Tony Stark ile Füzyon

Bilim ve teknoloji bazen filmlerden ya da çizgi romanlardan ilham alsa da bunun tersi de oldukça sık karşılaşılan bir durum. Bilimin deneysel, adım adım ve gerçekçi ilerleyişine karşın hayal gücünden beslenen süper kahramanlar bu konuda sınır tanımıyor. Fantastik film yapımcıları çoğu zaman bilim danışmanları ile çalışıyorlar. Onlardan aldıkları ufak fikirlerin engellerini hayal güçleri ile kaldırıp seyirciye sunuyorlar.

Orijinal adı ile Iron Man, Marvel’in sinemaya uyarlanmış popüler çizgi roman kahramanlarından sadece biri. Anthony Edward “Tony” Stark’ı çoğumuz Demir Adam kostümünün içindeki kurgusal karakter olarak tanıyoruz. Tony, 15 yaşında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün elektrik mühendisliği programına kabul ediliyor ve 2 doktora derecesi ile mezun oluyor. Gerçek dünyadan kurumlarla olan bu ilgisi takipçilerinin bir yakınlık hissetmesini amaçlıyor olsa gerek. Yirmi bir yaşına geldiğinde ailesini trafik kazasında kaybeden Tony, Stark Endüstri’nin tek mirasçısı oluyor. Kısa sürede çapkın tavırları ve mühendislik dehasıyla ülkenin gündeminden hiç düşmeyen teknoloji devi bir silah üreticisi haline geliyor.

Film sektörü ise kollarını bu çizgi roman için tam da buradan sonra sıvamış. Film şöyle başlar: Yeni ürettiği üstün teknoloji roketleri Amerikan hükümetine tanıtmak amacıyla yola çıktıkları konvoya dönüş yolunda Stark şirketinin ürettiği silahları kullanan bir örgüt tarafından bir saldırı düzenlenir ve Tony, yaralanarak esir düşer.

Gözlerini açtığında göğsünde bir delik ve o deliğe yerleştirilmiş araba aküsüne bağlı bir elektromıknatıs vardır. Elektromıknatıslar, elektrik akımı kullanılarak mıknatıs özelliği kazandırılan metallerdir. Akım var olduğu sürece mıknatıs özelliği de devam eder. Filmde bu prensiplerden yararlanarak Tony’yi hayatta tutan Profesör Ho Yinsen’dir. Saldırı sırasında Tony’nin vücuduna onlarca şarapnel parçası saplanmıştır ve bir tanesi kalbine çok yakın bir yerde, bir hafta içinde kalbine ulaşacak şekilde ilerlemektedir. Onu oradan alamayan Profesör şarapnel parçasının Tony’nin kalbine ilerleyişini durdurmak için bir elektromıknatıs kullanmıştır.

Örgüt, Tony Stark ve Prof. Yinsen’den bir roket yapmalarını ister. Roket tamamlanana kadar onların tutsağı olacaklardır. Demir Adam zırhının temelleri bu şartlar altında bir kaçış planı olarak atılır; ama öncesinde Tony’nin beraberinde taşıdığı aküden kurtulması gerekmektedir. Bunun için babasından kalan bazı belgelere dehasını ekleyerek bir avuç içi reaktör yapar ve göğsüne yerleştirir. Bu, filmdeki adıyla bir ark reaktörüdür. Reaktör hakkında filmde fazla bilgi yok ancak paladyum çekirdeğe sahip olduğunu biliyoruz, bununla beraber çizgi romanda bunun füzyon enerjisi olduğu da belirtilmektedir.Filmin, 20. yüzyıl bilim dünyasını bir süre meşgul edeip sonunda fiyaskoya dönüşen soğuk füzyondan ilham aldığını göz ardı edemeyiz. Sonuç olarak Tony, göğsünde nükleer reaktör taşıyan bir süper kahraman. Bu reaktör, Yinsen’in yerleştirdiği elektromıknatısa enerji sağladığı gibi Demir Adam zırhının da enerji kaynağı.

