Kimyasal bir tepkimede ortaya çıkan enerjiyi, doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren
aygıtlara pil denir. Güneş pili, güneş ışınlarını alarak elektrik akımı üreten, silisyumlu fotodiyot bataryası. (Yapma uydularda enerji kaynağı olarak kullanılır.)
Kuru pil, elektroliti durgun olan pil. Ölçek pil, elektromotor kuvveti ölçmeğe yarayan pil: Weston ölçek pili. Termo elektrik pil, değişik cinsten iki iletkenin, uçları ikişer ikişer
birbirine değecek şekilde birleştirilmesiyle meydana gelen sistem; iletkenlerin deyme noktalarında, sıcaklık farkına bağlı olarak bir elektromotor kuvvet meydana gelir. Volta pili, bir sıvıya veya ayrı ayrı sıvılara batırılmış iki elektrottan meydana gelen elektromotor kuvvet üreten sistem. (Volta pili, bugünkü elektrik pillerinin kaynağıdır.) Yakıtlı pil, bir yakıtın yanmasından doğan kimyasal enerjiyi doğruda doğruya elektrik enerjisine dönüştüren cihaz.
Hidroelektrik
piller teorisi.
Nükleer Atom pili veya nükleer reaktör, atom fisyon`undan yararlanan enerji kaynağı. Yenileyici pil, uranyum 235 (veya plütonyum) tüketiminden doğan açığın, uranyum 238`deki nötronların yakalanmasıyla oluşan plütonyumla dengelendiği özel atom pili. (Yenileyici piller, yakıt bakımından büyük tasarruf sağladığı için çok ilgi çekicidir. Yakıt yenilenmesinde, toryum yoluyla uranyum 233 oluşumundan yararlanılır.)
Bir Hidroelektrik pil aralarında bakışımsız (iki elektrotu ayrı) bir voltametre bulunan
bir iletkenler zincirinden meydana gelir. İlk pili Volta yapmıştır (1800); bu pil hafif asitli su
emdirilmiş çuha veya karton rondelalarla birbirinden yalıtılan, yuvarlak bakır ve çinko dizisinden meydana gelmiştir. Son bakır levha çinko levhaya bağlandığında madeni telden akım geçiyordu. Bu pilin sakıncalarını (asitli suyun sızarak kısa devre yapması) gidermek için Cruikshanks, asitli su dolu bir çanak içine yatırılmış bir pilden meydana gelen Çanaklı pili yaptı. 1826`da Becquerel akım verdiği zaman bu pillerin elektromotor kuvvetinde meydana gelen azalmayı, dokunma yerlerindeki bir değişikliğe, özellikle pozitif elektrot üzerinde elektroliz sonucu hidrojen kabarcıkları birikmesine bağlayarak açıkladı. Elektrotlardaki bu kutuplaşmayı azaltmak için, hidrojen birikintilerini dağıtacak oksitleyiciler katmak gerekir. Bunun için sıvı ve katı kutuplaşma önleyici maddeler katılmış piller yapıldı. Poggendroff 1842`de potasyum bikromatlı pili tasarladı; bu pil, sırasıyla Grenet, Ducretet ve Trouve tarafından geliştirilmiştir. Bikromatlı pilin klasik tipi şöyle yapılmıştı: pozitif kutup vazifesi gören karni kömüründen iki levha, negatif kutup vazifesi gören bir çinko lamanın iki yanına yerleştirilmişti; üçü birden, potasyum bikromatın asit çözeltisi içine daldırılıyordu. Madeni levha çözeltiye daldırılır daldırılmaz, şu tepkimeler sonucu akım meydana geliyordu: bir potasyum ve krom çift sülfatı oluştururken, tepkimede açığa çıka oksijen hidrojenle birleşerek kutuplaşmayı önler. Elektromotor kuvveti 2V olan bu pillerin debisi oldukça yüksektir. Bunsen pilinde (1842) kutuplaşma önleyici olarak nitrik asit kullanılır. Kutuplaşma önleyicisi bir tek katı maddeden meydana gelen piller arasında en kullanışlısı Leclanche pilidir (1868); amonyum klorur içeriği içine daldırılan bir çinko çubuk negatif kutup görevi yapar: ortada gözenekli bir kap veya bezden bir torba bulunur; bunun içine karni kömüründen bir çubuk konup etrafına basınçla manganez dioksit doldurulur: elektromotor kuvveti 1,5 V olan bu pil, düşük şiddette akım üretir. Zil,telefon gibi kesik akımlı işlerde kullanılan bu pil Fery tarafından geliştirilmiştir. Fery pilinde bir çinko levhadan meydana gelen negatif elektrot kabın dibine yatay olarak konur; pozitif elektrot, katalizör görevi yapan gözenekli kömürden yapılmıştır; elektrolit yine amonyum klorur çözeltisidir; sıvının üst kısmında eriyen havanın oksijeni, kutuplaşma önleyici rolü oynar. Aynı ilkeyle soğurucu veya jelatinli bir maddeyle elektroliti durgun hale getirilen ve cep fenerlerinde kullanılan kuru piller yapılır.
