Tarih: 12:01, 18/5/2006 Kategori: FULL-PAPER

FOTOVOLTAİK PİLLER VE  FOTOVOLTAİK PİLLERİN TARIMSAL SULAMADA  KULLANILMASI

 

 

 

İlkan Kavlak^* , Dr. Halil Güngör

 

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Ziraat Mühendisliği Fakültesi Bağlar kampusu Eskişehir

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü 26480 Meşelik kampusu  Eskişehir

ilkankavlak@gmail.com 

 

 

 

 

ÖZET

 

Endüstrinin hızlı bir şekilde gelişmesiyle günümüzde temiz enerji kaynakları ve bu kaynakların kullanımı son derece önem kazanmıştır çünkü fosil yakıtlarının kullanımı doğadaki karbon oranını değiştirmekte olup asit yağmurlarına neden olmaktadır ayrıca fosil yakıtların rezervleri azaldığı için ülkeler arasında savaşlara varan çeşitli problemler çıkmaktadır. Bugünlerde bilim çevreleri petrole ve diğer fosil yakıtlarına yeni birer alternatif üretme ve bu alternatifleri sağlıklı bir şekilde kullanabilme gayreti içerisindelerdir. Ülkemiz geniş tarım alanlarına sahiptir ve tarım alanlarında mazotlu pompalar ile sulama işlemi yapılmaktadır. Halbuki fotovoltaik pillerle bir su pompalama sistemi uygulanıyor olsa daha temiz ve daha ekonomik yollar ile sulama işlemi yapılabilir işte bizde bu derleme çalışmasında fotovoltaik pillerden enerji üretilmesi ve bu elde edilen enerjiyle bir su pompasının çalıştırılmasını açıklayacağız.

 

 

Anahtar Kelimeler:  temiz enerji;su;fotovoltaik;tarım

 

 

GİRİŞ

 

Dünyadaki petrol rezervlerinin hızlı bir şekilde azalmasıyla ve dünyadaki enerjiye olan talebin artmasıyla dünya yeni arayışlar içine girmektedir ve bu yeni arayışlar içerisinde yenilenebilir enerji kaynakları ilk başta göze çarpmaktadır. Çünkü fosil yakıtlarının çevreye verdiği zararlar, doğal dengeyi her geçen gün daha fazla bozmaktadır. Artık yeni arayışlar içinde doğaya verilecek zararın en aza indirilmesi dikkate alınmaktadır. Türkiye'yi ele alacak olursak enerjide dışa bağımlı bir durumdadır. Bu enerji ihtiyacını karşılayabilmek için komşu ülkelere emeklerimiz ödenmektedir. Bir ülkenin gelişmesi konusunda önüne konulabilecek en büyük engel ise enerji gibi bir toplumsal gereksinimde bir başka ülkeye muhtaç olmasıdır. Bu muhtaçlık bazen öyle bir durum arz eder ki ; o ülkeyi siyasi olarak aciz bir duruma düşürebilir, işte bu tam bir prestij kaybıdır. Ne yazık ki son doğalgaz krizinde önce Rusya’ya karşı sonra İran'a karşı aciz bir durumda kaldık işte bu acizliğin nedeni bugün ve bugüne kadar gelen hükümetlerin yanlış enerji politikalarıdır. Bu duruma karşı sessiz kalmak yerine yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaştırılması konusunda çeşitli teşviklerde bulunulması, maliyetlerin azaltılması, güneş sistemlerinden alınan vergilerin azaltılması gibi tedbirlerle insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirebiliriz. Bunu yapmak şu anda zor değildir ama bizim insanlarımızdaki boşverci tutum her geçen gün daha fakirleşmemize neden olmaktadır. Çünkü şu anda diplomatik gücü elinde bulunduran ülkelerin en büyük sorunu enerjidir ve bu ihtiyacı karşılayabilmek ve enerji ihracatını tekelinde toplamak için kaynak sahibi ülkelere karşı özgürlük ve insan hakları gibi basit gerekçelerin arkasına sığınarak o ülkelerde iktidar sahibi yaptıkları palyaçolar ile saldırmaktadır. Bu bir tecavüzdür fakat tüm dünya bu tecavüze sessiz kalmaktadır ve olayı izlemektedir. Ne yazık ki bu olay esnasında tecavüze yataklık edilmektir. Enerjide bulunduğumuz dışa bağımlılık yüzünden ülkemizin çiftçileri de etkilenmektedir. Ülkemizdeki ekili topraklarının  1/3 ünde  DSİ tarafında sulama yapılmaktadır. Geri kalan alanda ise pompalar kullanılarak toprağın altından su çekilmektedir. Bu işlem sırasında mazotlu pompalar kullanılmaktadır. Bu sistemlerin maliyetleri çok yüksek olmamakla beraber düzenli bakım istemektedirler. Ve mazota bağımlı olarak görev yapmaktadır. Fakat tarımsal sulamada fotovoltaik pil destekli su pompaları kullanılır ise bu pompaların kuruluş maliyetleri yüksek olmakla beraber düzenli bakım gerektirmemektedir. Sonuç olarak kendi masrafını çıkartabilmektedir. Elektrik İşleri Etüt idaresi  tarafından bu sistem analiz edilmiş ve ekonomik olarak daha uygun olduğu tespit edilmiştir fakat uygulama ülke genelinde yaygınlaştırılamamıştır.