Füzyon tepkimeleri

Bilindiği gibi bir atom çekirdeğinin içinde atom altı parçacıklar bir arada durur. Onları tutan nükleer kuvvet, protonların birbirini itme kuvvetinden çok daha güçlüdür. Bu güce bağlı olarak da bir bağlanma enerjisi vardır. Bu enerji bir çekirdek oluşturmak istersek bir araya getireceğimiz protonların ve nötronların açığa çıkaracağı enerji kadardır.

Füzyon tepkimelerinde iki hafif çekirdek bir araya getirilerek daha yüksek enerjili daha ağır bir çekirdek oluşturulur. Bu çekirdek de başka bir çekirdeğe bozunarak kütle kaybeder. Einstein’in E=mc² bağıntısı ile bu kütle kayıplarının enerjiye dönüşümü hesaplanabilir. Çekirdek içerisindeki nükleer kuvvet ancak çok kısa mesafelerde etkili olur. Bu durumda protonların birbirini itmesi sonucu oluşan kuvveti yenip çekirdekleri birleştirmek için aşılması gereken çok yüksek bir enerji engeli ortaya çıkar. Bu tür füzyon, buna uygun şartları nedeniyle yıldızlarda sürekli olarak meydana gelmekte. Bize en yakın yıldız olan Güneş’teki patlamalar bu tür tepkimelerle ortaya çıkmaktadır. Dünya’da ise füzyon için gerekli şartları sağlayabilecek özel makineler üzerine çalışılıyor ancak henüz bu yöntem ile tam kontrollü füzyon enerjisi üretilebilmiş değil. Bu amaca yönelik ITER projesi, 2018 yılında işlevsel hale gelmesi planlanan bir proje. Bu projeyle nükleer füzyonun kontrol edilmesi planlanmaktadır. Projede Tokamak adı verilen, füzyon için kullanılan plazmanın halkasal -toroidal- bir manyetik alan bölgesi içinde hapsedildiği plazma tutucu sistemler kullanılmaktadır. Plazma milyonlarca derece santigrat sıcaklığa sahip olduğundan, sistemin duvarlarına çarpmaması için boşlukta tutulması gerekir, bunun için vakumlu bir bölge içinde manyetik alandan faydalanılır. Tokamaklar bu iş için üzerinde çalışılan günümüz sistemleridir. Tony Stark’ın göğsüne yerleştirdiği ark reaktörünün de bu Tokamak reaktörlerine benzediğini söyleyebiliriz.

Soğuk füzyon yanılgısı

Soğuk füzyon bir balon gibi sönene kadar bilim insanlarını meşgul etmiştir.

Filmde reaktör paladyum sayesinde çalışıyordu. Paladyumun hidrojen tutucu özelliği 19. yüzyılın başlarında Thomas Graham tarafından tanımlandı. 1920’de iki Avusturyalı bilim insanı, Friedrich Paneth ve Kurt Peters, hidrojenin doğada kendiliğinden gerçekleşen nükleer kataliz tepkimeleri ile helyuma dönüştüğünü bildirdi. Peters’e göre hidrojen, paladyum tarafından emildiğinde bu oluyordu. Daha sonra anlaşıldı ki havadan deneye karışan helyum, tepkime sonucu oluşmuş gibi algılanmıştı. 1927’de İsviçreli J. Tandberg paladyum elektrotlarda hidrojenin helyuma dönüştüğünü belirtti ve patent başvurusunda bulundu, ancak alamadı. 1932’de döteryumun keşfedilmesi ile Tandberg çalışmalarına ağır su, yani döteryum oksit (D2O) ile devam etti. Ağır su molekülünde hidrojen, izotopu döteryum ile değiştirmiştir. Hidrojen, çekirdeğinde bir proton etrafında dönen bir elektrondan oluşurken, döteryum çekirdeğinde fazladan bir nötron bulunur.