Ayrıca, iki sıvılı kutuplaşmayan piller gerçekleştirilmiştir; bu pillerde elektrotlar iki ayrı
maddeden yapılmıştır ve her biri yapıldığı maden tuzunun eriği içine daldırılır. Bu tür pillerden ilki 1836`da ortaya çıkan Daniell pilidir:çinko sülfat eriyiği bulunan bir kaba bir çinko çubuğu batırılır: bu kap içine konan gözenekli bir başka kapta doymuş bakır sülfat eriyiğine batırılmış bakır bir silindir ardır. Bu pil, 1,08 V`luk bir elektromotor kuvveti verir.
Derişmeli piller de kutuplaşmayan pillerdendir: her iki elektrotta aynı madenden yapılır ve her biri bu maden tuzunun farklı derişiklikte eriyiklerine batırılır. Elektromotor kuvvet, eriyiklerin derişiklik derecesine bağlıdır; pil akım verirken daha az derişiklik eriyikte bulunan elektrot erir; pozitif kutbu meydana getiren öbür elektrotun kütlesi, içinde bulunduğu daha derişik eriyik zararına artar; böylece her iki eriyiğin derişiklik derecesi eşit hale gelir.
Gazlı pillerde elektrotlara gaz emdirilmiş ve elektrotlar basınçlı bir gaz içine yerleştirilmiştir. Eriyiklerin pH`ı derişmeli pillerden türeyen pillerle ölçüle bilir. Bir pilin, elektromotor kuvvet, direnç gibi sabitleri geleneksel metotlarla ölçülebilir. Karşı koyma metodunda Daniell pili Lamiter Clark pili,Weston pili gibi kutuplaşmayan ölçek pillere başvurulur;Weston pilinde, sodyum malgaması, kadıniyum sülfat ve elektromotor kuvveti 20*C`da 1,01830 V olan civa sülfat bulunur.
* Piller teorisi
Helmholtz tersinir piller için termodinamik bir teori tasarladı; bu teori, pil içinde meydana gelen elektrik alış verişine dayanır. Pillerin elektromotor kuvvetlerinin, her elektrotun içinde bulunduğu eriyikle dokunma yüzeyinde, elektrottan eriyiğe ve eriyikten elektroda iyonların geçmesine dayandığı kabul edilerek, iyon teorileri kurmak mümkün olmuştur. Elektromotor kuvvetleri düşük ve dirençleri fazla olduğu için, piller paralel veya seri bağlanarak bataryalar yapılabilir. Verdikleri enerji çok pahalıdır. En büyük avantajları taşınabilir olmasıdır. Piller, telefonda, telgrafta, zillerde ve cep lambalarında kullanılır; bunların yerine çoğu akümülatörler tercih edilir. Ayrıca, elektroliz olayları meydana gelmeyen bazı üreteçlere de <> denir: termoelektrik piller, fotoelektrik piller gibi.
