Maddenin 4. hali olarak bilinen plazma ilk olarak 1928 yılında Irving Langmuir tarafından keşfedildi. Evrendeki görünür maddenin %99’dan fazlasının plazma halinde olduğu biliyor. En büyük plazma olan Güneş, Kuzey Kutbu ve Antarktika’da kutup ışıkları, iyonosferdeki yıldırım ve şimşekler bunlardan bir kaçı. Günümüzde birçok sektörde de kullanılan plazma, ürünlerin daha sağlam ve steril olmalarını da sağlıyor. TÜBİTAK UME’de daha önce olmayan tamamen yeni bir plazma laboratuvarı kuran Yeditepe Üniversitesi’nden Prof. Dr. Necdet Aslan ile plazma teknolojisini konuştuk.
Plazma teknolojisi nedir?
Bildiğiniz üzere maddenin 3 hali var; katı, sıvı ve gaz. Plazmaya da dördüncü hali deniliyor. Plazma aslında gaz fakat bazı durumlarda sıvı gibi davranabiliyor. Etrafımızdaki gazlar genellikle bir, iki, üç, dört atomludur. Mesela karbondioksitte; 1 karbon ve 2 tane oksijen bulunuyor. Bunun gibi gazlar atmosferin her yerinde bulunur ve nötr haldedirler. Karbondioksitin içindeki karbonu düşünelim, karbon çekirdeği ve etrafında elektronları var. Çekirdeğin + yükü protonların sayısına – yükü ise çekirdeğin dışındaki elektronların sayısına bağlıdır. Bunların sayısı eşitse atom nötr haldedir. Eğer atoma mesela ısıtarak
veya bir dış elektrik veya manyetik alan uygulayarak enerji verilirse elektronlar çekirdekten daha uzak
yörüngelere giderler ve hatta bazıları atomdan kopar. Bu iyonizasyondur. Bu durumda azalan – yük miktarı kadar atom + yüklenir. Bazı atomların dış yörüngelerine de ekstra elektronlar bağlanıp atomu – yüklü yapabilirler. İşte atmosferde + ve – yüklü iyonlar ve nötr atomlar, gazlar bulunur ve insanlık her gün bunları soluyor. İç havasının büyük bir kısmını vakum pompasıyla boşaltılan camdan veya paslanmaz çelikten bir kazan hayal edelim. Bunun içine iki plaka koyup 500 voltluk bir gerilim
uyguladığımızı düşünelim. Bu durumda aradan geçen atomlara elektrik alanda bir enerji aktarımı söz konusu olacaktır. Atomlar enerjiyi aldıktan sonra çekirdeğin etrafında dönen elektronlar dış katmanlara doğru yükselip atomdan kopma eğilimi gösterir. Bu dış enerji yok olursa da elektronlar tekrar eski yörüngelerine dönerken etrafa gelişigüzel yönlerde ışık yayınlar. Eğer çok enerjiyle çekirdeğe çok yakın yörüngelerden kopup buraya tekrar geri dönerlerse bu ışıklar X ışını olarak adlandırılır. Eğer vakum içinde yaklaşık 30000 V bir gerilimle elektron demetini hızlandırıp Tungsten yüzeyine çarptırırsak buradaki atomlardan X ışınları yayınlanır. Aslında elektronlar noktasal parçacıklar mı yoksa dalga paketi mi ya da enerji grubu mu tam yapısını bilemiyoruz. İyonosfer, statosfer gibi atmosferde soluduğumuz nötr gazlar bulunur. Ama iyonosferde bunların plazma halleri vardır. İyonosfer, uzaya daha yakın katman olduğu için uzaydan gelen gama veya kozmik ışınların enerjisini soğurarak bu enerjiyi ortamdaki gazların atomlarına aktarıp bu gazları + veya – yüklü atomlar yani plazma haline getiriyor. İyonlar
doğada daima nötr olmak isterler çünkü bu minimum enerji durumudur. Kısacası dış etki gelirse atomlar
yüklenip + veya – iyon haline geçerler. Dış etki geçtikten sonra da hemen eski nötr hallerine ışık yayınlayarak dönerler. Bu şekilde yüklü olan gazlara plazma adını veriyoruz.
Hangi sektörlerde ağırlıklı olarak kullanılıyor?