 

2- TEMİZ VE YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ AVANTAJLARI

• Temiz olmaları

1. hava kirliliğini azaltmaları

2. su kirliliğini azaltmaları

3. toprak erozyonunun azalması

• yenilenebilir olmaları

• yerli olmaları

• ekonomik olmaları

1. dış (toplumsal maliyetlerinin ) az olması

2. yakıt maliyetlerinin az olması

3. güvenlik maliyetlerinin az olması

4. işletme maliyetlerinin az olması

5. atıkların yok edilme maliyetlerinin az olması

6. ekonomik ömür sonu sökülme maliyetlerinin az olması

• iş alanlarının fazla olması

• enerji sektöründe dışa bağımlılığı azaltacak olması

• çağdaş olması

• doğaya ve gelecek nesillere saygılı olması

• toplumsal ve ekonomik yapıyı desteklemesi

• yakıt tekellerinin kırılmasını sağlayacak olması

Temiz enerji kaynaklarının tüm bu olumlu etkisi sayesinde doğrudan(fosil yakıtlarının sağlıksal etkilerinin azalmasıyla ) ve dolaylı yönle (ülkenin enerji ihtiyacını karşılamak için dışarıya para aktarımını azaltması) yolu ile ülkede ekonomik bir kalkınma gözlemlenmesi gerekmektedir. Fakat bu gelişmeler sürekli birileri tarafından engellenmektedir. Gelişmekte olan ülkeler adeta fosil yakıtlarının kucağına atılıyordur. Enerjinin birim fiyatının artması ile ürünlerin fiyatı artmakta ve ülkedeki üretim yetersiz yapılmaktadır sonuçta ise yabancı malların ülkeye gümrük birliği ile düşük vergilerle ve daha ucuz bir şekilde girmesiyle yerli girişimciyi zor durumda bırakmaktadır ne yazık ki son durumda kapitülasyonu kayıtsız olarak kabul etmiş bulunmaktayız.

 

 

 

 

 

3- GÜNEŞTEN DOĞRUDAN ELEKTRİK ELDESİ

 

Güneşten doğrudan elektrik enerjisi iki yolla elde edilir

• termik düzenekler
• fotovoltaik düzenekler

3.1 TERMİK DÜZENEKLERLE GÜNEŞTEN ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ

 

Bu yöntemle elektrik tıpkı Archimedes'in Roma gemilerini yakmasında kullandığı sisteme benzeyen bir sistemdir. Çok geniş bir alana yayılmış iç bükey yüzeylerle bir noktaya odaklanmış güneş ışığından elde edilen çok büyük ısıyı kullanan termik düzeneklerin ısıttığı akışkan buharı ile dönen jenaratörlerle elde edilmektedir. Gerek termik gerek fotovoltaik düzenekler aynı miktarda elektrik enerjisi elde eden büyük hidroelektrik santralarının kapladığı alanlardan 40 kat daha fazla yer kaplarlar. Termik güneş enerjisi santrallerinde güneş olmadığı zamanlar üretim yapılması için doğalgaz ve hidroelektrik santralleri ile bileşik tesisler yapılmıştır. ABD de Kaliforniya’daki Mojave çölündeki santral bu santrallere bir örnektir. Ülkemiz bu yönde uygun olmakla beraber böyle bir çalışma henüz yapılmamıştır.

3.2 FOTOVOLTAİK DÜZENEKLE ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ

Fotovoltaik etki ilkesine göre üzerine ışık düşen malzemelerde elektron hareketi olayı gözlemlenir. Bu yapılara güneş pilleri denilmektedir ve yarı iletken malzemelerden bu yarı iletken malzemeler iki yapıdan oluşmaktadır. Yarıiletkenlerden yapılmış ince tabakalardan oluşan düz kristallerin, içinden ışık geçirildiğinde alt ve üst tabak arasında bir elektrik alan oluşur böylece iletim sağlanır böyle yapılara PV panelleri denilir.

Güneş pillerinin enerji sorununu tamamen çözeceğini söylememiz bugünlerde ütopyadır fakat bu sistemin sessiz ve temiz bir elektrik üreticisi olduğu gerçeğini değiştirmez.

Ülkemizde telekom istasyonlarında,deniz fenerlerinde,otoyol ışıklandırılmasında,yangın gözetleme istasyonlarında kullanılmaktadır. Petrol kaynaklarını yöneten amerikan firmalarını finanse eden İsrail de ise güneş enerjisi hastanelerde,endüstriyel alanlarda ve 27 metreyi geçen binalarda güneş enerjisi ile elektrik üretimi zorunludur. Bunlara ilaveten Yunanistan, Japonya,Almanya,İsrail gibi bir çok ülkede güneş enerjisi önemli vergilerle ve yatırım teşvikleri ile desteklenmektedir .

