İnsanlar yüzyıllar boyu, hayata enerji sağlamak için Güneşin gücünü kullanmayı hayal ettiler. Ancak bunun için güneş enerjisi toplamaktan öteye gitmek gerekiyor.
Son derece karmaşık bir bilimsel ve mühendislik problemi çözülürse, füzyon enerjisi yeşil, güvenli, sınırsız bir enerji kaynağını vaat ediyor. Sudan çıkarılan sadece bir kilo döteryumdan yüz binlerce eve güç verebilecek kadar elektrik elde edilebilir.
1950’li yıllardan bu yana, bilimsel ve mühendislik araştırmaları, hidrojen atomlarının kendi kendini sürdüren bir reaksiyonda büyük bir ilerleme sağlayarak küçük ama gösterişli bir miktarda füzyon enerjisi üretti.
Bu duruma şüphe ile yaklaşanlar kalan en önemli iki zorluğa dikkat çekiyor. Uzun süreler boyunca tepkileri sürdürebilmek ve elektriğin kaynaştırma gücünü kullanmak için maddi bir yapı inşa etmek.
Princeton Plazma Fizik Laboratuarı’ndaki füzyon araştırmacıları ilk ticari füzyon santralı için ‘hala en az 25 yıl uzakta.’ diyor. Ancak, büyük boyutlu bu kazanımların yaşadığımız yüzyılın ikinci yarısına gelme potansiyeli, çalışmanın devamı anlamına geliyor.
Füzyonun fizibilitesine ilişkin önemli ilerlemelerin gösterimleri daha önce yapılabilir. Böylece, füzyon enerjisi enerji geleceği için planlamaya dahil edilebilir.
Güneş, doğalgaz ve nükleer fisyon gibi elektrik üretiminin diğer biçimlerinin aksine, füzyon minyatür olarak geliştirilemez. Daha sonra basitçe ölçeklendirilebilir.
Deneysel adımlar oldukça büyük. İnşa etmek de ayrı bir zaman demek. Ancak, bol miktarda temiz enerji bulabilmek, önümüzdeki yüzyıl ve sonrasında insanlık için büyük bir çağrı olacaktır.
Füzyonda, hidrojen atomunun iki çekirdek (döteryum ve trityum izotopları) bir arada kaynar. Bunu yapmak zordur. Her iki çekirdek de pozitif yüklüdür.
Bu nedenle birbirlerini itmek isterler. Ancak çarpıştıklarında çok hızlı ilerliyorlarsa birlikte parçalanırlar ve sonradan verdiğimiz enerjiyi serbest bırakırlar.
Bu Güneşte doğal olarak olur. Dünyada, elektrik yüklü döteryum ve trityum çekirdeği ve elektronlardan oluşan aşırı derecede sıcak bir gaz içeren güçlü mıknatısları kullanıyoruz. Bu sıcak yüklü gaza bir plazma denir.
Plazma çok sıcak pozitif yüklü çekirdeğin belli bir seviyeyi aşacak kadar hızlı hareket etmesidir. Çekirdekler kaynaştığında, iki enerjik parçacık – bir alfa parçacığı (helyum atomunun çekirdeği) ve bir nötron oluştururlar.
Plazmanın böyle yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılması büyük miktarda enerji gerektirir. Füzyon başlamadan önce reaktöre konması gerekir. Ama bir kere başlayınca, kaynaşma, kendi sıcaklığını korumak için yeterli enerjiyi üretme potansiyeline sahiptir.
Bu da, kullanılabilir elektrik haline dönüştürmek için fazla ısıyı çekmemize izin verir.
Füzyon enerjisi için yakıt, doğada bol miktarda bulunur. Döteryum, suda bol miktarda bulunur ve reaktörün kendisi lityumdan trityum oluşturabilir.
Tüm uluslar için, çoğunlukla yerel doğal kaynaklardan bağımsız olarak da mevcuttur.
Füzyon enerjisi temizdir. Sera gazı yaymaz. Sadece helyum ve nötron üretir.
Nükleer fizyon “erimesi” gibi bir kaçak olasılığı yoktur. Aksine, herhangi bir arıza varsa, plazma soğur ve füzyon reaksiyonları durur.
Bütün bu özellikler yıllardır araştırmaya motive olmuş ve zamanla daha cazip hale gelmiştir. Fakat pozitifler füzyonun önemli bilimsel zorluğu ile eşleştirilir.
Füzyonun ilerlemesi iki şekilde ölçülebilir. Birincisi, yüksek sıcaklıklı plazmaların temel anlayışında muazzam ilerleme. Bilim insanları, plazmayı güçlü manyetik alanlarda sınırlama yöntemlerini düşünmeyi gerektiriyor.
Sonra süper-shot plazmanın özelliklerini ölçmek için türbülansı ısıtmak, dengelemek, kontrol etmek ve bu özellikleri ölçmek için yeni bir fizik alanı (plazma fiziği) geliştirmek zorunda kaldılar.
