ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm Aralık ayında bilim dünyasını heyecanlandıran bir açıklama ile sahneye çıktı. Bakan Granholm, Kalifornia’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda, Amerikalı bilim insanlarının uzun süredir yürüttüğü araştırma kapsamında ilk kez “net enerji kazancıyla” sonuçlanan nükleer füzyon tepkimesi oluşturmayı başardığını duyurdu. 70 yıllık nükleer füzyon yoluyla enerji elde edilmesi rüyasının gerçeğe dönüşmesi için ümit ışığı belirmişti.
GÜNEŞTEKİ FÜZYONA BENZİYOR
Granholm, “Gelinen aşama ilk kez yalnızca yıldızlar ve güneşte bulunan belirli koşulların benzerlerini oluşturma imkanı veriyor. Bu kilometre taşı sıfır karbon füzyon enerji olasılığına bizi bir adım daha yaklaştırıyor” ifadelerini kullandı.
ABD Enerji Bakanı, füzyon enerjiyi geliştirebilmeleri halinde bunu temiz enerji, ulaşım yakıtları, enerji, ağır sanayi ve daha fazlasını üretmek için kullanabileceklerini vurguladı.
Bir mühendislik harikası
ABD Enerji Bakanlığı’nda düzenlenen basın toplantısında söz alan Beyaz Saray Bilim ve Teknoloji Politikası direktörü ve Başkan Joe Biden’ın bilim danışmanı Arati Prabhakar, nükleer füzyon açılımının önemli bir “mühendislik harikası” olduğunu söyledi.
Kendisinin de 19 yaşında bir öğrenciyken Lawrence Livermore Laboratuvarı’nda nükleer füzyon projesi üzerinde bir süre çalıştığını belirten Prabhakar, elde edilen başarıya ulaşılmasında nesiller boyu devam eden çabanın etkili olduğunu vurguladı.
Arati Prabhakar, “Güneşimiz ve diğer tüm yıldızlarda yaşanan şeyin füzyon olduğunu anlamamızın üzerinden bir yüzyıl geçti. Bu yüzyıl içinde yaşanan farklı gelişmeler en nihayetinde bu füzyon faaliyetini laboratuvar ortamında oluşturduğumuz bir noktaya geldi” dedi.
NÜKLEER FÜZYON BAŞARISI NEYDİ?
5 Aralık 2022 saat 01:03'te, laboratuvarın Ulusal Ateşleme Tesisindeki 192 dev lazerin, elmas kaplı donmuş bir hidrojen topağı içeren yaklaşık kurşun kalem silgisi boyutunda küçük bir silindiri patlatmasıyla başladı nükleer füzyon.
Lazer ışınları silindirin üstünden ve altından girerek onu buharlaştırdı. Bu, daha ağır hidrojen formları olan döteryum ve trityumdan oluşan bir yakıt peletini sıkıştıran içe doğru bir X-ışınları saldırısı oluşturuldu.
Saniyenin 100 trilyonda birinden daha az süren kısa bir anda, 2.05 megajul enerji hidrojen peletini bombaladı. Füzyonun ürünü olan ve yaklaşık 3 megajul enerji taşıyan, enerji kazanımında 1.5 faktör olan bir nötron parçacıkları seli dışarı aktı. Bu, lazer füzyon bilim adamlarının ateşleme dediği eşiği, füzyon tarafından üretilen enerjinin, reaksiyonu başlatan gelen lazerlerin enerjisine eşit olduğu bölme çizgisini geçti.
ÇALIŞMANIN GEÇMİŞİ
Başarılı deney, 1997'de Ulusal Ateşleme Tesisi'nin (National Ignition Facility-NIF) inşası başladığında vaat edilen ateşleme hedefine nihayet ulaştı. Ancak, 2009'da operasyonlar başladığında, tesis neredeyse hiç füzyon üretmedi. Bu, federal hükümetten alınan 3.5 milyar dolarlık bir yatırım parasını kullanmanın ardından bir hayal kırıklığı yaratmıştı.
2014'te, Livermore bilim adamları nihayet bir miktar başarı bildirdiler. Ancak üretilen enerji 60 watt'lık bir ampulün beş dakikada tükettiğine eşdeğer düzeydeydi. Daha sonraki yıllarda yapılan deneylerde çok yavaş ilerleme kaydedildi.
Ardından, geçen yılın Ağustos ayında tesis lazer ışığı enerjisinin yüzde 70'i kadar enerji patlaması üretti. Livermore'da silah fiziği ve tasarımı program direktörü Dr. Herrmann, araştırmacıların daha sonra şaşırtıcı Ağustos başarısını daha iyi anlamak için bir dizi deney yaptıklarını ve lazerlerin enerjisini neredeyse yüzde 10 oranında artırmak için çalıştıklarını söyledi.