 

4- GÜNEŞ ENERJİSİNDEN YARARLANILAN SİSTEMLER

4.1 ISIL UYGULAMALAR

Bu uygulama çeşidi üçe ayrılmaktadır.

• Düşük sıcaklık uygulamaları
• Orta sıcaklık uygulamaları
• Yüksek sıcaklık uygulamaları

4.1.1 DÜŞÜK SICAKLIK UYGULAMALARI

 

Bu uygulamalarda daha ziyade düz toplayıcılar kullanılır. Bu uygulamalardan bazıları

• Konutların sıcak su temini
• Konut ısıtması
• Sera ısıtılması
• Tarım ürünlerinin kurutulması
• Yüzme havuzu ısıtılması
• Güneş ocakları ve güneş fırınları
• Arı su elde edilmesi
• tuz üretilmesi
• güneş pompaları

bu uygulamada güneş ışınımı bir düz toplayıcı ile bir akışkana (su, hava, halojenli hidrokarbona) gönderilir. Ve sıcaklığı artan akışkan depolanır yada sisteme dahil edilir.

4.1.2 ORTA SICAKLIK UYGULAMALARI

Bu uygulamada güneş ışınımı yansıtılarak veya kırılarak bir noktaya veya eksene yoğunlaştırdığı odaklı toplayıcılar kullanılır. Sanayi için gerekli sıcak su veya buharın temini,büyük soğutma ve ısıtma sistemleri, odaklı toplayıcıların uygulama alanlarından bazılarıdır. Genellikle güneşi takip eden mekanizmalara ihtiyaç duyulur.

 

4.1.3 YÜKSEK SICAKLIK UYGULAMALARI

 

Güneş ışınımından yararlanılarak 300C nin üzerindeki yüksek sıcaklık elde edilen sistemlerde Heliostat adı verilen geniş bir alana gelen ışınımını, güneşi izleyerek bir noktadan odaklayan sistemler kullanılır. Fransa ve ABD de güneş fırınlarının sıcaklıkları 3500 C ye kadar çıkabilmektedir. Ve bu fırınlarda metallerin eritilmesi yada kesilmesi kalıplanması yapılmaktadır.  Yüksek sıcaklıklarda buharla elektrik üreten bir güneşsel bir güç sistemi de mevcuttur ve konu hakkında çalışmalar yapılmaktadır.  

 

5- TARIMSAL SULAMADA FOTOVOLTAIK PILLERIN KULLANIMI

 

 

Şekilde görüldüğü gibi fotovoltaik pillerde üretilen elektrik akımı bir güç kontrol cihazına oradan da pompaya ulaşmaktadır pompa tarafından su, su deposuna oradan da tarımsal sulama için tarlalara taşınmaktadır.

Türkiye'de 8,5 milyon hektar ekili alandır ve ekili alanların sadece 1/3 ne DSİ tarafında su getirilmiştir geri kalan alanda çiftçiler petrol ile çalışan su pompaları ile tarlalara su getirmektedir. Mazotlu pompalar düzenli bakım istemektedir ve enerji kaynağı olarak mazot kullanmaktadır. Fakat güneş enerjisi ile çalışan su pompalarında enerji kaynağı güneştir ve hiçbir bakım gerektirmemektedir. Ve bu sistemlerin her yerde kullanılması mümkündür. Güneş pilli pompa sistemleri ile petrol tabanlı su pompalarını karşılaştıracak olursak

Güneş pili su kaynaklarının üstünlükleri

1. Güneş Enerjisinden %25 gibi yüksek bir verimle enerji dönüşümü yapmaktadır.
2. Sınırsız çalışma ömrüne sahiptir.
3. Üretimi kolaydır
4. çıkış gücü/ağırlık oranı yüksektir
5. temiz bir enerji kaynağıdır
6. Tehlikesizdir.

Dezavantajları

1. Pahalıdır
2. Depo elemanına ihtiyaç duyar (özellikle kapalı havalarda ve geceleri)
3. Çok fazla güneş alan bölgelerde ısı yüzünden verim düşer
4. Çok fazla yer kaplarlar

Fakat güneş dünyadaki tek bedava kaynaktır.

Güneş enerjisi ile tarımsal sulama yapacak olursak bunun için üç önemli faktörü dikkate almalıyız

1. Suyun pompalanacağı yükseklik
2. Günlük su ihtiyacı
3. Bölgede güneşlenme süresi

 

Maglev

Tarih: 23:58, 17/5/2006 Kategori: FULL-PAPER

HERŞEY MIKNATISLARDA GİZLİ

 

 

İlkan Kavlak* ,  Kıvılcım Beriat, Emine Ergovan , Yrd.Doç.Dr.Ömer Özbaş

 

Eskişehir Osmangazi Üniversite Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Meşelik kampusü 26020 Eskişehir.

 

ÖZET

Bu çalışmada; “Maglev” (Magnetic Levitation - Magnetik Kaldırma) Trenlerinin yapısı ve çalışma prensipleri incelendi. Günümüzde kullanılmakta olan hızlı trenlerle, Maglev’ lerin özellikleri karşılaştırıldı. Maglev trenlerinin daha da geliştirilmesiyle oluşacak teknoloji,  geleceğimizi nasıl etkiler, konusu üzerinde çalışıldı.