Plazmanın en çok kullanıldığı sektörlerden biri de aydınlatmadır. Havası boşaltılmış ampullerin içerisine farklı gaz çeşitlerinden koyuluyor, ardından enerjiyi verdikten sonra gaz plazma haline geçip ışıldamaya başlıyor. Bilindiği gibi güçlü lazer endüstrisi yüzeylere etki açısından çok kullanılır. Güçlü gaz lazerleri de plazmadan elde edilir. Uzun bir tüpün bir tarafına yansıtıcı mercek, diğer tarafına da yarı geçirgen mercek koyarsanız ve bu noktalardan yüksek gerilim uygulanırsa önceden bahsedilen şekilde atomlar sadece belli dalga boyunda ışık yayınlarlar ve lazer ışını oluşur. Bu ışınların şiddetleri mercekler arasında gide gele artar ve sonra gittikçe şiddeti anfi olarak artar. Sonunda güçlü bir lazer demeti tüpün ucundan dışarı çıkmış olur. Otomotiv ve yüzey sektöründe herhangi bir şeyin kaplanmasında da plazma kullanılıyor. Ama bu plazmalar için uygulanan gerilim aralarında sadece birkaç cm olan plakalara 10-20000V uygulanarak elde edilebiliyor. Atmosfer ortamlarında bu tür enerjik plazma ile malzeme yüzeyini tararsınız yüzey atomlarının özellikleri değişir. Mesela kaplanmaya veya boyamaya uygun hale getirilir. Örneğin, boya astarı ihtiyacını tamamen ortadan kaldırıp süper bir tutunma sağlar. Bazı yüzeylerde de yüzey gerilimini düşürerek malzemenin suyu emme veya tamamen geri itme gibi özellikleri ortaya çıkabilir. Yanmayan veya suyu emmeyen tekstil yüzeyleri tamamen plazma etkisiyle üretilir.
“TÜBİTAK ’ta daha önce olmayan bir plazma laboratuvarı kurduk.”
TÜBİTAK ile yaptığınız çalışmadan bahseder misiniz?
Mevlana’nın “insan yükseldikçe, gönlü alçalmalıdır’’ felsefi sözünü esas alarak yol kat etmeye çalışıyorum. Amerika’dan doktora alıp ülkemde hizmet ederken akademik ve sanayi konularında ne kadar yükseldiysem o kadar da kibrimi ve hırslarımı altta tutmaya çalıştım. Çünkü kendimi teşhir etmeye uğraşmak yerine emeklerim ve başarılarımla ortaya çıkmak istedim. Üniversitelerdeki öğretim üyeleri genellikle TÜBİTAK’a gidip bir laboratuvarda araştırma, çalışma, deney ve projeler yapar. Böylelikle üniversite ve TÜBİTAK arasında ilişki kurulmuş olur. Ama ben TÜBİTAK’ta çalışan başarılı birkaç kişinin desteğiyle daha önce olmayan bir plazma laboratuvarı kurdum. Şimdi o laboratuvarda ileri seviye vakum ve ölçüm sistemleri bulunuyor ve gün geçtikçe de laboratuvar büyüyor. Daima da yenileri alınıp daha fazla geliştirilmeye çalışılıyor.
Vakum teknolojisi hakkında ne söylemek istersiniz?
Vakum kazanlarını paslanmaz çelikten yapıyoruz ama iş onda bitmiyor bizim ülke olarak vakum,
difüzyon ve turbo moleküler pompa yapmamız lazım. Vakum altında yapılan plazma ile çipler, entegre devreler ve sensörler üretebiliriz. Vakum, difüzyon, turbo moleküler pompaları son derece teknolojik ve pahalı cihazlar. Bunları üretecek firmalarımızın olması gerekir. Kompresör yapılıyor fakat diğer hepsini ithal ediyoruz. Avrupa ve Amerika’nın en büyük taktiği, az gelişmiş ülkelerde teknolojinin oluşmasını engellemek için o ülkelerdeki kritik cihazları çok ucuza satmaktır. Böylelikle siz uğraşmamış olursunuz. Ucuza aldığınız için kısa sürede etkisini yitirince tekrardan gidip alacaksınız. Bu da kendi ülkenizin değil, ithal edilen ülkenin faydasına katkı sağlamış olur. TÜBİTAK’taki plazma laboratuvarımızda ileri seviye vakum sistemi bulunuyor. Plazmanın içerisinde prop ve spektroskobik ölçümler yapan ve özelliklerini inceleyen hassas sistemler alındı. Aslında bu tür pompaları üretmek ucuza gelmiyor aksine ülke kurlarına göre hesaplandığı zaman daha pahalıya bile gelebilir. Ama sanayiciler kendileri uğraşmayıp bunları direk satın aldıkları için işin çözüldüğü zannediliyor ve para kazanmaya başlayınca bunları üretmeyi tamamen bırakıyor
“Otomotiv ve yüzey sektöründe herhangi bir şeyin kaplanmasında da plazma kullanılıyor. Ama bu plazmalar için uygulanan gerilim aralarında sadece birkaç cm olan plakalara 10-20000V
uygulanarak elde edilebiliyor.”
