Dünyadaki bilim adamları, karbon bazlı ekonomimiz bizi felaket iklim değişikliğine doğru devrilme noktasını aşmadan önce fosil yakıtların yerini alacak kadar ucuz, verimli ve ölçeklenebilir bir yeşil enerji çözümüne doğru yarışıyorlar. Güneş pilleri aşırı hızda geliştiriliyor, rüzgâr türbinleri hızla ölçekleniyor ve jeotermal enerji giderek daha fazla yerde düşünülüyor, ancak yeşil hidrojen ve nükleer füzyon enerji çözümleri olan “Gümüş mermi” ve “Kutsal Kâse” ile ilgili projelerden çok az sayıda proje var. Şimdi, her ikisini de içeren, çığır açan bir çözüm haberi var.
General Atomics tarafından işletilen DIII-D Ulusal Füzyon Tesisi, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) adına faaliyet gösteriyor ve uzun zamandır nükleer füzyon oluşturmak için kullanılan büyük çörek şekilli parçacık çarpıştırıcıları olan tokamaklarına hidrojen gazı kullanıyor. Fakat şimdi, yeni bir çalışma daha iyi bir yol olabileceğini gösteriyor; hidrojen buz peletlerinin kullanımı.
Besleme füzyonu ile; hidrojen buz peletleri, füzyon plazmalarını yakıtlandırmak için etkili olduğunu kanıtladı. Araştırmacılar, hidrojen gazı üflemek yerine hidrojen buz topaklarının enjekte edilmesinin, Genel Atomun ABD Enerji Bakanlığı (DOE) için faaliyet gösterdiği DIII-D Ulusal Füzyon Tesisinde füzyon performansını artırdığını bulmuşlardır. DOE’nin Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı (PPPL) ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’na (ORNL) dayanan fizikçiler tarafından yapılan çalışmalar, Fransa’da yapım aşamasında olan uluslararası füzyon deneyi (International Thermonuclear Experimental Reactor) ITER’de kullanılacak yakıtlama konusuna bakarak iki yöntemi karşılaştırdı.
Araştırmacılar, buzlu hidrojen peletlerinin, şu anda ‘’tokamak’’ adı verilen çörek şekilli füzyon tesislerinde kullanılan gaz yakıtlama yöntemine kıyasla füzyonplazmasının sıcaklığını iyileştirdiğini gösterdi. Yüksek sıcaklıklar füzyon reaksiyonları için faydalıdır. DIII-D sonuçları, sıcak iç çekirdeğini doldurmak için pelet enjeksiyon kullanmayı planlayan ITER için cesaret vericidir.
Füzyon reaktörlerinin çalışmasını sağlamak için sabit bir hidrojen akışı gereklidir ve bunun en verimli ve etkili bir şekilde nasıl yapılacağı konusu, ticari nükleer füzyonun potansiyel geleceği için büyük sonuçları olan bir sorudur. Araştırmacılar, bu reaktörlerin büyümeye devam ettikçe, büyüdükçe ve ısınmaya devam ettikçe, söz konusu ticari nükleer füzyona yaklaştıkça, bu konunun daha da önemli hale geleceğini belirtiyor. “Füzyon reaktörleri büyüdükçe ve ısındıkça, gazın füzyon reaksiyonlarının meydana geldiği reaktör çekirdeğine nüfuz etmesi zorlaşacaktır. Dolayısıyla plazma performansını düşürmeden füzyon çekirdeğini beslemek için yeni yöntemler geliştirilmelidir.
Güneşi ve yıldızları harekete geçiren güç olan füzyon, büyük miktarlarda enerji yaratmak için ışık elementlerini plazma şeklinde (pozitif yüklü atom çekirdeklerinden ve negatif yüklü elektronlardan oluşan madde) birleştirir. Bilim adamları, elektrik üretmek için güvenli, temiz ve neredeyse tükenmez bir güç kaynağı için Dünya’daki füzyonu çoğaltmaya çalışıyorlar. Füzyon enerjisi üretmek için bir zorluk, soğuk hidrojen yakıtının sıcak plazma çekirdeğine nasıl girileceğidir. Güneş milyarlarca yıl boyunca ihtiyaç duyduğu tüm hidrojene sahiptir, ancak Dünya’daki füzyon reaktörleri füzyon reaksiyonlarını sürdürmek için sürekli olarak plazmaya hidrojen beslemek zorundadır. Oda sıcaklığı gazının şişirilmesi, mevcut deneylerde hidrojen enjekte etmenin en yaygın yoludur.