 

Anahtar Kelimeler:    maglev,meissner,hızlı tren,levitasyon, TGV,

 

   1 Giriş

Çağımızdaki en büyük problem enerji ve zamandır hızla küreselleşen dünyada şirketler uluslararası hale gelmiş ve küçük sermaye ile belirli bir bölgede kurulan şirketler kapanarak yerlerini büyük holdinglere bırakmıştır. Durum böyle olunca şirketler yan kuruluşlarını ve şubelerini denetleme ihtiyacı duymuşlardır. Bu yüzden şirketler represantlarını teftiş için birbirinden uzak bölgelere gönderme ihtiyacı duymaktalardır. Buda zaman kaybına neden olmakta ve çalışanların göreve konsantrasyonunda azalmalara yol açmıştır. Dünya küreselleştikçe ülkeler arasındaki sınırlar kalkmış ve insanlar toplu taşıma vasıtaları ile bir yerden bir yere gitmeye başlamıştır. Böyle bir trafik başlangıçta rekabeti oluşturmuş ve trenler yerlerini yavaş yavaş hızlı trenlere, hızlı trenlerde bırakmıştır. Fakat burada önemli olan husus bir yerden bir yere hızlı bir şekilde değil güvenli bir şekilde gitmektir. Maalesef Türkiye ilk hızlı tren denemesinden rayların alt yapılarının yetersiz olması nedeniyle başarısız ayrılmış ve ne yazık ki bunun faturası demir yollarına çıkarılmıştır. Ama aslında toplu taşıma araçlarından en güvenli olan vasıtalar trenlerdir fakat bu vasıtaların rayları güvenli olması açısından sürekli kontrol edilmeli ve belirli bölgelerde hız sınırlandırılmaları uygulanmalıdır.

Standart trenler günümüzde Türkiye’de iki çeşitlidir birincisi elektrikle çalışan çelik ray trenleridir bu tren hattı çok yaygın olmamakla birlikte özellikle İstanbul-Ankara hattı üzerinde faaliyettedir. Diğer bir türde Mazotlu çelik ray trenleridir bu trenler yaygın olarak kullanılmaktadır. Şimdi de inşaatı süren hızlı tren ray projesi vardır. Öncelikle hızlı tren ray projesi Ankara-İstanbul arasına inşa edilecek ve farklı bir demir yolu üzerinde hareket sağlanılacaktır. Ne yazık ki ülkemizdeki standart trenlerin yol aldığı raylar cumhuriyet döneminden beri kullanılan raylardır. Bu standart trenler 90–100 km/saat lik bir hızla hareket ederken hızlı trenlerin 150–200 km/saat hızla hareket edenleri mevcuttur. Hızlı trenler ortalama olarak süreyi yarıya indirmekle beraber toplu taşımada hava yolları ile mücadele edememektedir. Hava yolları günümüzde kullanılan en hızlı ulaşım araçlarıdır fakat uçak yakıtlarının pahalı olması ve her şehrimiz hava alanı yapımına müsait olmadığından dolayı trenlere nazaran oldukça pahalıdır. Son zamanlarda havayolu şirketleri arasındaki rekabetten dolayı bilet fiyatları düşse de standart trenlere göre yine ücretleri iki ya da üç kat kadar daha pahalıdır. Bu durumda standart trenler ve hava yolları ile rekabet edebilecek yeni bir kardeşin doğması gerekmektedir. Bu sistem magnetik levitasyon trenleridir ve üstüniletkenliğin mühendislik uygulamasında başka bir şey değildir. Bu yapı kullanılırken çelik raylar yerine üstüniletken mıknatıslar kullanılmaktadır ve Japonya’da şu anda denemeleri sürmektedir.

Bu trenlerin gelecekte standart trenlerin yerini alması öngörülmektedir ve hala denemeleri sürdürülmektedir.

 

 

2.1 MEISSNER OLAYI VE LEVITASYON

Üstüniletkenlerin magnetik özellikleri  de elektrik özellikleri gibi alışılmadıktır. Madde üstüniletken hale dönüşürken  içerisindeki atomların magnetik momentleri birbirlerini sıfırlar ve sadece yüzeydeki  atomların magnetik momentleri korunur. Sonuçta  üstüniletken maddede yüzey akımı oluşur. Normal durumda üstüniletken magnetik maddeler değillerdir. Bu yüzden magnetik alana konurlarsa magnetik alan difüz edebilir ve alan çizgileri kesilmeksizin içlerinden geçer fakat magnetik alanda iken kritik sıcaklığın altındaki sıcaklıklara kadar soğutulursa uygulanan magnetik alana karşı bu maddeler manyetize hale gelir ve magnetik indüksiyon çizgileri dışarı itilir. Yani metalin normal sıcaklığı kritik sıcaklığın üstündeyse içersinden magnetik alan geçen madde kritik sıcaklığın altın indiğinde magnetik alanı dışarı atar bu olay meissner olayı olarak bilinir. Üstüniletken maddeler ideal bir diyamagnet gibi davranırken her diyamagnet madde üstüniletken değildir. Üstüniletken bir maddeyi magnetik alan olmayan bir bölgeye koyup yanına bir mıknatıs getirelim. Başlangıçta üstüniletken içinde  B magnetik alan sıfır olduğuna göre B yine sıfır olmalıdır. Bunun sağlanacağını görmek kolaydır. Faraday yasasına göre yaklaşan mıknatıs üstüniletken içinde akımlar oluşturur ve bu akımların yol açtığı magnetik alan mıknatısın magnetik alanını sıfırlayacak büyüklükte ve yönde olur ve mıknatısı havada tutar. Üstüniletkenin direnci olmadığından akımlar hiç azalmaz ve mıknatıs sürekli havada durur.  Yani meşhur havada kalma deneyi böyle  açıklanır.  

