Doğa bizler için kısıtlar koymuş: İlk kısıt yaşam süresi, yani ölümlü olmak. Tüm canlılarda olduğu gibi bizler de bir sonraki nesli oluşturup veda etmek zorundayız; kısaca söylemek gerekirse, yaşamın sürekliliğini sağlamak adına bir ara halka görevini yerine getirmek gibi bir misyonla yüklenmişiz.
Yalnızca yaşam süresi değil, yaşamı sürdürebilmenin de kısıtları var: Hava, su ve enerji. İlk ikisini gezegenimiz sağlıyor; enerji ise yıldızımız Güneş'ten bize hediye.
Gezegenimizin de koyduğu kısıtlar var: Başta yerçekimi; bizleri Dünya yüzeyinde kalmaya zorluyor. Bir uzay yolculuğu için önce onu aşmanız gerek. Aştınız diyelim, daha ileriye gitmenizi engelleyen havasız bir ortam bizi bekliyor olacak.
İnsan, geliştirdiği uzay araçları ve yüksek teknolojik ürünlerle bugün bu engelleri aştı. Dünya dışına çıkmak artık sıradan bir olay, ancak yolculuğumuz da en fazla Mars'a kadar.
Bir diğer kısıt ise "ışık hızı"; bizim Güneş Sistemi dışına çıkmamızı engellemek üzere konulmuş gibi.
Dış gezegenler hakkında bildiklerimizin çoğu son 50 yılda gerçekleşti. Cassini'nin hâlâ sürmekte olan Satürn araştırması, Curiosity'nin Mars yüzeyi araştırması, New Horizon'un uzay aracıyla Plüton'u geçişi ve elbette Pioner ve Voyager programlarının sağladığı bilgiler ışığında Mars'ın ötesini de görebilir olduk.
Bunların tümü Pu-238 izotopunun bize sağladığı yakıt desteği ile gerçekleşti.
Özellikle uzun mesafeli uzay araştırmalarında Güneş enerjisi çok zayıf; kimyasal piller dayanıklı değil; nükleer fisyon sistemleri ise ağır kalıyordu. Pu-238'in bu alfa aktif özelliği onu süper yakıt yapıyor.
NASA'nın tüm uzun mesafeli uçuşlarında MMRTG olarak bilinen Pu-238 izotopu içeren piller kullanılmakta. Pu-238 pilleri desteğinde ikiz Voyager uzay araçları 45 yıl yolculuk sonrasında Güneş Sistemi'nin sınırlarını aşarak yıldızlar arası bölgeye doğru ilerliyor. Onlara bu süper desteği sağlayan Pu-238 pillerinin bir 10 yıl daha yeteceği söyleniyor. Ancak bu elementin stoklarda gittikçe azalıyor olması uzay keşfinin geleceği açısından kaygı verici olarak niteleniyor.
Biliyorsunuz, bir element onu oluşturan atomların çekirdeğindeki proton sayısı ile tanımlıdır. Örneğin Plütonyum elementinin atom çekirdeğinde 94 proton bulunur; bu onun kimliğidir, değişmez. Ancak nötron sayıları farklı olabilir. İşte proton sayıları aynı nötron sayıları farklı atomlar, o elementin izotopları olarak adlandırılırlar
Pu-238 izotopunun çekirdeğinde, 94 proton ve 144 nötron bulunur ve radyoaktiftir. Yani kendiliğinden bozunarak başka bir elemente dönüşme özelliğine sahiptir ve bunu yaparken büyük miktarda enerji açığa çıkar.
Bir radyoaktif elementi tanımlayan bir diğer özellik ise yarılanma ömrüdür. Yarılanma ömrü ya da yarıömür, o elementin mevcut atomlarının yarısının başka bir elementin atomuna dönüşme süresi olarak tanımlıdır. Bir hesapla, 10 yarıömür sonra radyoaktif element bu özelliğini yitirmiş olacaktır.
Pu-238, alfa aktiftir ve atom çekirdeği yüksek hızda bir alfa parçacığı (helyum çekirdeği) atarak bir uranyum atomuna dönüşür. Yarılanma ömrü ise 86,4 yıl olduğundan mevcut Pu-238 atomları 86,4 yıl sonra yarıya inecek ve 846 yıl sonra da aktiflik özelliğini kaybedecektir.
Bu süreçte Pu-238 atomu tarafından atılan helyum mermileri, kurşundan iki kat daha yoğun bir malzeme olan bir plütonyum yığını içinde çevre atomlarla çarpışır ve bunun sonucunda büyük bir enerji ortaya çıkar. Bu enerji kullanılabilir güce dönüştürüldüğünde bir uzay aracına onlarca yıl güç sağlayabilecek bir pil sağlanmış olur.
Diğer birçok elementte olduğu gibi Pu-238 izotopunun da doğal kaynağı süpernovalar, yani ölmekte olan büyük yıldızların patlayarak evrene saçmakta oldukları yıldız tozları. Ancak 86,4 yıl gibi kısa bir yarıömür nedeniyle Pu-238'in daha Dünya oluşmadan yok olduğunu anlıyoruz. Yani doğada bulunmuyor.
