nükleosentez

• iki veya daha fazla farklı element atomunun birleşerek daha ağır bir element oluşturmasına verilen ad. doğal yollarla gerçekleştiği tek bir yer vardır; yıldızlar. büyük bir yıldız ömrünün sonuna dek demir^* ve ondan daha hafif elementleri üretir. daha ağır elementler ise süpernova sırasında ortaya çıkar.
  
  yıldızlarda nükleosentez, sırasıyla hidrojen-helyum-karbon-neon-oksijen-silikon... atomlarını oluşturarak ilerler. güneş boyutunda bir yıldız silikondan daha ağır elementleri üretecek kütleye sahip değildir.
• hepimiz yıldız tozundan müteşekkiliz^* diyerekten alegorik dil kullanımıyla belgesel yapan brian cox gibi, neil tyson gibi bilimamcalarının bunları söylerken altını doldurdukları oldukça kebir doğa fenomeni. nükleer füzyon hazretlerinin herşeye yeten gücü; bir nevi rabb. çevrenizde gördüğünüz herşeyin yaratıcısı. rabb ile alakalı çiğ espriler yapacak değilim. benim burada edindiğim şiar; şimdi sadece evrenin en kebir, en rahman kuvvetlerinden birisi olan nükleer kuvvetleri anlatmakla kalmayıp, giderayak bi kütleçekim kanununa uğrayıp, oradan neden dünya küre olmak zorunda sorusuna vereceğim cevaplarla düz dünya sosyetesinin zevat-ı kiramını da usulca bir okşamadan ibaret. öyle hissediyorum yani. konu illa ki oraya gidecek çünkü. yıldız astrofiziği ile konuşmaya başlarsanız mecbur konu oralara sürüklenmeye.
  
  carl sagan la, orjinal dili ile başlayayım : "the nitrogen in our dna, the calcium in our teeth, the iron in our blood, the carbon in our apple pies were made in the interiors of collapsing stars. we are made of star stuff." ...yani diyor ki yediğiniz hurmadaki hidrojenden içtiğiniz sudaki oksijene kadar, taşak terinizde bulunan nitrojenden inşaatlardaki demirinize kadar, size yuropa yunivörsalis oynamayı nasibeden yüceler yücesi silikona kadar herşey, yıldızların ölümü ile var oldu. hepimiz yıldız mamülatıyız.
  
  efendim nükleosentez için, aklınızın alamayacağı basınç ve sıcaklık ortamlarında, yıldızların yeni atom çekirdekleri yaratma prosesidir diyebiliriz kısaca.
  bunu, eldeki mevcut nükleonları (çekirdek ül atom) kullanarak yaparlar. ilk atom çekirdeği, big bang den 3 dakika sonra meydana geldi. sonra, hidrojen ve helyum kardeşler yırtık dondan çıkar gibi piyasaya çıkıp ilk yıldızların içeriklerini oluşturdular. işte bu yüzden kozmozumuzda hidrojen ve helyum oranı çok çok yüksek miktarlardadır. güneş sistemimizde hangi elementten ne kadar var görmek mi istiyorsunuz? şu bolluk grafiğine bakarak fikir edinebilirsiniz o halde. orada hidrojenin anormal yüksek miktarına tanık olacaksınız. aklınıza gelecek herşeyi hidrojen ve helyum'a borçluyuz babaerenler bu konuda hiç tartışmayacağım sizlerle şu dostlar dergahında. helyum ise kendini hidrojene borçlu. neyse efenim sonracıma, yıldızlar oluşuyor. ilk yıldızlar kütleçekim marifeti ile küre şeklini alarak oluşmaya başlıyor ve ortalık yıldızlarla bezeniyor. işte o vakit stellar nükleosentez sayesinde hidrojen ve helyum ikilisinden daha ağır elementler ortaya çıkmaya başlıyor. hala da devam eder bugün bile. çok uzaklara bakmaya gerek yok. na şurada 150 milyon kilometre ötede neredeyse kusursuz küre güneşimiz, bunu yapıyor zaten. güneşimiz her saniye 500 milyon ton hidrojeni, heyluma çeviriyor canlar. fakat şimdilik helyumdan ötesine gücü yetmiyor. daha ileri gidebilmek için beklemesi, büyümesi gerekecek.
  
  kısaca bir özet geçeyim bunun daha rahat anlaşılabilmesi için.
  
