Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Plazma Pencereler

plazma-kuresi-5521445
Hazırlayan: Umut Aktepe
Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedintumblrmail

Plazma pencereler bizim düşündüğümüzden çok farklı. Öncelikle plazmayı kısa bir şekilde özetlemek gerekirse; katılar, sıvılar ve gazlar maddenin alışılagelmiş üç durumunu oluşturur; plazma ise maddenin dördüncü durumudur. Her ne kadar biz maddeyi katı, sıvı, gaz olarak bol bol görsek de, evrende maddenin en fazla karşılaşılan durumu, iyonize olmuş atomlardan meydana gelen bir gaz olan plazmadır. Plazmanın atomları parçalara ayrıldığı ve atomun elektronları kopartıldığı için, atomlar elektriksel yük kazanırlar ve elektrik veya manyetik alanlar vasıtasıyla kolayca kontrol edilebilirler.

Plazma, evrende bulunan görülebilir maddenin en yaygın şekli olup, Güneş’i, yıldızları ve yıldızlar arası gazı meydana getirir. Plazmalar bizim için pek tanıdık değildir, çünkü Dünya üzerinde çok nadir bulunurlar, fakat onları şimşekler, Güneş ve plazma televizyonunuzun ekranı, ya da en kötü ihtimalle oyuncak olarak satılan bir plazma küresi içinde görebiliriz.

Yukarıda da anlattığımız gibi, eğer bir gaz yeterince yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılarak bir plazma yaratılacak olursa, bu plazma elektrik ve manyetik alanlar vasıtasıyla şekillendirilebilir. Örneğin, bir tabaka veya pencere şekli kazandırılabilir. Üstelik bu “plazma penceresi”, bir vakumu normal havadan ayırmak için kullanılabilir. Kuramsal olarak bir uzay gemisinin içindeki havanın uzaya kaçmasını engellemek, dolayısıyla geminin içi ile dış uzay arasında kullanışlı, şeffaf bir ara birim kurmak mümkündür.

star trek shuttle track ile ilgili görsel sonucu

Uzay Yolu dizisinde küçük mekiklerin bulunduğu mekik pistini dış uzayın vakumundan ayırmak için böyle bir kuvvet alanı kullanılmıştır. Bu, yalnızca dekorlardan tasarruf etmek için kullanılan akıllıca bir yol değil, aynı zamanda yapılması mümkün olan bir cihazdır da.

Plazma penceresi, fizikçi Ady Herschcovitch tarafından 1995 yılında Long Island, New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda icat edilmiştir. Herschcovitch, bunu elektron ışın demetleri kullanarak metallere kaynak yapma sorununu çözmek için geliştirmişti. Bir kaynakçının asetilen üfleci, metal parçaları eriterek birbirine kaynatmak için sıcak bir gaz püskürterek çalışır. Fakat bir elektron ışın demeti, metalleri alışılagelmiş yöntemlere kıyasla daha hızlı, daha temiz ve daha ucuz bir şekilde birbirine kaynatabilir. Bununla beraber, elektron ışın demeti ile kaynak yapmanın sorunu, vakumda yapılmasının gerekiyor olmasıdır. Bu gereksinim çok rahatsız edicidir, çünkü koskoca bir oda kadar büyük olabilecek bir hacmin içinde vakum yaratılması anlamına gelmektedir.

Dr. Herschcovitch, plazma penceresini bu sorunu çözmek amacıyla yaptı. Yalnızca 90 santimetre yüksekliğe ve 30 santimetreden daha az bir genişliğe sahip olan bir plazma penceresi, gazı 6600 santigrat derece dolaylarına kadar ısıtarak elektrik ve manyetik alanlar tarafından dışarı kaçması engellenerek yaratılır. Bu parçacıklar, her gazda olduğu gibi havanın vakum haznesine hücum etmesine engel olan bir basınç uygularlar, dolayısıyla havayı vakumdan ayırırlar. Argon gazı kullanıldığı zaman, plazma penceresi tıpkı Uzay Yolu’nun kuvvet alanında olduğu gibi mavi renkte ışıldar.

brookhaven national laboratory plasma ile ilgili görsel sonucu

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (BNL-Brookhaven National Laboratory)

Plazma penceresinin uzayda yolculuk ve sanayi açısından geniş uygulama alanları bulunmakta. Üretim süreçleri, endüstriyel amaçlı mikro üretim ve kuru aşındırma işlemlerini gerçekleştirmek için sık sık bir vakuma ihtiyaç duyarlar, ancak bir vakum içerisinde çalışmanın maliyeti yüksek olabilir. Fakat, plazma penceresi sayesinde bir düğmeye basılarak ucuz vakum elde edilmesi olanağı bulunmaktadır.

