Fisyonun Keşfi


Fisyonun keşfi, 5 yıl süren bir maratononun sonunda oldu. Yarışı, hem de gürültülü bir şekilde Romalı bir grup genç fizikçi başlattı. Bu gençlerin içinde İtalyan fiziğinin harika çocuğu Enrico Fermi de vardı.

Kuramsal fizikteki üstün başarıları sonucu, henüz 28 yaşındayken İtalyan Kraliyet Akademisi'ne üye seçildi. Akademi�nin en genç üyesiydi. 1934 yılının başlarında çevresine topladığı bir grup fizikçiyle deneysel fiziğe yöneldi.

Çekirdek bombardımanında o zamana dek alfa parçacıkları kullanılıyordu. Alfa parçacıkları, ağır kütlesi ve çifte elektrik yükü nedeniyle katı maddeye nüfuz etkisi küçük kalıyordu. Fermi, iki yıl önce keşfedilen nötronu, bombardıman mermisi olarak seçti. Nötron, elektrikçe yüksüzdü ve ayrıca kütlesi alfa parçacıklarının dörtte biri kadardı. Herhangi bir itme ile karşılaşmadan maddenin içlerine girebilirdi.

Roma'dan zafer çığlıkları çok çabuk yükseldi. Fermi ve arkadaşları önüne gelen elementi nötronla bombardıman ederek bir dizi radyo izotop elde ettiler. Sıra uranyuma geldi. Görünürde değişen bir şey yoktu. Nötronla bombardıman edilen uranyum, beta yayan çekirdeklere dönüşüyordu.

Beta olayının açıklamasını yapan Fermi'nin kendisiydi. Beta yayan bir çekirdekte bir nötron bir protona dönüşüyor, yani atom numarası 1 artıyordu. 1934'te Fermi, Emilio Segre ve daha üç arkadaşının imzasıyla şu haberi yayınladılar:

"Uranyumun nötronlarla bombardımanından en az 4 radyoaktif madde oluşmaktadır. Bunlardan ikisi, uranyumdan daha ağır 93. ve 94. elementlerdir.

Haber, bilim dünyasında bomba gibi patladı. Roma basını da uranyumötesi elementlerin bulunduğunu yazıyordu. Aslında yanılmışlardı. Beta yayıcılar uranyumötesi elementler değil, uranyumun yaklaşık ikiye bölünmesinin ürünleriydi. Fermi ve arkadaşları fisyonla oynuyorlardı.

O sırada bu olasılıktan sadece Alman kimyacı Ida Noddack sözetmişti. Renyum elementinin keşfeden kişi olan 38 yaşındaki Bayan Noddack şöyle diyordu:

"Bilinmeyen radyoaktiflerin, periyodik tabloya dahil elementlerin hiçbirisine ait olmadıkları, tek tek kanıtlanmadan, onlara yeni element demek doğru olmaz"

O zaman fizikçiler ve kimyacılar şöyle bir olguya koşullanmıştı: nükleer bombardımana tutulan bir element ancak yakın komşularına dönüşebilir.

Fermi, yıllar sonra şöyle dedi:

"Uranyumda diğer elementlerden farklı olarak bir olayın olabileceğini düşünecek kadar hayal gücüne sahip değildik. Ayrıca oluşan radyoaktiviteleri ayrıştırabilecek kadar kimya bilmiyorduk"

Haberin büyüklüğü, devrin en ünlü radyokimyacısı olan Otto Hahn'ın ilgisini çekti. 30 yıl sonra bir madalya töreninde ABD Atom Enerjisi Komisyonu Başkanı G. T. Seaborg, Otto Hahn'a dönerek şöyle diyecekti:

"Genç bir radyokimyacı olarak beni Nobel kazanmaya götüren çalışmalarımda, sizin Uygulamalı Radyokimya kitabınız, elimden bırakmadığım, sanki bir mukaddes kitaptı." Öğretmenine unutulmaz bir ödül vermenin güzel bir örneği.