Yakıtlı pililerde, elektroliz olayındaki dönüşümün tersi meydana gelir. Bu piller, hareketli parçaları olmayan, verimi yüksek, sessiz ve bir bütün halinde üreteçtir. Çoğunda yakıt olarak hidrojen kullanılır; fakat hidrokarbonlarla, metanol, amonyak ve metollerle çalışan çeşitli örneklerde vardır. Ancak bu pillerin yapımında daima güçlüklerle karşılaşılır.
Güneş pillerinin çalışma ilkesi, transistörlerin ilkesine benzer. Bu piller, yarı iletken cisimlerin monokristallerinden meydana gelir. Mesela, iki bölgeye ayrılmış bir silisyum levha kullanıla bilir: bu bölgelerden biri ışık alır ve yabancı madde olarak bor taşır, yani P tipindedir; N tipinden olan ikinci bölgede ise yabancı madde olarak fosfor atomları vardır; P bölgesine gelen fotonlar silisyum atomlarına çarparak elektronları koparır; bu elektronlar, bütün yerleri tutul-muş olan N bölgesine giremez ve P tabakasında kalarak boşlukları doldurur. Bu olayın sonucu olarak, iki bölge arasında 0,56 V`luk bir potansiyel farkı şeklinde ortaya çıkan bir elektron dengesizliği meydana gelir. N bölgesine madeni bir levha, P bölgesine bir halka yapıştırılarak bu potansiyel farkı toplanır. Bu şekilde düzenlenen güneş pillerinin verimi, %15`gibi yüksek bir seviyeye ulaşır, fakat maliyet fiyatlarının yüksekliği yüzünden henüz kullanmağa elverişli değildir
Atom pili. Bir uranyum veya plütonyum çekirdeğinin fisyonu sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar. Ayrıca yeni fisyonlara yol açabilecek birçok nötron yayılır. Böylece zincirleme bir tepkime doğar. Bu tepkime kontrol edebilecek kadar ağır gelişirse bir atom pili elde edilir. Fisyonda serbest kalan enerji ısı şeklinde açığa çıkar ve bir akışkanın dolaşımıyla ısı pilden alınır. Pillerin çok değişik tipleri vardır. Mesela bazı pillerde nötronlar, yavaşlatıldıktan sonra bazılarında hızını kaybetmeden kullanılır. Fisyona uğrayan madde, tabii uranyum, plütonyum veya tabii uranyumdan daha iyi özellikleri olan uranyum 233 ve uranyum 235 çekirdeğinin fisyonu sırasında ortalama 2,5 nötron yayılır. Bunlar hızlı nötronlardır ve bir kısmı yeni fisyonlara yol açar. Fakat genellikle bunların sayısı çok düşüktür. Bu yüzden, uranyun fisyonunun etkin süresini uzatmak için, nötronları yavaşlatma yolları aranır; bu amaçla uranyum, hafif çekirdekli bir ortam içine yayılır. Yavaşlatma sırasında nötronlar, pil malzemesinde, özellikle uranyum 238 içinde yakalanarak kaybolur. Nötronların bir kısmı da pilin dışına çıkar.
Bu yüzden, zincirleme tepkimeyi meydana getirmek için bir nötronu korumak güçleşir. Bu koruma için şu şartlar gereklidir:
1-) Nötronların pil dışına kaçışını azaltan ve <> denilen minimum bir hacim;
2-) Fazla miktarda nötron soğuran bazı elementlerden temizlenmiş ve <> denilen çok yüksek saflık derecesine getirilmiş malzemeler;
3-) Uranyum ve yavaşlatıcının en uygun şekilde yerleştirilmesi:
4-) Pili saran ve kaçacak nötronların bir kısmının çarparak geri dönmesini sağlayan, genellikle grafitten yapılmış bir reflektör.