  önce şunu bilmek lazım. çevrenizde gördüğünüz her cisim, etrafındaki başka her cisme çekim kuvveti uygular. evrensel çekim sabitine (bkz: in newton we trust), kendisinin ve hedef cismin kütlesine doğru orantılı, ağırlık merkezleri arasındaki mesafeye ters orantılıdır bu kuvvet. heryerde vardır ve evrenin 4 ana kuvvetinden en zayıf olanıdır. atomlararası kuvvetler ve elektromanyetik kuvvetler genelde bundan daha güçlü. nereden mi biliyoruz? çünkü aksi olsaydı etrafınızdaki herşey bir anda yahut zamanla "küre" şekline bürünmeye başlardı da ondan biliyoruz. her cisim küre şekline gelip o içerideki gerilmeleri sürtüşmeleri falan bırakayım ister. küre, yüzeyindeki her atomun tek tek küre merkezine olan uzaklıklarının eşit olduğu, dolayısı ile kütleçekiminin de eşit olabileceği ve yine dolayısı ile denge kurabileceği tek kusursuz şekildir. rahattır küre. iç gerilimlerden sıyrılmıştır kafası rahattır kürenin. her atom merkeze doğru koşturmacada ve harikulade bir kuvvet simetrisi vardır onda. fakat merkeze doğru olan çekim kuvveti toplam kütle miktarına bağlı dedik değil mi? ee nasıl olacak o zaman. örneğin volkswagen golf marka arabanız neden o zaman küre şekline dönüşmüyor? epeyi ağırca çeker bir araç çünküsü.
  
  istemiyor mu sanıyorsunuz ah be canlar? deliler gibi istiyor fakat körolasıca zayıf ve güçlü atomlararası kuvvetler ile elektromanyetik kuvvetler kütleçekim kuvvetine göre çok çok üstün. kütlesi yetersiz yani efendim. vw golf bile 1.600 kg lık kütlesiyle başaramaz bunu.
  
  taşağı bir yana da, küre şeklini alacak kertede büyük kütlelere asteroidler dahi erişemiyor. onun için çap ve kütle kriterleri önemli. aşağıda astronomik cisimlerin kütle ve boyutları ile geometrik şekilleri arasında bağıntıyı net anlatan, doğa ananın kuralları gereği şeklin ne olması gerektiği ile ilgili bir makale bırakıyorum. afiyetle yersiniz. daha çok gravitasyonel kuvvetler hasebiyle içeride oluşan gerilimleri inceleyen bir çalışma fakat ilk 3 sayfasında doğanın en önemli gerçeğine atıflarda bulunması açısından çok önemli. standart bir mühendislik fakültesi mezunu her babayiğit rahatlıkla anlayabilir makaleyi. ben daha fazla uzatmayacağım küre şeklini alma konusunu. flat earth society sniperları malum, heryerdeler. ama şurası bir gerçek; dünyamızın boyutları da, kütlesi de öyle değerlerde ki, fiziğin kanunları gereği küre şeklinde olmak zorunda. kusursuz küre olamaz ama çünkü kütlesi "o kadar da büyük değil". güneş örneğin kusursuza daha yakın bir küre. alfa centauri kusursuz küre..vs vs...ne bileyim bigün misal zeus fırlayıp gelse ve dünyayı bu boyutları ve kütlesi sabit kalmak kaydıyla tepsi şekline soksa bu düz dünyacı arkadaşların hatrına. dünya yine muzırlığını yapacak ve uzuuuuun uzun yıllar alacak olmasına rağmen tekrar küre şeklini alacaktır kendi kendine. kütleçekim yasası öyle flat earth society falan affetmez. sanayide x bir ürün üretirken dizayn sırasında mühendisler keskin hatlardan kaçınır. mümkün mertebe yuvarlatılmış hatlar tercih edilir. tam bu yüzden. elektronikte lehim (bkz: soldering) teknolojisi keskin uçlu kenarlı lehim havuzlarını affetmez. yuvarlak top gibi yarım küre gibi lehim havuzları tercih edilir. dangalak olmayın amk. ne düz dünyası!!!! gerizekalı herifler!!! yollayın şimdi üzerime keskin nişancılarınızı korkmuyorum sizden amk!!!
  
  sakinim ben.
  
  konumuza gelelim.
  
  güneşimiz her saniye 500.000.000 ton hidrojeni, helyuma çeviriyor dedik. güneşin kütlesi öylesine muazzam ki, merkeze doğru çekim kuvveti altında her atom, her molekül çılgıncasına eziliyor. bu basınç arttıkça sıcaklık artıyor. ikisi arttıkça nükleer tepkimeyi daha da tetikliyor ve hızlandırıyor. o artınca sıcaklık tekrar artıyor ve dışarıya doğru püskürme eğilimine giriyor. içeri doğru kütleçekim, dışa doğru nükleer itiş arasında bir denge kuruluyor ve işte güneşimiz orada dünyaya can veriyor dostlar. bahsedilen sıcaklık 15 milyon derece celcius . aklını alır insanın. işte böylesi vahşi koşullar altında nükleer füzyon, ve üç hidrojen atomunun bir helyum atomunu oluşturması gibi bi mucize gerçekleşiyor... inanılacak gibi değil. bambaşka birşeyden, çok başka başka birşey oluşuveriyor. güneşin kütlesi devamını beceremiyor ancak, görece büyük kütleli yıldızlarda dahası var. kütleçekim artık öylesine muazzam boyutlarda ve hidrojeni öylesine yarın yokmuşcasına yakıyor ki artık o sıcaklıkarda ( 85 milyon derece selsiyüs) helyum da artık eeehyterbeaaa!!! diye isyan ediyor ve üç tanesi bir araya gelip hoooop; karbon! . altı atomlu karbonumuz. herşeyimiz. yuvamız, ocağımız, annemiz, kadınımız, vw golfümüz...asyamız...
  
