Nükleer füzyon enerjisi nedir? Bugünkü tarihi açıklama ne anlama geliyor?

ABD Enerji Bakanlığı yetkilileri Salı günü yaptıkları açıklamada ABD'li bilim insanlarının 'ilk kez' başarılı bir şekilde net enerji kazanımı sağlayan bir nükleer füzyon reaksiyonu ürettiklerini duyurdu. Bu açıklama nükleer füzyondan temiz ve sınırsız enerji elde etmek için on yıllardır süren çalışmalarda tarih bir an. ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın Ulusal Ateşleme Tesisinde görevli ekibin başarısını, dünyayı "sıfır karbon bol füzyon enerjisi" olasılığına yaklaştıran bir "kilometre taşı" olarak nitelendirdi... Peki, nükleer füzyon enerjisi nedir? Bu keşif hangi anlama geliyor? Birlikte bakalım.

FÜZYON ENERJİSİ KEŞFİ NE ANLAMA GELİYOR?

ABD Enerji Bakanlığı yetkilileri günü nükleer füzyonda tarihe geçecek bir başarıyı duyurdular. ABD'li bilim insanları ilk kez nükleer füzyondan, deneye güç sağlamak için kullanılan enerjinden daha fazla enerji ürettiler. 'Net enerji kazancı' adı verilen bu durum nükleer füzyondan temiz, sınırsız enerji elde etmek için uzun yıllardır süren çalışmalarda çok önemli bir kilometre taşını oluşturuyor. Deney, ticari füzyon gücüne yönelik büyük bir adım olarak değerlendirilebilir. Ancak uzmanlar, verimliliği artırmak ve maliyeti azaltmak için hala çok büyük bir mühendislik çabası gerektiğini söylüyor.

Keşif, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın California'daki Ulusal Ateşleme Tesisi'ndeki bilim insanlarından oluşan bir ekip tarafından 5 Aralık'ta gerçekleştirildi. Burası bir spor stadyumu büyüklüğünde ve 192 lazerle donatılmış bir tesis. 

California'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL) yapılan deneyin ilk söylentileri 11 Aralık'ta ortaya çıkmıştı. Ancak haber bugün bir basın toplantısıyla resmen duyuruldu.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın deneyinin hedefe 2,05 megajul enerji vererek füzyon eşiğini aştığı ve 3,15 megajul füzyon enerjisi çıkışı sağladığı açıklandı. Yani harcanandan %50 daha fazla enerji üretti. Yani bu alanda ilk kez bir deney anlamlı bir enerji kazanımıyla sonuçlandı.

CNN'e göre biri Birleşik Krallık'ta olmak üzere geçmiş füzyon deneyleri daha fazla enerji üretti, ancak neredeyse hiçbirinde büyük bir enerji kazancı olmadı. Örneğin, bu yılın başlarında, Birleşik Krallık bilim insanları rekor şekilde 59 megajoule enerji üretti. Buna rağmen yalnızca bir megajoule'den daha az bir enerji kazancı getirdi.

ATALET HAPSİ FÜZYONU

Uygulanabilir nükleer füzyon elde etmeyi amaçlayan iki ana araştırma yaklaşımı var. Biri plazmayı tutmak için manyetik alanları kullanırken, diğeri lazerleri kullanıyor. NIF, hidrojen yakıtı içeren küçük bir kapsülün lazerlerle püskürtülerek ısınmasına ve hızla genişlemesine neden olduğu, atalet hapsi füzyonu (ICF) olarak bilinen ikinci yaklaşımı tercih ediyor.

Bu, yakıtı sıkıştırarak içe doğru eşit ve zıt bir reaksiyon oluşturur. Hidrojen atomlarının çekirdekleri daha sonra birleşerek daha ağır elementler oluşturur ve kütlelerinin bir kısmı tıpkı güneşte olduğu gibi enerji olarak salınır.

Şimdiye kadar, tüm füzyon deneyleri ürettiklerinden daha fazla enerji girdisi gerektirmişti. NIF'in bu yılın Ağustos ayında onaylanan önceki rekoru, lazerlerinden gelen enerji girişinin yüzde 72'sine eşdeğer bir çıktı üretmesiydi. Bugünkü duyuru, araştırmacıların kritik başabaş noktasına ulaşmakla kalmayıp onu aştığını doğruluyor; her ne kadar lazerlere güç sağlamak için gereken enerjiyi görmezden gelmemiz gerekse de...

