Güneş ile aynı nükleer reaksiyonları kullanarak Dünya’ya enerji sağlayacak dünyanın ilk reaktörünün içinde

Provence’ın kalbinde, gezegendeki en parlak bilimsel beyinlerden bazıları, dünyanın en büyük ve en iddialı bilim deneyine zemin hazırlıyor.

Laban Coblentz, “Şimdiye kadar tasarlanmış tartışmasız en karmaşık makineyi yapıyoruz” dedi.

Eldeki görev, nükleer füzyondan (Güneşimize ve yıldızlarımıza güç veren reaksiyonun aynısı) endüstriyel ölçekte yararlanmanın fizibilitesini göstermektir.

Bunu gerçekleştirmek için Fransa’nın güneyinde net enerji üretmek üzere dünyanın en büyük manyetik hapsetme odası veya tokamak inşa ediliyor.

Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) proje anlaşması 2006 yılında ABD, AB, Rusya, Çin, Hindistan ve Güney Kore tarafından Paris’teki Elysée Sarayı’nda resmen imzalandı.

Tamamlandığında 23.000 ton ağırlığa ve 150 milyon°C’ye kadar sıcaklıklara dayanması öngörülen deneysel cihazın yapımı için şu anda 30’dan fazla ülke işbirliği yapıyor.

ITER’in iletişim başkanı Coblentz, Euronews Next’e şöyle konuştu: “Bu bir bakıma ulusal bir laboratuvar, büyük bir araştırma enstitüsü tesisi gibi. Ama aslında 35 ülkenin ulusal laboratuvarlarının birleşimi.”

Nükleer füzyon nasıl çalışır?

Nükleer füzyon, iki hafif atom çekirdeğinin birleşerek tek bir ağır atom oluşturması ve büyük bir enerji salınımı yaratması sürecidir.

Güneş örneğinde, çekirdeğindeki hidrojen atomları, büyük miktardaki çekim basıncı nedeniyle kaynaşır.

Bu arada, Dünya’da füzyon oluşturmak için iki ana yöntem araştırılıyor.

Coblentz, “İlkini ABD’deki Ulusal Ateşleme Tesisi’nde duymuş olabilirsiniz” diye açıkladı.

“Hidrojenin iki formundan (bir biber tanesi büyüklüğünde) çok ama çok küçük bir parça alıyorsunuz: döteryum ve trityum. Ve onlara lazer ateşliyorsunuz. Yani siz de aynı şeyi yapıyorsunuz. Aynı zamanda basınçlandırmayı da kırıyorsunuz. ısı eklediğinizde enerji patlaması olur, E = mc². Az miktarda madde enerjiye dönüşür”.

ITER’in projesi ikinci olası yola odaklanıyor: manyetik sınırlama füzyonu.

“Bu durumda, 800 m³’lük çok büyük bir odamız var ve çok az miktarda yakıt (2 ila 3 g yakıt, döteryum ve trityum) koyuyoruz ve çeşitli ısıtma sistemleri aracılığıyla bunu 150 milyon dereceye kadar çıkarıyoruz. ” dedi Laban.

“Bu, bu parçacıkların hızının o kadar yüksek olduğu sıcaklıktır ki, pozitif yükleriyle birbirlerini itmek yerine birleşip kaynaşırlar. Birleştiklerinde ise bir alfa parçacığı ve bir nötron yayarlar.”

Tokamakta, kaçıp odanın duvarına çarpan, ısılarını aktaran ve böylece duvarın arkasından akan suyu ısıtan yüksek enerjili nötronlar dışında, yüklü parçacıklar manyetik bir alan tarafından sınırlanır.

Teorik olarak enerji, türbini çalıştıran buhardan elde edilen enerjiden yararlanılacaktır.

ITER’in bilim bölümünün bölüm lideri Richard Pitts, “Bu, isterseniz uzun bir araştırma cihazları serisinin halefidir” diye açıkladı.

“İlk deneylerin 1940’lı ve 50’li yıllarda Rusya’da tasarlanıp inşa edilmesinden bu yana, alan yaklaşık 70 yıldır tokamak fiziğini araştırıyor” diye ekledi.

Pitts’e göre ilk tokamaklar küçük, masa üstü cihazlardı.

“Sonra adım adım büyüyorlar, büyüyorlar ve büyüyorlar çünkü bu küçük cihazlar üzerindeki çalışmalarımızdan, küçükten büyüğe ve büyüğe doğru ölçeklendirme çalışmalarımızdan biliyoruz ki, bunlardan net füzyon gücü elde etmek için, biz Bunun kadar büyüğünü yapmamız lazım” dedi.

Füzyonun avantajları

Nükleer enerji santralleri 1950’lerden bu yana, atomun bir reaktörde bölündüğü ve süreçte büyük miktarda enerji açığa çıkardığı bir fisyon reaksiyonundan yararlanıyor.

Fisyon, bugün dünya çapında faaliyette olan 400’den fazla nükleer fisyon reaktörüyle halihazırda yerleşik, denenmiş ve test edilmiş bir yöntem olma avantajına sahiptir.

Ancak nükleer felaketler tarihte nadir görülen bir olay olsa da, Nisan 1986’da Çernobil’deki 4. reaktörün felaketle sonuçlanan erimesi, bunların hiçbir zaman tamamen risksiz olamayacağının güçlü bir hatırlatıcısıdır.

Dahası, fisyon reaktörleri aynı zamanda jeolojik depolarda tipik olarak yerin derinliklerine gömülen büyük miktardaki radyoaktif atığın güvenli yönetimiyle de uğraşmak zorundadır.

Buna karşılık ITER, benzer ölçekteki bir füzyon tesisinin çok daha az miktarda kimyasal girdiden, yalnızca birkaç gram hidrojenden güç üreteceğini belirtiyor.

