Kabarcık Deyip Geçmeyin
Kadir DEMİRCAN
 

Matrix filminin başrol oyuncusu Keanu Reeves son filmlerinden biri olan 'Zincir Reaksiyonu' adlı filmde dünyaca ünlü Argonne Millî Lâboratuarları'nda (Şikago'da bulunan bu lâboratuarda birçok film çekilmiştir) fizikçilerle, hava kabarcıklarından faydalanarak enerji elde etmeye çalışmaktadır. Sonoluminescence adı verilen bu fizikî işlem sırasında ses enerjisi, hava kabarcıkları sayesinde ışık enerjisine dönüştürülmektedir. Bu bilim-kurgu filmde, aslında halen üzerinde yoğun çalışmalar süren hava kabarcığındaki gücün farklı alanlarda kullanılabileceği konusu eksen alınmıştır.
Hava kabarcığının muazzam gücü 1917 yılında farkedilmiştir. İngiliz fizikçi L. Rayleigh, okyanus sularında oluşan kabarcıkların, gemilerin metal olan pervanelerine nasıl zarar verdiğini ortaya çıkarmıştır. Bugün ise bu kabarcıklar, bilim adamlarını hayrete düşürmekte ve gözlerini kamaştırmaktadır. Bugün, kabarcıklar, endüstriden tıbba kadar birçok alanda kullanılmaktadır. Hattâ ileride muhtemelen hayat bile kurtarabileceklerdir.

Petrol rafinerilerinde, ham petrolden kükürdü ayrıştırmak için hava kabarcıkları kullanılmaktadır. Mürekkep püskürtmeli bilgisayar yazıcılarında, mürekkep, kabarcık gücü ile yazıcının mikroskobik deliklerine fışkırtılmaktadır. Plâstik cerrahlar cildi güzelleştirmek ve yağ tabakalarını almak için ultrason ile oluşturulan kabarcıklardan yararlanmaktadırlar. Gelecekte, kabarcıkların ameliyatlarda kullanılan cerrahî âletlerin sterilizasyonunda ve böbrek taşlarının parçalanmasında kullanılabilmesi için çalışmalar sürdürülmektedir. Bazı fizikçilere göre, ses dalgaları ile kabarcığın ısıtılması, füzyon (birleştirme, kaynaştırma) reaksiyonlarının başlaması için kullanılacaktır. Füzyon, uzmanlarca yenilenebilir, temiz ve ucuz enerji için başarılması zor olan bir reaksiyondur.

Bir ilkbahar rüzgârının taşıdığı kabarcık, küre şeklindedir ve verilen alanda maksimum gaz hacmi vardır. Enerjinin korunumu kanununu gösteren mükemmel bir örnek... Hava kabarcığında (iki boyutlu ortamda) iki nokta arasında mümkün olan en kısa yol çizilebilir. Kabarcık, mozaik hexagon (altıgen) şekline gelerek kendi alanını en aza indirebilir. Küre ve altıgen şekilli bu motiflerin hacim, alan ve yapımında kullanılan enerji açısından en avantajlı kalıplar olduğu geçmiş yüzyıllarda da bilinmekteydi.

Michigan Üniversitesi matematikçilerinden T. Hales kabarcık-hexagon yapıyı araştırmaktadır. Ve şu soruya cevap aramaktadır. Bir odayı en uygun ve tamamına yakın bir şekilde dolduracak kabarcık tipi hangisidir? Hales'in cevabı şöyledir: "Çözümü bulmak için ömrüm yetmeyebilir, bu esrarlı ve ömürleri çok çok kısa olan yapıların sırlarını açığa çıkarmak zor uğraşlardan biridir."

Kabarcık Boşluğu
Kabarcık boşluğunu (kavitasyon), kabarcığın içeri doğru patlaması olarak tanımlayabiliriz. İç basıncın artması veya çevredeki sıvının basıncının azalması sonucu kabarcık orijinal boyutuna göre 100 kat büyür ve içeride bir vakum oluşur. Normal basınca geri dönüldüğünde kabarcık parçalanır. Eğer bu olay su yüzeyine yakın olursa kabarcık bir hançer tesiri yapar. Meselâ, böyle bir kabarcık geminin pervanesine, saatte 700 km hızla çarpar. 100 mikron boyutunda olan kabarcığın bir şişme-büzülme periyodu saniyenin 50 milyonda birinde olmaktadır. Böylece gemi pervanesi birkaç günde hurdaya çıkabilmektedir. Boşluğun bu gücü, bugün tıpta böbrek taşlarının ve tümörlerin parçalanmasında da kullanılmaktadır.