Basın toplantısı sırasında LLNL'den Jean-Michel Di-Nicola, NIF'in saniyenin yalnızca birkaç milyarda biri için elde ettiği en yüksek güçte lazerlerin 500 trilyon watt çektiğini ve bunun tüm ABD ulusal şebekesinin ürettiğinden daha fazla bir güç olduğunu söyledi.

NÜKLEER FÜZYON NEDİR?

Deney, Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki (LLNL) Ulusal Ateşleme Tesisinde gerçekleştirildi. LLNL direktörü Dr Kim Budil, "Bu tarihi bir başarı… son 60 yılda binlerce insan bu çabaya katkıda bulundu" dedi. BBC'ye göre "Nükleer füzyon, enerji üretiminin "kutsal kâsesi" olarak tanımlanır; güneşe ve diğer yıldızlara güç veren süreçtir. Peki, nükleer füzyon nedir?

Nükleer Füzyon reaksiyonları Güneş'e ve diğer yıldızlara güç sağlayan bir reaksiyondur. Bir füzyon reaksiyonunda, iki hafif atom çekirdeği birleşerek daha ağır ama tek bir çekirdek oluşturur. Ortaya çıkan tek çekirdeğin toplam kütlesi, iki orijinal çekirdeğin kütlesinden daha az olduğu için süreç enerjiyi açığa çıkarır. Yani kalan kütle enerjiye dönüşür. Bu, ısı olarak muazzam miktarda enerji üreten bir süreçtir. Dünya üzerindeki bilim insanları da bu yöntemi elektrik şebekelerine temiz enerji sağlamak için kullanabilmeyi umuyor. Füzyon enerjisinden yararlanmanın en büyük zorluğu, onu dünya çapındaki elektrik şebekelerine ve ısıtma sistemlerine güç sağlayabilecek kadar uzun süre sürdürmektir.

NÜKLEER SANTRALDEKİ TEKNİKTEN FARKI NE?

Nükleer enerji denilince insanların aklına nükleer santraller geliyor ancak sistem tamamen farklı. Füzyon iki veya daha fazla atomu birbirine kaynaştırırken, fisyon bunun tersidir, daha büyük bir atomu iki veya daha fazla küçük atoma bölme işlemidir. Nükleer fisyon, bugün dünyanın dört bir yanındaki nükleer reaktörlere güç sağlayan enerji türüdür ancak süreç aynı zamanda çok fazla atık üretir.

Şu an bu proje üzerinde çalışan bilim insanları "Nükleer füzyon, fisyonla aynı güvenlik risklerini taşımaz" diyor. BBC bu konuda "Nükleer füzyon çok daha fazla enerji ve yalnızca küçük miktarlarda kısa ömürlü radyoaktif atık üretir. Ve daha da önemlisi, süreç hiçbir sera gazı emisyonu üretmez ve bu nedenle iklim değişikliğine katkıda bulunmaz" diyor.

Nükleer Füzyon Enerjisi dünya'da bulunan nispeten bol iki malzeme kullanır: lityum ve hidrojen.

YILDIZLARDA VE GÜNEŞTE OLAN KOŞULLARI KOPYALADILAR

ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm, ABD'li bilim insanları tarafından yürütülen nükleer füzyon deneyinin "yalnızca yıldızlarda ve güneşte bulunan belirli koşulları" kopyaladığını söyledi: Bu kilometre taşı atılım toplumumuza güç veren sıfır karbon, bol füzyon enerjisi olasılığına bizi bir adım daha yaklaştırıyor. Füzyon enerjisini ilerletebilirsek, onu temiz elektrik, ulaşım yakıtları, güç, ağır sanayi ve çok daha fazlasını üretmek için kullanabiliriz"

'BİR ADIM DAHA YAKLAŞILDI'

Beyaz Saray Bilim ve Teknoloji Ofisi'nin politika direktörü Arati Prabhakar, dönüm noktasına ulaşmanın "azimle neler başarılabileceğinin muazzam bir örneği" olduğunu ve sonuçların uygulanabilir füzyon gücünü bize bir adım daha yaklaştırdığını söylüyor. Prabhakar ayrıca, “sadece bir nesil değil, bu hedefe ulaşmak için nesiller çalıştı. Araştırmayı ilerletme, karmaşık mühendislik sistemlerini oluşturma, her iki tarafın da birbirinden öğrenme ikiliği... Gerçekten büyük şeyleri böyle yapıyoruz, bu sadece güzel bir örnek" dedi.