Bu şartlar, tabii uranyum yerine 235 izotopu veya plütonyumla zenginleştirilmiş uran-
yum kullanılırsa daha basitleşir;çünkü bu durumda nötron fazlalığı ve reaktiflik daha büyüktür
Pil, içine konulan ve nötronları soğuran bir maddeyle kontrol edilir. Bu alanda en çok kullanılan madde kadmiyumdur. Bu kontrol, fisyonda nötronların bir kısmının belli bir gecikmeyle yayılmasına bağlıdır. Geciken nötronların sayısı, bütün fisyon nötronlarının %1`inden azdır;fakat reaktiflik yeterince zayıfsa, nötronların 1 dakikaya ulaşan gecikmelerinin kadmiyum kontrol çubuğunun yer değiştirmesiyle küçük reaktiflik değişimini dengeleyebilmesi için bu sayı yeterlidir.
* Atom Pillerinin Kullanılması
İlk atom pilleri, plütonyum üretmek için yapılmıştı. Plütonyum, uranyum 238`den bir nötron alarak meydana gelir. Bu madde ile atom bombası yapılabilir ve zaten ilk defa bu alanda kullanılmıştır. Plütonyum ayrıca, büyük bir reaktiflik taşıyan ve ikincil pil denilen yeni pillerin yapılmasında kullanılabilir; fakat kısa bir süre sonra pillerin kullanma alanları genişlemiştir.
Radyoaktif izotopların hazırlanması. Tıpta, biyolojide vb. kullanılan bu maddeler, genellikle kararlı bir elementi pil içinde belirli bir süre ışımaya tutarak elde edilir. Mesela kobalt 60, kütle numarası 59 olan klasik madeni kobaltı ışımaya tutarak üretilir. Işımadan faydalanma. Pil, özellikle nötron bakımından çok yoğun bir ışıma kaynağıdır; bunlardan, fizik, teknoloji, biyoloji deneylerinde yararlanılır. Mesela fizikte yavaşlatılmış nötronlar, katıların magnetik yapısını incelemekte kullanılır. Öbür deneyler, yoğun ışımaya tutulan malzemenin tepkisini incelemek amacını güder. Gerçekten bir çok madde ışımanın etkisiyle önemli dönüşümlere uğrayan fiziksel ve mekanik özellikler taşır. Bu olayın incelenmesi, daha güçlü pillerin yapımı bakımından önemlidir. Biyolojide, ışınmaların yol aça bileceği değişimler incelenir; fakat pillerin temel uygulama alanı enerji üretimidir. 1939`da birkaç fizikçinin dikkatini çeken bu üretim şekli, ancak 1954`den sonra gerçekleştirilmiştir. Bu enerji, gerek bir atom motorunun, gerek elektrik üreten sabit bir tesisin çalıştırılmasında kullanılır. Bir atom santralinin çalışma ilkesi basittir: bir akışkan fisyonla yüksek bir sıcaklığa ulaşmış uranyum içinde dolaşır. Bu şekilde ısınan akışkan ısı değiştiricilerinden geçer ve orada birkaç yüz derecedeki sıcaklıkta su buharı üretir. Bu buhar, kömürle çalışan termik santraldeki gibi kullanılır. Bu tekniğin en kolay olanıdır, fakat dünyanın her yanında, verimi daha yüksek başka tip santralların kurulmasına çalışılmaktadır.
Mesela Amerika`da yavaşlatıcı olarak sudan faydalanan bir pilin kullanılması düşünülmektedir.
Bu su, pilinin çalışması sırasında kaynamaya başlar ve elde edilen buhar doğrudan doğruya bir türübünü çalıştırmak için kullanılır. Çeşitli ülkelerde başka ilkelerde incelenmektedir. 1gr uranyum fisyonunun 3 ton kömürün yanmasıyla elde edilen enerjiyi verdiği bilinirse atom enerjisinin olağanüstü imkanları kolayca anlaşılır.