  bi sonraki aşamada , dört helyumdan oluşan bi ekip birleşip, 90 milyon santigrad derecelerde ve yine aklın hafsalanın almayacağı boyutlardaki basınçlarda hop; oksijen! . sekiz atomlu, bize şahdamarımızdan daha yakın olan zevcemiz. avradımız, içtiğimiz su, yediğimiz ekmek. sofradaki tuzumuz! kuru soğanımız!
  
  daha da büyük yıldızlarda, ki bunlar artık güneşin 8 misli büyük gök cisimleridir, kütleçekimin yarattığı termonükleer reaksiyonlar 26 atomlu demiri meydana getirir. öyle böyle değil ama. oralarda işler artık saçmasapan bir hal alır. şimdi sıkı durun, karbon , tam 600 milyon santigrad derece celcius sıcaklıklarda füzyonla neon elementine dönüşür. 1,5 milyar santigrad derece celciuskoşullarında oksijen silikon oluverir. silikon da durur mu, yapıştırır cevabı. görüyorum ve arttırıyorum diyerek amına kodumun yerinde 4 milyar santigrad derece celciusü gördüğü gibi hoooooopaaaa! işte karşınızda demir!
  
  demir artık bu kozmik zincirde dönüm noktası. demire kadar gelinen adımlardaki füzyon reaksiyonlarında dışarıya çok afedersiniz bok gibi enerji yayılır. bu yüzden güneş gözlüğü piyasası diye bişey var, prada var, police var, var oğlusu var... lakin demir oluşumundan sonra, artık yeni atom çekirdeği oluşumları dışarıya enerji vermez. füzyon falan biter o noktada ve radyasyon *ışıma* marifeti ile enerji yayılımı başlar. ama yıldızlar gümüşü, altını, ya da öte yanda daha tehlikeli olanları, radonu, uranyumu yaratabilir hala. hatta telaffuzunda zorlandıklarımız var daha sırada : praseodymium ve ytterbium gibi gibi...
  
  demirden daha ağır elementler için gereken koşulların ilki kırmızı devler. ölüme yaklaşmış, bi gözü toprağa bakan yıldızlar yani. daha da yani, artık hidrojenini helyumunu yaka yaka nükleer reaksiyonlar öylesi kuvvetlenmiş ki kütleçekiminin hakkından gelmeye başlamış iyiden iyiye ve yıldız şişmeye başlamış. yıldız böyle durumlarda hidrojenini tüketince artık hepten kafayı yemeye, haydi haydi şizofrenik semptomlar göstermeye başlar. çekirdek enerji kaybeder ve büzüşür, sıcaklık artar ve yıldızın daha dış ve en dış yüzeyi enerji kazanır, genişler, soğur. bu yüzden kırmızılaşmaya başlar zaten. (spektrumda da öyledir. kırmızı renk en soğuk, maviye gittikçe sıcaklık artıyor demektir.) güneşimiz de böylesi genişleyecek milyar seneler sonra. en nihayetinde bunalacak ve yeter amk para mı saydım ciğerinize amk evlatları deyip bizim de içinde bulunduğumuz iç güneş sistemi gezegenlerini buharlaştırıp yok edecek. kırmızı devler, bu dönemlerini demirden daha ağır elementleri oluşturmaya yetecek kadar uzun yaşarlar. bu peryoda, çok yavaş ilerliyor olması hasebiyle s-prosesi adı verilir^*. binlerce yıl içinde bu peryotta yıldız artık bizmuta kadar olan elementleri oluşturabilir. 83 atomlu bizmut yani. bir kütük gibi ağır. leş gibin, yerinden oynamaz bizmut. ardından o proses sonunda yıldızın yüzeyine doğru konveksiyon akımları hasebiyle bir çekilme başlar. madde, yüzeye doğru içeriden dışarıya doğru akar adeta. yüzey civarlarında kopmalar başlar. bağlar koptukça stellar rüzgarlarla birlikte artık maddeler uzaya saçınır. bunlar kütle atımları. işte sen, ben, cezmi amcan, hilmi dayın, hüseyin enişten, gözlerinin içine bakmaya kıyamadığın sevdiceğin falan hep bu konveksiyon akımlarıyla yıldızın yüzeyine kadar çıktık ve oradan rüzgarlarla kopup uzaya saçıldık.
  
  bizmuta kadar geldik şaka maka he. ama şimdi kemerleri bağlayın, klimalarınızı açın soğuk bişeyler çıkarın dolaptan kola mola falan, çünkü ortalık daha da ısınacak artık. çünküler çünküsü, r-prosesi denen başka bir vahşet kasırgasına doğru yelken açıyoruz şimdi. bu proses öylesine hızlı (bkz: rapid process) ki saniyeler içinde akla hayale sığmaz büyüklükte ve kütlede bir astronomik cisim, yok olacak. r-prosesi sonunda nurtopu gibi bir süpernova patlamamız olacak. nurtopu derken çok ciddiyim^*.
  