BİRKAÇ ON YILDA İNŞA EDİLEBİLİR

Imperial College London'dan Jeremy Chittenden, deneyin füzyon araştırmaları için tarihi bir an olduğunu söylüyor. Chittenden, "Bu, füzyon topluluğundaki herkesin 70 yıldır ulaşmaya çalıştığı bir kilometre taşı" diyor ve ekliyor: “Bu, ICF için yaklaşık 50 yıldır denediğimiz yaklaşımın önemli bir kanıtı. Bu çok önemli.”

LLNL direktörü Kim Budil basın toplantısında, deney ile duyuru arasındaki gecikmenin, verileri hakemli olarak incelemek için üçüncü taraf uzmanlardan oluşan bir ekibin getirilmesinden kaynaklandığını söyledi. Artık bunun doğrulandığını, lazer tabanlı bir enerji santralinin "birkaç on yıl" içinde inşa edilebileceğini sözlerine ekledi.

Şu anda, NIF çok kısa bir süre için çalıştırılabiliyor ve bir kez daha açılabilmesi, bileşenlerini soğutmak için birkaç saat harcamasını gerektiriyor. Chittenden, yeni ticari girişimler tarafından denenen yaklaşımların daha iyi bir yol olabileceğini söylüyor.

Chittenden, "Bunu inşa etmesi milyarlarca dolar ve geliştirmesi onlarca yıl alan devasa ölçekli projeler aracılığıyla yapmaya devam edersek, füzyonun iklim değişikliği üzerinde bir etkisi olması için çok geç kalmamız pekala mümkün olabilir" diyor ve devam ediyor: "Gerçekten yapmamız gerektiğine inandığım şey, yaklaşım çeşitliliğini artırmaya odaklanmak, böylece daha düşük etki maliyetine ve daha hızlı geri dönüşe sahip bir şey bulmaya çalışabiliriz."

BİR REAKTÖRDEN UZAKTAYIZ, AMA DOĞRU YOLDAYIZ

Queen's University Belfast'tan Gianluca Sarri ise, bulguların tüm bu füzyon araştırmacılarının füzyondan enerji çıkarmanın mümkün olduğu bilgisinden emin olarak devam etmelerini sağlayacağını söylüyor: "Şimdi sadece iyileştirme ve teknik ayarlamalar meselelerine odaklanabiliriz. Açıkçası bu yarın olmayacak çünkü teknik sorunlar var. Hala bir reaktörden uzaktayız. Ama doğru yoldayız. Temiz enerji açısından, bu [füzyon araştırması] kesinlikle en iddialı rota, ancak nihayetinde en ödüllendirici olacak çünkü kilidini açabileceğiniz enerji miktarı potansiyel olarak sınırsız"

BU ENERJİ EVLERDE NE ZAMAN KULLANILABİLİR?

Uzmanlar, füzyonun evlere güç vermesi için daha gidilecek çok yol olduğunu söylüyor. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın yöneticisi Kim Budil, nükleer füzyon teknolojisinin ticarileştirmeden önce aşılması gereken "önemli engeller" olduğunu söyledi.

Yöntemin ticari olarak uygulanabilir hale gelmesine için henüz çok fazla aşama gerekse de bilim insanlarının harcadıklarından daha fazla enerji üretebileceklerini göstermeleri oldukça önemli.

Carbon Direct'in baş bilim adamı ve eski bir enerji teknoloji uzmanı Julio Friedmann, "Bu çok önemli, çünkü enerji açısından bakıldığında, harcadığınızdan daha fazla enerji çıkarmıyorsanız, bir enerji kaynağı olamaz" diyor.