18.yy.da  Fizikçi Jalbert, yildirim olayi ile sivri uçlarin ilgisini dile getirmistir. Ayni yillarda Romans, yildirim olayinin elektriksel bir olay oldugunu söyleyerek, yildirimda elektrikten bahsetmistir. Franklin 1725 yilinda balon deneyi yaparak bulutlarin elektrik yüklü oldugunu ispat etmistir. 1929 yilinda Ingiliz Doktor Simson ve Fransiz Mathias tarafindan yapilan çalismalarla yildirim konusu açiklanmaya çalisilmistir.

Yildirim, bulut ile yer arasindaki elektrik yüklerinin hizli bosalmasi olayi olarak ifade edilmektedir. Atlamanin gerçeklesmesi için, havada asili duran bulutlar ile yer arasindaki hava iyi bir iletken olmadigindan, yaklasik 100.000.000 voltluk bir gerilim olusmasi gerekmektedir. Bulutlarin yildirim üretmesi için önce elektrik yükleri ile sarj olmasi gerekmektedir. Bulutlarin sarj olmasi için firtina bulutunun yere yakin olan kismi negatif yükle yüklenir (Bu durum her zaman için geçerli degildir). Bu arada yer pozitif yükle yüklenir. Yüklenme hem bulut hem de yeryüzünde birbirine ters kutuplar olarak gerçeklesir. Aradaki potansiyel farki artinca yalitkan olan havanin delinmesiyle buluttaki veya yerdeki yüksek voltaj desarj olur. Bu desarjlarda 2000 ile 200.000 amper arasi akim olusmaktadir. Atmosfer olaylarinda bulut ile bulut arasinda olusan bosalmaya simsek, bulutla yer arasinda olusan bosalmaya yildirim denir.   

Yildirimi olusturan firtina bulutunun olusumu açiklanabilmekle birlikte bu bulutun nasil elektrikle yüklendigi konusunda kesin bilgilere ulasilamamistir. Hava akimlari, yere yakin hava tabakalarinin iyice isinmasi ile olusmaktadir. Çok büyük yüksekliklerden asagi inen soguk hava ile bu hava tabakasi yer degistirir. Nem ise yüksek sicaklikta buharlasma ile meydana gelir. Hava, yukari çikisi sirasinda sogur ve belirli bir yükseklikte su buharina doyacagi bir sicakliga erisir. Daha fazla yükselmesi konzenzasyona sebep olur ve bulut olusur. Yildirim bulutunun olusumunda üç asama söz konusudur; gençlik, olgunluk ve yaslilik.

Gençlik asamasinda asagidan yukari dogru ve kenarlardan ortaya dogru hava akimlari artar. Bu durum yaklasik 10-15 dakika sürer. Olgunluk asamasinda yagmurlar olusur. Sifira yakin sicaklik derecelerinde iyice azalan bulut kaldirma kuvveti siddetli yagmurlara sebep olur. Ayni anda yukaridan asagiya hareket eden soguk rüzgarlar görülür. Bunlar yere ulastiklarinda siddetli firtinalara sebep olurlar. Bu asama yaklasik 15-30 dakika sürer. Yaklasik 30 dakika süren yaslilik asamasinda ise hava akimlari sona erer.

Yildirim bulutlarinda elektrik yüklerinin olusu ile çesitli teoriler bulunmakla birlikte tam olarak açiklanamamistir. Bu teorilerden biri Simpson ve Lomonosow’un teorisidir. Onlara göre bulutlardaki yükler hava akimi yardimiyla olusmaktadir. Sicak ve soguk havanin yer degistirmesi sonucunda olusan hava akimi bulutlardaki su damlaciklarini harekete geçirir. Hareket halindeki su damlaciklari, birbirleriyle sürtünmek suretiyle yüklü hale gelirler. Bulutlardaki hava akimlari su damlaciklarinin dagilmasina ve tekrar birlesmesine sebep olurlar. Yapilan laboratuar çalismalarinda dagilan su damlaciklarindan küçük damlaciklarin negatif, büyük damlaciklarin ise pozitif olarak yüklendigi gözlenmistir. Bu bilgilere göre büyük su damlaciklari yani pozitif yüklü damlaciklar bulutun alt kademelerinde ve rüzgar hizinin büyük oldugu bölümlerde olmalilar. Küçük negatif yüklü su damlaciklari ise rüzgar tarafindan itilmeli ve bulutun daha yukari kisimlarindan dagilmalilar.