Eddies
Elektrik akımı verilerek oluşturulan hidrojen kabarcıkları eddies denilen spiral şekiller oluştururlar. Bu spiral şekiller hava akımlarında da aynı şekilde davranırlar. Uzmanlar uçak kanatlarının dizayn edilmesinde bu şekillerden yararlanmaktadırlar.

Zekice Hesaplanmış Açılar
Şehir plânlamacıları üç şehir arasındaki yol bağlantılarını en iyi şekilde yapmak için kabarcıklardan yararlanmayı düşünmektedirler. Üç kabarcık aralarında 120° açı yaparak birleşirler, bu da üç nokta arasında oluşacak en kısa yolu vermektedir. Kabarcıklar insanları eğlendirebilirler, hayrete düşürebilirler, fakat şu bir gerçek ki sanki akıllıymış gibi hareket etmektedirler. Yaratıcı'nın koyduğu mükemmel fizikî ve matematikî kurallara göre davranmaktadırlar.

Anti-Bubble*
Anti-bubble karşı kabarcık anlamındadır. Bir sabun köpüğü, normal kabarcığa örnektir. İnce bir sıvı tabakasının etrafı havayla çevrilmiştir.

Kabarcığı bir sandviçe benzetecek olursak; iki tabaka sabun ve arada bir tabaka sıvı vardır. Anti-bubble'da ise; hava tabakası sıvıyla çevrilmiştir.

Anti-bubble içinde hava olduğu için onu çevreleyen sıvıdan biraz hafiftir. Normal kabarcık hemen yüzeye doğru çıkar. Anti-bubble ise su yüzeyine en sonunda çıkar. Fakat uzun süre asılı vaziyette kalabilir. Bazıları anti-bubble nerede işimize yarar diyebilir. Nükleer reaktörlerdeki nükleer reaksiyonların kontrolünde, büyük ölçekli ekzotermik reaksiyonların kontrolünde ve su soğutma sistemlerinde anti-bubble kullanılır. Kabarcık sayacı (bubble-counting) adı verilen sistemde, soğutma borularından geçen kabarcıklar sayılır. Ölçüm ve algılamada optik alıcılar kullanılmaktadır. Boşalmış kısım hesabı ile suda ne kadar hava olduğu ve bu havanın soğutma kapasitesi ölçülür. Eğer suda anti-bubble varsa boşalmış kısım yanlış olarak fazla hesaplanır. Bu istenmeyen bir durumdur. Nükleer santralde, uç noktalarda, büyük hasarlar olabilir.

Sonoluminescence
Sonoluminescence, ses enerjisinin ışık enerjisine dönüştürülmesidir. Enerji bir trilyondan daha fazla yoğunlaştırılmaktadır. Bu enerji saniyenin 50 trilyonda biri kadar bir sürede oluşan ışık oluşturur. Bu sırada oluşan ısı Güneş'in yüzeyindeki ısıya yakındır: 10.000 Kelvin (Güneş'in yüzey ısısı; 7.000 Kelvin'dir).

Ultrasonik ses dalgaları insan kulağının duyamadığı, güçlü, yüksek titreşimli seslerdir. Ultrases, silindir içerisindeki suya uygulanır. Ses dalgaları, suda kabarcıklar oluşturur ve kabarcıklar titreşmeye başlarlar. En fazla 50 mikron çapı olan bu kabarcık bir büzülür, bir genişler. İç ve dış basınç farkından dolayı kabarcık patlar. Bu sırada boyut 0,1 mikrondur. Bu sıkıştırma fazında kabarcıktan ışık çıkar. Çıkan ışık ultraviyole ışığa benzemektedir. Infrared (kızılötesi) ışık dediğimiz görünür ışıktan daha fazla enerji taşır.

