Nadir Toprak Elementlerinin Lazer Silah Sistemlerindeki Rolü

27 Haziran 2022 tarihinde icra edilen kabine toplantısı sonrasında Cumhurbaşkanı Recep Tayyip Erdoğan tarafından enerji yatırımları ile ilgili yapılan açıklamalarda, "Ülkemizin önemli nadir element sahalarından Eskişehir Beylikova, dünyanın Çin’den sonraki ikinci büyük rezerv alanıdır ve burada ilk etapta yıllık bin 200 ton cevher işleyecek bir üretim tesisi kuruyoruz." ifadeleri kullanılmıştır. Buna ek olarak; Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Fatih Dönmez 1 Temmuz 2022 tarihinde yaptığı açıklamada, Eskişehir’in dünyada tarihe geçen bir keşifle karşı karşıya olduğunu belirterek, “2011’de başlayan çalışmalarımızda toplam 6 yıl içerisinde 125 bin 193 metre sondaj yapıldı. 59 bin 121 numune toplandı sahadan. Bunların analizleri yapıldı ve analizler sonucunda da 694 milyon ton nadir toprak elementi keşfi gerçekleştirilmiş oldu. Bu keşifle dünyanın en büyük ikinci rezerv sahası oldu” şeklinde söz etmiştir. Üst üste yapılan bu iki açıklama tüm dikkatleri ‘Nadir Toprak Elemenleri (NTE)’ne çekmiştir.

Nadir Toprak Elementleri Neden Önemlidir?

Nadir Toprak Elementleri (rare earth elements-NTE) metal, oksit ve değişik bileşikler olarak kullanıldığı gibi çok yüksek sıcaklıklara dayanıklı olmaları sebebiyle metal alaşım üretiminde de kullanılabilmektedir. NTE’ler, bu özelliklerine ek olarak yumuşak, kolay şekillendirilebilir hafif, kararlı, korozyon ve aşınmaya dayanıklı bir yapıya sahiptir. Öne çıkan bu özellikleri NTE’leri dünyanın en kritik hammaddeleri haline getirmektedir. Bu yüzden son yıllarda NTE’lere olan talep artmaktadır. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının verilerine göre, 2025 yılında dünyanın yıllık NTE talebinin 220.000 ton, 2035 yılında ise 350.000 ton olacağı öngörülmektedir. NTE’lere olan ihtiyacın artması ‘nerede kullanılıyor?’ sorusunu akıllara getirmektedir. Kullanım alanlarından bazıları aşağıda sıralanırsa NTE’lerin önemi daha net olarak anlaşılacaktır:

• Hibrit araç bileşenleri,
• Akıllı cep telefonları ve bilgisayar parçaları,
• Tıbbi görüntüleme cihazları,
• Güneş panelleri ve yenilenebilir enerji altyapısı (yeşil enerji),
• Şarj edilebilir piller,
• Radar sistemleri,
• Lazer silah sistemleri için yüksek güçlü ışın elde etmede,
• Rüzgar türbinleri,
• Led aydınlatma sistemleri.

NTE’ler priyodik tabloda yer alan 17 adet elementten oluşmaktadır. Periyodik tabloda atom numaraları 57-71 aralığında bulunan lantanyum, seryum, praseodimyum, neodimyum, prometyum, samaryum, evropiyum, gadolinyum, terbiyum, disprosyum, holmiyum, erbiyum, tulyum, iterbiyum ve lutesyum elementlerinin oluşturduğu lantanitler grubunun yanı sıra benzer kimyasal özelliklere sahip olan ve doğada genellikle bunlarla birlikte bulunan 21 atom numaralı skandiyum ile 39 atom numaralı itriyum elementlerini kapsamaktadır. Bu elementlerin sembolleri, isimleri, kullanım alanları ve element numaraları Tablo 1’de gösterilmiştir.

Tablo 1: NTE’lerin Tanımı ve Kullanım Alanları

Kaynak: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü

Tablo-1’de görüleceği üzere NTE’lerin birçoğu lazer teknolojisinde kullanılmaktadır.

NTE’lerin Lazer Silah Sistemlerinde Kullanılması

Dergimizin 32’nci sayısında Yönlendirilmiş Enerji Silah Sistemlerinden (YES) detaylı olarak bahsedilmişti. Dünyada YES geliştiren ülkelerin üzerinde en çok çalıştığı ve araştırma yaptığı sistemler  ‘Lazer Silah Sistemleri’dir. Çünkü, günümüzün çok boyutlu muharebe ortamında (kara, hava, deniz ve siber uzay) meydana gelebilecek tehditlere karşı en hızlı, kesin, ucuz ve etkili sonuç alınabilecek silah sistemleri ‘Lazer Silahları’dır. Konvansiyonel ateşli silah sistemlerine göre üstün olan özellikleri Lazer Silah Sistemlerini ‘kuvvet çarpanı’ haline getirmektedir. Lazer Silah Sistemleri elde edildiği kaynağa göre dört çeşittir. Bunlar:

• Katı hal lazerleri (Solid-state lasers),
• Kimyasal lazerler (Chemical lasers),
• Serbest elektron lazerleri (Free electron lasers),
• Nükleer pompalı lazerler (Nuclear pumped lasers)’dir.