Yildirim bulutundaki yüklerin yukarida anlatildigi sekilde meydana geldigi kabul edilecek olursa bulutun alt kisimlari pozitif yüklü olacagindan yildirim desarji da pozitif kutbiyette olacaktir. Yapilan gözlemler pozitif kutbiyetteki yildirim desarjlarinin %10-15 civarinda oldugunu, desarjlarin yaklasik %85-90’inin negatif kutbiyette gerçeklestigini göstermektedir. Dolayisiyla Simpson ve Lomonosow’un teorileri yildirim bulutlarindaki elektrik yüklerinin meydana gelisini tam olarak açiklayamamaktadir.

Bu konudaki diger bir teori de Elster ve Geitel tarafindan ortaya konulmustur. Onlara göre bulutlarin, yüklenmesi tesir yoluyla elektriklenme ile açiklanmaktadir. Dünya yüzeyindeki elektrik yükü –5x105 C kabul edilirse bu yükün içinde bulunan su damlaciklari alt uçlari pozitif, üst uçlari negatif olmak üzere kutuplanir. Yer çekimi etkisiyle asagiya dogru düsen büyük su damlaciklari havanin oldukça yavas hareket eden iyonlarina yaklasirlar ve bu sirada su damlaciginin pozitif alt ucu havanin negatif iyonunu absorde ederken pozitif iyonu da iter. Böylece agir su damlaciklari negatif elektrikli parçaciklar haline gelir. Ayni sekilde kutuplanan küçük su damlaciklari yukariya dogru hareket ederken havanin pozitif iyonlarini absorde ederler ve negatif iyonlari iterler. Bu durumda hafif su damlaciklari da pozitif elektrikli parçaciklar haline gelirler.

Elster ve Geitel’in teorisine göre bulutun alt kisimlarinda negatif yükler bulunmaktadir. Teori negatif kutbiyetteki yildirim desarjlarini açiklayabilmedir gibi görünse de aslinda eksik yanlari bulunmaktadir.
Bir yildirim bulutunun su damlaciklarindan çok buz kristalleri ve kar parçaciklarindan olustugu düsünülürse, bu buz kristalleri ve kar parçaciklarinin dünyanin elektrik alani ile kutuplanma olasiliklari oldukça düsüktür.

Konu üzerine baska bir teori de J.I.Frenkel tarafindan ortaya atilmistir. Frenkel’e göre havada her iki isaretli iyonlar var oldugundan, dünyanin negatif elektrik yükleri kaçmaya ve iyonosferin pozitif elektrik yükleri ile birlesmeye yatkindir. Dolayisiyla dünyanin azalan elektrik yükünü sürekli olarak takviye edecek bir olayin olmasi gerekmektedir. Dünyanin elektrik yükünün sabit kalmasinda en önemli rolü negatif yildirim desarjlari saglayacaktir. Bu teoriye göre her iki isaretli iyonlardan olusan hava ile küçük su damlaciklari veya buz kristallerinden meydana gelen bir ortam göz önüne alinir ve havanin negatif iyonlarinin daha küçük su damlaciklarina ya da buz kristallerine kondugu var sayilir. Buna göre bulut, negatif yüklü su damlaciklari ve pozitif iyonlu havadan olusur (negatif iyonlar su damlaciklari tarafindan yutulmustur).

