Fisyonun Kesfi

[boxcigar]

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

Kuramsal fizikteki üstün başarıları sonucu, henüz 28 yaşındaykenİtalyan Kraliyet Akademisi'ne üye seçildi. Akademi’nin en gençüyesiydi. 1934 yılının başlarında çevresine topladığı bir grupfizikçiyle deneysel fiziğe yöneldi.

Çekirdek bombardımanında o zamana dek alfa parçacıkları kullanılıyordu.Alfa parçacıkları, ağır kütlesi ve çifte elektrik yükü nedeniyle katımaddeye nüfuz etkisi küçük kalıyordu. Fermi, iki yıl önce keşfedilennötronu, bombardıman mermisi olarak seçti. Nötron, elektrikçe yüksüzdüve ayrıca kütlesi alfa parçacıklarının dörtte biri kadardı. Herhangibir itme ile karşılaşmadan maddenin içlerine girebilirdi.

Roma'dan zafer çığlıkları çok çabuk yükseldi. Fermi ve arkadaşlarıönüne gelen elementi nötronla bombardıman ederek bir dizi radyo izotopelde ettiler. Sıra uranyuma geldi. Görünürde değişen bir şey yoktu.Nötronla bombardıman edilen uranyum, beta yayan çekirdekleredönüşüyordu.

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

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

Haber, bilim dünyasında bomba gibi patladı. Roma basını da uranyumötesielementlerin bulunduğunu yazıyordu. Aslında yanılmışlardı. Betayayıcılar uranyumötesi elementler değil, uranyumun yaklaşık ikiyebölünmesinin 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 şöylediyordu:

"Bilinmeyen radyoaktiflerin, periyodik tabloya dahil elementlerinhiçbirisine ait olmadıkları, tek tek kanıtlanmadan, onlara yeni elementdemek doğru olmaz"

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

Fermi, yıllar sonra şöyle dedi:

"Uranyumda diğer elementlerden farklı olarak bir olayın olabileceğinidüşünecek kadar hayal gücüne sahip değildik. Ayrıca oluşanradyoaktiviteleri ayrıştırabilecek kadar kimya bilmiyorduk"

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

"Genç bir radyokimyacı olarak beni Nobel kazanmaya götürençalışmalarımda, sizin Uygulamalı Radyokimya kitabınız, elimdenbırakmadığım, sanki bir mukaddes kitaptı." Öğretmenine unutulmaz birödül 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 bölümübaşkanıydı. Aynı enstitünün nükleer fizik bölümü başkanı da bayan LiseMeitner'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. Tarihinilginç bir cilvesi olsa gerek bu iki bilim kadını, Birinci Dünya Savaşısırasında birbiriyle çarpışan Fransa ve Avusturya Ordularında, karşıcephelerde röntgen uzmanı olarak hizmet vermişlerdir.

Roma’dan büyük haberlerin yayımlandığı günlerde Hahn ve Meitner, Rusyaseyahatinden dönüyorlardı. Onları karşılayan arkadaşları şöyletakılırlar: "Fermi'nin bombası uykunuzu kaçırmadı mı?"

1935'lerde Roma fizikçi grubu dağılmıştı. Fisyonun bayrağı artık Berlinekibinin elindeydi. Ekip, Otto Hahn, Lise Meitner ve genç kimyacı FritzStrassmann üçlüsünden kuruluydu. Ekip nötronla bombardıman ettikleriuranyum tepkimesi sonucunda yarıömrü farklı 9 element bulunduğunugördüler (Fisyon tepkimesi sırasında 200 kadar radyoizotop oluştuğunubugün 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 sıradaParis'te, Iren Joliot-Curie ve Pavel Savitch ikilisi de aynı konuyailgi duydu. Onlar da nötronla uranyumu bombardıman etti. Bulunanelementler hakkında bir kararsızlıktan sonra "lantana çok benzeyenuranyumötesi 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 57olan, yaklaşık onun yarısı ağırlıkta bir elementtir ve uranyumunbölünme ürünleri arasında olduğu bilinmektedir. Roma'dan sonra Paris defisyonun keşfini müjdelemekten mahrum oldu. Lise Meitner, 1907 yılındanberi Berlin'de yaşıyordu ve Avusturya pasaportu taşıyordu.

