Atom Çağı
Ziyaretçi
Atom Çağı
20. yüzyıl; atom çağı, insanlığın en büyük değişimleri, en büyük ilerlemeleri ve en büyük gerilemeleri, akıl almaz vahşetleri ve inanılmaz bilimsel başarıları yaşadığı bir yüzyıl oldu. İki Büyük Dünya Savaşı,bölgesel savaşlar, Faşizm kıyımları, dünyanın üçte birinin sosyalist olması ve sosyalizmin çöküşü bu yüzyılda oldu. Hiroşima'ya bugün atılan bir atom bombasıdır; Güneş' in kaynağı olan olaydan güç almaktadır. 6 Ağustos 1945 akşamı ABD başkanı Harry Truman‘ın radyolardan yayınlanan konuşmasından iki cümlecik. 20. yüzyıl İkinci Dünya Savaşı' nın bitimiyle "Atom Çağı" daha doğrusu Nükleer Çağ adını alacaktı. Ama bu çağa atom çağı denmesinin gerçek bir anlamı vardı. 20. yüzyıl baştan sona atomun yapısının aydınlatıldığı bir yüzyıldı. Gelin bir yönüyle "çok bilimsel", öteki yönleriyle "gayri bilimsel" olan 20.yy'a kuşbakışı bir göz gezdirelim.
Çağı Hazırlayan Buluşlar
Bunlara çağa adını veren buluşlar da diyebilirsiniz. 1899 yılında Amerikan Patent Dairesi Başkanı “İcat edilebilecek her şey icat edildi” diyordu. Ama üç yıl önce Fransa’da radyoaktifliğin keşfedildiğini bilmiyordu. İletişim bu denli hızlı değildi.
İnsanlık tarihinde mutlu rastlantılar vardır. "Atom çağı " işte böyle bir mutlu rastlantıyla açıldı. 1896 yılının Şubat ayıydı. Fransız bilgin Antoine Henri Becquerel (1852-1908) ve asistanı Marie Sklodowska Curie (1867-1934) radyoaktifliği keşfettiler. Bu, atom çağının başlangıcını simgeleyen bir kilometre taşıydı. Çünkü radyoaktiflik, insanoğlunun farkına vardığı ilk nükleer olaydı. İlginçtir, radyoaktiflik atom çekirdeğinden kaynaklanan bir olaydı, ama bulunduğu yıllarda bu kaynak bilinmiyordu. Radyoaktif ışınlar, insanoğluna izcilik etti ve atomun çekirdeğine giden karanlık tünelleri aydınlattı. 1911 yılındayız. Radyoaktiflik bulunalı tamı tamına 15 yıl geçmişti. İngiliz bilgin Ernest Rutherford, radyoaktif maddelerden yayılan alfa ışınlarıyla ince metal levhaları bombardıman etti, atomlarda pozitif yüklü, çok yoğun ve çok küçük hacimde bir atom çekirdeği bulunduğunu gösterdi. Bu, atom içine olan yolculukta çok büyük bir adımdı. Atom çekirdeği, pozitif yüklü olduğuna göre, tam sayılarla belirtilen bir yük içermeliydi. Çünkü Amerikalı Millikan, iki yıl önce, 1909'da ister pozitif ister negatif olsun elektrik yüklerinin "kuantlı", "taneli" olacağını göstermişti. Atom çekirdekleri de öyle olmalıydı. Moseley, işte bu gerçeği yakaladı ve 1913'te her element için çekirdek yükünün (atom numarasının) karakteristik özellikl olduğunu buldu Her element, parmak izi gibi bir tayf çizgisi veriyordu. Bu genç bilim adamı, Birinci Dünya Savaşı'nda Çanakkale'de ölüp gitti (1915). Savaşlar kimbilir ne kadar çok insanı alıp götürdü! Kuantum Kuramı 20. yüzyıla damgasını vuracak iki büyük kuramdan biri. Bunu yüzyılın başında, 1900 yılında, Max Planck ortaya attı. Enerjiyi sürekli (kesiksiz) bir akış olarak gören klasik enerji kuramı yerine kuantum kuramını ortaya atmıştı. Planck’ın deneysel temellere dayanan önerisi, enerjinin kesik kesik ya da paket paket alınıp verildiği şeklindeydi. Bu kuramı, 1905 yılında Albert Einstein (1879-1955), fotoelektrik olayı açıklamakta kullandı. Danimarkalı Niels Bohr, 1913'te kuantum kuramıyla atomdaki elektron düzeninin ilk açıklamalarını yaptı. Çağımıza damgasını vuran diğer büyük kuram da görelilik kuramıdır. Einstein 1905 te özel görelilik kuramını, 1915'te de genel görelilik kuramını ortaya koydu. Einstein, kütle ve enerjiyi apayrı şeyler olarak değil birbirine dönüşen olgular olduğunu ileri sürdü. O sıralar Zürih patent bürosunda memur olarak çalışıyordu. Kütle ve enerjiyi bambaşka iki varlık olarak düşünmeye alışmış bilim çevreleri, kavramları birbirine karıştıran patent bürosunun" zırvaları" üzerinde durmadı bile. Bilim dünyası onun söylediklerini ancak 15 yıl tartıştıktan sonra hazmedebildi. Einstein, 1921'de Nobel ödülünü aldı; ama görelilik kuramından değil de fotoelektrik olaydan. Arthur Eddington’un alkışlanası ukalalığına göre o zaman bile bir çok bilim adamı göreliliği anlamamıştı. Eddington’a göreliliği yalnızca üç kişinin anladığının doğru olup olmadığı sorulduğunda nükteli İngiliz profesör durmuş ve “üçüncü kişinin kim olduğunu bulmaya çalışıyorum” demişti (Time-2000, Frederic Golden’in yazısı). Kütlenin yoğunlaşmış bir enerji olduğu görüşü 1927'de denel olarak da destek buldu. Aston, kütle spektrometresi denen bir aygıtı geliştirmişti. Bu alet atom kütlelerinin çok duyarlı olarak ölçülmesini sağladı. Bu aygıt yoluyla özellikle nükleer tepkimelerde bir kısım kütlenin enerjiye dönüştüğü ve bu dönüşümün Einstein' in ünlü denklemine (enerji= kütlex ışık hızının karesi) uyduğu kanıtlandı. Atom çekirdeğini bulan Rutherford, 1919 yılında, simyacıların ünlü düşünü gerçeğe dönüştürdü. Havanın azotunu alfa ışınlarıyla bombardıman ederek onun oksijene dönüştüğünü gördü. Simyacılar, her şeyi altına çevirecek filozof taşını hiç bulamadılar; ama bir elementin insan elinde başka bir elemente dönüştürülmesi bir düşün gerçek olmasıdır elbette. Bir element, başka bir elemente dönüşebiliyordu. İnsanoğlunun eli artık atom çekirdeğine gidiyordu. İlk yapay nükleer tepkime, çekirdeğe ilk müdahale. Atom çekirdeği, pozitif yüklüydü; nötral bir atomda elektron sayısı ile proton sayısının, yani birim negatif yüklü parçacık sayısı ile birim pozitif yükteki parçacık sayısının eşit olacağı açıktı. Çekirdekte pozitif yükten başka ne var acaba?