Soğuk füzyon kavramı Cecil Powell ile çalışan F. Charles Frank tarafından 1947’de ortaya atıldı. Frank, elektrondan 207 kat daha ağır ve negatif yüklü parçacıklar olan muonlar ile ilgileniyordu. Frank’e göre eğer bir atomun elektronlarını muonlar ile değiştirilirse muonların yörüngeleri çekirdeğe 207 kat daha yakın olur ve bu çok daha küçük atomları çarpıştırmak için daha az enerji harcamamız gerekirdi. Ancak Frank asla başarılı olamadı çünkü muonlar milisaniyeler içinde bozunan kararsız parçacıklardı. Ardından bir çok bilim insanı Frank’in fikrinden yola çıkarak çalışmalar yaptı fakat çoğu kuramsal olmaktan öteye geçemedi.

23 Mart 1989’da ABD’deki Utah Üniversitesi’nden bilim insanları şaşırtıcı derecede basit bir yöntemle, oda sıcaklığında nükleer füzyon gerçekleştirildiğini iddia ettiler. Martin Fleischman ve B. Stanley Pons, tez öğrencisi Martin Hawkins’in elektroliz hücresini uzun süre çalıştıklarında ortaya bir miktar ısı çıktığını gözlemlediklerini söylediler.. Amaçları ağır suya (D2O) batırılmış platin anot ve paladyum katota elektrik akımı uygulayarak, paladyum içine döteryum fırlatmaktı. Isının füzyon sonucu ortaya çıktığını iddia eden bir makale alelacele yayınlandı çünkü bu sonucu o sırada benzer deneyler yapmakta olan Steven Jones’tan önce duyurmak istiyorlardı. Ancak yayınladıkları makale için 19 düzeltme yayınlandı. Erken yayınlama kaygısıyla bilimsel hassiyet ihmal edilmiş, bu da sonuçları güvenilmez kılmıştı. Çalışmalar konusunda bazı tutarsızlıklar da vardı. Fleischman ve Pons’un bildirdiği ısının füzyondan kaynaklansaydı hayatta kalmaları mümkün olmayacaktı, zira saniyede 100 trilyon nötron açığa çıkması gerekiyordu. Makaledeki nötron sayımları olması gerekenden 9 kat daha düşük idi. Sonrasında bilim insanları bu deneylerin üzerine gitti, hararetli tartışmalar yaşandı. Tartışılan konu soğuk füzyonun varlığıydı. Tartışmalar soğuk füzyon deneylerinin bir yanılgı eseri olduğunu gösteriyordu.

Iron Man’in soğuk füzyonu

Sonunda, Iron Man’in yapımcıları bu bir hevesle ortaya çıkmış ancak sonu gelmiş konudan ilham alarak Tony Stark’ın göğsüne bir soğuk füzyon reaktörü yerleştirdi. Madem soğuk füzyon mümkün değildi, bu teknolojinin bilim kurgu zamanı gelmiş de geçiyor olmalıydı. Filmde reaktör hakkındaki kısıtlı bilgi verilmesine rağmen paladyum çekirdek kullanıyor olması ve göğsünde taşıyacak kadar soğuk olması soğuk füzyondan ilham almış olması ihtimalini güçlendiriyor. Bunun yanında günümüzde füzyon tepkimeleri için kullanılması planlanan Tokamak’ları andıran bir yapısı olduğunu da görüyoruz.

Tony’nin göğsünde bir reaktör taşımasının bedelleri de var. Filme göre reaktördeki paladyum Tony’yi zehirliyordu; ancak eğer göğsündeki bir füzyon reaktörü ise bundan daha önemli bir sorunu daha olması gerekir. Fleischman ve Pons’un deneyinin sonucundan hatırlayacağımız nötronlar. Filmde, Prof. Ho Yinsen reaktör olmadan bir kaç gün bile hayatta kalması mucize olan Tony’nin kalbini 50 yıl fazla çalıştıracağını öngörüyor, zehirlenmenin önüne geçilebilirse. Bunun için Stark’ın evindeki yapay zeka ona geçici bir çözüm bulmuş gibi. Yeşil bir sıvı olarak görülen bir içecek. İlerleyen sahnelerde bunun klorofil olduğu da ayrıca açıklanıyor.