Coblentz, “Güvenlik etkileri karşılaştırılamaz bile” dedi.

“Elinizde yalnızca 2 ila 3 gram malzeme var. Üstelik füzyon tesisindeki malzeme, döteryum ve trityum ve ortaya çıkan malzeme, radyoaktif olmayan helyum ve bir nötron da kontrol altına alınıyor. Yani geriye hiçbir şey kalmıyor. deyim yerindeyse ve radyoaktif madde envanteri son derece çok küçük” diye ekledi.

ITER projesindeki aksaklıklar

Coblentz, füzyonun zorluğunun, bu nükleer reaktörlerin inşasının son derece zor olması olduğunu vurguluyor.

“Bir şeyi 150 milyon dereceye kadar çıkarmaya çalışıyorsunuz. Onu ihtiyaç duyulan ölçeğe getirmeye çalışıyorsunuz vesaire. Bu sadece yapılması zor bir şey” dedi.

Elbette ITER projesi bu devasa girişimin karmaşıklığıyla mücadele etti.

ITER projesinin orijinal zaman çizelgesinde, ilk plazma için tarih olarak 2025 belirlendi ve sistemin tam olarak devreye alınması 2035 olarak belirlendi.

Ancak bileşen aksaklıkları ve COVID-19 ile ilgili gecikmeler, sistemin devreye alınması için değişen bir zaman çizelgesine ve buna uygun bir bütçe balonuna yol açtı.

Projenin başlangıçtaki maliyet tahmini 5 milyar Avro iken şimdi 20 milyar Avronun üzerine çıktı.

Coblentz, “Daha önce de karmaşıklık ve türünün ilk örneği olan malzemelerin çokluğu, türünün ilk örneği olan bir makinede türünün ilk örneği olan bileşenler nedeniyle zorluklarla karşılaştık” diye açıkladı.

Önemli bir aksaklık, Güney Kore’de üretilen vakum odasının bölümlerinin kaynak yüzeylerindeki yanlış hizalamalardı.

Coblentz, “Gelenler, onları birbirine kaynakladığınız kenarlarda yeterince uyumsuzlukla geldiler ve bu kenarları yeniden yapmak zorunda kaldık” dedi.

“Bu özel durumda bu roket bilimi değil. Nükleer fizik bile değil. Sadece işleniyor ve bazı şeyleri inanılmaz derecede hassas hale getiriyoruz ki bu da zor oldu” diye ekledi.

Coblentz, projenin şu anda füzyon operasyonlarının başlaması için 2035 hedefine mümkün olduğu kadar yakın durma umuduyla yeniden sıralama süreciyle meşgul olduğunu söyledi.

“İlk plazmadan, makinenin 2025’teki ilk testinden ve ardından 2035’te ilk olarak füzyon gücüne ulaşmak için dört aşamalı bir seriden önceki tarihlerimizin ne olduğuna odaklanmak yerine, ilk plazmayı atlayacağız. Bu tarihe mümkün olduğunca sadık kalabilmemiz için testlerin başka bir şekilde yapıldığından emin olun” dedi.

Uluslararası işbirliği

Uluslararası işbirlikleri söz konusu olduğunda, ITER, projeye dahil olan birçok ülke arasındaki jeopolitik gerilimlerin olumsuz etkilerine nasıl dayandığı konusunda tek boynuzlu at gibi bir şey.

Coblentz, “Bu ülkeler her zaman ideolojik olarak aynı hizada değil. Çalışma sahasındaki alfabetik bayraklara bakarsanız, Çin Avrupa’nın yanında, Rusya da ABD’nin yanında uçuyor” dedi.

“Bu ülkelerin 40 yıllık birlikte çalışma taahhüdü vermeleri konusunda hiçbir kesinlik yoktu. Bazı çatışmaların olmayacağına dair hiçbir kesinlik olmayacak”.

Coblentz, projenin göreceli sağlığını, nükleer füzyonun çalışır hale getirilmesinin nesiller boyu ortak bir hayal olduğu gerçeğine bağlıyor.

“Bu gücü bir araya getiren şey de bu. Ukrayna ile mevcut durumda Avrupa ve diğerlerinin Rusya’ya uyguladığı mevcut yaptırımlardan sağ çıkmasının nedeni de bu.”

İklim değişikliği ve temiz enerji

İklim değişikliğinin yarattığı zorluğun boyutu göz önüne alındığında, bilim adamlarının dünyamıza güç sağlayacak karbonsuz bir enerji kaynağı bulmak için yarışmaları pek de şaşırtıcı değil.

Ancak bol miktarda füzyon enerjisi tedariki hâlâ çok uzakta ve ITER bile projelerinin enerji kaygılarına uzun vadeli bir yanıt temsil ettiğini kabul ediyor.

Füzyonun iklim kriziyle anlamlı bir şekilde mücadele etmek için çok geç olacağı fikrine yanıt olarak Coblentz, füzyon gücünün gelecekte daha fazla rol oynayabileceğini öne sürüyor.

“Eğer gerçekten deniz seviyesi, şehirleri hareket ettirmek için enerji tüketimine ihtiyaç duyacak kadar yükselirse? Bu ölçekte enerji zorlukları görmeye başlarsak, sorunuzun cevabı gerçekten açık hale gelir” dedi.

“Füzyonun gelmesini ne kadar uzun süre beklersek, ona o kadar çok ihtiyacımız olur. Yani akıllı para şudur: onu mümkün olduğu kadar hızlı bir şekilde buraya getirin”.

Bu hikaye hakkında daha fazla bilgi için yukarıdaki medya oynatıcıdaki videoyu izleyin.