Çekirdek enerjisi, nük­leer reaksiyonla (çekirdek reaksiyonları ile) salıverilen enerji. Nükleer reaksiyon­lar (Bkz: Nükleer Reaktör) Radyoaktiflik, Fizyon (bkz.) yani çekir­dek bölünmesi, Füzyon (bkz.) yani çekir­dek birleşmesi biçiminde sıralanabilirler. Nükleer enerjiye bazen atom enerjisi de denir. Ne var ki gerek Nükleer Reaktörler (bkz.)'de gerekse nükleer silahlarda salıve­rilen büyük enerji salt çekirdek reaksiyon­larından kaynaklanır. Buna atomun elek­tron düzeninin hiçbir katkısı olmaz. Elek­tronların işe karıştığı reaksiyonlar ise yan malar ya da patlayıcı maddelerin patlama­sı gibi yine enerji verici reaksiyonlardır ki burada salıverilen enerji bir çeşit atom ya da molekül enerjisi olarak nitelenebilir. Bu nedenle nükleer enerji karşılığı olarak atom enerjisi deyimini kullanmak temel­de yanlıştır. Nükleer enerji, protonlar ile nötronları, çok küçük bir hacim içinöe bir arada tutan özel bir kuvvetten kaynakla­nır. Bıı çekirdek için özel*çekim kuvveti atomların elektron düzenlerinin dış kabuk Orbital (bkz.) ve elektronlarının işe karış­tığı kimyasal bağ kuvvetinden milyon kez daha büyüktür. {Bkz. Nükleer Fizik). Ha­fif çekirdeklerde nötron sayısı aşağı yukarı proton sayışma eşitir. Büyük çekirdeklerde ise nötron oram büyür. Eğer nötron sayı­nın proton sayısına oranı 1,5/1 gibi ise bu çekirdek sağlamdır (dengelidir). Çekirdek içi nötron ve protonların ikisine birden nükleon denir. Protonların birbirini İtici elektrostatik kuvveti yenerek bu nükleon-lan birbirine^bağlayan enerji bağlama ener­jisi adını alır. Bağlama sırasında nükleon-larm toplam kütlesi: a m kadar azalır ve iş­te bağlama enerjisi bu azalma karşılığın­da Einstein (bkz: Aynştayn) denklemine göre salıve­rilen enerji olur: B.E.= Amc2 (buradaki c elektromanyetik sabit'tir). c çok büyük (300 milyon metre/saniye) olduğu için de küçük bir kütle eksilmesi karşılığında bile büyük miktarda enerji salıverilir. Bağlama enerjisi, çekirdek içi nükleonlarmı birbi­rinden ayırmak için harcanması gerekli işe eşit ve her zaman pozitiftir. Yani çekirdek­ler birbirinden ayrı olan nükleonlara (pro­tonlar ve nötronlar) oranla daha dengeli ve daha sağlamdır. En sağlam çekirdekler kütleleri orta değerler taşıyan çekirdekler­dir. Çekirdeklerin kütleleri bu orta değer­lerden küçüldükçe ya da büyüdükçe sağ­lamlıkları da azalır. Ortalamadan çok ağır olan çekirdekler içerdikleri nötron/proton oranını düzeltmek için radyoaktif ışınlar yayarlar (bkz. Radyoaktiflik). Ağır ele­mentlerin çekirdeklerindeki bağlama ener­jisinin azalmakta oluşu, çekirdeğin pozitif yükü arttıkça (nötronların sayısı protonlar­dan fazla bile olsa) çekirdeğin sağlamlı­ğının da azaldığını gösterir. Bağlama ener­jisinin nükleon sayısına bölümü, bir nük­leon başına bağlama enerjisini verir. Bu belli bir limitten daha aşağı olursa böyle çekirdekler radyoaktif olmaları yanında, kendilerine hızı uygun bir nötron çarpın­ca bölünebilirler; bu nükleer fizyon reak­siyonudur. Hafif elementlerin de nükleon başına bağlama enerjilerinin düşük olması nedeni ile bunlar daha büyük çekirdekler oluşturmak üzere birleştikleri zaman yine dışarı enerji salıverilir, örnek olarak iki Döteryum (bkz.) çekirdeği enerji vererek birleşir, helyum çekirdeği oluşur. Bu ise nükleer füzyon reaksiyonudur.
