Kafa Ayarı #53 – Füzyon

Kafa Ayarı 53’te geleceğin temiz enerjisi füzyon konusunu konuşuyoruz. İnsanlığın bu büyük hayali neden klasik nükleer enerjiye göre tercih edilmeli? Tokamak, Stellerator nedir? Hepsi ve Türk Kahvesi bu bölümüzde…

War, War never changes… Yok bu Fallout’tu, geri saralım. Nükleer enerji, uranyum, plutonyum ve dahası ile insanlık hem bol enerji, hem de radyoaktif felaketlerle tanıştı.

Fission, Türkçesi fizyon yani dağılma üzerine kurulu klasik nükleer reaktörlerin çevre sorunları daha iyi yöntemleri aramamızı teşvik ediyor.

Bu da fusion yani füzyon, birleşerek enerji ortaya çıkartan bir reaksiyon. Dengesiz ve radyoaktif, zor bulunan maddeler yerine denizleri dolduran sudan enerji çıkartmak amaç. Yeryüzünde kendi güneşlerimizi kullanmak.

Güneş dediğimizde biraz korkutucu gelse de hidrojeni birleştirip helyuma çeviren bir reaksiyon bu. Güneşteki güçlü kütle çekimin sıkıştırdığı moleküller kaynaşıp birleşirken enerji yayıyor. Einstein’ın kütle ve enerji formülünde ve termodinamik kanunlarında belirtildiği üzere madde ve enerji dönüşümü sağlanıyor.

Ama bunu yeryüzünde yapmak o kadar kolay değil. İnsanoğlunun ha oldu, ha olacak diye yıllardır uğraştığı füzyon macerasından anahtar noktaları muhabbet ve Türk kahvesi eşliğinde paylaşıyoruz.

Amacımız sohbet ve konuyu araştırmak isteyenlerin merakını teşvik etmek. Programın ardından kafanıza takılan konuları araştırabilir, bizlerle yorumlarda isteklerinizi paylaşabilirsiniz.

Füzyon Reaktörü Macerası ve Satırbaşları

Neden yeni enerji türlerine ihtiyaç var?

• Fosil yakıtlar çevreye zararlı ve küresel ısınmaya neden oluyor
• Nükleer enerji de nükleer atık oluşmasına sebep oluyor
• Güneş enerjisi için de batarya kapasitemiz yetersiz kalıyor

Çare: Nükleer Füzyon: Yani Dünyada Güneşin bir kopyasını yaratmak

• Güneş, nükleer füzyon ile enerji ve ışık üreten bir yıldız
• Peki nasıl çalışıyor?

Peki nasıl çalışıyor?

• Füzyon, termonükleer bir işlem: bu da aşırı yüksek sıcaklıklar demek.
• Güneşin devasa kütlesi dolayısı ile çekirdekte çok yüksek bir basınç oluşmakta
• Bu basınç aşırı sıcaklığa neden oluyor ve hidrojen atomlarının helyum atomlarına dönüşmesine sebep oluyor.
• Atom çekirdeklerinin kaynaştığı bu işlem esnasında enerji açığa çıkıyor.
• Güneş bu yüzden her saniye 4,5 milyon ton hafifliyor.
  • Ek bilgi: Atom çekirdeği nötron ve protonlardan oluşuyor.
  • Nötron’un 1932 yılında keşfinden sonra, çekirdeğin proton ve nötronlardan oluştuğu modeli Dmitri Ivanenko ve Werner Heisenberg tarafından geliştiriliyor.
    • Breaking Bad’deki Walter White’ın Heisenberg lakabı da buradan geliyor.

Nükleer Füzyon:

• Bilim insanları güneşte olan bu tepkimeyi füzyon reaktöründe oluşturmak istiyor
• Dünya üzerinde bu kadar yüksek basınç ile füzyon oluşturmak aşırı maliyetli olacağından iki farklı yöntem üzerinde çalışılıyor:
  • Manyetik sarmalama
  • Eylemsiz sarmalama

Manyetik sınırlama:

• Manyetik bir alan ile plazma, donut şeklindeki bir çemberde sıkıştırılarak tepkime elde ediliyor
• Bu iş için sıvı helyum ile mutlak sıfıra yakın derecelere kadar soğutulan süper iletken elektromıknatıslar kullanılıyor
  • Bu işlem esnasında mıknatıslar -269 derecede iken içerideki plazma 150.000.000 derece sıcaklıkta
• Fransa’daki ITER tokamağı bu reaktörlerden birisi

