Güneş’in enerjisini yapay olarak Dünya’da üretebilmek mümkün mü? Evet, mümkün. Endüstri 4.0 Devrimi’nin ortaya çıkmasıyla birlikte yapay güneş ile ilgili yarım yüzyılı aşkın bir süredir çalışmalar yapılıyor. Çünkü bunun öncülüğünü yapanlar yeniçağın liderleri olacak, kısaca enerji kaynaklarını kontrol eden dünyayı kontrol edecek diyebiliriz. Gelin hep birlikte yapay güneşin ortaya çıkışı, yapay güneş teknolojisinin ne olduğunu, yapay güneşin nasıl çalıştığını inceleyelim.
Yapay Güneş’in Ortaya Çıkışı
SSCB, 1950’li yıllarda füzyon enerjisini elde edebilmek için ilk çalışmaları yapmışlar. O zamanlardan beri bu enerji türünü ve füzyon reaktörlerini yapabilmek pek çok ulusun dikkatini çekiyor. Ta ki 2021 yılına kadar, yıl boyunca çalışmalar yapılmasına rağmen uygulamaya geçilmedi çünkü bir problemi çözmek teorik olarak yeterli değildi. 2021 yılında Çin 120 milyon derecelik bir deney tasarladı ve 101 saniye boyunca yapay güneş sisteminde reaktörü bu sıcaklıkta tutmayı başardı. 2022 yılında Çin’de yapay bir güneş, 1056 saniyede 70 milyon derece sıcaklıkta ısınmaya başladı. Çinlilerin yapmış olduğu bu deneyin adı “EAST (DOĞU)”, açılımı ise “Experimental Advanced Superconducting Tokamak” olarak belirtiliyor. Son kelime akılda kalıcı olsa gerek, tokmak gibi “tokamak” diyebiliriz. Güneş’in yüzey sıcaklığı 6000 derece, çekirdeğinin sıcaklığını ise 15 milyon derece olarak biliyoruz. Çin’de tasarlanan 70 milyon derecelik proje 2025’te hayata geçtiğinde hedeflenen sıcaklık 150 milyon derece olacağı tahmin ediliyor. Yani Güneş’in en sıcak noktası olan çekirdeğinden on kat daha sıcak olacak. Bu projeler, yatırım anlamında çok riskli ve çok uzun vadeli olduğu için getirisi hemen olmayacaktır.
Yapay Güneş veya Nükleer Füzyon Nedir?
Günümüzdeki nükleer santraller, füzyondan enerjiyi çıkararak yani atomları parçalayarak durmaksızın çalışır. Nötronlarla bir araya gelince oluşan uranyum elementi nükleer zincirleme reaksiyonunu başlatır. Nükleer zincirleme reaksiyonu, kontrolsüz bir şekilde üretildiğinde sonuçları felaket olmaktadır. Örneğin Çernobil felaketi diyebiliriz. Kontrolsüz zincirleme reaksiyonunun sebebi ise tehlikeli radyoaktivitelere rağmen atık üretmesidir. Buna karşılık yapay güneşin amacı, enerjiyi güvenli bir şekilde ve düşük karbon ayak iziyle hiç atık olmadan üretmeyi sağlamaktır.
Yapay Güneş Nasıl Çalışır?
Yapay bir güneş yaratmak için kullanılacak elementler ise döteryum ve trityum izotoplarına dayanır. Trityum, lityum elementinden ve döteryum deniz suyundan elde ediliyor. Yüksek basınç ve çok yüksek sıcaklıklar altında birbirinden bağımsız iki adet hafif çekirdek bir adet ağır çekirdeğe dönüştürülüyor. Bu durumda atomlar en az 100 milyon derece sıcaklıkta ve nükleer çekim kuvvetinin elektriksel itmeyi aşacak kadar birbirlerine yakınlaşacak kadar basınçta birbirleriyle çarpışıyor. Örneğin, aynı kutuplu iki mıknatısın birbirini itmesi. Bu reaksiyon sonucunda oluşan çekirdek, başlangıçtaki iki ayrı çekirdekten daha az kütleye sahip oluyor. Toroidal manyetik alan oluşturarak ultra sıcak plazma durumuna ulaşıldığında, yüksek ısı emisyonu reaktörü tahrip etmeden tutulması gerekiyor. Bu durumun önüne geçebilmesi için füzyon reaktörü olan “manyetik hapsetme” devreye girer.
En Yaygın Füzyon Reaktörleri
Uluslararası Nükleer Birliği’nin belirttiği gibi yaygın kullanılan füzyon reaktörleri aşağıda verilmiştir;
- Manyetik Hapsetme
- Eylemsizlik Hapsedilmesi
- Manyeto-ataletsel füzyon (MTF)
- Hibrit Füzyon
-
Manyetik Hapsetme Nedir?
1951 yılında ilk tokamak’ı tasarlayan Rus fizikçiler Igor Tamm ve Andrei Sakharov tarafından kaynaklanmakta olup en yaygın olanıdır. Manyetik hapsetme, plazmayı sınırlamak için güçlü elektromıknatıslar kullanmaktan oluşur. Kullanılan manyetik alanlar, vakumlu bir simit şekline benzeyen “torus”tan üretilen bir terim olan toroidaldir. Kullanılan elektromıknatısların türüne bağlı olarak dört füzyon reaktörüne ayrılmaktadır;
- Tokamak Reaktörü
- Ters Alan Manyetik Sıkıştırma (RFP)
- Kompakt Toroidler
- Yıldızlaştırıcılar
- Tokamak Nedir ve Nasıl Çalışır?