Klorofil mi?

Klorofil, günümüzde buğday çimi, suyu gibi isimlerle diyet sitelerinde karşımıza çıkan bir tür besin olmasının yanı sıra lise biyoloji derslerinden hatırlarsınız, bitkilerde fotosentezin olmazsa olmazıdır. Tony’nin kanında artan paladyum miktarını kontrol etmek için klorofil kullanması mantıklı bir uygulama gibi görülüyor. Klorofil, yapı olarak hemoglobine benzemektedir ve bir şelattır. Şelatlar metal tutucu özelliklere sahip bileşiklerdir. Klorofil de bu özelliği ile filmde kullanılmış, Günde 2,5 litre içiyor olmasının yol açabileceği yan etkiler göz ardı edilse bile Tony paladyumdan zehirlenmesini bu şekilde önleyemiyor ve nötronlara rağmen bir şekilde hayatta kalıyor. Yakın gelecekte göğsümüzde Tony’ninki gibi bir reaktör taşımak bu istenmeyen etkilere bakılırsa mümkün değil.

Yeni bir element

Tony periyodik tabloda ark reaktörü için onu zehirlemeyecek, uygun bir element bulamıyor ve tabii ki bir dahi olması, babasının da bir dahi olması nedeniyle, içinde bulunduğu kurgusal şartları da kullanarak ne mi yapıyor? Filmi izleyenlerin “yok artık” dediği sahnelerden biriyle, yeni ve kararlı bir element üretiyor. Evet, hem de gerçekten kararlı bir element.

Biraz daha ayrıntılandıralım. Babası, zamanındaki teknolojinin kendisini kısıtladığını ancak Tony’nin kendi zamanın bunu başarabileceğini anlatan bir video bırakıyor. 1974 Stark Fuarı’nın (babası tarafından kurulan teknoloji fuar alanının) maketinde atomun yapısına benzer bir düzen dikkatını çekiyor. Maketin, evindeki gelişmiş yapay zekalı teknolojisi ile dijital bir modelini çıkartıyor Modelin üzerinde çalıştıkça periyodik tabloda olmayan bir atomun çekirdek yapısına benzetmeye başlıyor.”Bu element paladyum yerine kullanılabilir” diyor yapay zeka. Anında hazırlıklara başlıyor kahramanımız. Bundan sonra olanları aşağıdaki videodan da izleyebilirsiniz.

İnsanoğlunun hızlandırılan parçacıkları

Bundan yaklaşık 140 yıl önce İngiliz William Crooks vakumlanmış cam bir tüpün iki ucuna iki metal parça yerleştirip voltaj uygulandığında eksi uçtaki metalden çıkan “şeylerin”, uçlar arasında oluşan potansiyel fark nedeniyle artı uca doğru ilerlediğini, tüpün içine küçük bir pervane yerleştirdiğinde ise o pervanenin döndüğünü gözlemledi. O günün fizikçileri tüpte gözlenen bu ışınlara “katot ışınları” adını verdiler. Daha sonra -1897’de- J. J. Thomson bu ışınlara “negatif yüklü tanecikler” adını verdi, elektronlardan bahsediyordu. Bu gelişmelerle insanoğlunun televizyonlardan, CERN deneylerine kadar süregelen parçacık hızlandırma macerası da başlamış oldu.