Sonuç olarak arastirmalar yildirimin olusumu sirasinda bilinen dört çesit yildirim tipi oldugunu ortaya koymaktadir; (-) inisli, (-) çikisli, (+) inisli ve (+) çikisli. Bu yildirim tipleri elektrik yüklerinin bosalma yönü ve yükün negatif veya pozitif olmasina göre belirlenir. Yukariya çikan yildirimlar yerde biriken yüklerin buluta dogru bosalmasi seklinde olusurken, asagi inen yildirimlar ise buluttaki yükün topraga dogru bosalmasi ile olusur.
Bulutlarin negatif yüklü oldugu durumlarda yerin pozitif yüklü sivri bölgelerinden bulutun negatif yüklü bölgesine dogru baslayan ön bosalmalar seklinde görülür. Bosalmalar genelde düz araziler üzerindeki yüksek yapilardan veya yeryüzündeki yüksek daglik kesimlerden baslar. Desarj olgunlastiginda akim degeri 10.000amperi bulur.

Asagi inen yildirimlarda, bulutun alt kismindaki enerji yalitkan havayi delebilecek yeterli enerji seviyesine geldiginde topraga dogru bir elektron demeti harekete geçer. Birinci demet 10-50 metrelik mesafeyi 50.000 ila 60.000 km/sn arasindaki hizla kat eder. 30 ile 100 mikron saniye süren bir aradan sonra ikinci bir desarj, birinci desarjin yolunu izler ve birinciden 30 ile 50 metre arasi daha ileri gider. Daha sonra üçüncü desarj, ardindan dördüncü desarj meydana gelir. Her bir desarj öncekinden 30-50 metre ileri giderek yildirimin ucunun yeryüzüne yaklasmasini saglar.
Ön bosalma yere yaklastikça elektrik alani havanin delinme dayanimi üzerine çikacak kadar artar. Böylece yeryüzünün sivri bir noktasindan bir bosalma yukariya dogru ilerleyerek ön bosalma ile birlesir. Yaklasik 50.000 km/sn’lik bir hizla asagidan yukariya dogru iyonizasyonlu ve kanalda depo edilen yükü topraga bosaltir. Bu desarj esnasinda 200.000 ampere kadar çikan akim 100.000.000 voltluk bir gerilim ile topraga akar. Açilan yildirim kanalindan çok kisa bir sürede defalarca kez desarj meydana gelir.

Yildirimlarin Etkileri:
Yildirimin olusumu ile ortaya çikan 6 ayri etkiden söz etmek mümkündür. Bu etkiler; elektrodinamik, basinç, ses, elektrokimyasal, isik ve isi etkisidir.
Elektrodinamik etki, yildirimin inis yolu üzerinde olusturdugu manyetik alan içinde yer alan metallerde olusan kuvvetlerdir. Bu etki sonucunda ince anten borularda ezilme, paralel iletkenlerde çarpisma ve iletken kroselerin sökülmesi gibi olaylar görülür.

Yildirim kanali içerisindeki elektrodinamik kuvvetlerden ileri gelen basinç bu akimin sönmesi ile patlama seklinde havayi genlestirerek gök gürültüsünü meydana getirir. Söz konusu basinç ve gürültü yakinda bulunanlarda, patlamalarda olusan sok etkisini yaratabilir. Cam kirilmasi gibi olaylarla karsilasilabilir. Basinç ve ses etkisinin bir nedeni de yildirim kanalinda ortaya çikan isi etkisinin çok büyük ve ani bir genlesme meydana getirmesidir.
Eletrokimyasal etki ise, büyük akim siddetinden dolayi elektrolit parçalanma sonucu demir, çinko ve kursun gibi metallerin açiga çikmasidir. Ayni zamanda ozon gazi olusumu da bu etki içindedir.

Isik etkisi, yildirim olusumunda yildirim kanalinda meydana gelen çok parlak bir isik yayilmasidir. Yakin mesafelerde geçici görme bozukluklarina sebep olabilir.
Isi etkisi yildirim kanalinda olusan isi ve yildirimin geçtigi iletkenlerde olusan isi seklinde görülür. Akim degerinin çok yüksek olmasina ragmen, çok kisa sürede gerçeklesmesi iletkenlerde asiri isi artisi olusturmaz.

Yildirimin düstügü yerlerdeki etkileri, düstügü yerin durumuna göre degismektedir. Korunmayan bir bölgeye düsen yildirim agaçlarin yanmasina, üzerinden geçtigi canlilarin ölmesine ve elektrik-elektronik donanimlarda hasar olusmasina sebep olabilecegi gibi, sivri noktalardan topraga geçerek zararsiz bir biçimde sona ermesi de olasidir.