Yapay olarak Pu-238 elde etmenin yolları var. Bunlardan biri ve en yaygını geçmişte nükleer bomba yapımına dönük faaliyette olan nükleer reaktörlerdi. Ancak bu reaktörler Soğuk Savaş sonrasında durdurulmuştu.
Soğuk Savaş dönemi nükleer reaktörlerinde genellikle zenginleştirilmiş U-235 yakıtı kullanılırdı. Reaktör kalbinde U-235 çekirdeklerinin nötronlarla etkileşmesi ile sırayla U-236 ve U-237 ve ardından U-237 beta bozunumu ile Neptünyum-237 oluşur. Daha sonra Neptünyum-237 fisyon sonucu ortaya çıkan bir nötronu yakalar ve ardından bir beta (elektron) atarak Plütonyum-238'e dönüşür. Bu yöntem Pu-238 elde etmenin en pratik yoludur. Aşağıda bu etkileşim zinciri görülüyor.
Soğuk Savaş sonrası yapılan anlaşmalar uzantısında 1980'lerin sonunda, ABD ve Rusya nükleer tesislerini sökmeye başladılar.
ABD Pu-238 üretimini durdurdu ancak Rusya üretimine devam etti ve gezegenin tek Pu-238 tedarikçisi durumuna geldi. ABD de 1993 yılında Rusya'dan ilk parti Pu-238 satın aldı ve zaman içinde ihtiyacını Rusya'dan karşılama yoluna gitti.
Ancak zamanla Rusya siparişleri yerine getirmekte zorlanmaya başladı ve dahası Rusya'nın Pu-238 üretimine devam edip etmeyeceği de belirsiz kaldı.
Bu belirsizlik, NASA'nın uzun mesafeli uzay araştırmaları için ciddi bir sorun haline geldi.
Son 50 yılda uzay misyonlarının olağanüstü başarısı, ABD yönetimini 30 yıllık aradan sonra Pu-238 üretimi için harekete geçirdi. Pu-238 nükleer silah teknolojisinde bir yan ürün olmakla birlikte tek başına nükleer bomba için kullanılamazdı ve dolayısıyla üretim için bir sorun olmamalıydı.
ABD hükümeti kısa süre önce, ülkenin neredeyse otuz yıl önce kapattığı üretim yeteneklerini yeniden oluşturmak için önemli bir bütçe ayırdı ve Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda (ORNL) bir nükleer reaktörde 30 yıl aradan sonra küçük ölçekte plütonyum üretildiğini duyurdu.
Uzay araştırmalarının devamı açısından bu önemli bir başlangıçtı.
Bizler 50 yıl öncesine kadar gezegenimizin tutsağıydık; onu aştık ve bugün Güneş Sistemi'nin içinde tutsağız.
Öyle görünüyor ki, Pu-238 yakıtı bizlere çok daha uzaklara gitme şansı verecek. Voyager 1'in Güneş Sistemi'nin sınırına 45 yılda ulaştığını göz önüne alırsak yaşam süremizi de o oranda artırmamız gerekiyor.
İşte o zaman elimizdeki bu sihirli Pu-238 yakıt silahı ile bir gün bu kozmik hapishaneden kaçma şansımız olacak!
Nafiye Güneç Kıyak kimdir? Nafiye Güneç Kıyak, Lisans eğitimini İstanbul Üniversitesi (İÜ) Fizik Bölümü ve yüksek lisans eğitimini İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Nükleer Enerji Enstitüsünde tamamladı. Çalışma hayatına Türkiye Atom Enerjisi Kurumu- Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nde araştırma reaktörü radyasyon güvenliği sorumlusu olarak başladı. Doktora sonrası Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu bursu ile Almanya-GSF (Gesselshaft für Strahlen und Umweltforshung-Munchen)'de "nükleer santraller çevre analizleri, radyasyon dozimetrisi, nükleer teknikler" alanlarında çalışmalarda bulundu. Yurda dönüşünün hemen ardından doçent ve daha sonrasında da profesör oldu. 1996 yılında kurulan Işık Üniversitesi'nin kuruluş çalışmalarına katıldı ve çeşitli kademelerde görev alarak kurucu fizik bölüm başkanlığı, Fen Bilimleri Enstitüsü müdürlüğü görevlerinde bulundu. "Lüminesans Araştırma ve Arkeometri Laboratuvarı"nı kurdu modern fizik konularında lisans ve yüksek lisans dersleri verdi. 2010- 2015 yılları arasında Işık Üniversitesi Rektörü olarak görev yaptı. Rektörlük süresini tamamlamasının sonrasında Feyziye Mektepleri Vakfı okulları CEO'su görevinde bulundu. Prof. Kıyak'ın uluslararası bilimsel dergilerde yayımlanmış çok sayıda bilimsel makalesi, yurtiçi ve yurt dışında sunulmuş 200 dolayında bilimsel çalışması bulunmaktadır. Ayrıca popüler bilim alanında üç kitabın yazarıdır: Aklın bilinmeyene yolculuğu: KOZMOS; Sırlar evrenine açılan kapı: KUANTUM ve Başlangıcın ötesi: ÇOKLU EVRENLER. 2019'dan bu yana T24 Haftalık’ta popüler bilim konularında yazılar yazmaktadır. Prof. Kıyak evli ve iki çocuk sahibidir. |
