GELECEĞİN TRENLERİ

Yayınlandı: Haziran 29, 2012 / Sanayi

        İlk buharlı treni, Stefanson’ın yaptığı söylenir ama bu yanlıştır. Richard Trevithick adındaki İngiliz mucit Dünya’nın ilk lokomotifini yapmıştır. Ama ticari kafaya sahip olmadığı için Richard Trevithick bunu ticarileştirememiş ve de sonuçta başarısız olmuştur. Stefanson’ın Roket adlı tren’i tamamen Richard Trevithick’in lokomotifinden esinlenerek üretilmiştir. Bu tren ise saatte 60 km hızla giderek o zamanlarda Dünya rekorunu kırmıştır. Şimdi ise trenler çok hızlı ama gelecekte ise çok daha hızlı ve de kapasitif olacaktır. Maglev ve Tgv trenleri de bu konuda başı çekiyor.  Tgv ilk olarak 1981’de üretildi ama şu an Dünya üzerinde kullanılan hızlı trenlerin %70’i Tgv teknolojisini kullanmaktadır. Şu an ise en son modeli Tgv Duplex’tir. Duplex ayrıca 2 katlı bir trendir. Japonyanın mermi trenleri ise aerodinamik yapısı sayesinde çok daha fazla kişiyi çok daha hızlı taşıyabilmektedir.  Örneğin Japonların ürettiği Fastech 360 adlı yüksek hızlı treninin füze gibi gitmesi bekleniyor. Bu trenin ise ortalama saatteki hızı 400 km olacağı belirtiliyor. Ama şu an Japonlar N 700 adında bir mermi trenini kullanıyor. N 700 hızlı treni ise saatte 300 km hızla giderek Dünya’nın en ileri teknolojili hızlı treni ünvanını almıştır. Bu tren oldukça da hızlı ve de çapraz yer değiştirme sistemini kullanarak Japonya’nın dağlık virajlarında hızını kaybetmeyerek rahat bir şekilde de ilerleyebiliyor. Ama bu tren’in üstünde çok önemli teknolojiler bulunmaktadır. Bunlar:  Enerji tasarrufu teknolojileri, Enerjisini kendi üretme teknolojileri, Deprem anında durma özelliğine sahip gibi teknolojilerdir. Örneğin N700 trenleri tarafından üretilen bu enerji, enerji hattına gönderiliyor ve de arkadaki trenler de bu enerjiyi kullanabiliyor. Bu tren ayrıca virajlara eğimli bir şekilde girerekte saatte 20 km’lik bir hız farkı da yaratabiliyor. Bu da insanların evlerine daha erken varmasını sağlamaktadır. Yaklaşık olarakta bu tren’de 112 motor bulunuyor. Böylelikle de bu motorlar çekiş gücünü önemli ölçüde arttırabiliyor. Bu da tabiî ki N 700’ü yüksek hızlara kadar çıkartabiliyor. Ayrıca bu trenlerde helezon yaylar kullanılarak hiç sarsıntı da oluşmuyor. Bu trenlerde kullanılan tekerlekler ise hafif eğimlidir. Nedeni ise, Sarsıntının engellenmesi ve de yola uyum sağlanarak hızlı ulaşım sağlama gibi teknolojik yeniliklerdir. Eğer tekerlekler düz olsaydı, çok yüksek aşınmaya maruz kalınırdı. Ayrıca Japonya, Dünyanın en gelişmiş sarsıntı uyarı sistemine de sahiptir. Bu teknolojinin temelini ise elektromıknatıslar oluşturuyor. Bu sistem de olağanüstü bir şekilde bir hassaslık sağlamaktadır. Örneğin Japonya’daki ray sisteminin belli bölgelerinde 70 adet deprem ölçer bulunuyor. Buna göre de Japonya’da depremde yakalanması en zor dalgalar olan P dalgalarından 2 sn sonra depremin olduğu bölgede güç kesilerek trenlerin durması sağlanmaktadır. Örneğin 2004 depreminde Japonlar 4 hızlı tren’i durdurmayı başardı ama depremin merkez üssüne yakın olduğu için 5.’si