Teknisyenlerin amaçlarından biri, uranyumun mümkün olduğu kadar fazla kısmının fisyona uğrayabileceği piller yapmaktır. Tabii uranyumdan faydalanan bir pilde uranyumun yalnız çok bir kısmı kullanılabilmektedir. Gerçekten yalnız uranyum 235 doğrudan doğruya tepkimeye girer. Uygun miktarda kullanılınca zincirleme tepkime durur. Pilin ömrü, uranyum 238 içinde nötron yakalanması sonucunda meydana gelen pulutonyumla uzatılır, fakat nötronları soğuran bazı fisyon ürünlerinin etkisiyle doğan pil zehirlenmesi, uranyumdan faydalanma oranını düşürür. Bununla birlikte gerçekten uranyumun büyük bir kısmını kullanacak pillerin yapılması mümkün görülmektedir. Bunun için yenileyici piller denilen ikincil pillerde, uranyum 235 veya daha elverişli olan uranyum 233 veya plütonyumla zenginleştirilmiş uranyum kullanılır. Bugün bir atom santraliyle sağlanan elektriğin fiyatı küçük çapta geleneksel tesislerden sağlanan elektriğe göre daha yüksektir. Fakat yeryüzü, geleneksel yakıtlardan çok daha büyük rezervleri olan yeni bir enerji kaynağına kavuşmuştur. Gerçekten fisyonla elde edilecek enerji rezervlerinin kömürden ve diğer fosil yakıtlardan çıkarılan enerji kaynaklarından yirmi beş defa fazla olduğu tahmin edilmektedir. Bir atom motoru aynı ilkelere göre çalışır. Personeli ışımaya karşı korumak için atom pilini çok büyük bir kap içine yerleştirmek gerektiğinden, atom motoru ancak büyük boyutlu taşıtlarda kullanılabilir; bu yüzden otomobillerde kullanılması mümkün görülmemektedir. A.B.D.’ de atom denizaltlıları ve Rusya`da bir buz kıran yapılmıştır. Atom motorunun ilgi çekici yönlerinden biri, taşıtın çok uzun süre yakıt ikmali yapmadan gidebilmesini sağlaması ve denizaltlılarda yakıt artığı bırakmamasıdır.
Tarihçe
Fisyon, 1938`de alman Hahnn ve Strassman tarafından keşfedildi. Bu yeni olay, Fransa`da Halban, Joilet-Curie, Kowarski, F. Perrin ekibi, İngiltere`de Frisch, Amerika`da Fermi tarafından incelendi. Daha 1939`da fransız ekibi, nötronların fisyon sırasında yayıldığını ve sayılarının bir zincirleme tepkime doğurmağa yeterli olduğunu ispatladı. Bir ağır su ve uranyum bütünü içinde zincirleme bir tepkime meydana getirmek için planlar yapıldı. Bu çalışmalar 1940 haziranında kesildi. Amerika`da Fermi 2 aralık 1942`de Chicago`da ilk atom pilini yaptı. Bu pil 50 ton uranyum ve 500 ton grafit yığını halindeydi. Bu deneyin başarıya ulaşması Amerika hükümetini askeri amaçlarla nükleer araştırmalara çok büyük ölçüde maddi imkan sağlamağa yöneltti. Plütonyum üretmek için düşünülen piller Handford`da yapıldı. Bu ilk plütonyum, atom bombası yapımında kullanıldı. İkinci dünya savaşından sonra, büyük ülkeler atom enerjisini geliştirme programları hazırlandı. Birkaç kW gücündeki deney pilini daha güçlü deney pilleri izledi. 1955`te Amerika`da bir atom denizaltısının ve Rusya`da küçük bir elektrik santralının çalışmağa başlamasıyla enerji üretimine geçildi; sonra İngiltere`de 1956`da yaklaşık olarak 500000 kW gücünde bir santral kuruldu. 1940`tan sonra çeşitli ülkelerde çalışmalara devam edildi. 1955`te toplanan Cenevre konferansında, bütün ülkelerin bilim adamları aldıkları sonuçları tartıştılar. Bu konferans, barışçı amaçlarla kullanılacak atom enerjisi devrini açtı. 1956`da Birleşmiş Milletler bünyesinde bir Milletlerarası Atom ajansı kuruldu.
|  anasayfa   |  sayfa başı  |   geri  |