Faraday kafesi; yüksek frekanslı gerilimleri, EMI (elektromagnetic Interference) denilen elektromagnetik parazitleri ve her türlü elektriksel gürültülerin dışarıdan içeriye, aynı şekilde içerden dışarıya geçmesini engelleyen, iyi bir iletkenlik özelliğine sahip topraklanmış bir çeşit zırhtır. Günlük hayatta kullandığımız bilgisayarlar, televizyonlar, cep telefonları, yüksek frekansla çalışan aletler (MR cihazları), radyolar vb. Cihazlar; içerisinden akım geçen her türlü alet, atmosfere magnetik dalgalar yaymaktadır.

İletken bir kafes içerisinde elektriksel alanın sıfır olduğu ortamlar Faraday kafesi olarak isimlendirilir. Bu yöntemle korunacak yapılar üzerine yerleştirilen yakalama uçları ve bu uçların topraklanmasıyla yapının her noktası ayni potansiyele getirilip yapı elektriksel olarak bir kafes içerisine alınmış olur.

Bir nesnenin elektriksel iletkenliği olan bir malzemeyle kaplanması olan “Faraday kafesi” ünlü fizikçi M. Faraday’ın buluşu olduğu için bu ismi almıştır. Böylece çevredeki elektrostatik alanlardan koruma sağlanmış olacaktır ve eğer yeterince kalın ise manyetik alanı sönümlendirecektir. Faraday kafesi RFID sistemler güvenliği içinde kullanılabilir çünkü radyo sinyallerinin bu kafes içerisine girmesi engellenmiş olacaktır. Böylece ‘Fiziksel Gözleme’ atağının (physical observation attack) önü alınacaktır.

Louis Mertens, 19. yüzyılda Faraday kafesi adı verilen, korunacak binayı topraklanmış iletkenler içine (bir Faraday kafesi içine) almaya dayanan bir yöntem geliştirmiştir. Art nouveau, bu düzenekte kullanmak için çeşitli çatı süslemeleri geliştirmiştir. Daha sonraları sivri uçlarda radyoaktif elementler kullanarak, yeniden yakalama ucu gibi yapılarla koruma yapılmıştır. Günümüzde radyoaktif yıldırımlıklar, olası bir radyoaktiviteden sakınmak için terk edilmektedir ve yerine radyoaktif olmayan yıldırımlıklar kullanılmaktadır.

Faraday Kafesi dışarıdaki elektriksel olaylara karşı içerideki her şeyi korur. Etkin koruma için kullanılan “Faraday Kafesi”, Faraday’ın yaptığı çalışmalarda iletken bir kafes içinde elektrik alanının sıfır olduğunun belirlenmesiyle kullanılmaya başlanmıştır.İletken bir tel ile çevrilmiş ve topraklanmış her kafesle bu koruma gerçekleştirilebilir, ancak en iyi performans küre şeklindeki kafeslerle elde edilir.

Faraday kafesi ile korunması istenen bina en yüksek yerlerinden toprağa kadar devamlı ve kesiksiz iletkenlerle (yatay ve düşey) sarılmaktadır. Faraday kafesi yönteminin yeterli olması için korunacak cismin birçok yerinden paket bağlar gibi iletken tellerle sarılması gerekmektedir.

İletkenlerin bir kafes şeklinde korunacak binayı sarması ile oluşturulur. Faraday kafesinde Faraday’ın “Bir iletken yapı içinde elektrik alan sıfırdır” ilkesinden yararlanılmıştır. Beton içindeki demir donatı sistemde kullanılabilir. Bakır yerine alüminyum ya da galvaniz şerit kullanılabilir. Doğru malzeme seçimi ve iyi bir projelendirme ile sistem oldukça ekonomik bir şekilde kurulabilir. Sistem, uygun bir tasarım ile temel topraklama sistemine bağlanmalıdır.

İletken malzemeleri oluşturan atomların en dış yörüngelerindeki “değerlik” (valens) elektronları, atomlarından kolayca ayrılarak hareket etme yeteneğine sahiptir. Dolayısıyla kapalı bir yüzeye sahip olan iletken bir cisim, elektrik alanı içerisine yerleştirildiğinde bu elektronlar, iletkenin içerisindeki elektrik alanı sıfırlanıncaya kadar hareket eder ve bir “yeniden dağılıma” uğrarlar. Elektrik alanın sıfırlanmasıyla birlikte, hareket etmelerinin gerekçesi ortadan kalkmış olur. Faraday kafesi bu ilkeye göre çalışır ve içindeki nesneleri dış elektrik alanlarına karşı korur. Dolayısıyla ideal olarak; topraklanmış, örneğin içi boş metal bir küre gibi kapalı bir iletken yüzeyden oluşur. Ancak iletken yüzey sürekli olmak yerine, kafes şeklinde de imal edilebilir. Bu durumda kafes aralıklarından bir miktar elektrik alanı içeriye sızacak, fakat aralıklar yeterince küçükse bu bir sorun oluşturmayacaktır. Öte yandan geometrinin küre olması şart değildir. Kapalı herhangi bir yüzey, kafes görevini yerine getirebilir.