İyi ama, plazma penceresi aşılması olanaksız bir kalkan olarak da kullanılabilir mi? Bir top mermisini durdurabilir mi? Gelecekte çok daha büyük, gelen mermiyi durdurmaya veya onu buharlaştırmaya yetecek bir güce ve sıcaklığa sahip plazma penceresi olacağı düşünülebilir. Fakat daha gerçekçi, bilim kurguda bulunanlara benzeyen bir kuvvet alanı yaratmak için, birden fazla teknolojinin katmanlar halinde sıralanmış bileşimine gereksinim duyulacaktır. Her katman bir top mermisini durdurmak için tek başına yeterli olmasa da, katmanların bileşimi yeterli olabilir.

Dış katman olarak, metalleri buharlaştırmaya yetecek düzeyde yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmış, güçlü bir plazma penceresi kullanabiliriz. İkinci bir tabaka, yüksek enerjili lazer ışınlarından meydana gelen bir perde olabilir. Birbirine çapraz binlerce lazer ışını içeren bu perde, içinden geçen nesneleri ısıtarak buharlaştıran bir ızgara oluşturabilir.

Bu lazer perdesinin arkasında karbon nanotüplerden, bireysel karbon atomlarından yapılmış, tek bir atom kalınlığında ve çelikten çok daha güçlü borulardan meydana gelen bir kafes bulunduğunu gözümüzde canlandırabiliriz. Şu anda bir karbon nanotüp uzunluğu için geçerli dünya rekoru yalnızca 15 milimetre kadar olsa da, günün birinde istediğimiz her boyda karbon nanotüp yapabileceğimizi hayal edebiliriz. Karbon nanotüplerin bir ızgara şeklinde örülebileceğini varsayarsak, bunlar nesnelerin çoğunu durdurmayı başarabilecek nitelikte, muazzam güçlü bir süzgeç oluşturabilir. Her karbon nanotüp atomik boyutlarda olacağı için bu süzgeç görünmez olacaktır, fakat karbon nanotüp ızgara, alışageldiğimiz herhangi bir malzemeden daha güçlü olacaktır.

carbon nanotubes ile ilgili görsel sonucu

Karbon nanotüplerin moleküler yapısının bir modeli.

Böylece, plazma penceresi, lazer perdesi ve süzgecin bileşimi sayesinde, pek çok yöntemle aşılması neredeyse mümkün olmayan görünmez bir duvar yaratabileceğimizi hayal edebiliriz.

Yine de, bu çok katmanlı kalkan dahi, bir bilim kurgu kuvvet alanının bütün özelliklerine sahip olmayabilir, çünkü şeffaftır ve bir lazer ışınını durdurma yeteneğine sahip değildir. Lazer toplarıyla yapılan bir muharebe sırasında çok katmanlı kalkan, işe yaramaz olacaktır.

Bir lazer ışınını durdurabilmek için kalkanın ileri düzeyde bir “fotokromik” özelliğe sahip olması gerekir. Bu, morötesi ışınım ile karşılaşınca rengi kendi kendine koyulaşan güneş gözlüklerinde kullanılan özelliktir. Işıkla koyulaşma, en az iki durumda var olabilen moleküller esasına dayalıdır. Durumların birinde molekül şeffaftır. Fakat morötesi ışınıma tabi tutulduğunda, derhal opak özellikteki ikinci duruma geçer.

Günün birinde, lazer ışını ile karşılaştığı zaman optik özelliklerini değiştirebilen karbon nanotüpler kadar sağlam bir madde üretmeyi başarabiliriz. Bu sayede bir kalkan, bir parçacık ışınımı veya top atışını durdurabildiği kadar, bir lazer ışınını da durdurmayı başarabilir. Bununla beraber, lazer ışınlarını durdurabilecek fotokromik özelliği halihazırda mevcut değil.

Umut Aktepe

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yorum

Yazar Hakkında

Umut Aktepe