3 MAGLEV TRENLERİ

Yüksek hız demiryolu sistemleri iki ana grup altında toplanabilir: Maglev’li (magnetik levitasyonlu) sistemler ve çelik tekerlekli-çelik raylı sistemler. Bunlardan çelik tekerlek-çelik ray sistemleri de yüksek hız için geliştirilmiş trenler ve yalpalı (tilted) trenler olarak iki sınıfa ayrılabilir.
Maglev sisteminde, yol boyunca sıralanan bobinlere değiştirilebilen frekansta alternatif akım verilir. Bu sayede, araçtaki mıknatısların kilitlendiği bir magnetik dalga oluşturulur. Trenin hızı ise, bobinlerdeki akım frekansına bağlıdır. Bu ilke etrafında iki farklı sistem geliştirilmiştir. Bunlardan birincisi ve Japonlar’ın geliştirmekte olduğu “itme modlu elektrodinamik” sistemde, trendeki üstüniletken mıknatıslar kullanılır. Bobinlerde etkileşim sonucu oluşan magnetik yastık, treni yaklaşık 15 cm havaya kaldırır. Trendeki üstüniletkenlik mıknatıslar, bobinlerin yol boyunca oluşturdukları magnetik dalganın çekme ve itme kuvvetlerinin etkisiyle hareket eder. Aracın yolu ortalaması da bu itme-çekme kuvvetlerinin yardımıyla olur. Eğer araç, yolun bir tarafına doğru kayarsa, yakınlaştığı kenardaki bobinde itme kuvveti, uzaklaştığı kenardaki bobinde de çekme kuvveti oluşur. Diğer sistem ise Almanya’da geliştirilen “çekme modlu elektromagnetik” sistemdir. Bu sistemde araçta üstüniletken olmayan demir çekirdekli mıknatıslar bulunur. Bu mıknatıslar yolun altından tutturulmuş ferromagnetik mıknatıslarca yukarı doğru çekilir. Oluşan magnetik yastık sayesinde trenle yol arasında yaklaşık 1,5 cm ‘lik bir açıklık ortaya çıkar.

Şekil 3.1 maglev trenlerinde farklı iki sistem Kaynak: Scientific American, Eylül 1995

 Maglev trenleri dünyanın hiçbir yerinde henüz ticari amaçlı işletime geçmemiştir. Ama maglev trenleri ile yapılan deneme sürüşlerinde daha şimdiden 517 km/saat’lik bir hıza ulaşılması bu trenleri cazip kılarken, tamamen farklı ve çok pahalı yepyeni bir sisteme gereksinim duyulması caydırıcı bir etken olmaktadır. Çelik tekerlek-çelik ray grubunun ilk ayağını oluşturan ve yüksek hız için geliştirilmiş trenler, 350 km/saat’e kadar hız yapabilmekte ve güç kaynağı olarak elektrikten yararlanmaktadır. Şu anda işletilmekte olan Fransız TGV’leri, Japon Şinkansen trenleri ve Alman ICE yüksek hız trenleri bu grupta yer alır. Bu sistem her ne kadar yüksek potansiyele sahipse de, bu kadar yüksek hıza uygun yeni yolların yapımını gerektirdiği için pahalıdır. Avrupa’da demiryolu taşımacılığının pazar payı hiç azımsanmayacak sayılara ulaşırken Türkiye’nin bu yarışın dışında kalması çok büyük bir kayıptır. 21. yüzyılın taşımacılığında demiryollarının başı çekeceği düşünülürken Türkiye treni kaçırmamalı ve bir an önce harekete geçmelidir.