1933 yılında, Nasyonal Sosyalist Parti ve onun lideri Adolf Hitler, Almanya'da iktidarı -demokratik yolla, seçimle- ele geçirmişti. Faşizmin dişlerini göstermeye başladığı bu yıllarda Otto Hahn (1879-1968), Berlin'de Keiser Wilhelm Enstitüsü'nün radyokimya bölümü başkanıydı. Aynı enstitünün nükleer fizik bölümü başkanı da bayan Lise Meitner'di. (1878-1968)

Otto Hahn ve Lise Meitner, 28 yıldır ortak çalışma yapan iki dosttular. Lise Meitner, Almanya'nın Madam Curie'si diye de tanınır. Tarihin ilginç bir cilvesi olsa gerek bu iki bilim kadını, Birinci Dünya Savaşı sırasında birbiriyle çarpışan Fransa ve Avusturya Ordularında, karşı cephelerde röntgen uzmanı olarak hizmet vermişlerdir.

Roma�dan büyük haberlerin yayımlandığı günlerde Hahn ve Meitner, Rusya seyahatinden dönüyorlardı. Onları karşılayan arkadaşları şöyle takılırlar: "Fermi'nin bombası uykunuzu kaçırmadı mı?"

1935'lerde Roma fizikçi grubu dağılmıştı. Fisyonun bayrağı artık Berlin ekibinin elindeydi. Ekip, Otto Hahn, Lise Meitner ve genç kimyacı Fritz Strassmann üçlüsünden kuruluydu. Ekip nötronla bombardıman ettikleri uranyum tepkimesi sonucunda yarıömrü farklı 9 element bulunduğunu gördüler (Fisyon tepkimesi sırasında 200 kadar radyoizotop oluştuğunu bugün artık biliyoruz). Berlin çalışmaları sonucunda sadece 93. ve 94. değil, 94. ve 95. elementlerin oluştuğu açıklandı.

1937 yılında Fermi, Nobel Ödülü'ne aday gösterildi. Tam bu sırada Paris'te, Iren Joliot-Curie ve Pavel Savitch ikilisi de aynı konuya ilgi duydu. Onlar da nötronla uranyumu bombardıman etti. Bulunan elementler hakkında bir kararsızlıktan sonra "lantana çok benzeyen uranyumötesi bir element" oluştuğunu açıklarlar.

Koşullanmışlık bir kez daha ayakucunda duranı uzaklara savuruyor. Buldukları lantanın ta kendisiyiydi. Eğer bu tanıyı yapabilselerdi, fisyonun keşfini Fransa yapmış olacaktı. Lantan (La), atom numarası 57 olan, yaklaşık onun yarısı ağırlıkta bir elementtir ve uranyumun bölünme ürünleri arasında olduğu bilinmektedir. Roma'dan sonra Paris de fisyonun keşfini müjdelemekten mahrum oldu. Lise Meitner, 1907 yılından beri Berlin'de yaşıyordu ve Avusturya pasaportu taşıyordu.

1937'de Adolf Hitler, Avusturya�yı işgal etti. 1938'de Avusturya'da artık Musevilere yaşam hakkı yoktu. Lise Meitner, 1938 Temmuzunda apar topar Stockholm'e kaçmak zorunda kaldı. 10 Kasım 1938 günü ve ertesinde Berlin'de Musevilere ait ev ve işyerleri faşistlerce yakılıp yıkıldı; kırılan camlar, caddeleri kristal bir örtü gibi kaplamıştı.

O gecenin adı 'Kristal Gece'ydi. Paris ekibinin çelişik bildirileri O. Hahn ve F. Strassmann ikilisine incelemeye değer geldi. Hahn ve Strassmann, 40 yıl önce Madam Curie'nin ayrımsal kristallendirme yöntemini kullandılar. Önlerine baryum klorür çıktı. Fakat basiretleri bağlıydı. Baryum olamayacağını düşündüler. Sonra radyoizotop karışımını yeniden ayırmaya çalıştılar.

Sonunda 17 ve 19 Aralık 1938'de gerçeği kabul eden sonuçlar aldılar: 22 Aralık 1938'de makaleyi Doğal Bilimler Dergisi'ne ulaştırdılar. Makale kısaltılarak 6 Ocak 1939'da yayımlandı. Uranyum, nötronla bombardıman edilince yaklaşık eşit ağırlıkta ikiye bölünüyordu. Atomos, bölünemez demekti. Demokrit'ten 2300 yıl sonra atomu insaoğlu bölmüştü.

