Termonükleer Bombası

termonükleer enerji oluşturan nükleer bomba.
(Termonükleer silahların gücü megaton birimiyle belirtilir.)
[HİDROJENLİ SİLAH da denir.]

—ANSIKL. Nük. müh. iki hafif çekirdeğin, örneğin iki hidrojen çekirdeğinin kaynaşması, bir ağır çekirdeğin parçalanması ile birlikte enerji üretmek için kullanılabilen iki nükleer tepkime türünden biridir. Bu enerji, hidrojen bombalarında (ya da H bombaları) kullanılmış, ama 1950'lere doğru başlayan yoğun araştırmalar belirli ülkelerde sürdürülmüş olsa da, henüz hiçbir sanayi uygulaması geliştirilememiştir. Başlıca araştırma programları Avrupa Atom enerjisi topluluğu (Euratom) ülkeleri ile, ABD, Japonya ve Rusya tarafından yürütülmektedir. Önceleri çeşitli ülkelerde gizlice sürdürülen çalışmalar ikinci Cenevre konferansı’ndan (1958) sonra giderek daha açık yürütülmeye başlanmış ve günümüzde etkin bir uluslararası işbirliğine konu olmuştur. Bununla birlikte bu araştırmalar son derece pahalıya mal olmaktadır, ayrıca kaynaşma enerjisine egemen olmak için çok büyük zorlukların üstesinden gelinmesi gerekmektedir. Tasarlanan yöntemler arasında yalnızca birkaçının başarı şansı bulunmaktadır. Bunlar yıldızlarda ve özellikle Güneş'teki enerji oluşum süreçlerinden esinlenen yöntemlerdir; yıldızlarda oluşan kaynaşma tepkimeleri ise 10 milyon derecenin üzerindeki sıcaklıklarda oluşmaktadır. Nitekim, her ikisi de pozitif yüklü iki atom çekirdeğinin kaynaşmasını sağlamak için, aynı işaretli yükler arasındaki elektrostatik itme kuvvetinin üstesinden gelmek gerekir. Bu itme kuvvetinin yenilebilmesi için çekirdeklerin birbirlerine doğru yeterince yüksek bir hızla fırlatılmaları gerekir. Bu koşul, çekirdeklerin ısıl çalkalanmasını, dolayısıyla kinetik enerjilerini artıran bir sıcaklık artışıyla sağlanabilir.

Yıldızlarda oluşan nükleer tepkimeler çok yavaş oldukları için bu tür tepkimeleri büyük ölçekli enerji üretiminde kullanmak mümkün olmamaktadır. Bu nedenle başka tepkime türlerinden yararlanmak gerekmektedir. Bu tepkimeler içinde istenen sonucu sağlamakta en umut verici olanlar hidrojenin döteryum (3 H ya da D) ve trityum (ŞH ya da T) izotoplarının kullanıldığı tepkimelerdir; bu izotoplardan trityum 12 yıl yarıömürlü ve 0 ışınları yayıcısıdır.
Tepkimeler şunlardır:

(1) deki her iki tepkime de olasıdır. (2) tepkimesi ise birkaç milyon derece gibi görece daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleşme üstünlüğünü sağlar; oysa (1) tepkimesi 100 milyon derecenin üstünde bir sıcaklık gerektirir. Bu bakımdan, hiç olmazsa birinci adımda döteryum-trityum tepkimesinin gelecekteki nükleer kaynaşma reaktörlerinde kullanılacağı öngörülebilir. Döteryum suda bulunduğu için doğada pa çok yaygındır; özellikle okyanus sularının 1/7 000'i döteryumdan oluşur, izotop ayırma yöntemiyle döteryum, bulunduğu kaynaktan elde edilebilir. Trityum ise, yerkabuğunda lityum 6 (|>Lİ) ve lityum 7 gLİ) adlı iki izotopun karışımı halinde bol bol bulunan doğal lityumun nötronlarla bombardıman edilmesi sonucu oluşturulabilir.
Burada şu tepkimeler sözkonusu olur:

Bu tepkimeler trityum ve helyum verir. (2) tepkimesine göre çalışan ve enerji verirken nötronlarını kendisine gerekli trityumu üretmekte kullanan bir kaynaşma reaktörü tasarlanabilir. Böyle bir reaktör yalnızca döteryum ve lityum tüketecektir.
Kaynaşma reaktörlerini çalıştırmak için gerekli hammaddeler neredeyse sınırsız miktarlarda bulunabildikleri için böyle reaktörlerin gerçekleştirilmesi insanlığa yararlanabileceği tükenmez bir enerji faynağı sunacaktır. Böylece yapılan araştırmalara harcanan paranın önemi ortaya çıkmaktadır.

Kaynaşmanın gerçekleşmesi için gerekli olan çok yüksek sıcaklıklarda atomlar tamamen iyonlaşırlar, yani elektronlarından ayrılırlar. Bu durumda ortam yalnızca negatif elektronlardan ve pozitif döteryum ile trityum çekirdeklerinden oluşur. Pozitif ve negatif yükler bütünüyle birbirlerini dengelerler ve ortam elektriksel olarak yansız olur. Plazma’ adı verilen bu tür ortamların bütünüyle kendine özgü fiziksel özellikleri vardır.

Doğal olarak, enerji üretiminde kullanılacak bir kaynaşma reaktörünün sağlaması gereken en önemli koşul tükettiğinden daha fazla enerji üretmesidir; bu reaktörde açığa çıkan enerji atomları ısıtmak, iyonlaştırmak ve (örneğin ışıma yoluyla gerçekleşebilecek) kayıpları karşılamak için tüketilmesi gereken enerjiden daha büyük olmalıdır. Bu koşulun yerine gelmesi için tepkime süresi (saniye birimiyle) ile plazma yoğunluğunun (santimetre küp başına çekirdek sayısı) çarpımının, tepkime türüne ve iyonların sıcaklığına bağlı belirli bir kritik değerden daha büyük olması gerekir (Lawson kriteri). 50 milyon derecede döteryum-trityum tepkimesi için sözkonusu kritik değer 1015'tir. 100 milyon dereceye doğru bu değer 1014 olur. Bu durumda Lawson kriterine uymak için iki yol ortaya çıkar: ya düşük yoğunluklu bir plazmada görece uzun bir tepkime süresi (örneğin yoğunluğu 1015 iyon/cm3 olan bir plazmada 1 saniyelik bir tepkime süresi) elde etmek ya da çok yoğun bir plazmada çok kısa (örneğin 1026 iyonfcrrP'lük bir plazmada 10-11 saniye kadar süren) bir tepkime gerçekleştirmek.

Birinci yol yavaş kaynaşma ya da manyetik hapisti kaynaşmadır; ikinci yol ise hızlı kaynaşma ya da eylemsizlik hapisti kaynaşma yoludur.
Yavaş kaynaşma nın temel problemi saniye düzeyindeki bir zaman aralığı İçinde yeterince voöun bir Dlazmavı elde etmek ısıtmak ve korumaktır. Ancak plazmanın, içinde tutulduğu bölmenin çeperleriyle temas etmemesi gerekir, yoksa çeperlere çarpan iyonlar enerjilerini kaybeder. Üstelik hiçbir çeper plazmanın sıcaklığına dayanamaz. Bu problemi çözmek son derece zordur. Tasarlanan aygıtlarda plazmanın oluşturulması ve ısıtılması ilke olarak döteryum-trityum karışımının içine yoğun bir elektrik akımı gönderilmesiyle sağlanır. Plazmanın yoğunlaştırılması ve çeperlerden yalıtılması (plazmanın hapsi) için yoğun manyetik alanlar kullanılır; bu yöntemin en gelişmiş biçimi, plazmanın, manyetik alanın çizgileri etrafında sarmal yörüngeler çizen yüklü parçacıklardan (iyonlar ve elektronlar) oluşturulmasına dayanır.