İlgili teknoloji çok ilerledi. Sınırları mıknatıslara iterek elektromanyetik dalga kaynakları ve parçacık kirişleri plazmayı tutacak ve ısıtacaktı. Ayrıca, mevcut deneylerdeki malzemelerin plazmanın yoğun ısıya dayanabilmesi için teknikler geliştirildi.
Füzyonun ticarileştirilmesini takip eden pratik metrikleri aktarmak kolaydır. Bunların arasında laboratuvarda üretilen füzyon enerjisi en önemlisidir.
Füzyon enerjisi üretimi 1970’lerde milisaniyelerden mikrosaniyelere (Princeton Plazma Fizik Laboratuarı’nda) 10 megavat füzyon enerjisinden ve bir saniyede 16 megawatt’a yükselmiştir. (ortak Avrupa Torus in England)
Şimdi uluslararası bilim camiası, Fransa’da büyük bir füzyon araştırma tesisi kurmak için birlikte çalışıyor. ITER (Latince “yol”) olarak bilinen bu tesis, bir seferde sekiz dakika boyunca yaklaşık 500 megawatt termal kaynaştırma gücü üretecek.
Bu güç elektriğe dönüştürülürse yaklaşık 150.000 konuta güç verebilecek. Deney, sürekli çalışacak füzyon santralleri için hazırlık aşamasında önemli bilim ve mühendislik konularını da test etmemize izin verecek.
ITER, kısmen plazmanın kendisinden akan elektrik akımı tarafından oluşturulan çok güçlü bir manyetik alanla sınırlanmış çörek şeklinde bir plazma içerir.
ITER, araştırma projesi olarak tasarlanmış olmasına ve net elektrik enerjisi üreticisi olmamasına rağmen, plazmayı ısıtmak için gereken 50 megavattan 10 kat daha fazla füzyon enerjisi üretecektir.
Bu, plazmayı ısıtmak için kullanılan enerjinin çoğunun füzyon reaksiyonundan geldiği ilk “yanan plazma” yı yaratan muazzam bir bilimsel adımdır.
ITER, dünya nüfusunun yarısını temsil eden hükümetler tarafından desteklenmektedir.
Çin, Avrupa Birliği, Hindistan, Japonya, Rusya, Güney Kore ve ABD Bu, füzyon enerjisine duyulan ihtiyacın ve vaat ettiği konusunda güçlü bir uluslararası bildiridir.
Buradan, füzyon gücüne kalan yol iki bileşene sahip. Birinci bileşen “tokamak”(Rusça bir ifadedir.) hakkında araştırmaya devam etmeliyiz. Bu, fizik ve mühendisliği ilerletmek, böylece plazmayı aylarca sabit bir durumda bir defada ayakta tutabilmek anlamına geliyor.
Uzun süre Güneşin yüzeyindeki ısı akışının beşte birine eşit bir ısıya dayanabilecek malzemeleri geliştirmek gerekiyor. Nötronları emmek ve trityum üretmek için reaktör göbeğini saracak materyalleri geliştirilmeli.
Kaynaştırmanın yolundaki ikinci bileşen, kaynaşmanın cazibesini artıran fikirler geliştirmektir. Dört felsefe şu şekildedir:
1) Bilgisayarları kullanarak fizik ve mühendislik kısıtlamaları içinde füzyon reaktör tasarımlarını optimize etmek. İnsanın hesaplayabileceğinin ötesinde, bu en iyileştirilmiş tasarımlar son derece kararlı ve aylarca otomatik olarak çalışabilen bükümlü halka şekli üretir. Füzyon işinde “yıldızlaştırıcılar” olarak adlandırılırlar.
2) Günümüzün en iyilerinden daha güçlü ve küçük olabilecek yeni yüksek sıcaklıkta süper-iletken mıknatıslar geliştirmek. Bu, daha küçük ve muhtemelen daha ucuz füzyon reaktörleri inşa etmeyi sağlayacaktır.
3) Plazmayı çevreleyen materyal olarak katı olmayan bir sıvı metal kullanmak. Sıvı metaller kırılmaz. Çevreleyen bir materyal plazmaya temas ettiğinde nasıl davranılacağı konusundaki muazzam meydan okumalara olası bir çözüm sunar.
4) Ortada delik bulunmayan, hemen hemen küre benzeri bir plazma oluşturan halka şekilli plazma içeren yapı sistemleri. Bu yaklaşımlardan bazıları daha zayıf bir manyetik alan ile de çalışabilir. Bu “kompakt tori” ve “düşük alanlı” yaklaşımlar ayrıca boyut ve maliyetin azaltılması imkânını da sunar.
Dünya çapında devlet destekli araştırma programları, her iki bileşenin unsurları üzerinde çalışmaktadır. Füzyon enerjisine (ve kozmos ve endüstrideki plazmaları anlama) ilişkin tüm yaklaşımlardan fayda sağlayan bulgulara neden olacaktır.
Geçtiğimiz 10 ila 15 yıl içinde, özel olarak finanse edilen şirketler de, özellikle kompakt tori ve düşük alan atılımları arayışı içinde olan bu çabaya katıldı. Gelecekte bol, temiz, güvenilir enerjiyi bize getirecek.