raydan çıkan ilk hızlı tren oldu. Ayrıca Japon mühendisler ray sistemine özel raylar döşeyerek bu hızlı tren’in raydan çıkmasını büyük ölçüde engellediklerini belirtiyorlar. Burada kullanılan teknolojik sistemin adı ise, Anti devrilmez teknolojisidir. Küresel ölçekte düşünecek olursak, Ice 3 yüksek hızlı trenleri de teknolojide çok iyi durumdalar. Örneğin Almanya’da kullanılan Ice 3 yüksek hızlı tren’i saatte 330 km hıza ulaşabiliyor. Ice trenlerinde kullanılan motorlar ise,3 fazlı ve de bu motorlar alternatif akımla besleniyor. Ice 3’lerin hız yapmasındaki ana etmen ise her karşılıklı tekerlek de bir alternatif akım motorun bulunmasıdır. Son verilere göre de Ice Trenlerinin 400 km hıza ulaştığı belirtiliyor. Ama bu teknolojinin yeni geliştirilmiş Ice trenlerinde olduğu belirtilmektedir. Bu belirttiğim trenleri ise yine bir Alman şirketi olan Siemens şirketi yapmaktadır. Burada Çinlilerin ürettiği hızlı trenlerden de bahsetmeden geçemeyeceğim. Örneğin Çinlilerin ürettiği CRH 380 tren’i 380 km hızla giderek Dünya’nın en hızlı trenleri arasına girmiştir. Bu tren’in ise tamamen Çin tasarımı olduğu belirtiliyor. Yani bu tren’in tüm parçaları dahil olmak üzere aerodinamik özelliklerini bile Çinli mühendisler yapmaktadır. Örneğin bu tren, Pekin-Şanghay arasında giderek yolculuk zamanını 10 saatten 4 saate kadar indirebilecektir. Bu tren’in en önemli özelliklerini sıralayacak olursak: Enerji Tasarruflu oluşu ve de Titreşimin yani rezonansın minimuma düşürülmesi gibi önemli artı değerler bulunmaktadır. Trenlerde hız konusuna geldiğimizde ise bu alanda çok çetin bir rekabet bulunmaktadır. Örneğin Fransa’daki Alstom şirketi tarafından üretilen Tgv tren’i, saatte 575 km ile dünya hız rekorunu kırmıştır ve halen bu rekoru elinde tutuyor.  Ama aynı şirket tarafından geliştirilen  Agv treni ise, Tgv’den %12,5 daha hızlı, %10 daha verimli ve de %20 daha çok oturma yeri vardır.  Örneğin  Agv,  Tgv’ye saatte 69 km hızla fark atabiliyor. Maglev trenleri ise aslında ses hızına kadar çıkabilirler ama bu tren için döşenen rayların yüksek maliyeti yüzünden ortalıkta pek fazla görünmüyorlar. Örneğin Çin maglev treni için döşenen 30 km ray; yaklaşık olarak 1,2 milyar dolara mal olmuştur. Ama sürtünme olmayışı ve de tesla derecelerinde manyetik alanlar üzerinde giden bu trenler gerçektende bilim kurgudan çıkmış gibi görünüyorlar. Maglev trenlerindeki eşsiz mühendislik ise şöyle işlemektedir: Tren giderken raylara verilen elektrik akımı bir manyetik alan oluşturuyor ve de daha sonra da tren’de bulunan süper iletken malzemeler sayesinde tren, sürtünme olmaksızın havada adeta çok hızlı bir şekilde kayabiliyor. Bu kayma ise treni müthiş hızlara çıkartmaktadır.  