Uzay Yolu’nun Dilityum kristalleri gerçek oluyor: Kristalize lityum yakan yeni füzyon roketleri

Hayal ürünü Dilityum kristalleri, Uzay Yolu’ndaki yıldız gemilerinin ışıktan hızlı gitmesini sağlayan nükleer reaktördeki tepkimeleri kontrol altında tutmakta kullanılıyordu.

Alabama-Huntsville (UAH) Üniversitesi’nin geleceğin nükleer füzyon roketleri için geliştirdiği yeni yakıtta da döteryum ve “kristalize lityum” kullanılıyor.

Alabama-Huntsville (UAH) Üniversitesi’nde doktora çalışmalarını sürdüren Ross Cortez, gelecekte uzay yolculuklarını kolaylaştıracak olan yeni kristal füzyon yakıtıyla ilgili şu bilgileri veriyor:

[Füzyon roketiyle çalışan uzay gemileri için] üzerinde çalıştığımız füzyon yakıtı, döteryumdan (hidrojenin kararlı bir izotopu) ve kristalize bir yapıda bulunan Li6’dan (bir lityum izotopu) oluşuyor. Resmen dilityum kristalleri kullanıyoruz diyebiliriz ve Uzay Yolu fanları buna bayılacak. Özellikle de bu konsepti [Uzay Yolu’ndaki gibi] içtepi motoru olarak adlandırdığımızı öğrendiklerinde…

İşin basit mantığı
Kristaller, atomların belirli bir sıkı düzen içinde olduğu, kendi kendini tekrarlayan yapılardır. Atomların küçük bir alanda sıkı bir paket halinde toplandığı kristaller, bu nedenle az yer kaplıyor ama yüksek enerji içeriyor.

Füzyon motorları için de bize nükleer yakıt gerekiyor ve bu yakıtı kristal bir yapıya oturtursak, az yakıtla çok enerji üretmiş oluyoruz. Hatta kristalize yapıların yüksek enerjiye sahip olması, nükleer füzyon yakıtından göreli daha düşük sıcaklıklarda enerji üretmemizi sağlıyor. Böylece uzay gemisinin kendisini eritecek kadar yüksek sıcaklıklara gerek kalmadan, nükleer motorları güvenli bir şekilde çalıştırabiliriz.

Bu olayı, futbol maçlarında yaşanan izdihamı düşünerek kafanızda canlandırabilirsiniz. Maçlarda insanlar itiş kakış koridorlara girer ve yine sıkış tıkış otururlar. Ani bir hareket veya kavga sırasında kalabalık aniden hızlanabilir ve bu da insanların birbirini ezdiği izdihama yol açabilir. Çünkü kalabalığın dar alanda biriktirdiği yüksek enerji artık açığa çıkmıştır.

Füzyon roketinin içini dolduran kristalize füzyon yakıtı da işte böyle sıkı paketlenmiş ve yüksek miktarda potansiyel enerji barındıran atomlardan oluşuyor. Zaten nükleer füzyon küçük ve hafif atomların yüksek sıcaklık ve basınç altında kaynaşarak büyük ve ağır atomlar halinde birleşmesi demek. Bu sırada büyük bir enerji açığa çıkıyor. Bu enerji füzyon roketlerini ateşleyerek uzay gemisinin ışık hızına yakın müthiş bir hızda gitmesini sağlıyor.

Füzyon motoru nedir? (Güneş topla benim için)
Füzyon motorları, füzyon enerjisiyle çalışan roketler demek. Bu konuda basit bir sorun var: Füzyon, dünyamıza hayat veren Güneş’in ışık ve ısı yaymasını sağlayan enerjidir. Füzyon reaksiyonu, Güneş’in merkezinde, inanılmaz bir basınç altında ve 15 milyon derece sıcaklıkta gerçekleşir. Güneş’in çapı Dünya’mızın yaklaşık 116 katıdır ve Dünyamızın çapı 12 bin kilometredir. Tabii bu kadar büyük bir gökcismi olan Güneş’in merkezinde, üst katmanlardaki gazın ağırlığı nedeniyle muazzam bir basınç oluşur. Bu yüzden de Güneş’in merkezinde füzyon çok düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir.