  efendim büyük, çok büyük yıldızlar o kütlelerin bedelini hidrojenlerini yani yakıtlarını daha hızlı tüketerek ve haliyle çok daha çabuk ölerek öderler. güneşimiz milyarlarca yıl yaşıyor ve bunu tamamen nispeten küçük bir yıldız olmasına borçlu. ama büyük yıldızlar öyle değil. hızlı yaşarlar , hızlı ve genç ölürler. çünkü kütleniz ne kadar büyükse, o kadar büyük kütleçekimle bütün benliğinizi merkezinize doğru sıkıştırmaya çalışırsınız dedik. o basınç arttıkça sıcaklığı da arttırır ve hidrojeninizi kıtlıktan çıkmış gibi yersiniz. betelgeuse yıldızı güneşten 1 milyon kat daha büyük kütleye sahip ve bu yüzden birkaç yüz milyon yıl yaşayabilecek sadece. hidrojenini, ve sonra helyumunu çok hızlı tüketti. eh, hazıra dağ dayanmazmış. şu an gencecik yaşta kırmızı dev safhasına girdi ve her an, süpernova olarak patlamaya hazır.
  
  bu tip kırmızı devler içlerindeki tüm hafif elementleri de füzyonla yaktıktan sonra, demirden bir çekirdekle zırzıbıldak ortada kalırlar, -çünkü o anda en ağır demir ve en içte o var tabii ki kütleçekim yasası gereği- ve artık hidrostatik dengelerini kaybederler. yani kütleçekim, atomlararası kuvvetler ve nükleer kuvvetler arası denge bozulur. enerji kalmadığı için kütleçekimi bir anda galip gelir ve yıldızın tüm atomları merkeze doğru allah allah ya allah ne verdiyse delicesine hücuma kalklarlar. yıldız öylesine sıkışır, öylesine yoğunlaşır ki dünyanın mevcut yoğunluğunun (bkz: 5,51 gram/santimetreküp) milyarlarca misline kadar ulaşır. o kadar akıl almaz büyüklükte kütlenin minicik bir hacme sıkıştığını ve ısrarla daha da sıkışmaya çalıştığını düşünün. o anda sıcaklık ve basınç için sonsuza yakınsar desek başımız ağrımaz. ve tam bir astronomik cehennem vuku bulur sonra. saliseler içinde yıldız artık masaya çıkarıp vurmak gerektiğine kani olur ve öyle şiddetli patlar ki, bu bir galaksinin tüm yıldızlarının parlaklığına eşit bir parlaklıkta vuku bulur. akıl sır erecek bişey değil. namaza başlamanız tavsiye olunur böylesi kuvvetler karşısında efendim. o anda açığa çıkan enerji, güneşimizin 10 milyar yıl boyunca ürettiği enerjiye enerjiye eşittir dostlar. şimdi de bir şapele gitmenizi ve papaz amcaya günah çıkarmanızı öneririm. işi iyice garantiye alın amk.
  
  tam da o patlamada, saniyeler içinde protonlar nötronlarla çarpışarak bizmuttan uranyuma kadar ağır elementleri oluşturacak kadar ileri giderler. bütün bunlar uzaya saatteki hızı milyonlarca km olan hızlarla yayılırlar. sonra biryerlerde tekrar bir araya gelip, kütleçekim kuvvetleri ile birbirlerine tutuna tutuna başka yıldız tozlarıyla birlikte gezegenleri, başka başka yıldızları, seni, beni, hatice teyzeyi, volkswagen golf'ü falan oluştururlar. önce moleküller oluşur o toz deryası içinde. su mesela. sonra nispeten karmaşık moleküller, şeker glycoaldehid gibi örneğin (c2h4o2) .astronomlar bugün bunların varlıklarını, ve sonra da yoğunluklarını spektrometri analizlerine bakarak anlayabiliyorlar.
  
  efendim peryodik cetveli bilmeyeniniz yoktur. işte o cetvelde gördüğünüz 118 elementten proton sayısı 90 adede kadar olan hepsi bu ve benzeri nükleer sentezlerle hidrojenden başlayan yolculuğun sonucu ortaya çıktılar. ilk 90 adede kadar doğal, sonrası insan yapımı elementler. ağır elementler nadir elbette ve çok değerliler. plutonyum misal o kadar nadir (uranyum'un bozunumu ile ortaya çıkar) ki bütün dünyadaki doğal plutonyum rezervi 0,05 gram. misal dünyanın tüm saf altın rezervi olimpik bir yüzme havuzunu ancak doldurabilir. elementler ağırlaştıkça, nükleosentezleri için gerekli nükleer güçler daha da muazzamlaşıyor. daha ender kozmolojik olaylar gerekiyor. o zaman şuraya ne nerede oluşmuş gibilerinden bir cetvel koyayım da mistisizme gömülmüş şapşik ruhlarınız canlansın haydi bakalım. şaka yapıyorum, şapeldir, namazdır falan geçiniz bunları. ama yine de aklınızda olsun. süpernova fazına geçmiş bir yıldızda ateist olmaz.^*
  
  peryodik cetveldeki 24 element doğal değil dedik. bilimabilerimiz tarafından son 75 senede yaratıldılar. yanisi, onların uzayda biryerlerde doğa ana tarafından yaratılmış olmaları ile ilgili sadece spekülasyon yapabiliriz. bilmiyoruz çünkü. o elementlerin koskoca kozmoz içinde sadece dünyada olma olasılıkları da var hani. bu açıdan ilginç. aşağıda bu konuya tekrar döneceğiz çok basit bi mevzu değil bu.
  