Maglev trenlerinin çok yüksek hızlara çıkabilmesinin önünde ise teoride aslında hiç bir engel yoktur. Örneğin size şöyle bir örnek verebilirim. Bugün Japonyada Tokyo- Şangay arasında kullanılan maglev hızlı trenler saatte 400 km hıza kadar çıkabiliyorlar. Ayrıca Almanya’da deneme amaçlı üretilen bir maglev treni de saatte 500 km hıza kadar çıkabiliyor. Çünkü bu sistemde ortada bir sürtünme yok ve de buna göre bir hız engelleyici neden de bulunmamaktadır. Örneğin burada size çok daha güzel bir örnek vermek istiyorum. Yakın gelecekte yapılması planlanan ve de Newyork’u Londra’ya bağlayacak olan Transatlantik tünelinin ana temasını da bu maglev hızlı  trenler  oluşturmaktadır. Özellikle burada kullanılacak  maglev hızlı trenlerinin çıkacağı hız ise, sıkı durun söylüyorum, saatte 8000 km’dir. Bu hızla uçakla olan 3,5 saatlik yolculuğu yaklaşık 54 dakikaya kadar düşecektir. Evet, bu hız görüldüğü üzere bugün kullanılan yolcu uçaklarından bile çok çok daha hızlıdır. Peki neden yapılmıyor dediğinizde ise, örneğin bu Transatlantik tünelinde kullanılması düşünülen maglev hızlı trenlerinin yukarıda  belirttiğim hıza kadar çıkabilmesi için çok etkin vakum teknolojisi kullanılması gerekmektedir. Her ne kadar maglev hızlı trenlerinde sürtünme olmuyorsa da doğal ortamda yani yaşam ortamımız olan Dünyada bulunan havanın sürtünmesine uğruyorlar. Bu da arabalar da olduğu gibi hızı olduğunca düşürmektedir. Bunun için de ortamdaki havanın yani tünelin içindeki havanın çok gelişmiş pompalarla çekilmesi gerekmektedir. Bu tünelin yapım maliyeti ise belirtilenlere göre 100 trilyon dolara mal olacaktır. Şimdiye kadar bu teknoloji hakkında önemli örnekler verdik ama bu teknolojinin arkasındaki fiziği anlatmadık. Şimdi de maglev teknolojisinin arkasındaki süper iletkenlik konusunu biraz anlamaya çalışalım. Örneğin süperiletken malzemeler içerisinde enterasan bir olay gerçekleşmektedir. Bu olayı ise fizikle uğraşanlar bilirler. Bilindiği üzere bir atomaltı parçacık başka bir atomaltı parçacıkla aynı kuantum durumunu paylaşamaz. Buna biz fizikçiler Pauli dışlama ilkesi de diyoruz. Bu bahsettiğim olay ise bozonlarda gerçekleşmezken fermiyonlarda kendini gösteriyor. Fermiyon olarakta protonu,nötronu ve de  elektronu dikkate alabiliriz. Ama Süperiletken malzemeler içerisinde yukarıdaki bu kuralı ihlal eden enteresan bir olay gerçekleşmektedir. Örneğin elektronlar süperiletken malzemeler içerisinde aynı kuantum durumunu paylaşarak Cooper çiftleri denen yapıları yani ikişer halde ilerleyen elektronları meydana getirebilmektedir. Mesela bakır oksidin -196 derecede süperiletken hale gelmesine neden olan elektron çiftleri gibi. Ayrıca bu soğuklukta bakır oksit bir manyetik  yola konulursa bakır oksit adeta havaya kalkabiliyor. Kısaca bu elektron çiftleri bu malzemeye sonsuz bir elektrik iletkenliği kazandırmaktadır. Yani hiç dirençle karşılaşmayan bir elektrik akımı da diyebiliriz bu duruma. Ve de süperiletken malzemeler yukarıdaki örnekte belirtildiği üzere diamanyetiktir de. Yani bir manyetik alana zıt bir manyetik alan üreterek bu manyetik alanı dışlayabiliyorlar da. Buna kısaca Meissner Etkisi de denmektedir. Şimdi ise süperiletkenlik teknolojisi tamamen çığrından çıktı da diyebiliriz. Çünkü bu saydığım özellikler klasik süperiletkenlerde oluşurken 2.tip süperiletkenler dediğimiz yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde ise manyetik alan tamamen dışlanmıyor.  