Nötronun Bulunması
Bu sorunun yanıtını Rutherford' un öğrencisi James Chadwick verdi:1932 yılıydı. Alfa ışınlarıyla berilyum çekirdeklerini bombardıman edince yüksüz bir radyasyonun oluştuğunu açıkladı ve buna nötron dedi. Böylece atomun üç temel parçacığı elektron, proton ve nötron bulunmuş oluyordu. Alfa, kendisi de bir çekirdek (helyum atomunun çekirdeği) olduğu halde, atom çekirdeğine giden yolu aydınlatıyordu. Bilim tarihinin en büyük kadını Madam Curie, 4 Temmuz 1934'de gözlerini yaşama kaparken, bir kaç ay önce damadının ve kızının- Joliot-Curie çiftinin- yapay radyoaktifliği keşfettiklerini biliyordu. Joiot-Curie çifti, alfa ışınlarıyla alüminyum çekirdeğini bombardıman ettiler. Sonuçta radyoaktif bir element (radyoaktif fosfor) oluştuğunu buldular. Böylece, bir inanışa daha son verildi: Radyoaktiflik, yalnızca doğadaki elementlerin bir özelliği değildi; onu insanoğlu da “yaratabilir”di. İnsanoğlu radyoaktif elementler de üretiyordu artık. Bombardımanda kullanılan radyasyonlar, doğal radyoaktif maddelerden sağlanıyordu. Beli ki doğal kaynaklara bağlı kalmamak ve doğal olanlardan yayılan parçacıkları hızladırarak kullanmak nükleer tepkimeleri çeşitlendirecekti. Atlantiğin iki yakasında hemen aynı anda hızlandırıcılar yapılmaya başlandı. Amerika' da Ennest Lawrence 1930'da, Robert J. van de Graff 1931'de; yine aynı yıl içinde İngiltere' de John Cockroft ile E.T.S. Walton kendi adlarıyla anılan hızlandırıcılar yaptılar. Çok kısa sürede, 3 yıl içinde 1937'de keşfedilen radyoaktif izotop sayısı 200'ü bulmuştu. H. G. Wells , 1913 yılında The World Set Free: A Story of Mankind adlı kurgu bilim romanını yayınlamıştı. Bu romanda bazı tahminler de yer alıyordu. Örneğin 1933'te yapay radyoaktif maddelerin bulunacağını ve 1956 yılında atom bombasının kullanılacağı hayali savaşları anlatmıştır. O günlerde bunlar neredeyse akıl dışı şeylerdi. Yapay radyoaktiflik yazarın öngördüğü tarihten bir yıl önce keşfedildi, ama savaşa neden olmadı. Atom savaşı yani atom bombasının kullanılması ise yazarın öngördüğünden onbir yıl önce gerçekleşti Macar doğumlu, Musevi asıllı fizikçi Leo Szilard 1932 yılında Berlin' de çalışırken nasılsa bu romanı okuyor. Çok etkileniyor. Ertesi yıl göçe zorlanıyor ve İngiltere' ye gidiyor. Romandan aldığı esinle "zincir tepkimelerine dayalı kanunun patenti" ni 1934 yılında İngiliz Amirallik Dairesine tescil ettiriyor. Atom Çekirdeği Nasıl Bölündü?