  neyse ama şimdi bu noktada element denen şeyi anlamak lazım. biliyorsunuz bir adet çekirdek (bkz: nucleus) ve etrafında çepeçevre bir elektron bulutundan teşkildir. çekirdekte pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar mevcut. lakin peryodik cetvelimizi biliriz, onun nötronlara elektronlara falan eyvallahı olmaz. yok, direkt olarak sıralamayı çekirdekteki protonlara bakarak yapar. yukarıda da yazdık. diyor ki; 6 protonlu yapı, elektronunu nötronunu siktirtmesin bana o karbon'dur arkadaşım diyor. böyle böyle küfür kıyamet sırayla 118 protonlu ununoctiuma kadar ulaşıyor mevzu. tablodaki elementlerin neredeyse yarısının süpernova gibi enerjik aksiyonlara ihtiyacı olduğunu açıklıyor bu da bize. o enerjinin büyüklüğü, atom çekirdeklerini nötron bombardımanına tutacak kadar nükleer reaksiyonu tetikliyor efendim. öyle ki çekirdek parçalanıyor artık bambaşka kombinasyonlar oluşturabilecek serbest "protonlar" dolanıyor etrafta aval aval. bundandır ki demir o kısa süreler içinde bir anda altına dönebiliyor. sonra altın kurşuna, oradan hepsi birlikte bahçıvana...falan filan işte. buraya kadar tamam da. o diğer ev yapımı 24 elementi ne yapacağız?
  
  aslında o elementler de bilimannelerinin doğal ağır elementleri kullanarak yaptıkları elementler. örneğin nasıl hani lisede öğrendiğiniz haleler^*, soygaziler^*, işte sonra alkali metaller falan varsa mesela trans-uranium denen ve 95 ile 100 atom numaralı bi element grubu da var. uranyumu nötron bombardımanına tutarak elde ediyor bunları bilimhalaları.. sonra hamile kalan çekirdeğin (çünkü afedersiniz ağzını yüzünü sikiyolar çekirdeğin) radyoaktif hale geçmesini bekliyorlar. zaten illa ki birşekilde ekstra nötronunu protona çeviriyor çekirdekcağız. ardından belki elektrona, ve hatta neredeyse kütlesiz olan anti-nötrinoya. fakat efenim hal böyleyken, fermiyum (100 protonlu) sonrası elementlerde radyoaktive et ve bekle yöntemi sıçıyor. nötron bombardımanı yerine başka bi yöntem geliştiririz o zaman biz de amk diyorlar bilimenişteleri ve bu sefer iki atom çekirdeğini füzyon reaksiyonuna sokarak ortaya kocaman ,yeni, dev bir çekirdek meydana getiriyolar. ki bu da tamamen başka bir atom anlamına geliyor artık. sonrası kolay. minnoş helyum bombardımanlarını misal aynştanyum (99) üzerine uygulayıp hop! 101 protonlu mendelevium meydana geliyor. heheh. sonra mesela uranyumun (92) ağzına yüzüne neonla vurunca (10), ortaya 102'lik nobelium çıkıyor falan. bu böyle böyle gidiyor...
  
  yav iyi hoş dersin de ockham oğlan, yıldızlarda dönen naneleri, sıcaklıkları, oluşan kuvvetleri öve öve bitiremedin amk geldin şimdi insanoğlunun yıldızların yapamadıklarını yaptığını iddia edersin. yıldızlara şirk mi koşarsın sen? ..derseniz haksız değilsiniz. haklısınız da diyemem. zira yukarıda da belirttim yine yazayım. henüz süpernovalarda dahi böylesi ağır elementlerin oluştuğuna dair bir gözlem/bulgu/hesap/simülasyon yok. aslında yıldızlar büyük olasılıkla da bu elementleri oluşturabilirler. hatta belki de bizim yarattığımız en ağır elementten daha ağırlarını da yaratabilirler. mesele güç, sıcaklık şartları falan değil. o konuda kadir-i mutlaktırlar. asıl mesele sonraki ortam. çünkü bu ağır ve radyoaktif elementler çok kırılganlar ve hemencecik bozuluyorlar. yani bişey söylemeye gelmiyor yüzlerine karşı cidden bak. oluşuyorlarsa bile mikrosaniyeler içinde o muazzam türbulansa karışıp bozulup gidiyorlar. çok çok kırılganlar yani. o kadar hengame ve travmadan sonra kırılgan olmakta haksız sayılmazlar aslında.
  
  ezcümle efendim, nükleosentez evrenin belki de en hayati reaksiyon zinciri. bunu elden geldiğince detaylı öğrendiğinde de insan huşu ile doluyor. ben örneğin şu an ağzımdan burnumdan huşu akar halde bi dışarı çıkıp ekmek mekmek alayım. hem sigara da içerim hatundan gizli gizli huşu içinde.
  