Geleneksel oda sıcaklığı hidrojen gazı enjeksiyonunu hidrojen buz peletlerinin kullanımı ile karşılaştıran deneyler, ikincisinin, biraz mantıksız bir şekilde, nükleer füzyonu elde etmek için tokamakın sıcak iç çekirdeğini beslemek için gereken ultra yüksek sıcaklıkların elde edilmesi için daha iyi olduğunu göstermektedir. Raporda, “Deneyler, yakıt oranı iki yöntem arasında kabaca eşit olarak eşleştiğinde, gaz enjeksiyonuna kıyasla hidrojen buzu kullanarak önemli ölçüde daha yüksek bir plazma basıncı (füzyon reaksiyonlarının anahtarı) ortaya çıktı.” diye devam ediyor.
Bu atılım, ticari nükleer füzyonu gerçeğe yakınlaştıran ve yakınlaştıran son keşiflerin en sonuncusudur. Nükleer füzyon, insanoğlunun bildiği en güçlü enerji üretim biçimlerinden biridir. Füzyon, geleneksel nükleer enerji üretiminde kullanılan yöntem olan nükleer fisyondan çok daha temizdir, çünkü on binlerce yıl boyunca tehlikeli olan radyoaktif atık bırakan radyoaktif maddeleri değil, sadece yakıt olarak hidrojene ihtiyaç duyuyordu. Füzyon ayrıca fisyondan birkaç kat daha güçlüdür. Sorun şu ki, burada Dünya’da nükleer füzyon reaksiyonları yaratmayı başarmış olsak da reaksiyonu yapmak için reaksiyonun hemen hemen tüm vakalarda yarattığından daha fazla enerji tüketen deneylerle bunu verimli bir şekilde yapamadık.
Ancak ticari nükleer füzyon hala ulaşılamıyor olsa da son yıllarda çok daha yakınlaştık. 2019 yazında, ITER, o zamanlar tokamaklarında ilk plazmaya ulaşmaktan sadece altı buçuk yıl uzakta olduklarını açıkladı. Ardından, ağustos ayında sadece bir ay sonra, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, nükleer füzyonu başarılı bir şekilde büyütmek ve plazmayı yönetmek için yeni AI ve süper hesaplama uygulamasını uygulayan başka bir atılım bildirdi.
Geçen yılın Ekim ayında, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nın Plazma Liner deneyi (PLX), plazma tabancaları, mıknatıslar ve lazerlerin bilimkurgu kombinasyonunu, bu yıl daha sonra çalışmaya başlayacak olan füzyona hibrid bir yaklaşımla duyurdu. Sadece geçen ay, Avustralyalı başlangıç HB11, füzyona kendi lazer yaklaşımı için patent almaya başladı.
DIII-D üzerindeki ortak araştırma çabası, ITER için planlanan yüksek performanslı plazmalardaki iki yakıtlandırma yöntemini karşılaştırdı. Deneyler, yakıt oranı iki yöntem arasında kabaca eşit olarak eşleştiğinde, hidrojen buzu enjeksiyonunu kullanarak gaz enjeksiyonuna kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir plazma basıncı (füzyon reaksiyonlarının anahtarı) ortaya çıkardı.
Şimdi, daha iyi bir hidrojen yakıt kaynağının yeni keşfiyle, ticari nükleer füzyon her zamankinden daha yakın ve potansiyel sonuçların abartılması imkânsız.
Yazan: BEYZA ÖZDEMİR
Düzenleyen: Esra Göztaş
Yazar