Insanlarin yildirimi hissetmesi mümkün olabilmektedir. Söyle ki; ilk ön bosalmalar sirasinda çok kisa zaman taniyacak kadar bir elektrik alani içinde oldugunu anlamasina olanak verir. Bu durumlarda topraga yüz üstü yatarak toprak ile bulut arasindaki mesafeyi kisaltip yildirimin inis veya çikis noktasi olmaktan kaçinmak gerekmektedir. Korunmasi olmayan bölgelerde olabildigince en yüksek nokta olan alanlardan uzakta durmak gerekmektedir.

YILDIRIMLARDAN KORUNMA YÖNTEMLERI

Yagisli havalarin pek önemsenmeyen, ancak büyük bir tehlike yaratabilen meteorolojik olusum olarak kabul edebilecegimiz yildirimlardan iki ayri sekilde korunma yöntemlerini “Pasif Korunma” ve “Aktif Korunma” olarak iki baslik altinda toplamak mümkündür.

PASIF KORUNMA:
Pasif Yakalama Ucu:
Pasif korunma yönteminde; yildirimdan korunma yüksek noktalara sivri uçlu metallerin konulup toprak baglantisinin yapilmasi ile saglanir. Bu konuda ilk çalismalar 1760 yilinda Franklin tarafindan yapilmistir. Korunmasi gereken binanin üzerine sivri uçlu bir demir konularak iletkenlerle topraga irtibatlanmasi ile ilk yildirimsavar (paratoner) sistemi kurulmustur. Konulan çubugun etkinlik sahasi çubuk boyunu yariçap kabul eden bir daire seklindedir. Günümüzde ise koruma çapi çubuk boyu olarak kabul edilmektedir. Yildirimin sivri uca düserek oradan topraga verilmesi saglanir. Böylece düsen yildirimin binaya ve çevresine zarar vermesi engellenmis olur.

Faraday Kafesi:
1884 yilinda Melsens tarafindan ortaya atilarak günümüzde de etkin korunma için siklikla kullanilan “Faraday Kafesi” gelistirildi. Faraday’in yaptigi çalismalarda iletken bir kafes içinde elektrik alaninin sifir oldugu belirlenmistir. Bu bilgiyi kullanarak, Melsens yildirimdan korunmasi istenilen yapiyi bakir iletkenlerle yatay ve dikey olarak kafes içine alarak ve çatida belirli araliklarla sivri uçlar çikararak, tabanda da iletkenlerin çok noktada topraklama olusturmasi suretiyle koruma saglamistir. Bu durumda binanin her tarafi es potansiyel haline gelecek ve bina üzerine düsecek bir yildirim, binaya zarar vermeden bakir kafes üzerinden topraga akacaktir. Faraday kafesinin sagladigi güvenlik, gözlerinin boyutlarina baglidir. Gözler küçüldükçe koruma artmaktadir. Faraday kafesi dogru sekilde uygulandiginda çok etkin koruma saglayan bir yöntemdir. Ancak ilk kurulum maliyetinin yüksekligi ve çok dogru uygulama gerektirmesi, bakir kafesin oksitlenmesi durumunda agir bakim maliyetleri uygulamanin çok yaygin olmasini engellemektedir.

AKTIF KORUNMA:
Aktif paratonerler (çekme uçlari) yildirimin olusumunu engellemek veya yildirimi üzerine çekerek daha güvenli bir korunma saglama amaciyla kullanilmaktadir. Aktif paratonerlerde havanin iletken hale getirilerek yildirimin, paratonerin sivri ucunda yakalanmasi amaçlanmaktadir. Aktif paratonerler, günümüzde üç ayri biçimde bulunmaktadir.

Radyoaktif Paratonerler:
Radyoaktif paratonerlerin çalisma prensibi, radyoaktif elementler kullanilarak korunmasi gereken yerde havayi iyonize ederek daha iletken hale getirme ve yildirimi yildirim çekme uçuna çekerek, buradan topraga verme seklindedir.