Fisyonun Keşfi
Fisyonun keşfi, 5 yıl süren bir maratonunun sonunda oldu. Yarışı, hem de gürültülü bir şekilde Romalı bir grup genç fizikçi başlattı. Bu gençlerin içinde İtalyan fiziğinin harika çocuğu Enrico Fermi de vardı. Kuramsal fizikteki üstün başarıları sonucu henüz 28 yaşındayken İtalyan Kraliyet Akademisine üye seçildi. Akademi’nin en genç üyesiydi. 1934 yılının başlarında çevresine topladığı bir grup fizikçiyle deneysel fiziğe yöneldi. Çekirdek bombardımanında o zamana dek alfa parçacıkları kullanılıyordu. Alfa parçacıkları ağır kütlesi ve çifte elektrik yükü nedeniyle katı maddeye nüfuz etkisi küçük kalıyordu. Fermi , iki yıl önce keşfedilen nötronu bombardıman mermisi olarak seçti. Nötron elektrikçe yüksüzdü ve ayrıca kütlesi alfa parçacıklarının dörtte biri kadardı. Herhangi bir itme ile karşılaşmadan maddenin içlerine girebilirdi. Roma' dan zafer çığlıkları çok çabuk yükseldi. Fermi ve arkadaşları önüne gelen elementi nötronla bombardıman ederek bir dizi radyo izotop elde ettiler. Sıra uranyuma geldi. Görünürde değişen bir şey yoktu. Nötronla bombardıman edilen uranyum, beta yayan çekirdeklere dönüşüyordu. Beta olayının açıklamasını yapan Fermi' nin kendisiydi. Beta yayan bir çekirdekte bir nötron bir protona dönüşüyor, yani atom numarası bir artıyordu. 1934' te Fermi, Emilio Segre ve daha üç arkadaşının imzasıyla şu haberi yayınladılar: Uranyumun nötronlarla bombardımanından en az 4 radyoaktif madde oluşmaktadır. Bunlardan ikisi uranyumdan daha ağır 93. ve 94. elementlerdir. Haber, bilim dünyasında bomba gibi patladı. Roma basını da Uranyumötesi elementlerin bulunduğunu yazıyordu. Aslında yanılmışlardı. Beta yayıcılar uranyumötesi elementler değil, uranyumun yaklaşık ikiye bölünmesinin ürünleriydi. Fermi ve arkadaşları fisyonla oynuyorlardı. O sırada bu olasılıktan sadece Alman kimyacı Ida Noddack söz etmişti. Renyum elementinin keşfedeni olan 38 yaşındaki Noddack hanımefendi şöyle diyordu:
"Bilinmeyen radyoaktiflerin periyodik tabloya dahil elementlerin hiçbirisine ait olmadıkları tek tek kanıtlanmadan onlara yeni element demek doğru olmaz."
O zaman fizikçiler ve kimyacılar şöyle bir olguya koşullanmıştı; nükleer bombardımana tutulan bir element ancak yakın komşularına dönüşebilir. Fermi, yıllar sonra şöyle dedi:
"Uranyumda diğer elementlerden farklı olarak bir olayın olabileceğini düşünecek kadar hayal gücüne sahip değildik. Ayrıca oluşan radyoaktiviteleri ayrıştırabilecek kadar kimya bilmiyorduk. "
Haberin büyüklüğü, devrin en ünlü radyokimyacısı olan Otto Hahn' ın ilgisini çekti. 30 yıl sonra bir madalya töreninde ABD Atom Enerjisi Komisyonu Başkanı G. T. Seaborg, Otto Hahn' a dönerek şöyle diyecekti:
" Genç bir radyokimyacı olarak beni Nobel kazanmaya götüren çalışmalarımda sizin Uygulamalı Radyokimya kitabınız elimden bırakmadığım sanki bir mukaddes kitaptı."
Öğretmenine unutulmaz bir ödül vermenin güzel bir örneği. Almanya üzerinde biraz daha duralım. 1933 yılında Nasyonal Sosyalist Parti ve onun lideri Adolf Hitler Almanya' da iktidarı- demokratik yolla, seçimle- ele geçirmişti. Faşizmin dişlerini göstermeye başladığı bu yıllarda Otto Hahn (1879-1968), Berlinde Keiser Wilhelm Enstitüsünün Radyokimya Bölümü başkanıydı. Aynı enstitünün Nükleer Fizik bölümü başkanı da bayan Lise Meitner(1878-1968)'di. Lise Meitner Otto Hahn ve Lise Meitner, 28 yıldır ortak çalışma yapan iki dosttular. Lise Meitner, Almanya' nın Madam Curie' si diye de tanınır. Tarihin ilginç bir cilvesi olsa gerek bu iki bilim kadını, Birinci Dünya Savaşı sırasında birbiriyle çarpışan Fransa Otto Hahn ve Avusturya ordularında karşı cephelerde röntgen uzmanı olarak hizmet vermişlerdir. Roma’dan büyük haberlerin yayımlandığı günlerde Hahn ve Meitner, Rusya seyahatinden dönüyorlardı. Onları karşılayan arkadaşları şöyle takılırlar: Fermi' nin bombası uykunuzu kaçırmadı mı?
