Füzyon Enerjisi Nedir? Yapay bir Güneş Yaratmak Mümkün mü?

Füzyon Enerjisi Nedir? Yapay bir Güneş Yaratmak Mümkün mü?

Enerji. Son 200 yılda büyük önem kazanmış bir terim. Sanayi devrimiyle birlikte büyük oranda artan makineleşme, yanında birçok zorluğu da beraberinde getirmiştir. Özellikle hammadde ve bu hammaddeleri kullanabilmek için yeteri kadar enerjiye ihtiyaç duyulmuştur. Günümüze bakacak olursak enerjinin hayatımızın olmazsa olmaz bir parçası haline geldiğini fark etmişsinizdir sanırım. En basitinden, elektrikler gittiğinde bile ne kadar çaresiz kaldığımızı herkes bilir. İnternet yoktur, televizyon çalışmaz, lambalar evi aydınlatmıyordur. Bu sadece enerjinin elektrikten sorumlu kısmını oluşturuyor. Bunun yanında ocağın da çalışmadığını, arabaların hareket edemediğini, duş için sıcak suyun bile gelmediğini hayal edin. Hepimiz bu enerjiye bağımlı hayata yeterince alışmışız.

Tabii bu kadar enerji gerekince bilim insanları da boş durmayıp enerji elde etme yöntemleri bulmuşlardır. İlk başlarda yeterli enerjiyi gayet rahat bir şekilde sağlayan kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtları kullanmaya başlamışlar. Ama özellikle son 50 yılda bunların doğaya ne kadar zarar verdiği anlaşılmış ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeye başlanmıştır. Tabii bu yenilenebilir enerji kaynakları da sütten çıkmış ak kaşık değiller sonuçta. Enerji verimleri fosil yakıtlara göre çok daha az olduğu için insanlar bu ikisi arasında bir seçim yapmak zorunda kalmışlar. Daima kârı seçen büyük iş adamları fosil yakıtları kullanmaya devam etmişler. Ve gördüğünüz gibi durum bu halde. Şöyle hem verimli hem de doğaya zarar vermeyen bir şey olsa ne güzel olurdu, değil mi?

 Birçok şeyde olduğu gibi çözümü taklitte bulan insanoğlu başını yerden kaldırıp gökyüzüne bakmaya başlamış. Gördüğümüz en yüksek enerji kaynağı nedir, diye sormuşlar. Ve akıllarına güneş gelmiş. Hiç bu devasa kütleli yıldızların nasıl milyarlarca yıl boyunca enerji ürettiğini merak ettiniz mi? Hadi o zaman nükleer füzyon enerjisine bir göz atalım.

Yıldızların Enerjisi Nereden Geliyor?

Ortaokuldan beri öğrendiğimiz sıcaklığın tanımı nedir: bir maddeyi oluşturan atomların ortalama hızı. Yani hız ile sıcaklık doğru orantılıdır. Yine ortaokuldan beri aynı elektrik yüküne sahip cisimlerin birbirlerini ittiğini de biliyoruz. İnanılmaz sıcaklıklara ulaşan güneş ve diğer yıldızlarda atomlar devasa sıcaklıklardan dolayı o kadar hızlı hareket ederler ki birbirlerini itmesi gereken pozitif yüklü hidrojen iyonları bu hıza karşı koyamayıp birleşirler ve daha ağır olan helyum atomunu meydana getirirler. Bunun sonucunda oluşan helyum atomunun kütlesi ne kadardır sizce? Önceki iki hidrojen atomun kütlesinin toplamı kadar, diyebilirsiniz ama bu yanlış. Bu atomlar çarpışırken kütlelerinin küçük bir kısmı, bu çarpışmadan kaçmayı başarır. Bunun ne önemi var, diyebilirsiniz fakat bu küçük kütleler sayesinde devasa yıldızlar enerjilerini üretiyorlar. Nasıl mı?

E = m . c²

Einstein’ın meşhur “ E = m . c² “ denklemini herkes bilir. Peki bunun ne anlama geldiğini kimler biliyor? Öncelikle değişkenleri açıklayalım: E, enerji; m, kütle; c ise ışık hızını ifade eder. Bu durumda denklemi açıklayacak olursak enerjinin kütle ve ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğunu görürüz. Işık hızının da saniyede 299.792.458 metreye eşit olduğunu düşünürsek bu küçük kütlenin bile ne kadar fazla enerjiye dönüşebileceğini anlamışsınızdır sanırım. Bu enerjiye de “ Füzyon Enerjisi “ denmektedir. Güneş, her saniye 600 milyon ton hidrojeni helyuma çevirerek inanılmaz miktarda enerji üretmektedir. Bilim insanları güneşteki bu yöntemi kullanarak inanılmaz verimli enerji üretebilirler. Fakat bu yazıyı okuyacak yaşa geldiyseniz hiçbir şeyin göründüğü kadar basit olmadığını anlamışsınızdır herhalde. Maalesef dünyada işler güneşteki kadar kolay değil.

Gerekli Sıcaklığa Nasıl Ulaşılabilir?