1895’te elektronlar tanımlanmadan iki yıl önce, Nobel Fizik Ödülü’nün ilk sahibi Willhem Röntgen tungsten bloğa çarpan bu hızlandırılmış elektronların radyasyon oluşturduğunu keşfetti. Bu radyasyon, bugün tıbbi görüntülemede de kullanılan X-ışınlarıdır. 1928’e gelindiğine daha yüksek enerjili X-ışınları elde edebilmek için Cockcroft ve Walton’ın tasarlamaya başladığı bir güç kaynağı 1932’de onları protonları hızlandırarak lityum atomunu bölmeye kadar götürdü ve 1951’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazandılar. Takip eden yıllarda bilim insanları parçacıkları hızlandırmanın en verimli ve en ekonomik yöntemlerini araştırmaya devam etti. Bir çok sistem tasarlandı, bir çoğu rafa kaldırıldı. 1945’te “senkrotron” adı verilen bir tür hızlandırıcı yapıldı. Bu hızlandırıcının çalışma prensibine bakacak olursak, yüklü parçacıkların simit benzeri, vakumlanmış, metal bir yapının içinde manyetik alan yardımı ile döndürüldüklerini görürüz. Bu sistem doğrusal şekilli hızlandırıcılara göre daha kısa mesafeler içinde çok daha verimli sonuçlar vermektedir. Parçacığın hızı arttıkça manyetik alan da artırılır. Böylece parçacıkların yörüngesi korunarak hızlandırılması mümkün olur. Bu teknoloji günümüzde CERN sayesinde hepimizin aşina olduğu hızlandırılmış parçacıkları kullanarak evrenin yapısından anti-maddelere kadar bir çok soru işareti çözebilecek bir sistem olarak insanoğlunun hizmetinde.

Hollywood’un hızlandırıcısı

Tabii ki Hollywood bunu da filmlerinde işlemekte geç kalmadı. Demir Adam’a dönersek, videoda yeni bir element üretmek için bir senkrotron kullandığını artık anlayabiliriz. Yeni bir element üretmek bir yana dursun, bir senkrotronun bir parçacığı ışık hızına yakın hızlara çıkartabilmesi için iki çok önemli şeye sahip olması gerekir: manyetik alanı oluşturacak mıknatıslar ve enerji. Günümüzde Brookhaven Ulusal Laboratuvarında bulunan süperiletken hızlandırıcı 10 ila 15 megawatt güce gereksinim duyuyor ki bu en az 10.000 eve yetecek bir miktar. Enerji sorunu, göğsünde reaktör taşıyan biri için sorun olmasa gerek, çünkü serinin ilk filminde evinin arka bahçesinde bir reaktör olduğunu kendisi söylemişti. Sahip olduğu servete bakılırsa da bu denli yüksek bir enerjiye sahip olabilmesi oldukça mümkün. Tony Stark’ın gerçekten çok çok güçlü mıknatıslar kullanmadıkça parçacıkları yörüngede tutması mümkün değil ve filmdeki sahnede bu tür mıknastıslardan eser yok.

Bunun yanında büyük bir parçacık hızlandırıcının bazı karmaşık parçacıklara da sahip olması gerekir. Radyofrekans kaviteleri gibi, ekranda gözükmeyen ancak mıknatısların aksine duvarın arkasındaki (ekranda görünmeyen) kısımlarda olması mümkün. Mıknatısların belli bir sayıda ve düzende olması gerekirken diğer parçalar tek bir yerde birer adet olabilir.

Stark bütün olan biten sırasında senkrotronun başında duruyor ve bir İngiliz anahtarı ile ışını yönlendiriyor. Bunu yapmadan önce ortamdaki radyasyonun onu çoktan öldürmüş olması gerekirdi, ancak bir şekilde hayatta kalıyordu. Tamamen vakumlanmış bir boşluğun içerisine eli ile bir prizma yerleştirdiğini görüyoruz ki hızlandırılmak istenilen parçacıkların önüne bir engel koymak ne kadar mantıklıdır bilinmez. Bunu bir İngiliz anahtarı ile döndürerek ışını senkrotron dışına yönlendirmesi gerçek bir Hollywood işi. Neden mi?

Bir kaynaktan çıkan ve ışık hızına yakın bir hıza kadar hızlandırılması planlanan bir parçacığın -ki yeni bir element üretecekse bunun için bir elektron ya da proton değil bir atom çekirdeği kullanması gerekir- çembersel yörüngeye bağlı kalması gerekir. Eğer bir ışın Tony gibi yörüngenin dışına yönlendiriliyorsa ışının fizik kurallarına göre tek yönden gelmesi gerekir ve bu bir senkrotron yapmasına aslında gerek olmadığını, sistemin yarısının yeterli olabileceğini gösterir! Işının prizmaya ve senkrotronun yüzeyine çarptıktan sonra aynı çizgisel yörüngeyi koruması için gene mıknatıslar kullanması gerekir, ama Tony bunu sadece bir İngiliz anahtarı ile yapıyor!