M. Dauzere’nin (1930) yildirimin çokça görüldügü yerlerde havanin normal sartlara göre daha yüksek bir iyonizasyona sahip oldugunu gözlemlemesi, iyonize edici paratonerlerin kullaniminin baslangici olmustur. Bu konudaki ilk deneyi Szillard yapmistir. Szillard, iletken bir çubugun üzerine radyum koyarak yaptigi denemelerde basarilar elde etmesi ile radyoaktif paratonerlerin temelini teskil etmistir.

Radyoaktif elementin yaydigi radyasyon ile havayi iyonize eden radyoaktif paratonerlerin gövdesi içinde kursun bir hazne bulunmaktadir. Bu küresel kursun haznenin üzerinde isimanin engellenmemesi için delikler mevcuttur. Radyo element bu kursun hazne içine konur. Isima, kursundan geçemeyecegi için üst kisimlardaki deliklerden havaya dogru yönelecektir. Bu saçilan pozitif iyonlar belli bir çap içindeki yildirimi kendisine çekerek koruma saglayacaktir. Koruma çapinin belirlenmesinde kullanilan radyoaktif elementin miktari belirleyici faktördür. Kullanilan element ne kadar fazla ise koruma çapi da o oranda artar. Radyoaktif  madde çok fazla arttirildigi halde koruma yariçapinda dogadaki bazi sinirlamalardan dolayi artis olmadigi belirlendiginden, üretimlerinde en fazla koruma çapi 200 metre olacak sekilde planlanmaktadir.
Paratonerlerde kullanilan radyoaktif element alfa, beta ve gama isimasi yapar. Radyasyon tarafindan havanin iyonize olma miktari alfa isimasinin kinetik enerjisiyle orantilidir. Bu sebeple radyoaktif paratonerlerin üst kisimlarinda isimanin hizini yavaslatmayacak sekilde bosluklar vardir. Isima hizinin azalmasi alfa partiküllerinin iyonlama gücünü neredeyse tamamen yok ederler. 1 mgr radyumun saniyede 136 milyon alfa partikülü ürettigi ve her bir partikülün 187 bin iyon çifti meydana getirdigini dikkate alacak olursak, içinde 1 mgr radyum bulunan bir radyoaktif paratonerin bir saniyede 25,4 x 1012 tane pozitif iyon çifti meydana getirdigi görülür.

Meydana gelen bu yüksek iyon sayisi kimi zaman, yildirim düsürecek kadar fazla yüklü olmayan bulutlari da tetikleyecek ve gereksiz yere risk olusturabilecektir. Gama isinlarinin yildirimi yakalamada bir rolü olmasa da paratonerde kullanilan radyoaktif element bu isimayi da dogal olarak yapar. Gama isimasi insan sagligi için son derece tehlikelidir. Yüksek seviyeli bir gama isimasina karsi önlem alinmadigi takdirde mide bulantisi ve kusma ile baslayan rahatsizliklar, hücre bölünmesinde düzensizlik, kanser, DNA yapisinda bozukluklara (mutasyon) ve ölüme kadar ilerleyecektir. Bu paratonerlerde radyoaktif element olarak Americium 241 ve Radium 226 kullanilmaktadir. Bu elementlerin yildirimi yakalamak için yaptiklari alfa isimasinin ömrü en iyi (kuru, yiprandirici olmayan) hava kosullarinda 10 yil iken, dogal hava sartlarinda 5 yila kadar düsebilmektedir. Bes ila on yil arasinda yildirim yakalama ömrü olan radyoaktif paratoner isinlarinin insan sagligina zararlari ise çok uzun yillar boyunca sürer.

Montaji ve periyodik bakimlari sirasinda, yanina yaklasirken dahi dikkatli olunmasi ve çiplak elle kati suretle temas edilmemesi, mümkünse özel eldivenler ve giysilerle yaklasilmasi gerekmektedir. Paratoner içindeki radyoaktif elementin tutuldugu kursun kilifin yildirim desarji anindaki yüksek sicakliktan erimesiyle olusabilecek tehlike son derece ürkütücüdür. Serbest, koruyucu kilifsiz kalan radyoaktif element küresel bir sekilde isima yapacak ve paratonerin yaklasik koruma çapi kadar olan bölgede radyasyon degeri istenmeyen biçimde artacaktir.

