Girdaplı Atomik Helyum Işını ile Nükleer Füzyon
Amerikalı bilim insanları, atomaltı parçacıkları görmek için yeni bir parçacık ışını teknolojisi geliştirdiler. Oysa “girdaplı atomik helyum ışını” asıl nükleer füzyon enerjisi üretiminde kullanılacak. Hidrojen atom çekirdeklerini kaynaştırarak helyum çekirdeği oluşturan füzyon reaktörleri, bu süreçte büyük miktarda ısı üretiyor. Öyle ki atomu parçalayan geleneksel nükleer güç santrallerinin tersine, atomları birleştirerek çalışan reaktörler, 10 kat verimli ve 100 kat ucuz temiz nükleer enerji üretecek.
Füzyon reaktörlerini önceki yazılarda anlattım. Öte yandan girdaplı atomik helyum ışını, özellikle tokamak dediğimiz, simit şekilli yanma odası kullanan yeni nesil füzyon reaktörlerinde devrim yapacak. Biz de önce girdaplı atomik helyum ışınının ne olduğu ve nasıl üretildiğini görelim. Ardından bunu nükleer füzyon enerjisi ve yeni atomaltı mikroskoplarda nasıl kullanacağımızı anlatalım:
Atomik helyum ışını nedir?
California Üniversitesi Berkeley yerleşkesi araştırmacıları, tıpkı lavabo giderinden dökülen su gibi girdaplar çizen bir parçacık ışını ürettiler. Fotonlardan oluşan lazerlerin tersine, parçacık ışınları elektronlar ve atom çekirdekleri gibi kütleli parçacıklardan oluşur. Parçacık ışınları lazer gibi ışık hızında gitmez ama uzaya ışık hızına yaklaşarak yayılabilir. Öyle ki bu tür ışınları gelecekte silah olarak kullanmak mümkündür. Özellikle de atom çekirdekleri yerine nötr atomlardan oluşan “ölüm ışınları” Tesla’nın hayallerinden biriydi ama biz bu yazıda barışçıl amaçlara odaklanıyoruz.
Parçacık ışınlarıyla nükleer füzyon reaktörlerindeki plazma akışı arasındaki en büyük fark, plazmanın çağıldayan su gibi odaklanmamış atom çekirdeği akışından oluşmasıdır. Bunun yerine parçacık ışınları aynı fazda olan ve ince bir ışın halinde odaklanmış parçacıklardan meydana gelir. Kısacası parçacık ışınlarıyla daha çok enerji taşıyabilir, bunları lazer kaynağı gibi metalleri kesmekte kullanabilirsiniz. Bu tür ışınlar aynı zamanda enerjiyi daha verimli aktarmanızı sağlar. Siz bunu füzyon santralleri için akılda tutarken ben de atomik helyum ışınlarının kuantum özelliklerinden söz etmek istiyorum.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Atomik helyum ışını nasıl üretilir?
Eş fazda olan fotonların nasıl davranacağı kuantum mekaniğinde bellidir. Buna karşın parçacık ışınları, atomlar gibi karmaşık yapılardan oluştuğunda ek özellikler kazanır. Örneğin bu ışınları, iyonize çekirdekleri manyetik alanlarla sınırlayıp güderek oluştururuz. Çıplak atom çekirdekleri iyonizedir; çünkü çekirdekteki pozitif protonların yükünü eksi yüküyle sıfırlayacak, yani nötr atom oluşturacak elektronlar çekirdeklerden kopmuştur. Bu yüzden çıplak çekirdekleri ışın haline getirmek daha kolaydır.
Yine de sadece 1-2 elektronunu kaybetmesine rağmen, diğer elektronlarını koruyan kısmen iyonize olmuş atom akışını da manyetik alanlar yoluyla parçacık ışınlarına dönüştürmek mümkündür. İşte bütün bu karmaşık etkileşimler egzotik kuantum etkilere yol açar. Örneğin çıplak çekirdeklerin protonları, parçacık ışını akışını saptıran ek manyetik alan üretecektir. Sonuçta hareket halindeki yükler dinamo etkisiyle manyetik alan üretir ki protonlar da pozitif yüklerdir.