4. MAGLEV TRENLERİ İLE ÖZEL ÜRETİMLİ ÇELİK RAY HIZLI TRENLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

ÇELİK TEKERLEK - ÇELİK RAY	MAGLEV
Yakın gelecek için hız saatte 330 kilometre olarak planlanmıştır.	Ticari hizmetlerde hız 400 km/saat olarak düşünülmektedir.
Yüksek hız için yeni hatlar ve yol kullanım hakları gerekmektedir; yerleşim alanlarında daha düşük hızlarda mevcut hatlar kullanılabildiğinden inşaat maliyetleri daha düşüktür.	Tümüyle yeni altyapı gerekmektedir; inşaat maliyetleri daha yüksektir; bakım maliyetleri daha düşük olabilir.
260 km/saat hızda gürültü düzeyi hattan 25 metre mesafede 85-90 desibele ulaşmaktadır.	Gürültü aynı mesafede diğer yüksek-hız trenlerinde olduğundan daha az ya da aynıdır; sürtünme olmadığı için düşük hızlarda daha sessizdir.
31 yıldır gelir getiren bir geçmişe sahiptir.	İşletimde olan ticari hat mevcut değildir.
Yolcu-kilometre olarak enerji kullanımı maglev'in en yüksek hızındakiyle aynıdır.	Genel olarak az enerji kullanılmaktadır.
	Diğer yüksek-hız trenlerinden daha hızlı ivme kazanmaktadır; daha dik yerlere tırmanabilmektedir.

TABLO 4.1 karşılaştırma
Kaynak: Office of Technology Assessment, U.S. Congress

Sıralama	ülkeler	Kalkış istasyonu	Varış istasyonu	Mesafe  (km)	hız (km/saat)
1	Japonya	Kokura	Hiroshima	192.0	261.8
2	Fransa	Valence TGV	Avignon TGV	129.7	259.4
3	Dış hatlar	Brussels Midi	Valence TGV	831.3	242.1
4	Almanya	Frankfurt Flughafen	Siegburg/Bonn	143.3	232.4
5	İspanya	Madrid Atocha	Sevilla	470.5	209.1
6	İsviçre	Alvesta	Hassleholm	98.0	178.2
7	İngiltere	York	Darlington	71.0	177.5
8	İtalya	Roma Termini	Firenze SMN	261.0	166.6
9	Amerika	Wilmington	Baltimore	110.1	165.1
10	Finlandiya	Salo	Karjaa	53.1	151.7
11	Çin	Shenzhen	Guangzhou Dong	139.0	151.6

Tablo 4.2 yolcuların kullanımında olan en hızlı tren hatları : (2003)

Türkiyedeki son hızlı tren projesini düşünecek olursak,

şekil 4.1 Türkiye’ de uygulamaya girmesi beklenilen hızlı tren projesi. (Ankara- İstanbul) hattı

şekil 4.2 Ankara Konya Hızlı tren hattı

Hızlı Trenlerin Avantajları 

·  Hızlı Tren ile uçak yolculuğuna göre daha çabuk ulaşım sağlanabilir. Tren istasyonlarının şehiriçinde yer almaları nedeniyle erişim daha kolaydır.

·  Hızlı Tren'lerde gecikme ve ertelemeler çok nadir görülmektedir. Hava olayları aşırı etki göstermediği sürece trenler için bir gecikmeye neden olmamaktadır. Örneğin Japonyada, Hızlı Tren seferlerinde ortalama gecikme 24 saniyedir!

·  Hızlı Tren'ler diğer ulaşım araçlarına göre çok daha güvenlidir.

·  Hızlı Tren'ler elektrik enerjisi ile çalışırlar, bu nedenle çevreye zarar vermedikleri gibi sessiz çalışarak gürültü kirliliği de üretmezle

Türkiyedeki hızlı Tren Projesi

 İspanya'da yerleşik CAF firmasından temin edilecek hızlı tren setleri saatte 250 km hıza sahip. Bir set, 419 yolcu kapasiteli ve 6 vagondan oluşuyor.

Yolcu güvenliği ve konforu açısından her türlü donanıma sahip olan hızlı tren setlerinde;

• Hızı saatte 250 km/saat
• 419 yolcu kapasiteli 6 vagon
• Klima
• Video
• TV ve müzik yayın sistemi
• Engelliler için donanım
• Kapalı devre görüntü kayıt sistemi
• Bilgisayar kontrollü diagnostik araç kontrol ve takip sistemi
• Vakumlu tuvalet

bulunuyor.

                                     Kuantum Bilgisayarları

 

Kutay YAMAN, İlkan KAVLAK, Gülüzar TURAP

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü

 