Sonoluminescence, ilk defa 1934 yılında keşfedilmiştir. Sonoluminescence'in sırları hâlâ çözülememiştir ve halen birçok teoriler üretilmektedir. En popüler teorilere göre, 0,5 mikron boyutundaki kabarcığın patlaması 10.000 Kelvinlik bir ısı oluşturmaktadır. Kabarcığın, süpersonik hızla sıkıştırılması şok dalgalarını oluşturur. Lokal olarak bir milyon derecelik bir ısı oluşur. Cambridge Üniversitesi araştırmacıları başka bir yönden konuyu ele alırlar. Kuantum mekaniğine göre, bizim boşluk dediğimiz yerler aslında boş değillerdir. Bir şeylerle doludur. Claudia Eberlein bu bir şeylere, sanal parçacıklar demektedir. Bu parçacıklar, görüntülenememekte ve tespit edilememektedir. Fakat, çok büyük miktarda enerji bu partiküllere aktarılırsa bu partiküller görünür dünyaya çıkabilirler. Sonoluminescence partikülleri ışık olarak karşımıza çıkarlar.

Uzmanlar, Sonoluminescence sırasında açığa çıkan ısıdan yararlanmayı ve füzyon reaksiyonlarını gerçekleştirmeyi düşünüyorlar. Maksat, temiz, ucuz ve uygun bir enerji kaynağı bulmaktır. Şu an bu konuda en uygun adaylardan biri, hidrojendir. Hidrojenin oksijenle birleşmesi sonucu enerji ve yan ürün olarak saf su ortaya çıkmaktadır. Elektroliz adı verilen bu sistemin, Sonoluminescence ile harekete geçirilmesi şimdilik zor gözükmektedir. Washington Üniversitesi'nden araştırmacılar, sonofüzyon adı verilen bir işlem üzerinde çalışmaktadırlar. Burada, kabarcık içerisindeki atomlar çok yüksek ısılarda ısıtılmakta sonra yüksek basınca maruz bırakılmakta ve neticede atomlar birleşip (füzyon) enerji açığa çıkmaktadır. Döteryum ve trityum bulunduran kabarcıklar deney sırasında kullanılmaktadır. Ancak yüksek ısı ve yüksek basınç yeterli gelmemektedir.

Klimatolojistlerin sera tesirini açıklamak için kullandıkları hava kabarcıkları, dalgıçların vurgun yemesine sebep olan azot kabarcıkları hâlâ sırlarını korumaktadırlar. Bilimin her geçen gün ilerlemesiyle bu esrarengiz, akıl ve şuurdan mahrum kürelerin bilinmeyen daha hangi yönleri gün yüzüne çıkacaktır acaba? Ve Yaratıcı'nın fizik kanunlarının esrarlı dünyası bizlerin tefekkür ufkunu kimbilir nerelere götüreceklerdir.

* okunuşu: anti-babıl

Kaynaklar
- Amerikan Fizik Enstitüsü www.aip.org. internet sayfası: Chain Reaction.
- Arg Onne Ulusal Lâboratuarları internet sayfası.
- Scientific American, February 1995, Sonoluminescence. Sound into light by S. Putterman.
- New Scientist, 29 Apr 1995, Bubbles hotter than the sun.
- The Economist, May 4, 1996, Sonoluminescence.
- Science, 266, 1804 (1994). Can sound drive fusion in a bubbleş
- Journal of the Acoustical Society of America, April 1997, A.Prosperetti.
- Physics Today, April 1994, Sonoluminescence
- Dallas Morning News, May 6, 1996, Sounds Sounusual. M. Crenson.
- Discover Magazine, August, 1999, Bubble Bubble, F. Saunders
- www.jtan.com/antibuble
- www.nationalgeographic.com

Kaynaklar
- Patricia A. Richard-Amato, Making It Happen, Addison-Wesley, Publishing Company, California, 1988.
- Joseph Huang and Evelyn Hatch, Publishing Articles on Acquisition of English, University of California, Los Angeles



Bu bölüm 5839 defa görüntülenmiştir.