1935'te Roma fizikçi grubu dağılmıştı. Fisyonun bayrağı artık Berlin ekibinin elindeydi. Ekip,Otto Hahn, Lise Meitner ve genç kimyacı Fritz Strassmann üçlüsünden kuruluydu. Ekip nötronla bombardıman ettikleri uranyum tepkimesi sonucunda yarıömrü farklı 9 element bulunduğunu gördüler (Fisyon tepkimesi sırasında 200 kadar radyoizotop oluştuğunu bu gün artık biliyoruz). Berlin çalışmaları sonucunda sadece 93. ve 94. değil, 94. ve 95. elementlerin oluştuğu açıklandı. 1937 yılında Fermi, Nobel ödülüne aday gösterildi. Tam bu sırada Paris' te Iren Joliot-Curie ve Pavel Savitch ikilisi de aynı konuya ilgi duydu. Onlar da nötronla uranyumu bombardıman ettiler. Bulunan elementler hakkında bir kararsızlıktan sonra "lantana çok benzeyen uranyum ötesi bir element" oluştuğunu açıklarlar. Koşullanmışlık bir kez daha ayakucunda duranı uzaklara savuruyor. Buldukları lantanın ta kendisiydi. Eğer bu tanıyı yapabilselerdi fisyonun keşfini Fransa yapmış olacaktı. Lantan (La), atom numarası 57 olan yaklaşık onun yarısı ağırlıkta bir elementtir ve uranyumun bölünme ürünleri arasında olduğu bilinmektedir. Roma' dan sonra Paris de fisyonun keşfini müjdelemekten mahrum oldu. Lise Meitner, 1907 yılından beri Berlin ' de yaşıyordu ve Avusturya pasaportu taşıyordu. 1937 de Adolf Hitler, Avusturya’yı işgal etti. 1938'de Avusturya' da artık Musevilere yaşam hakkı yoktu. Lise Meitner, 1938 Temmuz'unda apar topar Stockholm' e kaçmak zorunda kaldı. 10 Kasım 1938 günü ve ertesinde Berlin' de Musevilere ait ev ve işyerleri faşistlerce yakılıp yıkıldı; kırılan camlar caddeleri kristal bir örtü gibi kaplamıştı. O gecenin adı 'Kristal Gece' ydi. Paris ekibinin çelişik bildirileri O. Hahn ve F. Strassmann ikilisine incelemeye değer geldi. Hahn ve Strassmann, 40 yıl önce Madam Curie' nin ayrımsal kristallendirme yöntemini kullandılar. Önlerine baryum klorür çıktı. Fakat basiretleri bağlıydı. Baryum olamayacağını düşündüler. Sonra radyoizotop karışımını yeniden ayırmaya çalıştılar. Sonunda 17 ve 19 Aralık 1938'de gerçeği kabul eden denel sonuçlar aldılar: 22 Aralık 1938'de makaleyi Doğal Bilimler dergisine ulaştırdılar. Makale kısaltılarak 6 Ocak 1939'da yayımlandı. Uranyum nötronla bombardıman edilince yaklaşık eşit ağırlıkta ikiye bölünüyordu. Atomos, bölünemez demekti. Demokrit'ten 2300 yıl sonra atomu insanoğlu bölmüştü. Yıllar sonra Otto Hahn şöyle diyecekti:
"Nükleer fizikçiler bizi koşullandırmışlardı. Ne zaman onların etkisini kafamızdan sildik ve bir kimyacı gibi düşündük, işte o zaman gerçeği görebildik."
Gördüğünüz gibi, şu nükleer fizikçiler fisyon tepkimesinin bulunuşunu epeyce geciktirmişler! 19 Aralık 1939 Pazartesi günü Otto Hahn, kadim dostu Lise Meitner' e uzun bir mektup yazdı; "Şu ana kadar atomun parçalanabileceğine hiç ihtimal vermedik. Öyleyse baryum nasıl doğuyor? Mevcut fizik kanunlarına göre bunu açıklayabilir misin?" diyordu. Lise Meitner de bunun olabileceği şeklinde bir yanıt verdi. Lise Meitner İsveç Bilimler Akademisi, Fizik enstitüsünde profesörlük verilir. Yeğeni Otto R. Frisch ise Kopenhag' da Niels Bohr' un yanındadır. Meitner ve Frisch onun enerji yönüne eğildiler. Hesapla ve deneyle fisyon sonunda büyük bir enerji açığa çıktığını gösterdiler. Canlı hücrenin bölünerek çoğalmasından esinlenerek olaya fisyon (bölünme) adını verdiler ve 16 Ocak 1939'da olayın mükemmel bir açıklamasını İngiliz Doğa dergisine gönderdiler. Lise Meitner ve Otto Robert Frisch, olayı çekirdeğin sıvı damlası modeline ve maddenin enerjiye dönüşümüne dayanarak açıklıyorlardı. Yalnız olayın nötronla ilgili boyutunu anlayamamışlardı. Onun açıklaması da Mart 1939 da Paris' ten geldi: Hans von Halban, Frederic Joiot ve Lew Kowarski üçlüsünün imzasını taşıyan ve Doğa dergisine postalanmış mektup olayda fazla nötron açığa çıktığını ve ardışık bir zincir tepkimesi oluştuğu açıklanıyordu. Otto Hahn engin bir alçak gönüllülükle şöyle der:
" Zaman, keşif için olgunlaşmıştı. Buna Berlin' de ulaşılması bizim talihimizdi."
Fisyon olayı, 1939 yılında Avrupa' da çözülmüştü. Ama İkinci Dünya Savaşı’nın alevleri de Avrupa’yı yakmaya başlamıştı. Avrupa’daki savaş yangını, atom yarışında bayrağın, kıta değiştirmesine yol açtı. Şans bir kez daha Amerika Birleşik devletlerine güldü. Avrupa'daki Bilim adamlarının kaçtığı/göçtüğü/sığındığı iki ülke oldu: Amerika ve Türkiye. Bu konularda pek sesi soluğu çıkmayan Amerika inanılmaz bir atak yaparak başa geçti. Avrupa’da faşizmin egemen oluşu bilim adamlarını Amerika’ya yığmıştı. Türkiye’ye gelenler de 1933 Üniveriste Reformunun mimarları oldular. (Türkiye,1990'larda Sovyetler Birliğinin çöküşünden yararlanabilirdi;ama bu atılımı yapacak iktidar yoktu.) 1940'larda bilimin önündeki soru şuydu: Fisyon yapan uranyum izotopu hangisidir? Uranyum-235 mi, uranyum-238 mi? Doğadaki bin uranyum atomundan yalnızca 7'si uranyum-235, 993 tanesi ise uranyum-238 idi. Mart 1940'da Amerika’lı J. R.Dunning uranyum-238 in fisyona katılmadığını gösterdi. Bu, ciddi bir sorundu. Çünkü doğada çok olan değil de eser miktarda denebilecek olan uranyum-235 işe yarıyordu. Kısacası fisyon olayı için bin atomdan 993 tanesi safra durumundaydı; işe yaramıyordu. Uranyum-238 gerçi nötron yutuyordu ama fisyon yapmıyordu. Bir de nötronların hızına ve tasarrufuna bakmak gerekiyordu. Fisyonda hızlı nötronlar değil yavaş nötronlar daha etkin ateşleyiciyidi. Yani zincir tepkimesi için yalnız uranyum değil aynı zamanda nötron yavaşlatıcısı bir madde de gerekiyordu.