ÖZET

Yirmi birinci yüzyılın rüyası, kuantum bilgisayarlar. Evrenimizi kavrayabilmek, doğa kuvvetlerinin işleyişini ve ilişkilerini tam olarak bilmemiz için gerekli hesaplama gücü, gelişen teknolojik uygarlığımızın gerektirdiği iletişim hızları, askeri sırlarımızı korumak, başkalarının ne yaptığını gizlice öğrenmek için bu bilgisayarları bekliyoruz. Çünkü kuramsal olarak bunların hesaplama güçleri ve hızları, sıradan bilgisayarlardan onlarca kat fazla. Şöyle yalnızca 300 işlem birimli bir kuantum bilgisayarın, 2300 işlemi, yani tüm Evren'deki toplam parçacık sayısı kadar işlemi, birkaç saniyede yapabileceği hesaplanıyor. Bu alanda yapılan çalışmalarsa, hâlâ mikroskobik dünya ile, tanıdığımız büyük ölçekteki dünyanın sınırlarındaki gri bölgede dolaşıyorlar. Kuram, hâlâ deneyin çok önünde koşuyor. Kuantum bilgisayarlar için harıl harıl algoritma üretiliyor. Buna karşılık laboratuarlarda geliştirilen prototipler son derece ilkel. Emekleme çağından yeni çıkan bebekler gibi birkaç adım attıktan sonra düşüyorlar. Ama gene de, içinde el yordamıyla yürüdüğümüz sis giderek aydınlanıyor. Son birkaç ay içinde açıklanan gelişmeler, kuramsal çalışmaların hızla sonuca yaklaştığını gösteriyor. Hatta kuantum şifreleme alanında pratik, kuramın önüne geçmiş bile.
    Belki de beklentilerimizin körüklediği sabırsızlık nedeniyle ağır gibi görünen ilerleme, çok farklı iki dünyanın araçlarını birleştirmek gibi güç bir işi başarmak zorunda. Telefon şirketlerinin, fizikçilerin ve gizli hükümet kuruluşlarının rüyasını süsleyen bu araçlardan beklenen, atom altı dünyanın özelliklerini, yaşadığımız makroskobik dünyaya taşımaları. Oysa bu iki dünyanın işleyişi, dinamikleri çok farklı. Bu durumda beklentilerimize koşut hünerlere sahip kuantum bilgisayarların ortaya çıkması, mikroskobik dünyadaki nesnelerle makroskobik ölçüm araçları arasındaki uyumsuzluğun giderilmesine bağlı. Aradığımız köprü de ortaya çıkmış gibi görünüyor. Bu alanın önde gelen kuramcılardan Dmitri Averin'e göre fizikte son 20 yılın en büyük buluşlarından biri, milyarlarca elektron içeren süper iletken gibi makroskobik bir sistemin, mikroskobik dünyayı yöneten kuantum mekaniğinin ilkelerine göre davranabildiğinin kanıtlanmış olması. Bunun önemi şuradan kaynaklanıyor: Kuantum bilgisayar öncülleri, şimdiye kadar atom ya da moleküller içindeki parçacıkların spinlerinden ya da ışığın polarizasyonundan yararlanılarak gerçekleştirildi. Ancak bu modelleri küçültmek olanaksız. Klasik bilgisayarlardaysa katı hal parçalar, devrelerin birkaç yüz nanometreye (metrenin milyarda biri) kadar küçültülmesine olanak sağladı. Katı hal parçalar, şimdiye değin kuantum bilgisayarları için uygun sayılmıyordu. Çünkü bunların üzerindeki elektronların sayılamayacak ölçüde ve karmaşada kuantum durumu bulunur. Oysa kuantum bilgisayarlar kolayca saptanabilen "açık-kapalı" durumlara gerek duyuyorlar. İşte süper iletkenler bu açmazı ortadan kaldırdı. Çünkü üzerlerindeki elektronlar son derece düzenli biçimde hareket ediyorlar. Japon araştırmacılar da geçtiğimiz aylarda bu köprü üzerinde yürüyerek büyük düşün gerçekleşmesi yönünde önemli bir ilerleme sağladılar.

 

                                                         GİRİŞ

İnsanoğlu ezelden beri yaşamını devam ettirebilmek ve kolaylaştırabilmek amacıyla yeni fikirler düşünmeye çalışmış ve günümüz teknolojisine kadar ulaşılmıştır.Bugün yaşamımızın vazgeçilmez bir parçası haline gelmiş bilgisayarlar da bu düşüncelerin en önemli sonuçlarından biridir.İnsanların sayılarla işlem yapmakta zorlanmaları onları yeni bir çözüm arayışına girmeye zorlamıştır. Yani aslında yakın bir geçmişe sahip olan bilgisayar çok öncelerden birikmeye başlayan fikirlerin sentezinden doğmuştur. Alman mühendis Kondrad Zuse'nin 1941'de ilk bilgisayarı tasarladı. Şu anda kullandığımız bilgisayarların çalışma esasları 18000 vakum tüpü ve toplam 1000 km'ye varan kablo yığınıyla ağırlığı tonları bulan "Gargantuan" atalarınınkiyle aynıdır. Klasik hesaplama paradigması olarak da adlandırılan hesaplama kuramından ilk olarak 1936 yılında ünlü matematikçisi Alan Turing söz eder.1940'larda yine başka bir matematikçi olan John von Neumann Turing makinesi kuramını daha etraflı çalışır.Uzun  araştırmalar sonucu onun harika makinesi "MANIAC" (Matematiksel  Analizci, Nümerik Integralci ve Computer), insanların  hizmetine hazırdı. Öyle ki  bu makina önceleri birkaç yıl  alan bir problemi bir saatte tamamlayabiliyordu. NORC (Noval Ordinanse Research Computer Askeri Düzeni Araştırma  Bilgisayarı) von Neumann 'ın ikinci bilgisayarıydı. Bu hünerli makina  yirmi dört saatlik bir hava tahminini birkaç  dakikalık zamanda verebiliyor, yerkürenin özü hakkında bilgi  kaydedebiliyordu Atlantik ve Pasifik Okyanusları'nın med ve cezir hareketlerini hesaplayabiliyor  ve askeri manevra  problemlerini çözebiliyordu. Bugün ise klasik hesaplama kuramından sıyrılıp kuantum mekaniği postülalarınca geliştirilmeye çalışan kuantum bilgisayarı fikri ortaya atılmış durumdadır. Klasik bilgisayarlar  ile kuantum bilgisayarı arasındaki farklılık sistemin bilgi işleme ünitelerinde gözlemlenir. Klasik bilgisayarlar en küçük bilgi saklama ve işleme birimi olan bit'lerden yapılandırılmıştır. Bu fiziksel birimler "0" ve "1" ile simgelediğimiz hallerden sadece birinde olabilirler. Kuantum bilgisayarları ile kübitlerden oluşur. Kübit kuantum bit anlamını taşımaktadır. Kübitler fiziksel sistemler olarak klasik bilgisayar sistemlerindeki 0 ve 1 hallerinde sahip olabilmekle beraber 0 ve 1 arasındaki sınırsız başka halleri de barındırırlar. Bu haller, çakışma halleri olarak adlandırılmaktadır. Bu ara hallerin varlığı sayesinde bir kübit sıradan klasik bir bit'e oranla çok daha fazla bilgiyi aynı büyüklükteki fiziksel bir alana sığdırmamıza olanak sağlamaktadır.