Kimyasal Lazer Silahlarında, kimyasal reaksiyonlar vasıtasıyla ışın elde edilmektedir. 1996 yılında ABD Hava Kuvvetleri tarafından havadan taşınabilen lazer projesi başlatılarak, Boeing 747 tipi bir uçağa COIL kimyasal lazer silahı yerleştirilmiştir. Kimyasal lazer silah sistemi konuşlandırılan uçak, 2002 yılında ilk uçuşunu gerçekleştirmiştir. 2010 yılında ise sıvı yakıtlı bir balistik füzeyi fırlatma safhasındayken havada imha etmiştir. Ancak bu proje 2011 yılında maliyet olarak uygun olmadığı gerekçesiyle rafa kaldırılmıştır.

Serbest Elektron Lazerlerinin temel çalışma prensibi; değişken hızlarda serbest bir şekilde hareket eden elektron demetinin manyetik alan içerisinde çeşitli yönlere doğru hızlı ve keskin manevralar yapmak suretiyle lazer ışını oluşturmasına dayanmaktadır. Serbest Elektron Lazer Silahlarının ağırlığının fazla olması sebebiyle kara ve hava araçlarında kullanılmasının şimdilik uygun olmayacağı değerlendirilmektedir. Günümüzde, ABD haricinde hiçbir ülke Serbest Elektron Lazer Silahları ile ilgili çalışma yapıp yapmadığına ilişkin bilgi paylaşmamaktadır.

Nükleer reaksiyonlar vasıtasıyla lazer ışını elde etme fikri 1963 yılında L. Herwing tarafından ortaya atılmıştır. Nükleer bir patlamanın ürettiği iyonlardan lazer ışını elde edilebilmektedir. 1983 yılında ABD başkanı Reagan’ın ‘Stratejik Savunma Girişimini (SDI)’ni tüm dünyaya duyurmasıyla, nükleer pompalı lazerler, kıtalararası balistik füzelerin uzayda konuşlu YES’lerle imha edilmesi için en büyük aday olmuştur. 1985 yılına kadar yapılan testler bu projenin başarılı olamayacağını gösterse de test süreci 1992’ye kadar devam etmiştir.

Lazer silahı geliştirmek için kullanılan ve yukarıda bahsedilen üç yöntem de çeşitli dezavantajlar oluşturmaktadır. Tüm bunların yerine şu anda dünyada YES geliştiren tüm ülkelerin üzerinde yoğun bir şekilde çalıştığı Katı Hal Lazerleri (Solid State Lasers) ön plana çıkmaktadır.

Katı hal lazerleri, aktif ortam olarak katkılanmış iletken olmayan bir cam veya kristal malzeme kullanan lazer türüdür. Bu tür lazerlerde iletim elementi olarak iyonlar kullanılmaktadır. Daha detaylı bir şekilde anlatılacak olursa, bu iyonlar genellikle Nadir Toprak Elementleri (rare earth elements) olarak bilinen Nd (neodim), Yb (iterbiyum), Er (erbiyum) gibi materyallerden veya geçiş metallerinden olan Cr (krom), Ti (titanyum) gibi elementlerden oluşmaktadır. Katı hal lazerleri, aktif ortam olarak kullandıkları materyallere göre, Yakut (Ruby) Lazer, Neodymium: YAG Lazerler ve Ti (Titanium)-Sapphire Lazerler gibi farklı isimlerle anılmaktadır. Katı Hal Lazerlerinden olan Yakut (Ruby) lazerin bileşenleri Şekil 2‘de gösterilmektedir. Fiber lazerler de kullandıkları materyal bakımından Katı Hal Lazerleri kategorisinde yer almaktadır.

Şekil 2: Yakut Lazerin Bileşenleri

Katı hal lazerleri ilk etapta, mesafe ölçme ve hedef işaretleme maksadıyla kullanılmıştır. 2000’li yılların başından itibaren ABD ordusu tarafından karada ve denizde çeşitli amaçlarla denenmeye başlamıştır. Bunlardan başlıcaları; istihbarat, keşif, gözetleme vasıtalarında kullanma, dronların ve güdümlü füzelerin imhası, savaş gemilerine saldıran küçük botların etkisiz hale getirilmesidir.