Dahası atom yörüngesinde hâlâ dönen elektronlar varsa onlar da kendi manyetik alanını oluşturacaktır. Proton ve elektronların manyetik alan üretmesi onların manyetik momentumu, dolayısıyla da açısal momentumuyla ilgilidir. Çok kabaca buna nesnelerin kendi çevresinde dönüş yönü diyebiliriz. Demek ki atom çekirdekleri ve iyonize elektronlar, onları parçacık ışını olarak odaklayan genel manyetik alanı saptırabilir. Teli büker gibi bükebilir ve işte o zaman çok ilginç bir şey olur! Siz uzay filmlerdeki ışın tabancılarından düz ışın çıkmasına alışıksınız değil mi?
Atomlara cambazlık yaptırmak
Buna rağmen Amerikalılar, tıpkı bir kurmalı saatin zembereği gibi sarmallar çizen helyum ışınları ürettiler. Star Wars meraklıları bu benzetmeyi anlayacaktır. Işın kılıçları yerine Lumiya’nın Star Wars Legends’daki sarmal “ışın kemendini” düşünün. Onun gibi bir şey ki özetle… İyonize atomların yörüngesindeki elektronlar ve çıplak çekirdeklerdeki protonların manyetik alan üretmesinin sebebi, bunların minik birer mıknatıs olmasıdır. Peki o zaman nasıl bir sarmal ışın ortaya çıkar? Mesela sarmallar çizerken ışının kolları birbirine yaklaşabilir veya uzaklaşabilir. Bu önemli etkiyi görelim:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Atomik helyum ışını çok hassastır
Ayrıca bu tür ışınlar sarmallar çizerken tıpkı şaklayan bir kırbaç gibi dalgalanabilir. Hatta bu dalgalanmanın, ışının çıkış yeri veya ucunda daha şiddetli olmasını sağlayabilirsiniz. Atom düzeyinde ise sizi çok daha garip cambazlıklar bekliyor. Örneğin çekirdeğe en yakın yörüngelerdeki elektronların, çekirdek çevresinde ondan daha hızlı dönmesini sağlayabilirsiniz. O zaman da her atom minik bir dinamoya, yani elektrik türbinine dönüşür. Böylece tek tek atomlardan elektrik akımları üretirsiniz. Hem de negatif yüklü elektronlarla pozitif yüklü protonlar farklı hızlarda dönen zıt akımlar oluşturur.
Teknik açıdan, girdaplı parçacık ışınlarıyla onları oluşturan atomların manyetik momentumunu değiştirirsiniz. Böylece sarmal ışınları bizzat onları oluşturan atomlarla koyun gibi güdersiniz. Yaşasın Faraday’ın manyetik endüksiyon yasası! Oysa girdaplı ışınları sadece atomik manyetizmayla yöneteceğinizi sanıyorsanız yanılıyorsunuz. Kuantum mekaniğinin garip olduğunu söylemiştim. Nitekim atomlar yalnızca parçacık olsa girdaplı ışınlar üretemezdiniz. Neyse ki atomlar aynı zamanda dalgadır:
İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?
Girdaplı helyum ışını
Amerikalılar da atomların dalga özelliğinden yararlandılar. İyonize helyum atomlarını sadece 600 nanometre genişliğinde delikleri olan mikroskobik bir ızgaraya yolladılar. (600 nanometre, metrenin milyarda 600’ü demektir). Oysa helyum atomları ızgaradan geçerken sadece geri sekmedi veya ileri sıçramadı. Aynı zamanda aynadan yansıyan ışık dalgaları gibi yansıdı, camdan geçer gibi kırıldı. Köprünün ayakları arasından akan su dalgaları gibi girişim yaptı. Böylece girdaplı atomik helyum ışını üretti. Üstelik bu ışınlar ızgaradaki her delikten dışa doğru eşmerkezli halkalar halinde yayıldı.
Dahası halkaların içinde farklı frekanslarda daha küçük dalgalar vardı. Bunları da uyarık ikili tekizler oluşturuyordu. Fizik dilinde bunlar, iki helyum atomunun birleşip geçici moleküler helyum oluşturmasıdır. Helyum normalde atıl bir gaz olduğu için molekül oluşturmaz ama siz helyum ışınlarındaki gibi aşırı manyetize olmuş atomlarla bunu yapabilirsiniz. Peki bu ne işe yarar?
