Füzyon Yine Devasa Bir Sıçrama Yaptı

JET, sınırsız temiz enerjiye giden yolu bulmuş olabilir.

Sıfır karbon enerji arayışımızda, her daim diğerlerinin üzerinde göze çarpan bir form var: Füzyon. Güneş veya rüzgarın hiçbir ekolojik hasarı, nükleer fisyonun hiçbir radyoaktif atığı olmadan ve neredeyse sınırsız güçle, bu temiz enerji insanlığa bir devrim yapıp dünyayı çevresel suçlarımızdan kurtarabilir. Ancak tek bir sorun var. Füzyon neredeyse efsanevi bir şey. Henüz hiç kimse net enerji kazancı sağlayan bir füzyon reaktörü yapamadı. Fakat Oxfordshire kırsalının derinliklerinde JET’deki bilim adamları bunu değiştirmiş olabilirler.

JET, Ortak Avrupa Torus'un (neyse ki bu proje Brexit'ten sağ çıktı) kısaltmasıdır. Torus, reaktörün şeklini ifade eder: Süperiletken mıknatıslarla çevrili dev bir çörek şeklindeki bir boşluk. Bu mıknatıslar reaktör içindeki bir hidrojen plazmasını kontrol eder, onu ısıtır ve sıkıştırırlar. Plazma tarafından ulaşılan basınç ve sıcaklıklar o kadar yoğundur ki hidrojenlerin bir kısmı kaynaşarak helyum oluşturur ve aynı esnada enerji (elektromanyetik dalgalar ve nötron radyasyonu şeklinde) açığa çıkartır. Bu tür füzyon reaktörleri manyetik hapsetme reaktörleri olarak bilinir.

JET kesinlikle ilk füzyon reaktörü olmasa da, bir gün pratik bir füzyon reaktörüne kapı açabilecek teknolojiyi tasarlamak ve test etmek için ilk deneme sahalarından biri oldu. JET, 1997 yılında 16 MW füzyon gücü oluşturarak bir füzyon rekoru kırdı. Ama bu başarı 24 MW güç gerektirdi ve yüzde 33’lük bir net kayba sebep oldu.

Ancak, yıllar süren testler ve güncellemelerin ardından, JET eski rekorunu kırdı.

Yakın zamanda gerçekleştirilen bir deney beş saniye süren bir füzyon reaksiyonundan 11 MW güç yarattı! Daha düşük bir verimliliğe sahip olsa da (yüzde 67 net kayıp), bu daha uzun ve daha güçlü füzyon reaksiyonu efsanevi enerji kaynağı için umut verici bir adım.

Beş saniye uzun süre gibi gelmeyebilir, ancak füzyon reaksiyonları için bu bir çağ eder. Buradaki önemli başarının füzyon gücündeki artış olduğunu düşünebilirsiniz, ancak gerçekte, füzyon gücüne kapıları aralayabilecek çığır açan adım bu uzun reaksiyon süresidir.

JET gibi manyetik rafine reaktörleri enerjide net kazanç elde etmekten alıkoyan bir göze batan sorunu vardır: sıcaklık kaybı. Bu çığır açan keşif, bunu değiştirebilir.

Şöyle ki, plazmanın güneşten on kat daha sıcak olması gerekirken, elektromıknatısların çalışması için aşırı soğutulmuş olması gerekiyor. Füzyon reaksiyonları gerçekleştikten sonra, plazmadaki sıcaklık artar. Bu, mıknatısları ısıtır ve verimliliklerini düşürür. Bunun sonucunda, plazma üzerindeki manyetik basınç azalır ve reaksiyon durur. JET'in reaksiyonlarını bu kadar kısa tutan şey işte bu ısı kaçağıdır.

Reaktörü tekrar çalışır duruma getirmek zaman ve enerji gerektirdiğinden toplam net enerji kaybı devasa oluyordu. Bunu çözmek ve kullanılabilir bir füzyon reaktörü yapmak için bilim insanları daha uzun süreli reaksiyonları mümkün kılacak bir yöntem bulmalıydı, ve iki tane buldular da.

İlk olarak, reaktörün duvarları geliştirildi. Karbondan yapılan eski duvarlar füzyondan gelen nötron radyasyonunu emerek dışarıyı zararlı ışınlardan korurdu, ancak bu esnada karbon ısınırdı. Bu da reaksiyondan gelen enerjinin plazmadan uzaklaştırılmasına ve duvarlara aktarılmasına neden olurdu. Bunu çözmek için duvarlar karbondan on kat daha az soğurma oranına sahip olan berilyum ve tungstene yükseltildi. Bu metaller ayrıca nötronları yansıttığından nötron radyasyon enerjisini etkin bir şekilde plazma içinde tutarak ısı kaybını azaltır.