Kapalı metalden oluşan araba ve diğer taşıtlar yıldırım için bir sığınma ortamıdır. Buradaki metal çerçeveli ortamlar yıldırıma karşı bir Faraday kafesi oluştururlar. Akımların kafesin dış yüzeyinden akmasıyla içerisi için bir koruyucu kalkan oluşmaktadır.

Faraday kafesi genel olarak; yıldırımın etkilerinden korunmak, test-ölçüm laboratuarlarından doğru sonuçlar elde etmek, TEMPEST diye bilinen elektro magnetik dinleme ve güvenlik sistemlerinde (gizli bilgilerin dışarıya çıkmasından endişelenilen durumlarda) kullanılır.

Faraday Kafesi ve Aktif Paratoner Sistemleri Arasındaki Farklar
Faraday kafesinin işçiliği fazladır. Bu nedenle maliyeti yüksektir. Aktif paratoner sistemlerinin montajı daha kolay ve kullanılan malzeme daha azdır.
Faraday kafesi yapıların dış görünüşünü biraz bozabilmektedir (Yakalama uçları ve belli aralıklarla indirme iletkeni indirilmesi gibi sebeplerden). Aktif paratoner sistemleri ise tek yerden iniş ve sadece bir tane direk kullanıldığı için dış görünüşü Faraday kadar etkilememektedir.
TSE’de Aktif paratoner sistemi bulunmamaktadır. TSE yıldırımlık sistemlerinde sadece Faraday kafesini ve yakalama ucunu tanımaktadır.
Güvenilirlik açısından Faraday kafesi aktif paratoner sistemine göre daha iyi bir koruma sağlar. Bunun nedeni paratoner sistemlerinin 0 koruma garantisi veremediklerinden dolayı her hangi bir durumda aktif paratonerin yıldırımı yakalayamama durumunda yıldırım darbesi direk korunan binaya düşer ancak Faraday kafesinde belli aralıklarla iletken döşendiğinden dolayı Faraday kafesinin bunları yakalama olasılığı daha fazladır.
Aktif paratoner sistemlerinde tek yerden iniş olduğu için buradaki indirme iletkenlerine zarar gelmesi halinde tehlikeli bir durum oluşabilir. Ancak Faraday kafesinde birden fazla ve farklı yerlerden iniş olduğu için daha güvenlidir.
Ayrıca bu farklı ve çok yerden iniş yıldırım darbesini bölüp daha geniş bir alana dağıttığı için bu darbeyi daha çabuk sönümlendirebilir. Ama aktif paratonerlerde tek yerde birkaç topraklama çubuğuyla yapılan uygulamada yıldırım darbesinin sönümlenmesi zaman almakta ve Faraday kafesine göre adım gerilimi tehlikesi daha fazla oluşturmaktadır.

Diğer Uygulama Alanları

Yanıcı parlayıcı maddelerin depolandığı binalarda: Bu tip binaların dışı kafes şeklinde kaplanır. Binanın dışındaki yüksek noktalara sivri uçlu metaller yerleştirilir. Bütün iletkenler ve sivri metaller (yıldırım yakalama uçları) birbiriyle bağlanır ve topraklanır.
Radyo frekans yayan cihazlarda: Bu tip cihazların konduğu kabinler cihaz çevreye parazit radyo sinyalleri yaymasın diye dış metal kılıfından topraklanır.
Telsizle haberleşmenin yapıldığı binalarda: Bina içindeki telsiz haberleşme sinyallerinin dışarıya sızmasını ve dinlenmesini önlemek için bina dışına Faraday kafesi inşa edilir. Binada telsiz haberleşme yapılmasa bile, CRT monitörler görüntüyü zayıf bir radyo dalgası olarak yaydığı için uzaktaki bir monitördeki görüntüyü sinyali yakalayıp kuvvetlendirerek tekrar oluşturmak mümkündür. Binalarda tavan da demir lamalar ile örülmüş hatıl olarak yapılmıştır, duvarlarda bu şekilde demirler olmadığı için baz istasyonları binaların üzerinde sağlık açısından büyük bir tehlike arz etmektedir.
Elektronik kartlarda bulunan radyo frekans modüllerde: Radyo-televizyon tuneri, GSM alıcı verici devreleri gibi radyo frekans amaçlı modüller ya da elektronik devre bölümleri, sac bir kapakla kapatılıp topraklanarak elektronik karta ve çalıştığı ortama bozucu sinyaller yayması engellenir. EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) yönetmeliğine göre bu tip önlemleri almak mecburidir. Elektrikli cihazların gerek radyo sinyali olarak gerekse iletken hatlar üzerinden parazitler yaymasına müsaade edilmez.