Pandemi döneminde plazma teknolojisinden nasıl faydalanıldı?
Virüslü havayı alıp tüpten geçirirken tüpe yüksek voltaj uygularsak her bu aktif enerji ortamından geçen hava plazma haline geçer ve içindeki her türlü bakteri ve mikro organizma yok olur. Sterilizasyon aslında budur. Bu şekilde temizlediğin havayı tekrardan ortama verirsin ve yavaş yavaş ortamda mikro organizmalar azalır. Ameliyathanelerde sterilizasyon cihazları vardır. 3-5 metrede bir yerleştirilirler ve
ameliyat yapılmadan önce bütün odayı temizler. Havadaki mikropları bakterileri mikro organizmaları emer içinde yok edip tekrardan havayı geri verir. Havada gezen toz parçaları, vücudumuzdan dökülen
deri tüy parçaları ve tozlar da temizlenmiş olur.
Füzyon Enerjisi nasıl üretilir?
Uranyumun bir nötron tarafından parçalanmasına fizyon denir. Bu parçalanmayı kontrol edebilirsek nükleer reaktörler yapılabilir. Ama kontrolsüz biçimde ortama salarsak o zaman atom bombası olur. Döteryum ile trityum plazma haline getirilip kaynaştırılması olayına da füzyon denir. Eğer bu prosesi kontrol edersek Tokamak gibi füzyon reaktörleri, ama kontrolsüz bir şekilde serbest bırakırsak da hidrojen bombası yapmış oluruz. İşte bu füzyon reaktörleriyle hali hazırda kullanılan nükleer enerji santrallerinin binlerce katı enerji edilmiş olur. İnşallah bir gün TÜBİTAK bu kurulan laboratuvarı genişleterek füzyon çalışmalarına başlar. Türkiye’de motor üretilmediği için hem fizyon hem de füzyon enerjisinde ısıl çevrim için kullanılan pompalar da dışarıdan alınıyor. Hem bu enerji santrallerinde
kullanılmak üzere hem de elektrikli araçlar ve endüstriyel otomasyon sistemlerinde kullanılabilecek motor fabrikaları kurmamız ve üretmemiz gerekiyor. Bu türlü kritik cihazları üretmeye kalktığınızda da ithal edilen ülkeler tarafından engellendiğiniz için bunu çok sağlam politikalarla istikrarlı olarak yapmak lazım.
Latince karşılığı ”yol” olan ITER hakkında neler söylemek istersiniz?
ITER dediğimiz proje de Avrupalıların geliştirdiği uluslararası Tokamak Füzyon Reaktörleri projesidir. Simit şeklinde bir vakum kazanı ve etrafında binlerce amper akım geçen süper iletken tellerle sarılı bir sistemdir. Avrupa’ da hem normal nükleer reaktörler hem de bu tür Tokamak sistemleri çalıştırılmaktadır. Yani iddia edildiği gibi Avrupa nükleeri tamamen bırakmış değildir. Bizim de bu teknolojiye girip nükleer rektörlerle enerji üretip enerjimizi daha ucuza getirmemiz son derece önemlidir. Mersin Akkuyu’da inşasına başlanan nükleer reaktör projesi ülkemiz açısından son derece önemli bir projedir. Kaz Dağları’ndaki belli bir miktar uranyum bulunuyor. Ayrıca Kuzey Karadeniz fay hattının dibinde de dünyada en çok ikinci toryum rezervleri bulunuyor. Toryumu normal nükleer reaktörlerde kullanabiliriz. CANDU tipi nükleer reaktörlerinde toryum ile yapılan yakıtlar kullanılıyor. Bir gün bu kaynakları gerçekten ortaya çıkartırsak ve nükleer teknolojide kullanırsak işte o zaman çok yol kat edeceğimize inanıyorum. Bu nükleer santraller ile nükleer enerji sayesinde suyu basınçlı buhar haline getirip bunlarla içinde üretmemiz gereken motorlar olan tribünleri döndürüp elektrik üretebiliriz.
