinötrino parçacığı tespit edebileceğini hesapladı ve elde edilen sonuçları Dünya’da saptanan toplam antinötrino sayısından çıkardı.

 

 

Böylece nükleer santrallerin bir yılda ürettiği antinötrino sayısını kesin şekilde hesaplayan fizikçiler, detektör sonuçlarını Dünya’daki nükleer santral lokasyonlarıyla karşılaştırdı ve tek tek hangi nükleer tesislerin ne kadar antinötrino ürettiğini gördüler.

Gerçekten de insan kaynaklı global antinötrino haritasına baktığımızda Avrupa, Amerika, Rusya ve Japonya’daki nükleer reaktörlerin Dünya’yı nasıl kirlettiğini görüyoruz. Ancak Ricci ve ekibi antinötrino kirliliği görülen yerlere değil, nispeten temiz lokasyonlara bakıyor.

Örneğin Hawaii ile Curacao, dünyadaki nükleer tesislerden uzak olduğundan nötrino araştırmaları için en uygun yerler arasında sayılıyor.

 

 

Yeni detektörler

Kanada’da faaliyete geçen Sudbury Nötrino Gözlemevi (SNO+) şu anda gezegendeki en güvenilir doğal antinötrino haritasını çıkarıyor. Bu noktada dünyanın en gelişmiş nötrino detektörlerine sahip olan Japonya da öne çıkıyor.

Japonya, 2011 yılında meydana gelen Tohoku depremi ve tsunami felaketi nedeniyle radyasyon sızdıran Fukuşima nükleer santralini kapattı. Bu da ülkedeki Süper Kamiokande II nötrino detektörünün yapay radyasyondan kurtularak daha güvenilir sonuçlar vermesini sağladı.

 

 

Tabii yeni nötrino detektörlerini barındırabilecek tesislerden biri de Fransa’nın güneydoğu sınırında yer alan ve İtalya’ya komşu olan Fréjus Yeraltı Laboratuarı. Avrupa Birliği yeni antinötrino deneylerini bu laboratuarda yapabilir.

Ancak Ricci’nin diplomatik bir dille ifade ettiği gibi, “Fréjus Laboratuarı’nda kurulacak yeni bir Avrupa jeo-nötrino detektörü için yakındaki reaktörlerle ilgili ayrıntılı bilgiye ihtiyaç var.” Bu noktada Finlandiya’daki uzak Pyhäsalmi Madeni Avrupa için daha iyi bir seçenek olabilir.

 

 

Nükleer silah geliştiren ülkeleri takip etmek

Kuzey Kore ve İran gibi ülkeler gizlice kendi nükleer reaktörlerini geliştiriyor. Bu ülkelerin nükleer teknolojiye yatırım yaptığı bilinmekle birlikte, nükleer silahlar veya reaktörlerini yerini tespit etmek her zaman kolay olmuyor.

Her ne kadar Ricci açıkça belirtmemiş olsa da ABD ve İngiltere gibi ülkeler antinötrino haritalarını dünyadaki gizli nükleer reaktörlerin yerini tespit etmek için kullanmak istiyor.

 

 

Demokles’in kılıcı

Nükleer savaş tehlikesini önlemek için teknolojinin olanaklarından yararlanılması bilimin doğru kullanıldığında insanlığın geleceğini güvenceye alacağını gösteriyor. Bunun için de bilimsel düşünceyi yaygınlaştırmak, eğitim düzeyini yükseltmek ve vatandaşı bilinçlendirmek şart.

Carl Sagan’ın 80’li yıllardan bu yana dünyada yüz milyonlarca seyirciyi fizik ve evrenle tanıştıran ünlü Kozmos belgeselinin devamını sunan Neil deGrasse Tyson’ın dediği gibi, en gerçekçi politikalar ancak halkın bilimsel eğitim düzeyini artırmakla uygulanabilir.2

 

 

2Yeni Kozmos belgeselini sunan Neil deGrasse Tyson: Bilim demokrasi için neden önemli?

 

 

 

 Nötrino ve antinötrino nedir?

 

 

 

 

1Reactor Antineutrinos Signal all over the world:B. Ricci, F.Mantovani, M. Baldoncini, J. Esposito, L. Ludhova, S. Zavatarelli(Submitted on 17 Mar 2014) http://arxiv.org/abs/1403.4072

 

 

4 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*