Katı Hal Lazerleri güç kaynağından aldığı enerjinin çok büyük bölümünü lazer ışınına çevirebilmektedir. Bu sayede güç kaybı minimum seviyede olmakta ve verimlilik artmaktadır. Katı Hal Lazer Silahlarında iki tür lazer ışını elde edilir. Bunlar: sürekli dalga (continious wave- CW) ve darbeli (pulsed) ışındır. Sürekli dalgada, lazer ışını bir hedefe kesintisiz olarak angaje olur, hedefte meydana getirdiği yüksek ısı etkisiyle hedefi fiziksel olarak imha eder. Lazer Silah Sistemi bu ‘sürekli dalga ışınını’ üretirken aşırı derecede ısınır. Fakat bileşenlerindeki ısıya dayanıklı Nadir Toprak Elementleri’ sayesinde silah sistemi zarar görmez. Darbe ışınının tercih edilme sebebi ise, sürekli dalganın aksine, çok kısa süreli ancak çok yüksek güçte ışın meydana getirilmek istenmesidir. Lazer Silah Sisteminden yapılan darbeli atış hedefe aniden çarptığında hedefin yönünü değiştirecek ve/veya hedef eğer elektrooptik sistemlere sahipse bu sistemlere zarar vermek suretiyle hedefi etkisiz hale getirecektir. Örneğin Şekil-2‘de gösterilen Yakut (ruby) Lazeri ‘darbeli atış’ yapması için geliştirilmiştir. Bileşenlerinde bazı Nadir Toprak Elementleri bulunan Katı Hal Lazerlerinden elde edilebilecek ışının türü, gücü, ve dalga boyu Tablo-2’de gösterilmiştir.

Tablo 2: NTE’ler Kullanılarak Elde Edilen Lazer Işını Türleri ve Güçleri

Katı hal lazerlerini kullanan silah sistemlerinin avantajlarından bazıları; ışık hızında angajman sağlama, sınırsız mühimmat, atış başına ucuz maliyet (atış başına yaklaşık 1 dolar maliyet), güdümlü füzelere angaje olma, hedefe nişan almada hassasiyet, lazer şiddetinin ayarlanarak hedefte istenen etkinin yaratılabilmesidir. Dezavantajları; görüş hattındaki hedeflere ateş etme, hava şartlarından etkilenme, insan gözüne zarar verme gibi istenmeyen etkiler yaratabilmesidir. Katı hal lazerleri ile ilgili Türkiye, ABD, Çin, İngiltere, İsrail, Almanya ve Rusya’nın geliştirdiği silah programları bulunmaktadır. Örneğin, ABD ordusu tarafından 2017 yılında icra edilen tatbikatta taktik tekerlekli Stryker aracına monteli 5 kW’lık bir katı hal lazer silahı ile 600 metre mesafeden 10 inç büyüklüğünde bir dronun imha edildiği bildirilmiştir. İngiltere Savunma Bakanlığı, 2017 yılında bir Katı Hal Lazer Silah Sistemi geliştirilmesi maksadıyla birçok savunma teknoloji şirketinden oluşan (MBDA, Qinetiq, BAE Systems, Leonardo, Arke, Marshall ve GKN) bir konsorsiyum ile anlaşma imzalandığını duyurmuştur. Aynı yıl Londra’da düzenlenen savunma fuarında konsorsiyum tarafından geliştirilen ‘Dragonfire’ isimli silah sisteminin prototipi tanıtılmıştır (Şekil 3). 17 Temmuz 2022 tarihinde üretici firmanın sosyal medya hesaplarından silah sisteminin saha testlerine başlandığı duyurulmuştur. Savaş gemilerinde ve karada konuşlandırılmak için geliştirilen Dragonfire silah sisteminin amacı; savaş gemilerini düşman gemileri ve küçük saldırı botlarından korumak, dron, top, havan, roket ve füze saldırılarını etkisiz hale getirmektir.

            Şekil 3: Dragonfire Görseli

Sonuç

Nadir Toprak Elementleri yukarıda bahsedilen birçok ileri teknoloji ürünü için elzemdir. Son yıllarda özellikle yüksek teknolojiye sahip ülkelerde NTE’lere olan talep artarak devam etmektedir. Bu durum NTE’leri tüm dünya için kritik hale getirmektedir. Ülkemizde NTE rezervinin keşfi ve keşfedilen miktarın dünyada Çin’den sonra ikinci büyük rezerv olması çok sevindiricidir. Çünkü ülkemiz bu sayede dünyada söz sahibi olabilecek ve çeşitli sebeplerle uygulanan ambargolardan etkilenmeyecektir.

NTE’ler ile ilgili Lazer Silah Sistemleri özelinde bir değerlendirme yapılacak olursa; ülkemizdeki çeşitli savunma sanayii şirketleri lazer silah sistemleri geliştirmek için yoğun çaba sarf etmektedir. Hatta geliştirilen silah sistemlerinin bazıları Türk Silahlı Kuvvetleri envanterine girmiştir. NTE’lerin hafif, kolay şekillenen, ısıya ve korozyona dayanıklı yapısı Lazer Silah Sistemleri için çok büyük avantajdır. NTE rezervlerinin işlenmesi sonucu elde edilen hammaddeler ile birçok yüksek güçlü lazer silah sistemi geliştirileceği, ülkemizin şu anda S/İHA teknolojisinde olduğu gibi dünyada lazer silah sistemlerinde de önemli bir yer edineceği değerlendirilmektedir.

Referanslar