  sigara da çok radyoaktif bu arada halbuki hatta bırakmıştım ben o mereti. bunlar hep huşudan işte amk.
  
  cep kanyağı
  
  küçük kaynakça anlaşması (21 haziran 1774)
• en net tabirle, yıldızların varolma ve varolduktan sonra varlığını sürdürmesinin, sizin, benim, her bir toz zerresine kadar her şeyin varolmasının sebebidir. tanım olarak ise varolan atom çekirdeklerinin (proton ve nötron), nükleer füzyon aracılığıyla başka atom çekirdekleriyle bir araya gelerek yeni elementler oluşturduğu reaksiyonlar zinciridir. ilk atomik çekirdekler big bang nükleosentezi sırasında oluşurken gerisi yıldızlarda oluşmuştur. elinizde güneş'in %8'i kütlesi kadar hidrojen olsa ve bu hidrojeni yeterince sıkıştırabilseniz ısı yaymaya başlayacaktır. yeterince sıcaklık açığa çıktığında nükleosentezi ateşlersiniz ve yeni bir yıldıza hayat vermiş olursunuz. yarattığınız yıldızın boyutu, yaptığı reaksiyon sayısı ve bu reaksiyonların bir parçası olan hidrojenin helyuma dönüşümü yıldızınıza güç veren asıl şeyler değildir. önemli olan kütlesine oranla nükleosentezden ne kadar enerji açığa çıkarabildiğidir. nükleosentez ile lityumdan sonraki elementleri oluşturmak başka bir yazının konusu olsun ben güneş üzerinden bunun nasıl işlediğini, neyin nasıl üretildiğini ve açığa çıkan enerjinin bu reaksiyonların ne kadarıyla sağladığını anlatmaya çalışayım.
  
  güneş şu anda hidrojenini helyuma çevirerek varlığını sürdürüyor ancak enerjisinin tamamını hidrojeni helyuma çevirerek elde etmiyor. enerjisinin kaynakları bu zincir reaksiyonlar arasında bölünüyor.
  
  iki türlü zincir reaksiyon var. proton-proton zinciri (ikinci aşaması döteryum-proton) ve cno füzyon döngüsü. ilk önce proton-proton reaksiyon zincirinden başlayayım.
  
  1- güneş enerjisinin neredeyse tümünü proton-proton zincirinden elde ederki aslında bu bir bozunma döngüsüdür. güneş'teki zincir reaksiyon bir hidrojen atomu ile başka bir hidrojen atomunun bir araya gelmesiyle, yani proton-proton reaksiyonuyla başlıyor. iki protonun kaynaşmasıyla ortaya diproton (2 proton, 0 nötron) çıkıyor. ki bu aşırı kararsız bir helyum-2 elementi, daha doğrusu helyum izotopu. çünkü helyum olması için yeterince protona sahip ancak nötron bakımından yetersiz. ve izotoplar kararsız olduğunda er ya da geç daha kararlı bir elemente dönüşürler. bu durumda reaksiyon genellikle tekrar iki hidrojene ayrılarak başa döner ama amacımız reaksiyonun devam etmesi. bunun için en iyi seçenek olarak kararlı bir hidrojen izotopu olan döteryuma (1 proton, 1 nötron) dönüşmesi gerekiyor. yani protonların biri nötrona dönüşmeli. burada radyoaktif bozunma başlıyor ve protonlardan biri artı beta bozunmasıyla nötrona dönüşüyor. bunu yaparken pozitron ve nötrino yayılımı oluşuyor. buraya hiç girmeyeceğiz. neticede artık elimizde 1 nötron ve 1 protondan oluşan döteryum var. proton sayısı 1'e düştüğü için helyum-2, hidrojen-2'ye dönüşmüş oldu. bu bir hidrojen reaksiyonuydu ve güneş'te meydana gelen reaksiyonların toplam %40'ını oluşturmakta. her bir reaksiyon 1,44 mev (milyon elektronvolt) enerji açığa çıkarıyor ve bu güneş'in toplam enerjisinin %10,4'üne eşit.
  
  2- buradan sonra döteryum-proton aşaması başlıyor. güneş'te üretilen enerjinin asıl kaynaklarına geldik. hidrojen-2 ile hidrojen atomu birleşiyor ve sonunda helyum-2'ye göre daha kararlı bir helyum izotopu olan helyum-3 oluşuyor.
  bu adım, güneş'in toplam reaksiyon sayısının %40'ını oluşturuyor ve her reaksiyon için 5.49 mev enerji açığa çıkıyor. bu, güneş'in ürettiği toplam enerjisinin% 39.5'ine eşit. bu bir hidrojen-helyum reaksiyonuydu. işte burası güneş'in enerjiyi nasıl ürettiği hakkındaki genellikle yanlış anlaşılan kısım. güneş enerjisini sadece hidrojeni helyuma dönüştürerek elde etmiyor. bundan öncesi (hidrojen-hidrojen reaksiyonu) ve sonrası (helyum-helyum ve helyum-berilyum reaksiyonları) var.
  
  zincir reaksiyonun devam etmesi için bir sonraki adım helyum-4 olmalı. diyebilirsiniz ki neden 4 tane hidrojen atomunu birleştirip direk kararlı bir helyum-4 oluşturulamıyor? çünkü aynı anda ikiden fazla atomun çarpışıp tepki vermesi olası değil. reaksiyonda helyum-4'e ulaşıp tekrar helyum-4'e dönene kadar bu zincirlemeyi takip etmek gerekiyor.
  