Öncelikle maddenin yapıtaşı olan atomların yüzde 99’u boşluktur. Dolayısıyla atomlara mikroskobik ızgara gözüyle bakabilirsiniz. Siz de helyum gibi diğer atomlarla reaksiyona girmeyen atıl gazlardan girdaplı atomik ışınlar üretirseniz bu harika bir şey olur. Işınlar, atomun deyim yerindeyse mikroskobik kapı–penceresinden geçerken kırılarak geri yansır. Böylelikle atomları Instagram özçekimi yapar gibi süper detaylı görürsünüz. Sonuçta geleceğin hiper alaşımlarını üretmek üzere malzeme bilimini geliştirirsiniz. Bu ileride süper detaylı evren simülasyonları yapmanızı sağlar. Ha bir de yazının başında dediğim temiz nükleer enerjiyi üretirsiniz:
Nükleer füzyon animasyonu
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Helyum ışını ve nükleer füzyon
ABD dışındaki bütün deneysel füzyon reaktörleri simit veya burgulu simit şeklindedir. Bunun içinde 100 milyon derece sıcaklıkta hidrojen plazması dolaşır. Burgulu simit yanma odalarında plazmayı, yassı spagetti makarnayı ıslak bezi sıkar gibi burarsınız. Her durumda hidrojen atomları yüksek sıcaklık altında sıkışmaktan kaynaklanan yüksek basınca maruz kalır. Böylece kaynaşarak helyum çekirdekleri ve dolayısıyla nükleer enerji üretir.
Oysa plazmayı yanma odasında tutacak manyetik alanlar, elektrik tüketimini artıran özel süperiletken elektromıknatıslar ister. Ayrıca plazma kontrolden çıkınca enerji üretimi durur. Dahası ipini koparan plazma yanma odasında kamçı gibi şaklar. Odayı deler ve sert nötron radyasyonu ile yanma odası metalinin delik deşik radyoaktif metal haline gelmesine neden olur. Kısacası temiz nükleer füzyonun bile nükleer atık üretmesini sağlar. Bunu çözmek çok marifet ister!
Bugüne dek söz konusu plazma darbesi sorununu çözemedik. Nükleer füzyonun önündeki en büyük engel de budur. Oysa girdaplı atomik helyum ışını üretme tekniğini hidrojen plazmasına uygularsanız, simit şekilli yanma odasında plazma yerine, hidrojen parçacık ışınlarıyla enerji üretirsiniz. Bu ışını kontrol etmek daha kolaydır. Plazma kazaları azalır ve daha az ateşleme enerjisi kullanarak daha çok enerji, yani elektrik üretirsiniz. Tabii biz nükleer füzyonun başında olduğumuz için buna daha var:
İlgili yazı: Yıldızlar Ne Kadar Yaşar ve Nasıl Ölür?
Helyum ışını için sonsöz
Yine de bugünkü Su-35 ile F-35 gibi savaş uçaklarında süper seyir ve süper manevra yeteneği var değil mi? Bunun da ışık hızının yüzde 8’i ile bizi komşu yıldızlara götürecek nükleer füzyon roketleriyle çok ilgisi var. Onların da füzyon plazma egzozunu parçacık ışını egzozuna çevirirsek daha hızlı gitmelerini sağlarız. Mesela ışık hızının yüzde 12 veya 20’sine ulaşırsak harika olur. Unutmayın, nükleer plazma denetiminde en büyük sorun nedir? Plazmayı kontrol edecek kadar güçlü manyetik alanlar üretmek… Oysa atomik helyum ışınlarında, helyum atomları kendi manyetik alanını üretip kendini denetliyor.
Öyle bir ışın yapın ki koyun gibi kendini gütsün. 😊 Bu sayede nükleer enerji maliyetlerini azaltıp temiz nükleer enerjiye kavuşursunuz. Böylece atomik helyum ışını teknolojisinin neden devrimsel olduğunu gördük. Siz de nükleer füzyon roketlerindeki çok daha ezgotik bir plazma denetim teknolojisine, yani helyum 3 zaman kristallerine şimdi bakabilirsiniz. Mars’a gitmek için geliştireceğimiz nükleer termal roketleri hemen görebilirsiniz.
Hızınızı alamayarak Türkiye’nin parafin yakan yörünge roketlerine göz atabilirsiniz. Kendinizi cesur hissediyorsanız Isparta uçak kazasında yitirdiğimiz bilim insanlarıyla süresiz ertelenen, Türkiye’nin temiz toryum nükleer reaktör projesini de okuyabilirsiniz. Bilime hâlâ doyamayanlar ise Dünya’nın tek doğal nükleer reaktörü Oklo’yu hemen inceleyebilirler. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Lazer yelkeniyle Mars’a 3 günde gidelim
1Vortex beams of atoms and molecules