Bu yükseltmeler yapıldıktan sonra, bilim insanları reaktörü bu yeni materyallerle çalışması için yeniden ayarlamakta bir süre harcadılar. Ama bir kez çalıştığında, JET rekor füzyon uzunluğuna ulaştı!

İkinci çözüm boyut. Bunun için JET'I bırakıp ITER'e geçmemiz gerekiyor.

Kare-küp yasasını duymuşsunuzdur. Bu matematiksel ilke JET'in boyutunu artırmanın çok daha uzun süreli füzyona olanak sağlamasının nedenidir.

1 cm kenar uzunluğuna sahip bir küpün hacmi 1 cm³ ve yüzey alanı 6 cm² olacaktır. Ancak 2 cm kenar uzunluğuna sahip bir küpün hacmi 8 cm³ ve yüzey alanı 24 cm² olacaktır. Yani bir küpün uzunluğunu iki katına çıkarmak, yüzey alanını 4 katına ve hacmini 8 katına çıkarır! Bu kare-küp kuralıdır. Kısacası bu nesneler büyüdükçe hacimlerinin yüzey alanlarından çok daha hızlı arttığı anlamına gelir.

Hayvanlar soğuk iklimlerde kendilerini daha sıcak tutmak için bu kuralı kullanırlar. Büyük bir etobur olan kutup ayısı, benzer şekilli bir siyah ayıya göre daha küçük bir yüzey alanı hacim oranına sahiptir. Bu, kutup ayısının daha fazla ısı tutarak buzullarda avlanmasına olanak sağlar (daha ne kadar avlanabilirse).

JET de aynı fikirden faydalanabilir. Reaktörü büyüterek hidrojen plazması daha küçük bir yüzey alanı hacim oranına sahip olacak, bu da önemli ısıyı hapsedecek ve reaksiyon süresini uzatacak. Ancak, bir füzyon reaktörünü büyütmek Söylemesi kadar kolay değildir. Bu nedenle, ITER adında tamamen yeni bir reaktör inşa ediliyor.

ITER temelinde JET ile neredeyse aynıdır, ancak reaktör hacmi on kat daha büyüktür! ITER’in de beryllium ve tungsten duvarlarla inşa edilmiş olması füzyon reaksiyonlarını saatler veya belki de günler boyunca devam ettirebilmesini sağlayabilir! ITER, sürekli olarak  füzyon reaksiyonunu yeniden başlatmaya ihtiyaç duymayacağından çok daha verimli olması ve hatta kullanılabilir enerji üretebilmesi beklenebilir.

Ama ITER planlanırken, beryllium ve tungsten duvarları henüz denenmemişti ve birçok kişi ITER'in önemli ölçüde füzyon gücü kazanacağına dair şüphelere sahipti.

Fakat, şimdi JET'in bu malzemelerin çalıştığını kanıtlaması, ITER'in bu uzun süreli reaksiyonları sürdüreceğini ve belki de enerjide net kazanç yaratabileceğini sağlam bir şekilde öngörmemizi sağlıyor. Bu şüphesiz ITER projesine yatırımın artmasına ve gelişim sürecinin hızlanmasına yol açacaktır.

JET'in malzeme gelişmeleri, ITER'in umutsuzca ihtiyacımız olan çığır açan füzyon reaktörü olabileceği anlamına geliyor. Ancak beklememiz gerekecek. ITER'in 2035’e kadar tamamlanması beklenmiyor. Tamamlandığında ise yeni teknolojiler için bir test alanı olarak da kullanılacaktır. Bu testler ITER pratik bir kullanım seviyesine ulaşıncaya dek reaksiyon verimliliğini ve süresini artırmaya devam edecektir. Ancak ondan sonra ITER benzeri reaktörler insanlığı güçlendirmeye başlayabilir.

Rüyalarımızdaki füzyonla çalışan çevre dostu geleceğimize henüz çok uzak olsak da, bizi o ütopyaya daha da yaklaştıranlar böyle şok edici ilerlemelerden başkası değil.

Kaynak: https://medium.com/predict/fusion-takes-yet-another-massive-leap-forward-9edf96d7d53

Editör: Koru