Popüler Kültür: Faraday Kafesi ve Kaybolan Gemi'nin Hikayesi

1930'lu yıllarda Amerikan hükümeti bilim insanlarından gemilerin radarlarda görünmemesini sağlayacak bir yöntem geliştirmelerini ister. Başkanlığını Nikola Tesla'nın yaptığı bir grup bilim insanı bu isteği gerçekleştirmek üzere işe koyulurlar… Yaklaşık 10 yıllık bir çalışmanın sonunda proje deneme aşamasına gelir. Deneyde Amerikan donanmasında görevli küçük bir destroyer olan "Eldridge" adlı gemi kullanılacaktır…

Gemi jeneratörler vericiler güç yükselticiler modülasyon devreleri ve elektromanyetik alan oluşturmaya yarayacak araç gereci içeren tonlarca ekipmanla donanır… 22 Temmuz 1943'te saatler 09:00'ı gösterirken elektromanyetik alan jeneratörleri çalıştırılır. Eldridge'in etrafını önce yeşil bir duman kaplar. Gemiyi bu dumanın ardında görmek imkansızlaşır. Alıcılar, geminin kuvvetli bir elektormanyetik alanla çevrelendiğini göstermektedir. Duman çekildiğinde ise deneyin istenenden daha başarılı olduğu anlaşılır. Çünkü Eldridge sadece radarlardan değil mürettebatıyla beraber "gözden de" kaybolmuştur!

Amerikan hükümeti ve deniz kuvvetleri, elbette ki böyle bir deneyin ya da projenin varlığını asla kabul etmiyor. Tüm bunların asılsız hayal ürünü iddialar olduğunu savunuyor. Ancak diğer taraftan da görgü tanıklarının ifadeleri var. Zaten deney hakkında bilinenlerin çoğu da bu tanıkların ifadelerinden sağlanmış.

Şimdi başa dönelim ve hikayemizin ayrıntılarına bakalım. 1933 yılında Roosevelt ABD'nin başkanı oldu ve hemen ardından eski dostu ve dünyanın sayılı bilim insanlarından Nikola Tesla'yı Washington'a davet ederek ondan devlet adına bazı projeleri yürütüp yürütemeyeceğini sordu. Yanıt olumluydu. Başkan ona Gökkuşağı Projesi şeklinde bilinen projeden söz etti. Tesla bu proje üzerinde çalışmaya başladı. 1936'ya gelindiğinde Tesla önemli gelişmeler kaydetmiş hatta insansız bir gemiyi gözden kaybedip sonra da geri getirmeyi başarmıştı. Ancak yetkililerin deneyin insanlı olarak yapılmasında ısrar etmeleri ve Tesla'nın da insanlara zarar gelmeden bu deneyin yapılmasının olanaksız olduğu noktasında başlayan görüş ayrılıkları sonunda Tesla'nın son aşamada projeden ayrılmasıyla sonuçlandı. Bundan sonra projenin idaresini Dr. J n von Neumann devraldı.

Donanma, özellikle Almanlara karşı bir an önce ezici üstünlük sağlamak kaygısını taşıyordu. Bu üstünlüğü sağlamanın ise görünmezlikten geçtiği düşünülüyordu. Arzu edilen gemilerin "radarlara" görünmemesini sağlamaktı. Fakat sonuç beklenenden çok farklı oldu. Amerikan hükümeti için çalışan bilim insanları arasında dünyanın en büyük dahilerinden biri olarak gösterilen ve Nazi Almanya'sından kaçıp ABD'ye sığınan Albert Einstein da vardı.

Philadelphia Deneyi'nde en büyük katkılardan birinin Einstein tarafından sağlandığı düşünülmekte. Özellik Einstein'ın "Birleşik Alan Teorisi'nin deneyi başarıya ulaştıran faktör olduğu sanılıyor. Einstein, bu teorisini 1925-27 tarihleri arasında Prusya'da yayımlanan bir bilim dergisine göndermiş ancak tamamlayamadığını düşünerek geri çekmiş. Einstein'in ileriki yıllarda teorisini tamamladığı ancak bunun savaş sırası ve sonrası hükümetlerce gizlenmiş olabileceği tahmin ediliyor.

