Kimya dersinde çekirdek tepkimeleri konusu başlığı altında füzyon konusu da incelenmektedir. Ayrıca fizik açısından da füzyon önemli bir olaydır. Bu yazıda füzyon nedir sorusuna cevap arayacak ve füzyon hakkında bilgi sahibi olmaya çalışacağız.
İki veya daha fazla atomun çekirdeğinin kaynaşması olayına füzyon denir.
Füzyon ile fisyon genellikle karıştırılmaktadır. Fisyon nedir adlı yazıda fisyonu açıkladık. Fisyon çekirdeğin parçalanmasıyken füzyon birden fazla çekirdeğin kaynaşmasıdır.
Füzyon ve fisyon birbirine zıt yapıda gerçekleşen çekirdek reaksiyonlarıdır.
Güneş ve yıldızlarda ortaya çıkan büyük miktardaki enerji füzyon reaksiyonları sayesinde üretilir. Güneş enerjisini nasıl üretir adlı yazıda bunun füzyon reaksiyonları sayesinde olduğunu söyledik.
Füzyon Hakkında Bilgi
Yukarıda da açıkladığımız gibi füzyon, güneşe ve yıldızlara enerji üreten süreçtir. Güneş enerjisinin yaşamın temel enerjisi olduğunu düşünürsek bütün enerjinin nükleer füzyon reaksiyonlarında geldiğini kolaylıkla söyleyebiliriz.
Nükleer füzyon reaksiyonları sayesinde ortaya çıkan enerji ile güneşin merkezinde 15 milyon °C gibi bir sıcaklığa ulaşılmaktadır. Güneşteki bu sıcaklıkla herhangi bir gaz anında plazma haline gelir. Bu nedenle güneşte başka bir fazda madde bulunması imkansızdır.
Güneşte meydana gelen bu büyük olayın evrendeki en hafif elementlerle yapılıyor olması da ilginçtir. Hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityum bir araya gelerek helyum oluşturmaktadır. Bu şekilde inanılmaz bir enerji ortaya çıkmaktadır.
Füzyon Reaksiyonları (Tepkimeleri)
Füzyon tepkimeleri hafif atomların çekirdeklerinin kaynaşmasıyla meydana gelmektedir. İki tür füzyon reaksiyonu vardır. Bunlardan ilkinde proton ve nötron sayıları korunmaktadır. İkincisinde ise proton ve nötron arasında dönüşüm vardır.
Normal koşullarda hidrojen atomunun 1 protonu vardır ancak nötronu yoktur. Hidrojen izotopları olan döteryum 1 nötrona, trityum ise 2 nötrona sahiptir. Döteryum ve trityum tepkime vererek helyum çekirdeğini oluştururlar.
Ancak 3 nötron bir araya geldiğinde 2 nötronlu helyumu oluşturduktan sonra kalan bir nötronu da dışarı verecektir.
D + T → He + n tepkimesi en bilindik füzyon tepkimesidir. Sağ ve sol taraftaki proton ve nötron sayıları da eşit çıkmaktadır.
Yukarıdaki resimde füzyon tepkimesi görselleştirilmiştir.
Diğer füzyon reaksiyonunda ise iki hidrojen bir araya gelerek döteryumu oluşturur. Bu sırada protonlardan biri nötrona dönüşmüş olur.
H + H → D + β++ ν tepkimesinde β+ pozitron, ν ise nötrino taneciğidir.
Füzyon tepkimeleri bu şekilde kaynaşmalarla çeşitlilik gösterir. Bu tepkimelerin ortak noktası ekzotermik olmalarıdır. Her çekirdek kaynaşmasında büyük miktarda enerji açığa çıkar.
Füzyon Santralleri
Güneşin temiz enerji kaynağı olması ve dünyayı kirletmemesi bilim insanlarının aklına yapay güneş fikrini getirmiştir. Füzyon ile işleyen enerji santrali güneştekine benzer bir şekilde enerji üretebilmektedir.
Bu fikirle yüksek miktarda ısı enerjisi elde edip onu elektrik enerjisine çevirmek mümkündür. Elektrik enerjisi depolanıp kullanılabildiğinden enerji için büyük sıkıntılar çeken insanoğluna bir kazanç sağlayabilir.
Ancak füzyonun ne kadar büyük enerji üretebildiği unutulmamalıdır. Bu enerji radyoaktif bir yolla elde edilmektedir. Radyoaktif tepkimeler ise çevre için korkunç sonuçlar doğurabilmektedir. Bu nedenle enerji santrallerinin dikkatli tasarlanması ve kullanılması gerekir.
Hidrojen Bombası
Hidrojen bombası bir nükleer silah örneğidir. Dünya’da daha önce savaşta atom bombası kullanılmıştır. Ancak hidrojen bombası insanlara karşı henüz kullanılmamıştır.
Atom bombası fisyon ile hidrojen bombası ise füzyon ile çalışmaktadır. Bir hidrojen bombası üretmek için gereken enerjiye ancak onlarca atom bombası patlatarak ulaşabiliriz. Hidrojen bombası atom bombasından çok daha güçlü bir enerji üreticisidir.
Hidrojen bombası denemeleri okyanuslarda daha önce yapılmıştır. Rusya ve ABD tarafından farklı tarihte denenen bombalarda Hiroşima’ya atılan atom bombasından 1000 kat daha enerji açığa çıkmıştır.
Hidrojen bombasının patlaması güneş çekirdeğinin dünyaya inmesi gibi büyük bir olaydır. Milyonlarca sıcaklığa ulaşan ortamda hiçbir şey kalmayacak her şey buharlaşacaktır.