  3a- ortada halen kararsız bir helyum-3 var ve kararlı bir helyum oluşturmak için bir nötron daha gerekiyor. bunu yapmak için iki seçenek var. ya başka bir helyum-3 ile birleşip helyum-4 oluşturmalı ya da zaten var olan bir helyum-4 ile birleşip daha eğlenceli bir yoldan devam etmeli. ilk önce başka bir helyum-3 ile reaksiyona sokalım sonra diğer yoldan devam edelim. helyum-3 + helyum-3 reaksiyonunda bir adet helyum-4 elde ediyoruz ve fazlalık olan iki proton, iki adet hidrojen atomu olarak açığa çıkıyor. reaksiyonları en başta 2 adet hidrojen atomuyla başlatmıştık ve şuan helium-4 elementine ulaştık. sırf bu adımdaki reaksiyondan güneş'in ürettiği enerjinin %39,3'ü geldi. üstelik bu adım toplam reaksiyonların sadece %17'sini oluşturuyor. daha yüksek kütleli atomlarla reaksiyona girildi ve hiç nötrino salınmadı. enerji kaybı minimumda. yine de bunun bir bedeli var elbet. 4 hidrojen atomundan 1 helyum atomu ürettik. ancak helyum onu oluştururken kullandığımız 4 hidrojen atomunun toplam %99,3'lük kütlesine sahip. %0,7'sini kaybettik. işte bu %0,7'lik kayıp kütle enerjiye dönüştü. güneş bu şekilde sıcak kalıyor, bizi ısıtıyor ve nükleer reaksiyona devam edebiliyor.
  
  3b- elimizdeki helyum-3'ü bu sefer başka bir yolla helyum-4'e dönüştürelim. varsayalım ki helyum-3 izotopu halihazırda var olan bir helyum-4 elementiyle reaksiyona girsin. bu durumda oluşacak olan element 4 proton ve 3 nötrondan meydana gelecek. toplam atom kütlesi 7. periyodik tabloda sadece atom kütlesine baksak buna lityum diyebilirdik. ancak 4 protona sahip olduğu için bu bir lityum değil, berilyum. ki bu element (ve lityum ile bor) kozmik ışın parçalanması yoluyla atmosferimizde de üretilebilirler. yani azot, hidrojen gibi atomlarla çarpışarak.
  
  4- elimizdeki bu berilyum-7 kararsız bir izotop çünkü iki nötronu eksik. bozunma kaçınılmaz. 2 nötron bulmaktan daha kolay olan şey protonlardan birini nötrona dönüştürmek olur. böylece 3 proton, 4 nötrondan oluşan kararlı bir lityum-7 elde edilir. elektron yakalayarak protonlardan biri nötrona dönüşüyor ve bu sırada reaksiyonun ilk adımı olan proton-proton reaksiyonunda olduğu gibi bir miktar nötrino açığa çıkıyor. artık 4 proton ve 3 nötrona sahip olduğumuz için berilyum-7, lityum-7'ye dönüşmüş oluyor. lityum-7 aynı zamanda büyük patlamada hidrojen ve helyumdan sonra az miktar da olsa oluşan üçüncü ve son element. geri kalan tüm elementler yıldız nükleosentezlerinden gelme.
  
  5- zincirin bu kısmı çok nadir vuku bulan bir reaksiyon. %0,1 oranda gerçekleştiğini söyleyeyim. lityum-7 kararlı ancak durmak bilmiyor. reaksiyona devam edip atom kütlesini artırmak istiyor. bulabileceği en kolay atom ile reaksiyon başlatıyor, hidrojen ile. 3 proton-4 nötronluk lityum sadece 1 protondan oluşan hidrojenle reaksiyona girdiğinde ortaya berilyum-8 çıkıyor. yine kararsız bir berilyum elde edilmiş olundu. kararlı olması için bir nötrona ihtiyaç var. ancak ondan daha kısa bir yol var. direk iki tane kararlı helyum-4 elementine ayrışmak. 4 proton ve 4 nötron, 2'şer olarak ayrılıyor ve 2 tane helyum-4 oluşmuş oluyor. lityum ve berilyum kalıcı olmuyor tekrar helyuma dönüşerek reaksiyon zinciri helyum üzerinden devam ediyor. bu güneş'te meydana gelen nadir reaksiyonlardan biriydi. toplam reaksiyonların %3'ünü oluşturuyor ve her reaksiyon için 19,99 mev enerji açığa çıkıyor. toplam üretilen enerjinin %10,8'ine eşit. bu enerjinin çoğu helyum-4 oluşturana kadar girilen reaksiyonlarda nötrino yayılımından dolayı kayıp edildi.
  p-p reaksiyon zinciri grafik
  