Hatta şu an 1,5 tip süperiletkenler bile üretildi. Yani klasik ve de yeni özellikleri(2.Tip) birarada bulunduran süperiletkenler. Herneyse manyetik alanların birbirini dışlaması Maglev hızlı trenlerinin havada ilerlemesinin ana özelliğidir. Bu yapıyı teorik bakımdan incelediğimizde ise örneğin elektronların süperiletken malzemelerin içerisinde Cooper çiftleri denen çiftler oluşturması bu teknolojinin babalarından olan Bcs kuramına göre şöyle açıklanmaktadır: Pozitif iyon yoğunluğu altında ezilen ve de yüksek basınca maruz kalan elektronlar kimliklerini kaybederek yani buna (-) yüklerini de diyebiliriz, bu elektronlar daha sonra da bu nedenden ötürü ikişer ikişer halde bir araya gelecek şekilde bir yönde akabiliyorlar. Deneysel fizik açısından incelediğimizde ise, örneğin Süperiletken malzemeler(2.tip süperiletkenlerde) içerisinde oluşan manyetik girdaplar ve düzgün örgüler Atomsal Kuvvet Mikroskopları ve de diğer benzeri aygıtlarla doğrudan gözlemlenebilmektedir. Ama süperiletkenler içerisinde yukarıda belirttiğim Cooper çiftlerini(İkişer halde biraraya gelen elektronlar) şu ana kadar gözlemleyebilmiş değiliz. Çünkü bu yapı çok kompleks bir yapıya sahip olup ve de Atomik Kuvvet Mikroskobu gibi mikroskopları saymazsak ulaşabildiğimiz en kaliteli mikroskop olan Elektron Mikroskoplarıyla bile bu Cooper çiftlerini görememekteyiz. İlerde ise bu yapının kompleks yapısı çözülecek olunursa ve de Cooper çiftlerini görebilecek bir yapıya ulaşacak olursak, işte o zaman Süperiletkenlikte ve de dolayısıyla Maglev hızlı trenlerinde bir devrim olacağı düşünülüyor. Nedenine gelecek olursak, Bcs kuramı sadece süperiletkenlikteki Cooper çiftlenimini ve de süperiletkenliğin matematiksel yapısını anlatabilmekte ama hangi malzemelerin süperiletken olabileceği ve de bu teknolojinin  geliştirilebileceği konusunda hiçbir fikir verememektedir. Ve de Bcs kuramı Newton’un etki-tepki teorisi gibi de sarsılmaz bir yapıya da sahip değildir. Konumuza dönecek olursak, Süperiletkenliğe kısa bir giriş yaptıktan sonra da bu teknoloji kısaca hızlı tren raylarında değilde Maglev hızlı trenin altında vücut bularak normal elektrikli trenlere göre hem %15 daha az elektrik harcanmakta hem de Maglev hızlı trenlerine %10 daha hızlı giden bir önemli özellik kazandırmaktadır. Ama bu teknolojinin daha verimli bir hale gelebilmesi için süperiletkenlikte ilerleme olması gerekmektedir. Çünkü şu an pahalı gözüküyor. Örneğin süperiletkenlikte  rekor  diyebildiğimiz ve de şu an ulaşabildiğimiz  en yüksek sıcaklık  135 kelvin sıcaklığıyla Hg-Ba-Ca-Cu-O adlı bir bileşiğe(seramik) ait. Son yıllarda ise hiç beklemediğimiz bir biçimde demir tabanlı bir malzeme’de de süperiletkenliğin oluştuğu belirtiliyor. Ama bu bileşikler(seramik)  Maglev trenlerinde kullanılmamakta olup genelde Japon mühendisler  hızlı trenlerinde Niyobiyum-Titanyumdan yapılan kabloları kullanmaktadır. Bu kablolar hızlı tren’in altında bulunarak raylara verilen elektrik akımı sonucunda bu tren yukarıya kaldırılabilinmektedir. Böylelikle de rayların süperiletken olması gerekmiyor. Bu ise Dünya üzerinde görülmemiş bir teknolojik hamle sunuyor. Örneğin bir maglev treninin harcadığı elektrik, sadece bir klimanın harcadığı kadardır. Ama yukarıda belirttiğim üzere raylar bu averajı yok ediyor ve maglev sistemini çok pahalı yapıyor.  