İlk deneysel ve yapay nükleer reaksi­yonu 1919 yılında Rutherford (bkz.) gerçek­leştirdi. Bilgin, azot çekirdeklerini alfa partikülleri (helyum çekirdekleri) ile bombar­dıman ederek hidrojen ve oksijen çekirdek­lerinin oluşumuna neden oldu (alfa parti-küllerini ise radyumdan sağlamıştı):
Ne var ki, çekirdekler pozitif yüklü olduk­larından birbirlerini iterler ve bunları bir çekirdek reaksiyonu verecek kadar yaklaş­tırmak, dolayısıyla bir çekirdek reaksiyo­nu başlatmak çok zordur. 1932 yılında nötronun keşfi bu güçlüğü yenebilmeyi sağlayan bir imkân yaratmıştır. Yüksüz ve Subatomik Partiküller (bkz.) ölçüsüne göre de ağır olan nötron yavaş hareket bile etse yine bir nükleer reaksiyon başla­tacak kadar enerji taşır ve çekirdek itme­si ile karşılaşmadığı için yaklaştığı çekirde­ğe çarpar. 1939 yılına kadar birçok çekir­dek reaksiyonu üzerinde çalışıldı. Fakat, bunların hiçbirisi bir enerji kaynağı olma özelliği göstermedi. Gerçi çekirdek reaksi­yonları dışarıya enerji veriyordu, ama, bu salıverilen enerjiden daha çoğu bir reak­siyonu başlatacak partiküllerin üretimine harcanıyordu. Ayrıca, üretilen etkin parti­küllerin pek azı istenen biçimde reaksiyon veriyordu; reaksiyonda ortaya çıkan başka etkin partiküllerin de aynı reaksiyonu sür­dürme ihtimali pek azdı. Bu bir kutu kib­ritle ıslak odunlardan oluşmuş koca bir yığını tutuşturmaya benziyordu. Bu durum­dan çıkış yolu 1939 yılında açıldı. Bu yıl ilk kez yavaş nötronlarla bombardıman edilen ağır uranyum çekirdeklerinin sergi­lediği reaksiyon yorumlandı (reaksiyonu deneysel olarak ilk kez 1934 yılında Fermi gözlemiştir). Bu reaksiyonun bir nükleer fizyon örneği olduğu anlaşıldı. Yeteri ka­dar enerji taşıyan yavaş nötronlar uranyum-235 (IF35) çekirdeklerinin küçük bir bölümünü ikiye bölebiliyorlardı. Bu bölün­me her zaman aynı biçimde olmuyordu; değişik bölünme ürünleri ortaya çıkıyordu. Fakat, her bölünme (fizyon) ile birlikte iki ya da üç nötron ve büyük miktarda enerji salıveriliyordu. Nötron salıverilmesinin ne­deni ise bölünme ürünleri olan iki daha hafif çekirdekteki nötron/proton oranının ana çekirdektekinden daha küçük olması dır. Bu nötronlar, büyük ölçüde nükleer enerji üretimi için, bir anahtar ödevi yap­tılar. Çünkü bunlar bir zincirleme reaksi­yon oluşturarak tüm uranyum kütlesinin fizyonunu sağlayabileceklerdi. Bu nötronla­rın bazıları yitirilse bile geride başka fizyonlar doğurmaya yetecek kadar nötron kalıyordu. Her fizyon ise birkaç nötron daha veriyordu, bunun sonu büyük bir enerji patlamasına varıyordu. 1942 yılında Chicago'da doğal uranyum "nükleer yakı­tı" ile ve nötron yavaşlatıcı olarak grafit kullanarak ilk denetimli çekirdek fizyonu gerçekleştirildi. Nötron yakalayan çubuk­lar, reaksiyon verecek nötronları belli bir sayının altında tutarak reaksiyonun dene­tim altında sürdürülmesini sağladı. Nükleer enerjiden bir savaş silahı olarak yararlan­ma düşüncesi II. Dünya Savaşı sonlarına doğru hemen uygulamaya konuldu. ABD' nin Japonya'ya attığı iki Atom Bombası (bkz.) bu savaşı kısa sürede sona erdir­di. Daha sonra çok daha güçlü nükleer si­lahlar yapıldı. Dünyada kullanılan enerji­nin gittikçe artan bir bölümü fizyon olayı­na dayanan Nükleer Reaktör (bkz.)'lerden elde edilmeye başlandı. Bununla birlikte fizyona uygun "nükleer yakıt" miktarının doğada şaşılacak kadar az olduğunun far­kına varıldı. Ayrıca, fizyon ürünü olan çe­kirdeklerin Yan-Ömrü (bkz.) uzun olan radyoaktiflik göstermeleri de, bu artıkların nereye atılacağı gibi çok önemli bir sorun ortaya çıkarmıştı. Günümüzde bu artıklar içi paslanmaz çelik astarlı beton bloklarda depolanarak uzaklaştırılmakta; bu artıkla­rın çözünmeyen bir çeşit cam biçimine so­kulması imkânı araştırılmaktadır. Bunları uzaya fırlatmak, Yerin jeolojik yönden sağ­lam bölümlerine gömmek, ya da kimyasal değişmelerle daha kolay denetlenebilir maddelere dönüştürmek, geleceğin nükleer artık maddelerden kurtulma çareleri arasında sa­yılabilir. Bütün bunlara karşın nükleer füzyon, enerji ve elektrik üretimi yönünden, çok daha uzun vadeli bir çözüm olarak durmaktadır. Ne var ki şimdilik denetimli nükleer füzyon, araştırma aşamasından öteye geçeme­miştir.


İlgili Diğer Konular:

Enerji
Güneş enerjisi
Enerji
Güneş enerjisi
Kinetik enerji
Enerji Dönüşümleri
Enerji Düzeyi
Enerji Bütçesi
Enerji Kaynakları
Potansiyel Enerji
İç Enerji
Jeotermal Enerji
Enerji Kullanımı