20. yüzyıl bitti. Çağa “nükleer çağ” deniyor. 1895'te Röntgen, giriciliği yüksek olan x-ışınlarını keşfetti. Bu ışınların kaynağı bilinmediğinden ‘iks ışınları” adı verilmişti. 1896'da Henri Becquerel, radyoaktifliği keşfetti. 1897'de J.J. Thomson, yeni bir temel parçacık olan elektronu keşfetti. 1898'de ise Curie’ler radyumu diğer maddelerden ayırmayı başardılar. (Heinz Pagels,Kozmik Kod, s: 62)
Sponsorlu Bağlantılar
Çağı Hazırlayan Buluşlar
Bunlara çağa adını veren buluşlar da diyebilirsiniz. 1899 yılında Amerikan Patent Dairesi Başkanı “İcat edilebilecek her şey icat edildi” diyordu. Ama üç yıl önce Fransa’da radyoaktifliğin keşfedildiğini bilmiyordu. İletişim bu denli hızlı değildi.
İnsanlık tarihinde mutlu rastlantılar vardır. "Atom çağı " işte böyle bir mutlu rastlantıyla açıldı. 1896 yılının Şubat ayıydı. Fransız bilgin Antoine Henri Becquerel (1852-1908) ve asistanı Marie Sklodowska Curie (1867-1934) radyoaktifliği keşfettiler. Bu, atom çağının başlangıcını simgeleyen bir kilometre taşıydı. Çünkü radyoaktiflik, insanoğlunun farkına vardığı ilk nükleer olaydı. İlginçtir, radyoaktiflik atom çekirdeğinden kaynaklanan bir olaydı, ama bulunduğu yıllarda bu kaynak bilinmiyordu. Radyoaktif ışınlar, insanoğluna izcilik etti ve atomun çekirdeğine giden karanlık tünelleri aydınlattı. 1911 yılındayız. Radyoaktiflik bulunalı tamı tamına 15 yıl geçmişti. İngiliz bilgin Ernest Rutherford, radyoaktif maddelerden yayılan alfa ışınlarıyla ince metal levhaları bombardıman etti, atomlarda pozitif yüklü, çok yoğun ve çok küçük hacimde bir atom çekirdeği bulunduğunu gösterdi. Bu, atom içine olan yolculukta çok büyük bir adımdı. Atom çekirdeği, pozitif yüklü olduğuna göre, tam sayılarla belirtilen bir yük içermeliydi. Çünkü Amerikalı Millikan, iki yıl önce, 1909'da ister pozitif ister negatif olsun elektrik yüklerinin "kuantlı", "taneli" olacağını göstermişti. Atom çekirdekleri de öyle olmalıydı. Moseley, işte bu gerçeği yakaladı ve 1913'te her element için çekirdek yükünün (atom numarasının) karakteristik özellikl olduğunu buldu Her element, parmak izi gibi bir tayf çizgisi veriyordu. Bu genç bilim adamı, Birinci Dünya Savaşı'nda Çanakkale'de ölüp gitti (1915). Savaşlar kimbilir ne kadar çok insanı alıp götürdü! Kuantum Kuramı 20. yüzyıla damgasını vuracak iki büyük kuramdan biri. Bunu yüzyılın başında, 1900 yılında, Max Planck ortaya attı. Enerjiyi sürekli (kesiksiz) bir akış olarak gören klasik enerji kuramı yerine kuantum kuramını ortaya atmıştı. Planck’ın deneysel temellere dayanan önerisi, enerjinin kesik kesik ya da paket paket alınıp verildiği şeklindeydi. Bu kuramı, 1905 yılında Albert Einstein (1879-1955), fotoelektrik olayı açıklamakta kullandı. Danimarkalı Niels Bohr, 1913'te kuantum kuramıyla atomdaki elektron düzeninin ilk açıklamalarını yaptı. Çağımıza damgasını vuran diğer büyük kuram da görelilik kuramıdır. Einstein 1905 te özel görelilik kuramını, 1915'te de genel görelilik kuramını ortaya koydu. Einstein, kütle ve enerjiyi apayrı şeyler olarak değil birbirine dönüşen olgular olduğunu ileri sürdü. O sıralar Zürih patent bürosunda memur olarak çalışıyordu. Kütle ve enerjiyi bambaşka iki varlık olarak düşünmeye alışmış bilim çevreleri, kavramları birbirine karıştıran patent bürosunun" zırvaları" üzerinde durmadı bile. Bilim dünyası onun söylediklerini ancak 15 yıl tartıştıktan sonra hazmedebildi. Einstein, 1921'de Nobel ödülünü aldı; ama görelilik kuramından değil de fotoelektrik olaydan. Arthur Eddington’un alkışlanası ukalalığına göre o zaman bile bir çok bilim adamı göreliliği anlamamıştı. Eddington’a göreliliği yalnızca üç kişinin anladığının doğru olup olmadığı sorulduğunda nükteli İngiliz profesör durmuş ve “üçüncü kişinin kim olduğunu bulmaya çalışıyorum” demişti (Time-2000, Frederic Golden’in yazısı). Kütlenin yoğunlaşmış bir enerji olduğu görüşü 1927'de denel olarak da destek buldu. Aston, kütle spektrometresi denen bir aygıtı geliştirmişti. Bu alet atom kütlelerinin çok duyarlı olarak ölçülmesini sağladı. Bu aygıt yoluyla özellikle nükleer tepkimelerde bir kısım kütlenin enerjiye dönüştüğü ve bu dönüşümün Einstein' in ünlü denklemine (enerji= kütlex ışık hızının karesi) uyduğu kanıtlandı. Atom çekirdeğini bulan Rutherford, 1919 yılında, simyacıların ünlü düşünü gerçeğe dönüştürdü. Havanın azotunu alfa ışınlarıyla bombardıman ederek onun oksijene dönüştüğünü gördü. Simyacılar, her şeyi altına çevirecek filozof taşını hiç bulamadılar; ama bir elementin insan elinde başka bir elemente dönüştürülmesi bir düşün gerçek olmasıdır elbette. Bir element, başka bir elemente dönüşebiliyordu. İnsanoğlunun eli artık atom çekirdeğine gidiyordu. İlk yapay nükleer tepkime, çekirdeğe ilk müdahale. Atom çekirdeği, pozitif yüklüydü; nötral bir atomda elektron sayısı ile proton sayısının, yani birim negatif yüklü parçacık sayısı ile birim pozitif yükteki parçacık sayısının eşit olacağı açıktı. Çekirdekte pozitif yükten başka ne var acaba?