Süperiletkenliğin daha da geliştirildiği takdirde ise, şöyle bir şey diyebiliriz herhalde: Gelecek yüzyıllar elektriğin çağı değil de manyetizmanın çağı olacaktır. Maglev trenler ayrıca teorik olarak ses hızına da ulaştırabiliniyor. Ama mühendisler tarafından bu hıza ulaştırılmamasının nedeni, tren tarafından bu hızda oluşan şok dalgasının etraftaki her şeyi örneğin ağaçları, evleri yıkabilmesidir. Bu nedenle de bu trenler şu an en fazla 550 km hıza ulaştırılıyor. Örneğin Çinde şu an kullanılan maglev hızlı tren 431 km’lik operasyonel hızıyla Dünya üzerinde bir numaradır. Ayrıca Maglev tren sistemindeki ray değiştirme sistemi  raylı sistemlere göre de oldukça kolaydır. Güvenlik konusunda ise, Maglev trenler diğer hızlı trenlere göre çok daha güvenli bir yapıya sahip görünüyorlar. Yani gidilen bir bölgeye %99,97’lik bir oranla tam zamanında varıyor. Ama yük taşımada ise dizel trenler vazgeçilmezdir. Mesela Freightliner şirketinin yapmış olduğu İngiltere’deki Sınıf 66 Dizel elektrikli tren’i çok gelişmiş bir teknolojiye sahiptir. Bu treni anlatmadan önce  öncelikle 2000 ton yük taşıma kapasitesine sahip olduğunu belirtmekte yarar görüyorum. Hız konusuna geldiğimizde ise en gelişmiş Dizel elektrikli trenler bile saatte 200 km’yi aşamıyor. Ama bu tren hız olarakta saatte 120 km’ye ulaşabilmektedir. Bu tren gücünü ise doğru akım motorlarından almaktadır. Edison’ın ürettiği doğru akım motorlarının alternatif akım motorlarından çok daha verimli olduğu bilim adamları tarafından kanıtlanmıştır. Dünyada da doğru akım motorları verimliliğiyle ünlüdür.  Kısacası bu tren bu özellikleri nedeniyle sınıfında bir numara olduğu belirtiliyor. İngiltere’de kullanılması planlanan Pendalino trenlerinin de çok teknolojik olduğu belirtiliyor. Bu trenleri ise, İtalya yapıyor. Bu trenler 200 km hızı aşabiliyor ve de virajlara çok yumuşak girme gibi bir özelliği de bulunuyor. Bu hassaslığı da merkezden yaptığı için diğer trenlerden bu yönde ayrılıyor. Diğer trenler ise, virajlara girerken eğimi aşağıdan ayarlıyor ama bu kez de bu trenler virajlara yumuşak girmiyor ve de rahatlık gibi özellikler de oluşmamış oluyor. Pendalino trenlerinin ise Londra- Glasgow arasında hizmet vereceği belirtiliyor. Londra-Glasgow arasında yapılacak olan tren yolu hattının maliyeti ise, 8 milyar sterlini aşmaktadır. Örneğin bu rakam Amerika’nın Aya gitmek için harcadığı parayla eşittir. Kapasite bakımından incelediğimizde ise, örneğin Güney Kore’nin KTX yüksek hızlı tren’i akranlarına göre oldukça iyi gözüküyor. Bu tren ise saatte 300 km hızı aşabiliyor. Bu tren’in teknolojisi ise tamamen Fransa’nın Tgv trenlerinde kullanılan teknoloji gibidir ama ondan da çok daha kapasitelidir. Örneğin bu mega tren 935 yolcu taşıyabiliyor. Bu