2.05 megajul'de ilk lazer atışı Eylül ayında gerçekleştirildi ve bu ilk deneme 1.2 megajul füzyon enerjisi üretti. Dahası, analiz, küresel hidrojen topağının eşit şekilde sıkıştırılmadığını ve hidrojenin bir kısmının esas olarak yandan fışkırdığını ve füzyon sıcaklıklarına ulaşmadığını gösterdi. Bilim adamları daha iyi çalışacağına inandıkları bazı ayarlamalar yaptılar.
BİRKAÇ ON YILDA HEDEF VARABİLİRİZ
Lawrence Livermore'un direktörü Kimberly S. Budil düzenlediği basın toplantısında "İstediğimiz hedefe ulaşmanın süresi muhtemelen onlarca yıldır. Ama bu bazılarının dediği gibi altmış yılı bulmaz, sanmıyorum. Muhtemelen, uyumlu çaba ve yatırımla, temel teknolojiler üzerine birkaç on yıllık araştırma bizi bir enerji santrali inşa edecek bir konuma getirebilir" dedi.
Bugüne kadarki füzyon çabalarında, öncelikle tokamaklar olarak bilinen halka şeklindeki reaktörleri kullanılıyordu. Reaktörlerin içinde hidrojen gazı, elektronların hidrojen çekirdeklerinden sıyrılmasına yetecek kadar yüksek sıcaklıklara ısıtılıyor ve plazma olarak bilinen pozitif yüklü çekirdek ve negatif yüklü elektron bulutları oluşturuluyordu. Manyetik alanlar, plazmayı çörek şekli içinde hapsediyor ve çekirdekler birbirine kaynaşarak, dışarı doğru uçan nötronlar şeklinde enerji açığa çıkıyordu.
NIF'deki çalışma farklı bir yaklaşım benimsiyor, ancak lazer füzyon enerji santrali fikrini gerçeğe dönüştürmek için şu ana kadar çok az çalışma yapıldı. Dr. Budil, "Sadece bilimde değil, teknolojide de çok önemli engeller var" dedi.
NIF LAZERLERİ YAVAŞ VE VERİMSİZ
NIF dünyanın en güçlü lazerlerini kullanıyor, ancak bunlar onlarca yıllık teknolojiye dayanan yavaş ve verimsiz bir lazerler. Yaklaşık bir spor stadyumu büyüklüğündeki cihaz, elektrik üretimi için bir prototip işlevi görmek yerine temel bilim deneylerini gerçekleştirmek için tasarlandı.
Haftada ortalama 10 atış yapabiliyor. Lazer füzyon yaklaşımını kullanan ticari bir tesis, makineli tüfek hızında, belki de saniyede 10 kez ateş edebilen çok daha hızlı lazerlere ihtiyaç duyacak.
NIF ayrıca füzyon reaksiyonları tarafından üretilenden çok daha fazla enerji tüketiyor. En son deney, gelen lazer ışınlarındaki 2,05 megajoule enerjiye kıyasla net bir enerji kazancı sağlasa da, NIF'in kısa lazer darbesini oluşturmak için elektrik şebekesinden 300 megajul enerji çekmesi gerekiyordu.
DAHA YÜKSEK ÇIKIŞ İÇİN UĞRAŞACAĞIZ
Uzmanlar, uygulanabilir bir lazer füzyon enerji santralinin, bu son füzyon atışında gözlemlenen 1.5'ten çok daha yüksek enerji kazanımları gerektireceğini söylüyor.
Dr. Herrmann, "Bir enerji santralinde daha fazla enerji elde etmek için 30'dan 100'e kadar kazançlara ihtiyacınız olacak. NIF füzyon deneylerini daha yüksek füzyon çıkışına zorlamaya devam edeceğiz. Bu deneyler, biraz daha fazla lazer enerjisinin bile büyük bir fark yaratabileceğini gösteriyor" dedi.
NÜKLEER FÜZYON ENERJİSİ NEDİR?
Nükleer füzyon reaktörleri klasik nükleer reaktörlerden daha az radyasyon yayıyor ve çok daha az nükleer atık üretiyor. Üstelik nükleer fisyon reaktörleri radyoaktif olan zenginleştirilmiş uranyum yakıtıyla çalışırken füzyon reaktörleri çok daha az radyoaktif olan döteryum ve trityum gazı kullanıyor.
Nükleer füzyon atom başına nükleer fisyondan daha az enerji üretiyor. Uranyum atom çekirdeğini parçaladığınız zaman 202-208 mega elektronvolt (MeV) enerji üretirsiniz. Oysa iki hidrojen atomu çekirdeğini birleştirip birbirine yapıştırdığınız zaman (işte buna nükleer füzyon veya Türkçesiyle çekirdek kaynaşması deriz) sadece 18 MeV enerji üretirsiniz.
- da ilk bakışta nükleer füzyonun atomu parçalamaktan yüzde 10’dan daha az enerji ürettiğini gösterir. Oysa nükleer füzyon 1 kg yakıtla nükleer fisyondan 3-4 kat daha fazla enerji üretir ki hesap basittir: Klasik fizyon yakıtı zenginleştirilmiş uranyumdan oluşur ve bu da yüzde 20 oranında U 235 içerir.