Günümüzden bir örnek

Almanya’da GSI, 121 metrelik bir hızlandırıcı ile ışık hızının onda birine hızlandırdıkları titanyum (22 proton) atomlarını beş ay boyunca doğru pozisyon ve doğru hıza ulaşana dek berkelyum (97 proton) atomları ile çarpıştırdılar. Atom numarası 119 olan yeni, radyoaktif bir element elde etmeyi başardılar. Yeni oluşan elementi güçlü mıknatıslar kullanarak diğer iki elementten ayırıp detektörlerle sadece 200 mikrosaniyeliğine (saniyenin beş binde biri) gözlemleyebildiler.

Oysa Tony, Bu beş aylık süreyi otuz saniyeye indiriyor, üstelik bir de kararlı bir element üretiyor. İnsanoğlunun ürettiği elementlerin şu an için hemen hepsi en fazla bir kaç milisaniye içinde bozunarak kayboluyor. Tony ise elle tutulur derecede stabil -kararlı- bir element üretmeyi tüm zorluklara rağmen başarıyor! Bu yeni elementin adı filmde verilmiyor ancak Iron Man çizgi romanlarında Stark’ın Kaptan Amerika’nın kalkanının yapıldığı madde olan ve kurguya göre Afrika’da Wakanda bölgesine düşen meteordan elde edilen “vibranyum”u meteor düşmeden önce elde etmiş olabileceğini söyleyebiliriz. Vibranyum tamamen kurgusal bir elementtir ve atom yapısı hakkında hiçbir bilgi yoktur.

Hollywood, bilimi yarım yamalak kullansa da bilim insanlarını engelleyen sorunlara takılması da kabul edilemez. Hayal gücünü kullanarak bunları seyirciye “vay canına” dedirtecek şekillerde kullanmaları oldukça da gerekli. İnsanların bilime, ilerlemeye özendirilmesi ya da uzay teknolojilerine ulaşma hevesi oluşturulmasında en az bilim insanları kadar önemli bir yere sahipler. Özellikle onları izleyen genç ve gelecek vadeden nüfusa ilham kaynağı olabilirler ancak insanlar yaygınlaşan iletişim teknolojileri sayesinde bilimsel ilerlemeye kayıtsız kalamıyor ve Holywood gibi hayal gücüyle beslenen bir kurum bile yetersiz kalabiliyor. Artık insanlar bir hızlandırıcının temel çalışma prensiplere dair bilgilere kolaylıkla ulaşabiliyorken filmler, bu sorgulayan kesime hitap etmekte zorlanmaya başladılar bile.

Kaynaklar

● Bilim ve Teknik Ocak 2013, Parçacık Hızlandırıcıları
● Making New Elements, http://www.popsci.com/science/article/2013-04/making-new-elements
● Cold Fusion, Kalte Fusion; Tokamak, Wikipedia
● http://marvel.wikia.com
● http://scifi.stackexchange.com
● Of Fusion and Confusion: Does It Really Works, Lee Dye, Los Angeles Times; 1989
● http://www.nytimes.com/1989/04/24/us/fusion-furor-science-s-human-face.html?pagewanted=all&src=pm
● Tokamak, CCFE http://www.ccfe.ac.uk/Tokamak.aspx
● http://www.newscientist.com/article/dn17297-first-new-element-for-five-years-makes-periodic-table.html#.UfBRSo2-2Sp
● The science behind cold fusion, http://undsci.berkeley.edu/
● The Creation of New Elements, http://www.gsi.de
● http://www.popularmechanics.com/technology/digital/fact-vs-fiction/iron-man-2-particle-accelerator
● http://www.newscientist.com/blogs/culturelab/2010/04/iron-man-2-science-cures-tony-starks-heartache.html