tren’in hızlı olması için de 300 km hızı aşabilmesi gerekiyordu. Bunun için de bu tren’in burnu köpek balığının burnundan ilham alınarak dizayn edilmiştir. Bilindiği üzere köpek balığının burnu Aerodinamik özellikleri nedeniyle denizde oluşan sürtünmeyi minimuma kadar düşürebilmektedir. Bu tren’i ise alanında bir dev olan Fransa’daki Tgv şirketi yapmıştır. Diğer bir gelişme ise teorik bakımdan Yerçekimi Treni denen bir projeyle geldi. Böyle bir projenin gerçekleşmesi zor ama ben yine de burada anlatmak istiyorum.  Örneğin bu hayali tren  gücünü Yerçekiminden almaktadır. Bilim adamları Yerçekiminin bu hayali tren’i, Dünya’nın herhangi bir yerinden herhangi bir yerine açılacak olan tünel seyahatinde saatte 30.000 km hıza kadar çıkartabileceğini teorik olarak hesapladılar. Daha sonra da bu bilim adamları bu hayali yolculuğun yolculuk süresinin ise, 42 dakika 12 saniye olacağını belirtiyorlar. Fizik yasalarına göre ise bu teknoloji şöyle işlemektedir: Dünya’nın merkezine doğru yerçekimi gücü artacağı için bu hayali tren’in hızı önce saatte 30.000 km’ye çıkacak daha sonra da bu tren merkezden çıkarken yerçekimi gücü azalmaya başlayacak ve de bu tren’in hızı düşerek hedef yere en optimal sürede varılabilecek. Ama bu hıza ulaşmak için de tren’in içinden geçtiği tüpün havası boşaltılmış olması gerekiyor ve de tüpün Dünya’nın merkezindeki sıcaklık olan 10.000 dereceye kadar da dayanması gerekmektedir. Ama bu sıcaklığa dayanacak  bir malzeme bulunamadığı için bilim adamları Dünya’nın merkezinden değil de Dünya’nın merkezine uzak ve teğet geçecek bir yere tünel açmanın daha uygun olacağını belirtiyorlar. Arkadaşlar, İster merkezden geçsin ister de açı verilerek teğet geçsin bu tren’in aynı sürede Dünya’nın herhangi bir yerine varacağı düşünülüyor. Buna göre de bu hayali tren’in seyahat süresi ise yine 42 dakika 12 saniye olacaktır. Nedeni ise de yol uzadığında yerçekimi gücü artacak ve de bu da hızı arttırarak hedef yere aynı sürede varılabilmesini sağlayacaktır. Görüldüğü üzere trenler Stefanson’ın Roket adlı buharlı tren’inden çok yol kat etmiş ve de adeta hızla birlikte anılır olmuştur. Yakında trenlerin hızı, uçak hızlarını bile egale edebilir. Gelecekte ise süperiletkenlikte kayda değer bir gelişme olmadığı takdirde, çünkü şu an pahalılar, biz Stefanson’ın geliştirilmiş tren sistemi olan Elektrikli trenlerini kullanacağız. Çünkü şu an bu tren sistemi hala çok verimli görünüyor. Arkadaşlar, sizlere gelecekte yaşanabilecek teknolojileri aktarmaya çalıştım. Teknoloji bizi her yönden bastırıyor. Onun içindir ki ilerde yaşanabilecek teknolojik atılımlara kayıtsız kalamayız. Sizlere bu konuda yardımcı olduysam ne mutlu bana. Yazımı ise, Isaac Newton’ın şu tarihi sözleriyle bitirmek istiyorum: Hareketli bir cisim hareketini devam ettirmek istiyorsa bu yolda bir şeyler olmaya devam edecektir.

Saygılarımla,,,

Ad Soyad: Sait Saatcigil

İlgi Alanı : Fizik, Teknoloji

Lakabı     : Fiziğin Şahı

İletişim   : ssaatcigil@mynet.com

Reklamlar

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s