  kısaca p-p reaksiyonlarından elde edilen enerjiyi reaksiyonlar bakımından toplayalım.
  hidrojen + hidrojen ---> hidrojen-2: %10,4
  hidrojen-2 + hidrojen ---> helyum-3: %39,5
  helyum-3 + helyum-3 ---> helyum-4 ve 2 adet hidrojen: %39,3
  helyum-3 + helyum-4 ---> berilyum-7 ---> lityum-7 + hidrojen ---> 2 adet helyum-4: %10,8
  
  toplam= 100%. ancak p-p zinciri güneş'te oluşan enerjinin %99'unu oluşturuyor. %1'lik kısmı ise diğer bir nükleosentez yöntemi olan cno füzyon döngüsünden geliyor.
  
  cno füzyon döngüsünün, güneş'te üretilen enerjinin %1'inden sorumlu olduğu düşünülüyor. 2020 yılına kadar bu döngüyle güneş'in enerji ürettiği doğrulanamamıştı ama geçen yıl bu döngüden açığa çıkan nötrinolar teorik olarak tespit edildi. artık güneş'in bu reaksiyonlarla çok az da olsa enerji ürettiği bilinir hale geldi.
  
  proton-proton zincirine zincir derken buna neden döngü diyoruz? tüm bileşenlerini tüketen proton-proton reaksiyonun aksine, cno füzyon döngüsü katalitik bir döngü. füzyonun bir adımında tüketilen, ancak daha sonraki bir adımda yeniden üretilen katalizörler olarak karbon, azot ve oksijen izotopları kullanılıyor. + ürün olarak helyum-4 ortaya çıkıyor. bu, güneş'te üretilen toplam helyum-4'ün sadece %1,7'sine eşit.
  
  yukarıda proton-proton zincir reaksiyonunda çok düşük bir olasılıkla berilyum-8 üretilmişti. 5 ve 8 atom kütlesine sahip herhangi bir kararlı izotop olmadığı için berilyum-8 anında iki adet helyum-4'e ayrışmıştı. ancak, düşük bir ihtimalle berilyum-8 helyum-4'e ayrışmak yerine onunla birleşebilir. buna alpha process deniyor ve cno döngüsüne giden kapı burada açılıyor. bu reaksiyon sonucunda berilyum-8 + helyum-4 = kararlı bir karbon-12 oluşuyor. cno füzyon döngüsü oluşan bu karbon-12 ile başlıyor. alpha process grafik
  
  bu döngü şöyle bir yol izliyor:
  karbon-12 atomu, bir hidrojen atomunu yakalıyor ve azot-13 oluşturuyor. bu süreçte bir gama ışını yayılmakta. azot-13 pozitif bir elektron yayıyor ve bir protonunu nötrona dönüştürerek karbon-13 oluşturuyor. karbon-13 başka bir proton yakalıyor, azot-14'e evriliyor ve başka bir gama ışını yayıyor. azot-14'de boş durur mu bir proton da o yakalıyor ve oksijen-15 oluveriyor. elde edilen oksijen-15 bir pozitron atıyor ve böylece azot-15'e dönüşüyor. azot-15 atomu da boş durmuyor ve hızlı hareket eden bir proton yakalıyor.
  
  6 proton 6 nötron (karbon-12) ile başladık ve şimdi elimizde 8 proton 8 nötronlu bir element var. bunlarla kararlı bir oksijen-16 yapılabilir, ama yapılmıyor. onun yerine bir helyum-4 ve bir karbon-12 yapılıyor. üretilen helyum-4, p-p reaksiyonlarına girmek için yola çıkarken; son aşamada tekrar elde edilen karbon-12 döngüyü bir daha başlatıyor. her döngü sonucunda hem 1 adet helyum-4 üretilmiş olunuyor hem de karbon-12 tekrar kazanılıyor. cno döngüsü grafik
  
  cno döngüsünün güneş'te üretilen enerji açısından çok bir payı yok. üretilen toplam enerjinin sadece %1'ini karşılıyor. bunun nedeni güneş'in cno döngüsünü baskın enerji üretimi olarak kullanacak kadar fazla sıcaklığa sahip olmaması. güneş'ten biraz daha sıcak yıldızlarda cno döngüsü enerji üretimi açısından daha yüksek bir paya sahip. sonuç olarak güneş'in enerjisinin %99'u proton-proton reaksiyonlarından kaynaklanıyor. çünkü gücü şimdilik sadece helyum üretmeye yetiyor. üretilen az miktarda berilyum ve lityum tekrar helyuma bozunuyor ve berilyum çok nadir bir olasılıkla karbona dönüşüyor. bu yüzden neticede son ürünümüz helyum. güneş kırmızı dev olduğunda ve sıcaklığı arttığında hidrojenden sonra helyumu füzyon yakıtı olarak kullanacak. ardından sırasıyla, helyumdan üreteceği kararlı elementler olan karbon, neon, oksijen, silikon ve son gününde demiri füzyon yakıtı olarak kullanacak.
  
  kaynaklar:
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8