Nötronun Bulunması
Bu sorunun yanıtını Rutherford' un öğrencisi James Chadwick verdi:1932 yılıydı. Alfa ışınlarıyla berilyum çekirdeklerini bombardıman edince yüksüz bir radyasyonun oluştuğunu açıkladı ve buna nötron dedi. Böylece atomun üç temel parçacığı elektron, proton ve nötron bulunmuş oluyordu. Alfa, kendisi de bir çekirdek (helyum atomunun çekirdeği) olduğu halde, atom çekirdeğine giden yolu aydınlatıyordu. Bilim tarihinin en büyük kadını Madam Curie, 4 Temmuz 1934'de gözlerini yaşama kaparken, bir kaç ay önce damadının ve kızının- Joliot-Curie çiftinin- yapay radyoaktifliği keşfettiklerini biliyordu. Joiot-Curie çifti, alfa ışınlarıyla alüminyum çekirdeğini bombardıman ettiler. Sonuçta radyoaktif bir element (radyoaktif fosfor) oluştuğunu buldular. Böylece, bir inanışa daha son verildi: Radyoaktiflik, yalnızca doğadaki elementlerin bir özelliği değildi; onu insanoğlu da “yaratabilir”di. İnsanoğlu radyoaktif elementler de üretiyordu artık. Bombardımanda kullanılan radyasyonlar, doğal radyoaktif maddelerden sağlanıyordu. Beli ki doğal kaynaklara bağlı kalmamak ve doğal olanlardan yayılan parçacıkları hızladırarak kullanmak nükleer tepkimeleri çeşitlendirecekti. Atlantiğin iki yakasında hemen aynı anda hızlandırıcılar yapılmaya başlandı. Amerika' da Ennest Lawrence 1930'da, Robert J. van de Graff 1931'de; yine aynı yıl içinde İngiltere' de John Cockroft ile E.T.S. Walton kendi adlarıyla anılan hızlandırıcılar yaptılar. Çok kısa sürede, 3 yıl içinde 1937'de keşfedilen radyoaktif izotop sayısı 200'ü bulmuştu. H. G. Wells , 1913 yılında The World Set Free: A Story of Mankind adlı kurgu bilim romanını yayınlamıştı. Bu romanda bazı tahminler de yer alıyordu. Örneğin 1933'te yapay radyoaktif maddelerin bulunacağını ve 1956 yılında atom bombasının kullanılacağı hayali savaşları anlatmıştır. O günlerde bunlar neredeyse akıl dışı şeylerdi. Yapay radyoaktiflik yazarın öngördüğü tarihten bir yıl önce keşfedildi, ama savaşa neden olmadı. Atom savaşı yani atom bombasının kullanılması ise yazarın öngördüğünden onbir yıl önce gerçekleşti Macar doğumlu, Musevi asıllı fizikçi Leo Szilard 1932 yılında Berlin' de çalışırken nasılsa bu romanı okuyor. Çok etkileniyor. Ertesi yıl göçe zorlanıyor ve İngiltere' ye gidiyor. Romandan aldığı esinle "zincir tepkimelerine dayalı kanunun patenti" ni 1934 yılında İngiliz Amirallik Dairesine tescil ettiriyor. Atom Çekirdeği Nasıl Bölündü?
Fisyonun Keşfi
Fisyonun keşfi, 5 yıl süren bir maratonunun sonunda oldu. Yarışı, hem de gürültülü bir şekilde Romalı bir grup genç fizikçi başlattı. Bu gençlerin içinde İtalyan fiziğinin harika çocuğu Enrico Fermi de vardı. Kuramsal fizikteki üstün başarıları sonucu henüz 28 yaşındayken İtalyan Kraliyet Akademisine üye seçildi. Akademi’nin en genç üyesiydi. 1934 yılının başlarında çevresine topladığı bir grup fizikçiyle deneysel fiziğe yöneldi. Çekirdek bombardımanında o zamana dek alfa parçacıkları kullanılıyordu. Alfa parçacıkları ağır kütlesi ve çifte elektrik yükü nedeniyle katı maddeye nüfuz etkisi küçük kalıyordu. Fermi , iki yıl önce keşfedilen nötronu bombardıman mermisi olarak seçti. Nötron elektrikçe yüksüzdü ve ayrıca kütlesi alfa parçacıklarının dörtte biri kadardı. Herhangi bir itme ile karşılaşmadan maddenin içlerine girebilirdi. Roma' dan zafer çığlıkları çok çabuk yükseldi. Fermi ve arkadaşları önüne gelen elementi nötronla bombardıman ederek bir dizi radyo izotop elde ettiler. Sıra uranyuma geldi. Görünürde değişen bir şey yoktu. Nötronla bombardıman edilen uranyum, beta yayan çekirdeklere dönüşüyordu. Beta olayının açıklamasını yapan Fermi' nin kendisiydi. Beta yayan bir çekirdekte bir nötron bir protona dönüşüyor, yani atom numarası bir artıyordu. 1934' te Fermi, Emilio Segre ve daha üç arkadaşının imzasıyla şu haberi yayınladılar: Uranyumun nötronlarla bombardımanından en az 4 radyoaktif madde oluşmaktadır. Bunlardan ikisi uranyumdan daha ağır 93. ve 94. elementlerdir. Haber, bilim dünyasında bomba gibi patladı. Roma basını da Uranyumötesi elementlerin bulunduğunu yazıyordu. Aslında yanılmışlardı. Beta yayıcılar uranyumötesi elementler değil, uranyumun yaklaşık ikiye bölünmesinin ürünleriydi. Fermi ve arkadaşları fisyonla oynuyorlardı. O sırada bu olasılıktan sadece Alman kimyacı Ida Noddack söz etmişti. Renyum elementinin keşfedeni olan 38 yaşındaki Noddack hanımefendi şöyle diyordu:
"Bilinmeyen radyoaktiflerin periyodik tabloya dahil elementlerin hiçbirisine ait olmadıkları tek tek kanıtlanmadan onlara yeni element demek doğru olmaz."
