Atom Bombası ve Nükleer Santrallerin Temelini Oluşturan Olay: Radyoaktif Bozunma

radyoaktif bozunma atom bombasının mantığı olsa da; olay atomda değil, çekirdektedir

ve yarıçap bakımından atomun çekirdeği, atomdan 100.000 kat küçüktür. çekirdeğin içindeki tüm protonlar (pozitif yüklü olduklarından) birbirini ittikleri için bunları bir arada tutan kuvvetli bir tutkal olmalıdır. çekirdekler kararsız ise kararlı olmak için uğraşırlar ve büyük enerji açığa çıkartırlar.

süpernova gibi bazı yıldızlar patladıklarında çok büyük miktarda kütle çekim enerjisi çekirdek süreçlerine dahil edilir. bu da uranyum ve plütonyum gibi ağır elementleri meydana getirir.

ağır elementler nükleonları alfa parçacığı, elektron, pozitron ya da tek tek nötron olarak fırlatıp en kararlı yapıya doğru hareket ederler, bu da enerji açığa çıkartır. bu esas olarak üzerinden uzun zaman geçmiş bir süpernova patlamasının birikmiş enerjisidir.

nükleonlar çekirdeğin etrafındadır. kuvvetli biçimde bir arada tutulurlar, fakat alfa parçacığı çekirdeğin hemen dışında güçlü biçimde itilecektir. bu iki kuvvetim birleşmesinin etkisi fizikçilerin "potansiyel kuyusu" dediği şeyi oluşturur. bir yanardağın yandan kesitini düşünün, kenarları eğimli, hafif de kenarları eğimli olup derin bir ağzı olsun. bu yanardağın içine girip çıkanları nükleon olarak düşünün. burada nükleonlar veya alfa parçacıkları kuyuyu aşacak yeterli enerjiye sahip değillerdir. zaten olsa kuyunun içinde olmazlardı. fakat kısa süreliğine bir parçacık belirsizlik bağıntısından enerji ödünç alır ve yeterli enerji ile kuyu dışına çıkar. meseleye şöyle bakalım; fakat klasik kuram yerine kuantum kuramı ile bakıldığı takdirde enerjinin yeteri kadar olması gerekmez, parçacık tünel açarak engeli aşabilir ve bu kuantum etkisidir. radyoaktif bozunmanın temelini oluşturan da budur.

bir çekirdeğin sallandığını düşünelim

bir çekirdeğe enerji verilirse salınım o kadar uç noktaya çıkar ki çekirdeği ikiye bölüp iki küçük çekirdeğe ayrılıp alfa ve beta parçacıkları ile nötrondan oluşan minik damlacıkları saçar. bazı çekirdekler için bu ayrılma hızlı hareket eden bir nötronun çekirdekle çarpışması sonucu tetiklenebilir ve her parçalanan çekirdek yanındaki en az iki çekirdeğin parçalanmasını sağlayacak kadar nötron saldığında zincirleme reaksiyon başlar.

işte bu atom bombası sürecidir. bu süreci yavaşlatıp yavaş yavaş işlemesini sağlayıp daha kontrollü enerji elde etmek için de nötronları soğuran bir malzemeyle ayar yapılırsa suyu ısıtarak buhar elde edip elektrik üreten kontrollü bir atom reaktörü oluşur.

gelecekte çekirdek birleştirme sayesinde sınırsız enerji elde etme umudu yeterli sayıda çekirdeği bir arada tutmanın yolunu bulmaya bağlı. ayrıca çekirdekleri birbirime itmede kullandığımız enerjiden daha fazla enerji açığa çıkaracak bir süreç bulmak çok önemli.

bombada her şey daha kolay; esas olarak birleştirmek istediğiniz çekirdekleri uranyumla kaplıyorsunuz, sonra da uranyumu çekirdek bölerek patlatıyorsunuz. çevresindeki patlamadan kaynaklanan içe doğru basınç yeteri kadar hidrojeni bir araya getirip ikinci ve daha muazzam bir füzyon patlamasını meydana getirir.

fakat sivil enerji santralleri (bkz: nükleer santral) için daha incelikli bir iş gereklidir. yüklü çekirdekleri içeride şişe gibi tutacak şekilde ayarlanmış güçlü manyetik alanların kullanımını ve çekirdekleri fiziksel olarak bir arada sıkıştıran lazer demetlerinden gelen ışık palslarını içeriyor.

sonuç olarak radyoaktif bozunma muazzam bir enerji açığa çıkmasını sağlar. kontrollü veya kontrolsüz olması ise ne amaçla (iyi/kötü) kullanılacağına göre değişir.

kaynak: john gribbin - schrödinger'in kedisinin peşinde