Dünyada nükleer füzyon enerjisini elde etmek için öncelikle inanılmaz yüksekliklerde sıcaklığa ihtiyaç duyulur. Ortalama 100 milyon santigrat derece. Bunu elde edebilmek için “ Tokamak “ denilen bir güç santrali kullanılır. Tokamağın içindeki elektromıknatıslar, değişen manyetik alanlar yaratır. Manyetik alanlar yüksek yoğunluklu bir elektrik akımı oluşturur, bu sayede elektronlar ve iyonlar enerjilenerek çarpışırlar ve yüksek sıcaklıklar meydana gelir. Füzyon reaktörleri için en bilinen yöntem olan tokamaklar çoğu zaman yeterli sıcaklığa erişilebilmesi için tek başına yeterli olamamaktadır. Bunun yanında bir yöntem daha kullanılmaktadır: Elektromanyetik Dalgalar.

Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar, üzerine geldiği parçacıkları ısıtır. Böylelikle parçacıkların sıcaklıkları dolayısıyla da hızları artar. Bu yöntem mikrodalga fırınlarında kullanılan yöntemin aynısıdır. Füzyon enerjisi için kullanılan makinede ise maddeler sadece bir tık(!) daha fazla ısıtılır.

Yine de, inanmayacaksınız ama, bu yöntemler bile plazmaları, füzyon reaktörüne gerekli yeterli sıcaklıklara ulaştıracak güçte değil. Bu yöntemleri kullanarak ulaşılabilen en yüksek sıcaklık şimdilik 20 milyon derece. Evet, 20 milyon derece hiç az değil ama füzyon enerjisini elde edebilmek için 100 milyon dereceye ulaşılabilmesi gerekiyor. TAE Technologies isimli şirket 2023te füzyon için gerekli olan bu sıcaklığa ulaşmayı hedefliyor.

Döteryum ve Trityum

Her şey tamam mı şimdi? Maalesef hayır. Son bir sıkıntı daha kaldı. Yukarıda bu enerjinin, hidrojen atomlarının çok yüksek sıcaklıklarda çarpışarak helyum atomları oluşturduklarını söylemiştik. Fakat nükleer füzyon enerjisi için normal hidrojen kullanılmaz. Hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityum, bu iş için çok daha kullanışlıdır. Bunlar doğada yeteri miktarda varsa mükemmel olur. Öyle mi peki? Döteryum için bunu söyleyebiliriz. Sudaki her 6500 hidrojen atomundan biri döteryumdur. Dünyanın dörtte üçünün su olduğunu düşünürsek döteryum için sıkıntı yok demektir. Fakat trityuma bakacak olursak doğada nadir bulunan bir element olduğu söylenebilir. Hatta o kadar nadirdir ki tüm dünyada toplam kütlesi yaklaşık 20 kilogram denebilir.

Ne yapacağız o zaman? “Demek buraya kadarmış,” deyip vaz mı geçeceğiz? Tabii ki hayır. Bilimde sorunlar kadar çözümler de bitmek bilmez. Eğer trityum doğada yoksa neden kendimiz doğada üretmeyelim? Lityum bunun için çok iyi bir kaynak. Füzyon sırasında plazmadan kaçabilen nötron atomlarının lityum ile etkileşime girmesi sonucu trityum elementi üretilebilir. Lityum elementi de zaten doğada yeterince bulunmakta.

Yararları Ve Zararları

Füzyon ile üretilebilecek enerji, diğer yakıtlara göre inanılmaz derecede verimlidir. Bunu rakamlara vuracak olursak füzyon, fosil yakıtların 4 000 000 katı, fisyon enerjisinin ise 4 katı kadar enerji üretim kapasitesine sahiptir. Öyle ki 1 Litre suyun içerisindeki hidrojenler sayesinde üretilen enerji, 300 Litre benzine karşılık gelmekte. Ve tüm bunlara rağmen çevreye zararı yok denecek kadar azdır. Yani yüksek miktarda enerji üretmek amacıyla açılan Çernobil benzeri nükleer reaktörler gibi radyoaktif atık tehlikesi barındırmayacağı veya petrol gibi doğaya sera gazı salarak küresel ısınmaya yol açmayacağı düşünülüyor. Olur da bir sorun çıkarsa plazma soğur ve reaksiyona hemen son verir.

Önümüzdeki tek sorun ise düzgün bir füzyon reaktörü inşa edebilmek için ihtiyaç olunan paranın gayet büyük miktarda olması. Ama buna değer mi, bilmiyoruz. Fosil yakıtların yakında tükeneceğini biliyoruz. Eğer hükümetler bu şans için yatırım yapmayı tercih ederlerse bu dünyadaki enerji krizini atlatmak için mükemmel bir çözüm olabilir.

Bu yazıda kullanılan kaynaklar

http://fusioned.gat.com/what_is_fusion.html

https://www.iter.org/sci/whatisfusion

https://www.livescience.com/23394-fusion.html

https://www.howitworks.com.tr/

http://fusioned.gat.com/what_is_fusion.html

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.