O zaman fizikçiler ve kimyacılar şöyle bir olguya koşullanmıştı; nükleer bombardımana tutulan bir element ancak yakın komşularına dönüşebilir. Fermi, yıllar sonra şöyle dedi:
"Uranyumda diğer elementlerden farklı olarak bir olayın olabileceğini düşünecek kadar hayal gücüne sahip değildik. Ayrıca oluşan radyoaktiviteleri ayrıştırabilecek kadar kimya bilmiyorduk. "
Haberin büyüklüğü, devrin en ünlü radyokimyacısı olan Otto Hahn' ın ilgisini çekti. 30 yıl sonra bir madalya töreninde ABD Atom Enerjisi Komisyonu Başkanı G. T. Seaborg, Otto Hahn' a dönerek şöyle diyecekti:
" Genç bir radyokimyacı olarak beni Nobel kazanmaya götüren çalışmalarımda sizin Uygulamalı Radyokimya kitabınız elimden bırakmadığım sanki bir mukaddes kitaptı."
Öğretmenine unutulmaz bir ödül vermenin güzel bir örneği. Almanya üzerinde biraz daha duralım. 1933 yılında Nasyonal Sosyalist Parti ve onun lideri Adolf Hitler Almanya' da iktidarı- demokratik yolla, seçimle- ele geçirmişti. Faşizmin dişlerini göstermeye başladığı bu yıllarda Otto Hahn (1879-1968), Berlinde Keiser Wilhelm Enstitüsünün Radyokimya Bölümü başkanıydı. Aynı enstitünün Nükleer Fizik bölümü başkanı da bayan Lise Meitner(1878-1968)'di. Lise Meitner Otto Hahn ve Lise Meitner, 28 yıldır ortak çalışma yapan iki dosttular. Lise Meitner, Almanya' nın Madam Curie' si diye de tanınır. Tarihin ilginç bir cilvesi olsa gerek bu iki bilim kadını, Birinci Dünya Savaşı sırasında birbiriyle çarpışan Fransa Otto Hahn ve Avusturya ordularında karşı cephelerde röntgen uzmanı olarak hizmet vermişlerdir. Roma’dan büyük haberlerin yayımlandığı günlerde Hahn ve Meitner, Rusya seyahatinden dönüyorlardı. Onları karşılayan arkadaşları şöyle takılırlar: Fermi' nin bombası uykunuzu kaçırmadı mı?
1935'te Roma fizikçi grubu dağılmıştı. Fisyonun bayrağı artık Berlin ekibinin elindeydi. Ekip,Otto Hahn, Lise Meitner ve genç kimyacı Fritz Strassmann üçlüsünden kuruluydu. Ekip nötronla bombardıman ettikleri uranyum tepkimesi sonucunda yarıömrü farklı 9 element bulunduğunu gördüler (Fisyon tepkimesi sırasında 200 kadar radyoizotop oluştuğunu bu gün artık biliyoruz). Berlin çalışmaları sonucunda sadece 93. ve 94. değil, 94. ve 95. elementlerin oluştuğu açıklandı. 1937 yılında Fermi, Nobel ödülüne aday gösterildi. Tam bu sırada Paris' te Iren Joliot-Curie ve Pavel Savitch ikilisi de aynı konuya ilgi duydu. Onlar da nötronla uranyumu bombardıman ettiler. Bulunan elementler hakkında bir kararsızlıktan sonra "lantana çok benzeyen uranyum ötesi bir element" oluştuğunu açıklarlar. Koşullanmışlık bir kez daha ayakucunda duranı uzaklara savuruyor. Buldukları lantanın ta kendisiydi. Eğer bu tanıyı yapabilselerdi fisyonun keşfini Fransa yapmış olacaktı. Lantan (La), atom numarası 57 olan yaklaşık onun yarısı ağırlıkta bir elementtir ve uranyumun bölünme ürünleri arasında olduğu bilinmektedir. Roma' dan sonra Paris de fisyonun keşfini müjdelemekten mahrum oldu. Lise Meitner, 1907 yılından beri Berlin ' de yaşıyordu ve Avusturya pasaportu taşıyordu. 1937 de Adolf Hitler, Avusturya’yı işgal etti. 1938'de Avusturya' da artık Musevilere yaşam hakkı yoktu. Lise Meitner, 1938 Temmuz'unda apar topar Stockholm' e kaçmak zorunda kaldı. 10 Kasım 1938 günü ve ertesinde Berlin' de Musevilere ait ev ve işyerleri faşistlerce yakılıp yıkıldı; kırılan camlar caddeleri kristal bir örtü gibi kaplamıştı. O gecenin adı 'Kristal Gece' ydi. Paris ekibinin çelişik bildirileri O. Hahn ve F. Strassmann ikilisine incelemeye değer geldi. Hahn ve Strassmann, 40 yıl önce Madam Curie' nin ayrımsal kristallendirme yöntemini kullandılar. Önlerine baryum klorür çıktı. Fakat basiretleri bağlıydı. Baryum olamayacağını düşündüler. Sonra radyoizotop karışımını yeniden ayırmaya çalıştılar. Sonunda 17 ve 19 Aralık 1938'de gerçeği kabul eden denel sonuçlar aldılar: 22 Aralık 1938'de makaleyi Doğal Bilimler dergisine ulaştırdılar. Makale kısaltılarak 6 Ocak 1939'da yayımlandı. Uranyum nötronla bombardıman edilince yaklaşık eşit ağırlıkta ikiye bölünüyordu. Atomos, bölünemez demekti. Demokrit'ten 2300 yıl sonra atomu insanoğlu bölmüştü. Yıllar sonra Otto Hahn şöyle diyecekti:
"Nükleer fizikçiler bizi koşullandırmışlardı. Ne zaman onların etkisini kafamızdan sildik ve bir kimyacı gibi düşündük, işte o zaman gerçeği görebildik."