1937'de Adolf Hitler, Avusturya’yı işgal etti. 1938'de Avusturya'daartık Musevilere yaşam hakkı yoktu. Lise Meitner, 1938 Temmuzunda apartopar Stockholm'e kaçmak zorunda kaldı. 10 Kasım 1938 günü ve ertesindeBerlin'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 veStrassmann, 40 yıl önce Madam Curie'nin ayrımsal kristallendirmeyöntemini kullandılar. Önlerine baryum klorür çıktı. Fakat basiretleribağlıydı. Baryum olamayacağını düşündüler. Sonra radyoizotop karışımınıyeniden ayırmaya çalıştılar.

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

Yıllar sonra Otto Hahn şöyle diyecekti:

"Nükleer fizikçiler bizi koşullandırmışlardı. Ne zaman onların etkisinikafamızdan sildik ve bir kimyacı gibi düşündük, işte o zaman gerçeğigörebildik."

19 Aralık 1939 Pazartesi günü Otto Hahn, kadim dostu Lise Meitner'euzun bir mektup yazdı. "Şu ana kadar atomun parçalanabileceğine hiçihtimal vermedik. Öyleyse baryum nasıl doğuyor? Mevcut fizikkanunlarına göre bunu açıklayabilir misin?" diyordu.

Lise Meitner de bunun olabileceği şekline bir yanıt verdi. LiseMeitner'e, İsveç Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nde profesörlükverilir. Yeğeni Otto R. Frisch ise Kopenhag'da Niels Bohr'unyanındadır. Meitner ve Frisch, onun enerji yönünü sezinlediler. Hesaplave 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 biraçıklamasını, İngiliz Doğa Dergisi'ne gönderdiler. Lise Meitner ve OttoRobert Frisch, olayı çekirdeğin sıvı damlası modeline ve maddeninenerjiye dönüşümüne dayanarak açıklıyorlardı.

Yalnız, olayın nötronla ilgili boyutunu anlayamamışlardı. Onunaçıklaması da Mart 1939'da Paris'ten geldi: Hans Von Halban, FredericJoiot ve Lew Kowarski üçlüsünün imzasını taşıyan ve Doğa Dergisi'nepostalanmış mektup, olayda fazla nötron açığa çıktığını ve ardışık birzincir tepkimesi oluştuğu açıklanıyordu. Otto Hahn engin bir alçakgönüllülükle şöyle der:

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

Fisyon olayı, 1939 yılında Avrupa'da çözülmüştü. Ama İkinci DünyaSavaşı’nın alevleri de Avrupa’yı yakmaya başlamıştı. Avrupa’daki savaşyangını, atom yarışında bayrağın, kıta değiştirmesine yol açtı. Şansbir kez daha Amerika Birleşik Devletleri'ne güldü. Avrupa'daki bilimadamlarının kaçtığı/göçtüğü/sığındığı iki ülke oldu: Amerika ve Türkiye.

Bu konularda pek sesi soluğu çıkmayan Amerika, inanılmaz bir atakyaparak başa geçti. Avrupa’da faşizmin egemen oluşu, bilim adamlarınıAmerika’ya yığmıştı. Türkiye’ye gelenler de 1933 Üniversite Reformu'nunmimarları oldular. (Türkiye, 1990'larda Sovyetler Birliği'ninçöküşünden yararlanabilirdi; ama bu atılımı yapacak iktidar yoktu.)

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

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

Uranyum-238, gerçi nötron yutuyordu ama fisyon yapmıyordu. Bir denötronların hızına ve tasarrufuna bakmak gerekiyordu. Fisyonda hızlınötronlar değil, yavaş nötronlar daha etkin ateşleyiciydi. Yani zincirtepkimesi için yalnız uranyum değil, aynı zamanda nötron yavaşlatıcısıbir madde de gerekiyordu.