Füzyon, Dünya enerji sorununu kökten çözecek teknoloji olarak gösteriliyor
Hidrojen atomlarının müthiş bir sıcaklık ve basınç altında birleşerek helyuma dönüşü olan bu nükleer süreç, Güneş’in ve yıldızların merkezinde enerji üreten mekanizmadır. Uranyuma dayalı nükleer fisyon gibi radyoaktif ve toksik maddeler üretmez; fosil kaynaklar gibi çevreyi kirletmez; kaynağı su olduğu için hem bedavadır hem de hiç tükenmeyecek sayılabilir; petrol doğal gaz gibi bazı devletlerde bol, diğerlerinde yok düzeyde değildir. Rüzgar, Güneş gibi değişken bir kaynak değildir.
Ancak aşılması gereken büyük teknolojik sorunlar var. Yıllardır ve milyarlarca dolarlık harcamalara karşın henüz bu teknolojinin çalıştığı gösterilemedi. 20 yıl kadar önce “soğuk füzyon” olarak adlandırılan bir buluş o zamanlar enerji dünyasını müthiş heyecanlandırmıştı. Ne yazık ki doğru çıkmadı. Fakat şimdi, yeni ve ümit vadeden girişimler var.
Belki de tarihin en büyük uluslararası ortak araştırma projesi (uluslararası uzay istasyonu ISS hariç), bu uğurda Fransa’da başlatılmış ve inşası sürmektedir. Elli milyar dolarlık finansman Avrupa Birliği yanında ABD, Çin, Rusya, Hindistan, Japonya ve Güney Kore tarafından karşılanmakta. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) projesi arzulanan başarıyı sağlarsa 2030’larda füzyon enerjisinin elde edilebilirliği gösterilmiş olacak. Ticarileşme ancak bu başarının arkasından gelebilecek.
Fakat son 1-2 yıl içinde, özel sektörden ve akademik dünyadan “ITER sonuçlarını beklemeye gerek yok, biz bu işi daha çabuk ve çok daha düşük maliyetle yapabiliriz.” diyen ciddi girişimler ortaya çıkmakta.
ABD’nin Lockheed Martin firması, kamyona yüklenerek taşınabilecek bir füzyon reaktörünün ilk araştırma prototipini 5 yıl içinde göstereceğini açıkladı. İlk ticari deneme prototipinin de 2025’te ortaya konacağını ön görüyorlar. Küçük ve modüler olma avantajı sağlayan bu çalışmanın ticarileşerek yaygınlaşması süreci ise onlarla yıl alacak.
ABD’de Lawrenceville Plasma Physics adındaki bir girişim, hidrojen-hidrojen değil proton-bor füzyonu gerçekleştirme düşünce ve iddiası ile çalışmalarını sürdürüyor. Arkasına 3 milyon dolar özel girişim sermayesi, bağışlar (crowdfunding) ve 2 milyon dolarlık kısmi hükümet desteği alan grubun yaklaşımı plazmayı kendi iç dinamikleri ile kontrol altında tutmaya dayanıyor. Hedefleri 2020’de 5 megavat gücünde bir prototip santral ortaya koymak.
Yine ABD’den iki özel sektör girişiminde Helion Fusion firması ve General Fusion firması sağladıkları özel girişim sermayeleri ve hükumet destekleriyle değişik teknolojik yaklaşımlar içeren füzyon çalışmalarına başladılar. Helion Fusion firması kendi çekirdek sermayesi olarak 1,5 milyon dolara, 7 milyon dolar da hükumet desteği sağlayarak 2019 yılında 50 megavatlık bir füzyon reaktörü ortaya koymayı planlıyor. General Fusion firması çoğu özel girişim sermayesi olan 55 milyon dolarla 2020 yılında ticari bir reaktör yapmayı öngörüyor.
Bir başka girişim yakın zamanda Washington Üniversitesi tarafından açıklandı. Projenin başında bulunan plazma fizikçisi Tom Jarboe, “dynomak” adını verdikleri füzyon reaktörü için temel fikrin, diğerlerinden değişik ve 2 yıl önce keşfedilen sağlam fiziksel bulgulara dayandığını söylemekte. Jarboe dynomak’ın aynı güçteki bir kömür santralından daha düşük maliyete çıkacağını da iddia etmekte.
Dynomak, ITER projesinin temeli olan ve yıllardır olurluğu tartışılan tokamak mimarisinin daha basit ve küçültülmüş bir modeli gibi. Ama arada önemli 2 fark var. Tokamak, milyonlarca derece sıcaklıkta füzyon oluşturacak plazmayı, simit biçimi içinde bir manyetik alanda tutmayı öngörüyor. Gerekli manyetik alanı oluşturmak için plazma haznesinin dışında müthiş elektrik akımlarına ve bunları sağlayacak çok büyük süperiletkenlere ihtiyaç var.
Dynomak yaklaşımı simit biçimi değil bir küre öngörüyor. En önemlisi, füzyon için dışardan sağlanacak elektrik akımı değil plazmanın kendi içindeki elektrik akımlarını kullanmanın mümkün olduğunu iddia ediyor. Bu iddia 2012’deki bir fizik keşfine dayanıyor. Buna göre bir plazmanın içine enjekte edilen elektrik akımı (imposed dynamo current) plazmayı dağılmadan içerde tutacak elektrik akımını kendisi oluşturuyor. Dışarıdan sağlanması gereken elektrik akımı ve gereken manyetik alan ihtiyacı, dynomak için Takomak’a göre çok daha düşük düzeyde.
Araştırıcılara göre bu kolay bir iş değil. Uygun düzeyi ve dengeyi bulmak nazik ve ince bir ayar gerektirecek. Yoksa plazma oluşmayabilir veya dağılabilir. Fakat başarı durumunda ortaya çıkacak çözüm, çok ekonomik ve verimli bir enerji üretim sistemi olacak. Bugünün fiyatlarına göre 1 gigavatlık bir kömür santralı 2,8 milyar dolara çıkarken, aynı güçte bir dynomak santralı 2,7 milyar dolara mal olacak. Takomak reaktörleri ile karşılaştırıldığında bir dynomak reaktörü onda bir fiyatına çıkarken 5 katı enerji üretebilecek.
Projeyi dışardan değerlendiren bir fizikçi potansiyelin çok büyük olduğunu, daha küçük manyetik alanlarla, süperiletkenler gerektirmeden, daha küçük ve basit biçimde füzyon sağlanabileceğini söylemekte, ancak bazı ciddi sorunlara dikkat çekmekte. Elektrik akım profilini ayarlamanın, plazma konumunu korumanın ve dağılmamasını sağlamanın zor olacağını, bunun mümkün olduğunun gösterilmesi gerektiğini söylemekte.
Washington Üniversitesi araştırıcıları halen 3 enjeksiyonlu bir dynomak inşa etmekteler. Bundan alınacak başarılı performans verileri ile, 2 kat büyüklükte ve ilerdeki büyük dynomaklar için küçük bir model olan 6 enjeksiyonlu bir dynomak yapılacak. Üniversite bu ikinci makine için 8-10 milyon dolarlık bir bütçe sağlamanın peşinde. Eğer her şey başarılı giderse ilk ticari ölçekte bir dynomak elektrik üretim santralının 4 milyar dolara çıkacağı tahmin edilmekte.
İnsanlığın geleceği için füzyon çalışmalarının başarıyla sonuçlanması en büyük arzumuz.
Kaynakça:
IEEE Spectrum dergisi Aralık 2014 sayısı
