füzyon

İki hafif atom çekirdeğinin birleşerek, daha ağır bir atom çekirdeği oluşturması. Tanecikleri bir arada tutan bağlanma enerjisi farklı çekirdeklerde farklı değerler al­dığı için, füzyon sırasında dışarı enerjiler salınır.

Önemli füzyon tepkimelerinden biri, en hafif çekir­dek olan hidrojen atomunun, helyum atomuna dönüş­mesidir. Normal olarak hidrojen çekirdeğinde, bir tek proton bulunur; ne var ki, bunun bir ya da iki nötronla birleşmesiyle, çeşitli yan ürünler, yani izotoplar oluşa­bilir. Bu ürünlere “döteryum” (ya da döteron) ve “trit­yum” (ya da triton) adları verilir.

Enerji salınımı bakımından en verimli füzyon, döter­yum ve trityum füzyonudur. Tepkime sonunda helyum çekirdeği oluşur ve bir nötron ile 17,6 milyon elektron voltluk bir enerji açığa çıkar. Çekirdek kütlelerinin top­lamı alınarak, salınan enerji miktarı hesaplanabilir: Hel­yum ve nötronun kütle toplamı, döteryum ve trityu- munkinden biraz azdır. Aradaki fark, kütlenin enerjiye dönüşümü sonucu açığa çıkmıştır. Yalnızca çok küçük kütle dönüşümlerinin söz konusu olduğu, sıradan kim­yasal tepkimelerle karşılaştırılınca, füzyonda salınan enerjinin korkunç boyutlara ulaştığı söylenebilir. Bir lit­re su içindeki bütün hidrojen çekirdeklerinin füzyon sü­recine girmesi sağlanabilseydi, bunun açığa çıkaracağı enerji, milyonlarca litrelik petrolün yanmasından sağla­nacak enerjiden fazla olurdu. Ne var ki, füzyon tepki­melerini oluşturmak oldukça güçtür. Hidrojen çekir­deklerindeki protonlar, artı elektrik yüklüdür. Tıpkı mıknatısın benzer kutupları gibi, bu artı yüklü protonlar da, birbirlerini iterler (itme gücü, protonların yaklaştırıl- masıyla artar). Füzyon tepkimesini başlatabilmek için, çekirdeklerin, çapı santimetrenin milyon kez milyonda biri kadar olan hacim içine sokulmaları ve elektrik yü­künden oluşan itme gücünü aşma amacıyla, birbirleri­ne doğru çok büyük bir hızla hareket etmeleri gerekir. Füzyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirleyen iki etmen vardır: Çekirdeklerin bir araya geliş yakınlığı (hidrojen yoğunluğu); çekirdeklerin hareket hızı (sıcak­lık). Gerekli sıcaklık, milyonlarca santigrat derece dola­yındadır.

Yani sorun, milyonlarca derece sıcaklıkta, yoğun bir hidrojen hacmi yaratmakta yatmaktadır. Çeşitli ülkeler­deki araştırma merkezlerinde, denetim altında füzyon tepkimeleri sağlamak için, çeşitli yöntemler uygulan­maktadır. Bunun için, yüksek sıcaklıklarda atomlardan kopup ayrılacak elektron ve çekirdekleri içeren, “plaz­ma” adk, yoğun ve sıcak hidrojen hacimlerinin elde edilmesi gerekir. Magnetik alanlarla plazma sıkıştırıla­rak, hem gereken yoğunluk sağlanır, hem de plazma, içinde bulunduğu kabın çeperlerinden uzak tutulur (yoksa kap erir). Başka bir yöntemdeyse, yüksek güçlü lazer ışınıyla, katı döteryum paketleri bombardıman edilir. Ne var ki, elde edilecek füzyon enerjisinin kulla­nılabilir hale getirilmesi için, daha birçok sorunun çö­zülmesi gerekmektedir.

Hidrojen bombalarında, kısa süreli patlamalar halin­de füzyon tepkimeleri oluşturulmuştur. Bu bombalar­da, gerekli sıcaklık ve yoğunluk koşulları, başka patlayı­cılar kullanılarak sağlanır. Sonuçta, milyonlarca ton di­namite eşdeğer enerji elde edilir.

Füzyon tepkimesinin insanlar tarafından başlatılma­sının oldukça güç olmasına karşılık, doğada bu olay kendi kendine ve sık sık oluşur. Sözgelimi gün ışığı ve sı­caklık, güneşteki ve öbür yıldızlardaki füzyon tepkime­lerinin bir sonucudur.

Doğal füzyon tepkimeleri, büyük kütlelerin çekim etkisinden kaynaklanmaktadır. Sözgelimi, güneşin merkezinde çekirdek yoğunluğu, 150 gram/cm³‘tür; sıcaklıksa 14 milyon °C dolayındadır. Bu koşullar altın­da bile, çekirdekler arasındaki on milyon kez milyarda bir çarpışmadan, yalnızca biri füzyonla sonuçlanmak­tadır. Ama bu bile, güneşteki hidrojeni yavaş yavaş hel­yuma dönüştürmeye yetmektedir.