Şimdi diyeceksiniz ki 15 milyon derece soğuk mu? Değil tabii ama Dünyamızda veya uzay gemilerinde bu kadar yüksek basınca ulaşmamız imkansız. Çünkü uzay gemileri tahmin edebileceğiniz gibi Güneşten çok daha küçük ve çok daha hafif… Öyleyse düşük basıncı yüksek sıcaklıkla, yani ek enerji ile telafi etmemiz gerekiyor. Sözün özü, uzay gemisinde kullanılan yakıtta füzyon reaksiyonu başlatmak için 150 milyon derece sıcaklığa erişmemiz şart!

Bu da arka koltukta koca bir Güneş yakmak anlamına geliyor… Bu yaz sıcağında İstanbul’da nasıl perişan olduğumuzu hatırlarsınız. Üstelik Güneş ortalama 150 milyon kilometre uzaktan bizi böyle kavuruyor. Madem öyle, sadece birkaç yüz metrelik bir uzay gemisinde, gemiyi ve kendimizi buharlaştırmadan nasıl füzyon roketi yakacağız?

Dünyada her yıl 1 saniyeliğine de olsa yeni Güneşler yakıyoruz
Kendimizi kandırmayalım: Oda sıcaklığında füzyon, yani soğuk füzyon mümkün değildir. Ancak, milyonlarca derecelik sıcaklıklarda gerçekleşen füzyonun yanma sıcaklığını manyetik alanlar kullanarak motora hapsetmenin yolları var.

Nitekim, dünyada birkaç deneysel füzyon reaktörü bulunuyor. Her yıl, bilim adamları, bu reaktörlerde 1 saniyeliğine de olsa yeni güneşler yakıyor. Dolayısıyla yanma sıcaklığını biraz düşürsek, bu füzyon reaktörlerindeki manyetik güç alanı teknolojilerini kullanarak, füzyon roketli uzay gemileri inşa etmemiz mümkün olacak. İşte bilim adamlarının yanma sıcaklığını düşürmek için kristalize füzyon yakıtı kullanmak istemesinin sebebi bu.

Ne zaman çıkacak bu füzyon motorları?
Mars yolculukları için nükleer motorların önemine vurgu yapan Mars Derneği başkanı Robert Zubrin’in daha 80’lerde dediği gibi, bu motorları 2030’dan önce geliştirmemiz imkansız. Hatta ekonomik fizibilite zorlukları nedeniyle (“Motorlar çok pahalı kardeşim!” demenin süslü yolu 🙂 ), füzyon motorlarının ilk denemelerinin 2060’tan önce yapılabileceğini sanmıyorum.

Üstelik bu füzyon motorları ışıktan hızlı gitmeyecek. Çünkü Uzay Yolu’nun hayali dünyasının tersine, bizim evrenimizde ışıktan hızlı gitmek imkansız. Görelilik teorisinin mucidi Einstein’a göre, sadece ışık hızına yaklaşabiliriz ama bunun için de çok yüksek enerji gerekiyor. Füzyon motorlarının bile bu kadar yüksek enerji sağlaması olanaksız (en azından önümüzdeki 50 yıl boyunca).

Diyeceksiniz ki Kozan sen ne söylüyorsun? Ne işe yaradı yavaş giden füzyon motorları? Sevgili okurlar, yavaş gitmekten yavaş gitmeye fark var… Apollo 11 astronotları Ay’a saatte 40 bin kilometre hızla gittiler. Dünyanın en hızlı uzay araçları olan ve milyarlarca kilometre uzakta Güneş Sistemi’ni terk etmek üzere bulunan Voyager uzay sondaları bile, şu anda sadece saatte 50 bin kilometre hızla gidiyor. Bu hızlarda Mars’a insan göndersek, yolculuk, gidiş dönüş en az 520 gün sürer. Marsa 260 günde git, 5 gün kal, sonra geri gel… Bu akıl kârı mı?