Eylemsiz sarmalama

• Süper güçlü lazerler ile yakıt paletinin yüzeyi ısıtılıyor ve yakıtın aşırı ısınma ve yoğunluk ile füzyon oluşturması amaçlanıyor
• Bu bağlamda dünyadaki en güçlü lazerlerden biri füzyon deneyleri için ABD’deki Ulusal Ateşleme Tesisi’nde kullanılmakta

Sonuç?

• Bütün bu işlemler henüz deney aşamasında. Bilim adamları halen daha teknolojiyi geliştirmeye devam ediyor
• Her ne kadar bugün füzyonu oluşturabilsek de bunu yapmak için harcanan enerji, ortaya çıkan enerjiden daha fazla
• Başarılı olursa o kadar verimli olacak ki, bir bardak deniz suyu ile bir varil petrolden elde ettiğimize eşit enerji elde edeceğiz ve sonucunda ortaya atık çıkmayacak
• Bunun sebebi füzyon reaktörlerinin yakıt olarak hidrojen veya helyum kullanması ve deniz suyunun da hidrojen dolu olması
  • Öte yandan bütün hidrojenler işe yaramıyor: doğru tepkime için deuterium ve tritium izotopları gerekiyor. Döteryum olarak Türkçeleştirilen hidrojen izotopu, normal hidrojende sadece elektron ve proton varken, elektron, proton ve nötron barındırıyor.
    • Deuterium deniz suyunda bulunabilirken tritium’u bulmak biraz zor olabiliyor: bu madde hem radyoaktif hem de dünyada sadece 20 kg civarında var, o da nükleer savaş başlıklarında
  • Bu yüzden tritium yerine helyum 3 kullanabiliriz: ama o da dünyada nadir bulunan elementler arasında
  • Ama Ay’a gidersek yeterli Helyum-3 bulabiliriz: bunun için de ay madenciliğine başlamamız gerekiyor

Tehlikeli mi?

• Diğer birçok elektrik santralinden daha güvenli
• Eğer nükleer füzyon reaktöründe sarmal bozulursa plazma genişleyip soğuyor ve tepkime de son buluyor
• Tritium biraz radyoaktif yakıt çıkartabilir fakat işlem esnasında sadece birkaç gram kullanıldığı için sızma olursa etkisi az olacaktır

Peki neden bu sınırsız enerjiye yatırım yapmıyoruz: nedeni basit: Maliyet.

• Füzyon enerjisinin ticari olarak kullanılabilir hale gelip gelemeyeceğini bilmediğimizden dolayı bütün paramızı buna yatırmıyoruz.
• Çalışsa bile bu reaktörleri inşa etmek aşırı pahalıya mal olabilir
• Bu bağlamda bütün parayı kendini kanıtlamamış olan bir teknolojiye yatırmak yerine diğer temiz enerji kaynaklarına yöneliyoruz

Disclaimer: Bu videonun hazırlanmasında hiç bir hidrojen zarar görmemiş, lazerle üzerine ateş edilmemiştir. Ama bu gelecekte temiz enerji için hidrojenlere baskı uygulanmayacağı anlamına gelmiyor.

Disclaimer 2: Stelleratör diye okunan Stellerator, videonun bir kısmında tarafımızdan ısrarla stellatör diye okunmak suretiyle bilim insanları ve teorik fizikçiler istemsizce huzursuz edilmiştir. Bu durum kalıcı değildir.

Dipnot: Burada adı geçen Richter, Ronald Richter’dir. Richter ölçeğini bulan bilim insanı değildir, çok tartışmalı işlere kalkışmış ve füzyonu tam başaramadığı halde başardığını duyurmuştur. Ancak daha sonra bu konuda yol katedecek insanları teşvik etmiş, ABD gibi ülkelerin yıllarca sonra açıkladığı belgelere göre “Ya deli Alman bilim adamı klişesi gerçekse ve yaptıysa?” sorusunun o dönem sorulmasına sebep olmuştur. Doğal olarak ABD ve diğer ülkeler ilk biz yapalım diyerek bütçe ayırmıştır.