Biz şimdi gelelim ilk deneyin ayrıntılarına. Haziran 1943'te deney için seçilen USS Eldridge'e elektormanyetik alan oluşturucu donanım yüklendi ve gemi Philadelphia Deniz Üssü açıklarında deneye tabi tutuldu. Deney sırasında yeni mürettebat da gemide bulunuyordu. Deneye ticari bir gemi olan Andrew Furuseth'in mürettebatı da tanıklık etti. Andrew Furuseth'in özel bir yeri var çünkü deney hakkında bugün bilinenlerin çoğunu bu gemide görev yapmış olan Carlos Allende'nin anlattıklarından biliyoruz. (Allende 50'li yıllarda UFO araştırmacısı Morris Jessup'a yazdığı mektuplarda yaşadıklarını anlatmasaydı belki de bu olaydan hiç haberimiz olmayacaktı ve küçük bir not daha: Jessup, 1959'da intihar etti. 22 Temmuz 1943'te şalterler kaldırıldı.

Geminin gözden kayboluşuna kadar olanları biliyorsunuz. Ondan sonra olanlar da oldukça ilginç. 15 dakika sonra şalterlerin indirilmesi emredildi. Yeşil duman yeniden belirdi ve duman çekilirken Eldridge yavaş yavaş yeniden materyalize oldu. Ancak bir şeylerin ters gittiği hemen anlaşılmıştı. Gemiye iletilen telsiz mesajlarına yanıt gelmiyordu. Gemiye çıkıldığında mürettebatın hiç de iyi durumda olmadığı görüldü. Bir bölüm mürettebat yaşadıkları korku dolu dakikalarda gemiden aşağı atladı (Gemiden o anda atlayanların hiç birinin cesedi bulunamadı). Sağ kalanların çoğu akıllarını kaçırmıştı. 5 asker geminin övdesi ile kaynaşmıştı! İkisinin elleri çelik gövdenin içine geçmişti. Ellerini keserek adamları kurtardılar ve yerine protez eller taktılar.

Normal durumda olan mürettebatın ileriki zamanda olağan üstü şeylerle karşılaştıkları rapor edilmiştir. Bulundukları yerde birden yok olup başka bir yerde görünebiliyorlardı. Duvarların içinden geçebiliyorlardı. Bir çoğu bu duvarların arasına sıkışarak can verdi. Birden bire taş kesilip bir başkası onlara dokunana kadar öyle kalanlar vardı (Boyutlar arasında sıkışıyorlardı). Bunun yanında doğa üstü güçlere sahip olanlarda vardı. Sağ kalan adamlar asla tam anlamıyla düzelemediler. Akıl sağlıklarını kaybettikleri gerekçesiyle de ordudan uzaklaştırıldılar. Donanma bu personeli topyekun emekliye sevk ederek gemiye yeni personel atadı. Bilim insanlarına da sadece radar görünmezliği istediklerini optik görünmezliğe gerek olmadığını bildirdi.

28 Ekim 1943'te ise Eldridge üzerinde ikinci deney gerçekleştirildi. Saatler 17:15'i gösterirken elektromanyetik jeneratörler yeniden çalıştırıldı. Gemi bir kez daha hemen hemen tamamen görünmez oldu. Sadece gövdesinin ana hatları seçilebiliyordu. Birkaç saniye süresince işler yolunda gider gibiydi ki ansızın gözleri kör edebilecek kadar güçlü mavi bir ışık patlaması meydana geldi ve gemi gözlerden tümüyle kayboldu. Şimdi duyduklarınıza inanmayacaksınız belki ama Eldridge birkaç saniye sonra 600 kilometre ötede Norfolk açıklarında yeniden maddeleşti. Norfolk'ta birkaç dakika boyunca görülür durumda kaldıktan sonra tekrar görünmez oldu ve saniyeler içinde Philadelphia Deniz Üssü açıklarında yeniden belirdi.

Elektronik kamuflajı gerçekleştirmeye çalışan bilim insanları, koca bir gemiyi mürettebatı ile birlikte ışınlamış ve sonra da geri getirmişlerdi. Ancak daha önce de belirttiğimiz gibi ABD hükümeti asla böyle bir deneyin yapıldığını ya da projenin yürütüldüğünü kabul etmedi. Donanmaya göre Eldridge sözü edilen tarihlerde Philadelphia'da bile değildi. Deneyin yapıldığı günlere yakın bir tarihte yine enteresan bir yerde Bermuda Şeytan Üçgeni'nde eğitim amaçlı olarak bulunduğu açıklandı. Eldridge daha sonra Yunanistan'a satıldı ve 90'lı yıllara kadar da 'Leon' adıyla hizmette kaldı.