Oysa kristalize füzyon yakıtı kullanan yeni füzyon roketleri saatte 115 bin kilometre hıza ulaşacak. Bu da Mars’a 3 ayda gitmek anlamına geliyor. O kadar uzun değil aslında, Kristof Kolomb da o sürede gitmişti Avrupa’dan Amerika’ya… Dolayısıyla yeni füzyon roketleri çok faydalı. Böylece asteroit kuşağına gitmek, oradan maden çıkarmak ve Mars’la birlikte, insanoğlunun ilk gezegenler arası ekonomisini kurmak 100 yıl içinde mümkün olacak. Bunu bildiğimiz sıvı ve katı yakıtlı kimyasal roketlerle yapamayız. Bu roketler o kadar hızlı gidecek kadar güçlü değil.

Uzay Yolunu bilmem ama biz Dünyada uzay gemisi inşa etmiyoruz
Bunun sebebi belli. Füzyon roketleri nükleer roketlerdir ve nükleer radyasyona yol açar. Zülfi Livaneli’nin Güneş Topla Benim İçin eserinde olduğu gibi şiirsel ifadeler kullanabiliriz ama füzyon roketi demek, aslında arka koltukta termonükleer bomba patlatmak demektir. Bu tür motorları dünyada imal edemeyiz, yoksa bir kaza yaşansa, Japonya’daki tsunami felaketi gibi nükleer sızıntı olur.

Ancak, uzay gemisini Dünya yörüngesinde veya daha güvenlisi Ay yörüngesinde inşa edebiliriz. Olmadı, gemiyi, Ay’la Dünya arasında bulunan ve bir kişinin ne Ay’a ne de Dünya’ya düştüğü sabit Lagrange noktalarından birinde inşa ederek sorunu çözeriz. Lagrange noktalarında Dünya ve Ay çekimi birbirini sıfırlıyor. Burada bir tornavida düşürseniz, milyarlarca yıl boyunca hiç hareket etmeden olduğu yerde kalır. Bir kazada açığa çıkacak radyoaktif maddeler de Dünya’ya düşmeden olduğu yerde durur. Uzayda gemi inşa etmenin espirisi bu.

Pilot kabinini yanmaktan nasıl koruruz?
Manyetik alanlar sayesinde! Bunu Yıldız Savaşları filmlerinden biliyoruz: Lazer silahlarını durduran ışın kalkanlarından söz ediyorum… Füzyon yakıtı yanınca çok sıcak bir gaza dönüşüyor. Buna plazma diyoruz. Gaz plazma haline geçtiğinde, gazı oluşturan bazı atomların elektronları da bağlı bulunduğu atomdan kopuyor ve bu elektronlar, diğer atomların etrafında serbestçe dolaşmaya başlıyor. Kısacası gaz kısmen iyonize oluyor.

Bu yüzden, milyonlarca derece sıcaklıktaki gazlardan oluşan plazmayı güçlü süper mıknatısların oluşturduğu bir manyetik güç alanı içinde hapsedebilirsiniz. Sonuç olarak, evrende milyon derece sıcaklıkta erimeyen bir metal yoktur ama manyetik alanlar, uzay gemisini sıcak radyoaktif gazlardan koruyan bir kafes işlevini görecektir.

Kristalize füzyon yakıtı düşük sıcaklıkta plazma ile yüksek enerji üretmemizi sağlar. Böylece daha az enerji gerektiren daha zayıf manyetik alanlarla, bu plazmayı kontrol altında tutabiliriz. “İyi de ilk yanmanın ve manyetik alanın enerjisi nereden geliyor?” derseniz, füzyon reaksiyonunun bu tepkimeyi başlatmak için, yani yakıtı tutuşturmak için kullandığınız enerjiden kat kat fazlasını ürettiğini söyleyebilirim… Füzyon motoru bir kez çalıştı mı, yakıtı bitene kadar yanmaya devam eder ve bu arada plazmayı hapseden manyetik alanı besleyecek kadar enerji üretir. Bütün iş kibriti çakmakta ve kristalize füzyon yakıtı ile kibriti çakmak çok daha kolay.

http://www.uah.edu/news/research/3855-alpharetta-graduate-seeking-holy-grail-of-rocket-propulsion-system-alpharetta-graduate-seeking-holy-grail-of-rocket-propulsion-system#.UIWEW4Yau9b