 

Anahtar Kelimeler: kubit, boolean,kuantum

 

TEORİK BİLGİ:

Boolean Mantığı  olarak bilinen ikili Mantık sistemini geliştirmiştir.  Boolean  Mantığı, VE (^), VEYA (v) ve DEĞİL ( = )önermelerinden meydana gelmektedir.

 

0 ve 0=      0

0 ve 1=      0

1 ve 1=      1                                                                                       

0 veya 0=   0

0 veya 1=   1                                                                     

1 veya 1=   1

0 değil  =   1

1 değil  l=   0

 

Klasik bilgisayarlarda giriş-çıkış yapmak ve bilgi saklayabilmek için yukarıdaki mantık kullanılmaktadır. Mesela, VE kapısı gibi mantık kapıları kullanıldığında giriş olarak 2 bit alınır çıkış olarak sadece 1 bit elde edilir. Kuantum mantık kapıları ise giriş olarak 1y a da daha fazla kübit kullanılır ve çıktı olarak bir ya da daha fazla kübit alınır. Klasik mantık kapılarının kuantum mantık kapılarının birer özel halleri olduğunu varsayabiliriz. Kübitlerde meydana gelene çakışma hallerinin varlığı mantık kapılarının sayısına çok yüksek oranla arttırmaktadır. Örneğin, giriş olarak 0 ve 1 alıp buna karşılık çıkış olarak buna karşılık gelebilecek 0 ve 1 arasında farklı çakışma halleri üretebilen bir kuantum mantık kapısının klasik sistemde hiçbir karşılığı yoktur. Bir kübit dört farkı durumda bulunabilir;1,0,aynı anda 1 ve 0 veya arada bir değer. Kübitler bilgisayar belleği ve işlemcisini oluşturabilmek için birlikte çalışabilen atomlarını temsil ederler. Bu, çoklu durum özelliğinden dolayı kuantum bilgisayarlarının işlem hızının bugünün bilgisayarlarından çok çok daha hızlı olacağı söylenebilir.Kübitlerin süperpozisyon özelliği onları klasik bilgisayarlara göre çok üstün kılar. Öyle ki fizikçi David Deutsch kübitlerin süperpozisyon özelliğinin kuantum bilgisayarlarına şu anki teknolojinin bilgisayarlarının bir işlem yapmasına karşın kuantum bilgisayarlarının bir milyon kat fazla işlem yapma yeteneği kazandırabileceğini ileri sürüyor. 30 kübitlik bir kuantum bilgisayarının işlem gücü yaklaşık 10 tera-filop(saniyede 10 trilyon kayan noktalı işlem)mertebesindedir. Kuantum bilgisayarı bu özelliklerinin yanı sıra "dolaşıklık" özelliğine sahip. Kuantum fiziğine göre iki atomdan oluşan bir ikiliye dışarıdan bir etki uygulanırsa atomlar dolaşık duruma geçebilirler. Bunun anlamı atomlardan birinin dönüş yönü hangi yönde ise ve polarize olmuşsa diğeri bunun tersi durumuna girmiş durumdadır. Ve bu dolaşıklık mesafeden bağımsızdır. Bunun anlamı atomlar arasındaki mesafe ne kadar çok olursa olsun birincisinin konumuna müdahale ederek diğerinin özelliklerini değiştirebiliyor olmamızdır. Ve olayın hızı ışık hızından bile hızlıdır. Şimdiye kadar çok az sayıda kübitten oluşan birkaç deney yapılmış ve umut verici sonuçlar alınmıştır.

 

                 

    Şekil 1.A (C₁₁H₅F₅O₂Fe  )  molekülünden oluşan 7-kübit kuantum bilgisayarı

 

Çok  büyük bir tam sayıyı asal çarpanlarına ayırma klasik hesaplama  yoluyla  yapıldığında oldukça çok basamak gerektiren bir işlem olabilir  <