Gördüğünüz gibi, şu nükleer fizikçiler fisyon tepkimesinin bulunuşunu epeyce geciktirmişler! 19 Aralık 1939 Pazartesi günü Otto Hahn, kadim dostu Lise Meitner' e uzun bir mektup yazdı; "Şu ana kadar atomun parçalanabileceğine hiç ihtimal vermedik. Öyleyse baryum nasıl doğuyor? Mevcut fizik kanunlarına göre bunu açıklayabilir misin?" diyordu. Lise Meitner de bunun olabileceği şeklinde bir yanıt verdi. Lise Meitner İsveç Bilimler Akademisi, Fizik enstitüsünde profesörlük verilir. Yeğeni Otto R. Frisch ise Kopenhag' da Niels Bohr' un yanındadır. Meitner ve Frisch onun enerji yönüne eğildiler. Hesapla ve deneyle fisyon sonunda büyük bir enerji açığa çıktığını gösterdiler. Canlı hücrenin bölünerek çoğalmasından esinlenerek olaya fisyon (bölünme) adını verdiler ve 16 Ocak 1939'da olayın mükemmel bir açıklamasını İngiliz Doğa dergisine gönderdiler. Lise Meitner ve Otto Robert Frisch, olayı çekirdeğin sıvı damlası modeline ve maddenin enerjiye dönüşümüne dayanarak açıklıyorlardı. Yalnız olayın nötronla ilgili boyutunu anlayamamışlardı. Onun açıklaması da Mart 1939 da Paris' ten geldi: Hans von Halban, Frederic Joiot ve Lew Kowarski üçlüsünün imzasını taşıyan ve Doğa dergisine postalanmış mektup olayda fazla nötron açığa çıktığını ve ardışık bir zincir tepkimesi oluştuğu açıklanıyordu. Otto Hahn engin bir alçak gönüllülükle şöyle der:
" Zaman, keşif için olgunlaşmıştı. Buna Berlin' de ulaşılması bizim talihimizdi."
Fisyon olayı, 1939 yılında Avrupa' da çözülmüştü. Ama İkinci Dünya Savaşı’nın alevleri de Avrupa’yı yakmaya başlamıştı. Avrupa’daki savaş yangını, atom yarışında bayrağın, kıta değiştirmesine yol açtı. Şans bir kez daha Amerika Birleşik devletlerine güldü. Avrupa'daki Bilim adamlarının kaçtığı/göçtüğü/sığındığı iki ülke oldu: Amerika ve Türkiye. Bu konularda pek sesi soluğu çıkmayan Amerika inanılmaz bir atak yaparak başa geçti. Avrupa’da faşizmin egemen oluşu bilim adamlarını Amerika’ya yığmıştı. Türkiye’ye gelenler de 1933 Üniveriste Reformunun mimarları oldular. (Türkiye,1990'larda Sovyetler Birliğinin çöküşünden yararlanabilirdi;ama bu atılımı yapacak iktidar yoktu.) 1940'larda bilimin önündeki soru şuydu: Fisyon yapan uranyum izotopu hangisidir? Uranyum-235 mi, uranyum-238 mi? Doğadaki bin uranyum atomundan yalnızca 7'si uranyum-235, 993 tanesi ise uranyum-238 idi. Mart 1940'da Amerika’lı J. R.Dunning uranyum-238 in fisyona katılmadığını gösterdi. Bu, ciddi bir sorundu. Çünkü doğada çok olan değil de eser miktarda denebilecek olan uranyum-235 işe yarıyordu. Kısacası fisyon olayı için bin atomdan 993 tanesi safra durumundaydı; işe yaramıyordu. Uranyum-238 gerçi nötron yutuyordu ama fisyon yapmıyordu. Bir de nötronların hızına ve tasarrufuna bakmak gerekiyordu. Fisyonda hızlı nötronlar değil yavaş nötronlar daha etkin ateşleyiciyidi. Yani zincir tepkimesi için yalnız uranyum değil aynı zamanda nötron yavaşlatıcısı bir madde de gerekiyordu.
20. yüzyıl bitti. Çağa “nükleer çağ” deniyor. 1895'te Röntgen, giriciliği yüksek olan x-ışınlarını keşfetti. Bu ışınların kaynağı bilinmediğinden ‘iks ışınları” adı verilmişti. 1896'da Henri Becquerel, radyoaktifliği keşfetti. 1897'de J.J. Thomson, yeni bir temel parçacık olan elektronu keşfetti. 1898'de ise Curie’ler radyumu diğer maddelerden ayırmayı başardılar. (Heinz Pagels,Kozmik Kod, s: 62)
- Alıntı / Ramazan KARAKALE -