Yıllar sonra Otto Hahn şöyle diyecekti:

"Nükleer fizikçiler bizi koşullandırmışlardı. Ne zaman onların etkisini kafamızdan sildik ve bir kimyacı gibi düşündük, işte o zaman gerçeği görebildik."

19 Aralık 1939 Pazartesi günü Otto Hahn, kadim dostu Lise Meitner'e uzun bir mektup yazdı. "Şu ana kadar atomun parçalanabileceğine hiç ihtimal vermedik. Öyleyse baryum nasıl doğuyor? Mevcut fizik kanunlarına göre bunu açıklayabilir misin?" diyordu.

Lise Meitner de bunun olabileceği şekline bir yanıt verdi. Lise Meitner'e, İsveç Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nde profesörlük verilir. Yeğeni Otto R. Frisch ise Kopenhag'da Niels Bohr'un yanındadır. Meitner ve Frisch, onun enerji yönünü sezinlediler. Hesapla ve deneyle fisyon sonunda büyük bir enerji açığa çıktığını gösterdiler.

Canlı hücrenin bölünerek çoğalmasından esinlenerek, olaya fisyon (bölünme) adını verdiler ve 16 Ocak 1939'da olayın mükemmel bir açıklamasını, İngiliz Doğa Dergisi'ne gönderdiler. Lise Meitner ve Otto Robert Frisch, olayı çekirdeğin sıvı damlası modeline ve maddenin enerjiye dönüşümüne dayanarak açıklıyorlardı.

Yalnız, olayın nötronla ilgili boyutunu anlayamamışlardı. Onun açıklaması da Mart 1939'da Paris'ten geldi: Hans Von Halban, Frederic Joiot ve Lew Kowarski üçlüsünün imzasını taşıyan ve Doğa Dergisi'ne postalanmış mektup, olayda fazla nötron açığa çıktığını ve ardışık bir zincir tepkimesi oluştuğu açıklanıyordu. Otto Hahn engin bir alçak gönüllülükle şöyle der:

"Zaman, keşif için olgunlaşmıştı. Buna, Berlin'de ulaşılması bizim talihimizdi."

Fisyon olayı, 1939 yılında Avrupa'da çözülmüştü. Ama İkinci Dünya Savaşı�nın alevleri de Avrupa�yı yakmaya başlamıştı. Avrupa�daki savaş yangını, atom yarışında bayrağın, kıta değiştirmesine yol açtı. Şans bir kez daha Amerika Birleşik Devletleri'ne güldü. Avrupa'daki bilim adamlarının kaçtığı/göçtüğü/sığındığı iki ülke oldu: Amerika ve Türkiye.

Bu konularda pek sesi soluğu çıkmayan Amerika, inanılmaz bir atak yaparak başa geçti. Avrupa�da faşizmin egemen oluşu, bilim adamlarını Amerika�ya yığmıştı. Türkiye�ye gelenler de 1933 Üniversite Reformu'nun mimarları oldular. (Türkiye, 1990'larda Sovyetler Birliği'nin çöküşünden yararlanabilirdi; ama bu atılımı yapacak iktidar yoktu.)

1940'larda, bilimin önündeki soru şuydu: Fisyon yapan uranyum izotopu hangisidir? Uranyum-235 mi, uranyum-238 mi? Doğadaki 1.000 uranyum atomundan yalnızca 7 si uranyum-235, 993 tanesi ise uranyum-238 idi.

Mart 1940'da Amerika�lı J. R.Dunning, uranyum-238'in fisyona katılmadığını gösterdi. Bu, ciddi bir sorundu. Çünkü doğada çok olan değil de, eser miktarda denebilecek olan uranyum-235 işe yarıyordu. Kısacası, fisyon olayı için 1.000 atomdan 993 tanesi safra durumundaydı; işe yaramıyordu.

Uranyum-238, gerçi nötron yutuyordu ama fisyon yapmıyordu. Bir de nötronların hızına ve tasarrufuna bakmak gerekiyordu. Fisyonda hızlı nötronlar değil, yavaş nötronlar daha etkin ateşleyiciydi. Yani zincir tepkimesi için yalnız uranyum değil, aynı zamanda nötron yavaşlatıcısı bir madde de gerekiyordu.

__________________

.
.
.
.






.
.
.


why so serious?