Radyoaktif paratonerler, 1982 yilindan beri Avrupa’da ve Amerika’da kullanimi yasaklanmis olup ülkemizde de TAEK’in 31.03.2000 tarihli yazisiyla, kullanimina sinirlandirma getirmek amaciyla içerdigi radyoaktif elementlerin ithalati yasaklanmistir. Bu paratonerlere sahip olanlarin, yetkilendirilmis bir sirket vasitasiyla paratoneri Atom Merkezi’ne teslim edilmesi istenmektedir.
Amerikyum elementi ile çalisan radyoaktif paratonerlerin de kisa bir süre sonra yasaklanmasi beklenmektedir.
Radyoaktif paratonerlerin pozitif yüklü bulutlardan olusan (yildirimlarin %10-%15’i) yildirimlara karsi herhangi bir korumasi yoktur. Sadece negatif yüklü bulutlardan olusan yildirimlara karsi koruma saglar.

Piezzoelektrik Paratonerler:
Piezzoelektrik elementler basinca maruz birakildiginda yüksek gerilim üreten elementlerdir. Elementin bu özelligi paratoner üreticileri tarafindan kullanilmis ve piezzoelektrik prensibiyle çalisan paratonerler imal etmislerdir.
Rüzgar etkisiyle salinim yapan paratonerin gövdesi, içerisindeki piezzoelektrik kristallerini basinca maruz birakir ve yüksek gerilim darbeleri olusur. Bu darbeler paratonerin yakalama ucu üzerindeki ark boynuzlarina gönderilir ve burada ark etkisiyle hava iyonizasyona ugratilir. Paratonerin çalisabilmesi salinim yapmasi gereksinimi ve bunun için rüzgara ihtiyaç duyulmasi bu paratonerin en büyük dezavantajidir.

Elektrostatik Aktif Paratonerler:
Elektrostatik paratonerin çalisma prensibi o anki havanin yüklerine göre elektrik alan siddetinin arttirilmasina dayanmaktadir. Böylece negatif veya pozitif yildirim çesitlerine karsi koruma saglamis olmaktadir. Yildirima karsi korumada en son gelistirilen bu yöntem hizla yayginlasmaktadir. Bu paratonerlerin çalisma prensibi, yildirim yeryüzü ile birlesmeden önce yakalayarak desarji güvenli bir biçimde topraga yapmaktir. Elektrostatik paratonerlerde bu nedenle yakalama hizi (?t) önem kazanir. Havada olusturdugu elektrik alan sayesinde yildirima iletken bir yol hazirlayarak topraga veren elektrostatik paratonerler havayi iyonize etmedigi için gereksiz desarjlara neden olmamaktadir. 2 metre uzunlugunda çelik bir üniteden olusan elektrostatik paratonerler özel bir bakim ihtiyaci duymamaktadir.

Dünya’da ve Türkiye’de kullanimi hizla artmakta olan ve radyoaktif paratonerlerin yerini alan elektrostatik paratonerler yine 200 metre koruma çapli olarak tasarlanmaktadir. Kullanim yerine göre $950-$1500 arasinda maliyetleri bulunmaktadir.

Kullanilan korunma yöntemi ne olursa olsun, yöntemin dikkatli ve dogru biçimde uygulanmasi ve özellikle son derece dikkatli topraklama (yildirimi çeken ucun topraga baglanmasi) yapilmasi ayrica periyodik olarak kontrolü gerekmektedir. Paratonerlerin toprak baglantisinin kuru havada en fazla 5? olmasi istenmektedir.

Sonuç olarak insanlarin ve donanimlarin güvenli bir sekilde yildirimlara karsi korunmasi için her kurulus kendi üzerine düsen görevi yerine getirerek gereken tedbirleri almak durumundadir.

Yorum (0)

RSS yorumları

İsim

Başlık

Yorum

Gönder