Şekil 1. Tokamak Reaktörü
Tokamak, füzyon enerjisini kullanmak için tasarlanmış bir deneysel bir makinedir. Tokamak’ın nasıl çalıştığını Şekil 1.’deki resme bakarak anlayalım. Aşırı sıcaklarda elektronlar çekirdeklerinden ayrılıyor ve maddenin iyonize hali olan plazma meydana gelir. Bu plazma bizim soluduğumuz havadan bir milyon kat az yoğun, çok zayıf bir ortama sahip. Plazma, kolon içerisinde bir akım iletiyor. Bu şekilde plazma akımını dikey daireye büker ve bir poloidal manyetik alan oluşturuyor. İşte böyle vakumlu bir simit gibi tasarlıyor. Vakumlu bir simit şeklinde tasarlanmasının sebebi sızıntıyı önlemek. Vakumlu bir simit içerisinde hafif elementler kaynaşarak enerji üretiyor yani yatay daire şeklinde toroidal manyetik alan ortaya çıkıyor. Toroidal manyetik alanın içinde atomların birleşmesi kaynaşması yoluyla ortaya çıkan füzyonu kabın duvarlarında ısı olarak emiliyor.
2. Eylemsizlik Hapsedilmesi
ABD’deki NIF (National Ignition Facility), İngiltere’deki First Light Fusion laboratuvarları gibi bu tür reaktörler tarafından kullanılmaktadır. Döteryum-trityum mikropsüllerini sıkıştırmak için yüzlerce lazer ışını kullanılmaktadır. En son araştırma hatlarındadır. Bu çalışmalar gelecekte nükleer silah yapımında kullanılacağı belirtilmektedir.
3. Manyeto-Ataletsel Füzyon (MTF)
Toroidal reaktörleri ve eylemsiz hapsetme özelliklerini içermektedir. Tokamak gibi, plazma da manyetik alan kullanılarak sınırlandırılmakta ve şok dalgası üreten bir dizi dev piston tarafından ısıtılmaktadır.
4. Hibrit Füzyon
1977 yılında Sovyet fizikçiler tarafından tasarlanmıştır. Bu tasarımın amacı, fizyon gerçekleştirmek için uranyum-plütonyum izotopları U-235’e gerek kalmaması yani bir uranyum izotopuyla füzyon elde etmesi anlamına geliyor. Tehlikeli felaketlerin önüne geçecek ve daha az radyoaktif atık üretecekler. Gelecek on yıl içerisinde planlanması tahmin edilmektedir.
Sonuç olarak tokamak reaktörü günümüzde “yapay güneş” olarak adlandırılıyor. Yapay güneş, güneşin çekirdeğinden on kat daha sıcak olacak şekilde enerji üretecek. Uluslararası 35 ülkeyi kapsayan ITER ortakları, ilk proje aşamasını tamamlasa da gelecekte 500MW enerji üreteceği hakkında söylenmektedir.
Kaynakça:
- imnovation-hub.com
- iaea.org.com
2 yorum
Merhaba Selin,
ITER’in yeni girişimleri heyecan verici. Sanırım henüz tam anlamıyla icracı bir tokamak işletmesi tamamlanmadan işin ticarileştirmesine çalışıyorlar. Bu işlerin para ihtiyacı olduğu aşikar lakin koca ITER’in bu işi halen piyasadan medet umacak ekmek-köfte seviyesine taşıması ve Macron’un çocuk parkı gezer gibi tesisi gezmesi, işin 2039’dan dahi öteye gideceği izlenimi veriyor bana. Kanaatim, green-NetZero cart curt işlerine harcanan komisyon/organizasyon paralarının dahi bu tür girişimlere harcanmasının insanlık adına daha iyi bir çıktı elde edeceği yönünde. Senin ve diğer arkdaşlarımın görüşünü de merak ediyorum. Yazı için teşekkür ederim. İyi günler.
Merhaba Halil İbrahim Tekin,
Öncelikle düşünceleriniz için çok teşekkür ederim. ITER’in hâlâ deneysel aşamada olmasına rağmen finansman ihtiyacını özel sektör ve politika desteğiyle karşılamaya çalışması, bir yandan umut verici bir yandan da süreç daha uzun yıllara yayılacakmış gibi gözüküyor. Nükleer füzyonun ticarileşmesi için atılan adımlar önemli ama hâlâ ciddi teknik ve ekonomik engeller var.
Öte yandan, sizin de dediğiniz gibi, küresel ölçekte iklim değişikliğiyle mücadele için harcanan kaynakların bir kısmı doğrudan füzyon araştırmalarına yönlendirilse belki de bu işin hızlanması mümkün olurdu. Ancak politik ve ekonomik dinamikler göz önüne alındığında, kısa vadede sonuç veren projeler daha fazla finansal destek buluyor. 2039 meselesine gelince, ITER’in takvimi defalarca ertelendiği için bu tarihin de ötesine sarkması şaşırtıcı olmaz. Tokamak Energy, Helion, TAE gibi şirketler hızlı ilerlese de, ITER gibi büyük projeler olmadan füzyon enerjisinin tam anlamıyla ticari hale gelmesi zor olacak gibi gözüküyor.