Nükleer füzyon çalışmalarının yeni dönemi: ABD’de üç yeni merkez kurulacak

Tükettiğinden daha fazla enerji açığa çıkaran nükleer füzyon reaksiyonunu yaratabilmek, bilim insanları için yıllar boyu bir hayal olarak kaldı. Ta ki Aralık 2022’ye kadar. Bunu başaran ABD Ulusal Ateşleme Tesisi’ndeki (NIF) bilim insanlarının, bunun bir tesadüf olmadığını kanıtlamak için reaksiyonu tekrar tekrar gerçekleştirmeleri gerekiyordu ki bunu da başardılar. Şimdi Biden yönetimi, bu alandaki çalışmaların ilerlemesine katkıda bulunacak bir adım olarak ABD’de üç araştırma merkezi kurmayı planlıyor.

California’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda (LLNL) bulunan stadyum büyüklüğündeki lazer tesisi, son altı denemesinin dördünde ateşleme hedefine kesin olarak ulaşarak Güneş’in içinde meydana gelenden çok daha yüksek basınç ve sıcaklıklar üreten bir reaksiyon yarattı.

Fisyon-füzyon farkı

Nükleer füzyon reaksiyonu sınırsız bir temiz enerji kaynağı demek. Günümüzde nükleer enerji santrallerinde atomları parçalayarak enerji üreten fisyon yöntemi kullanılıyor. Nükleer enerji her ne kadar bol miktarda temiz enerji üretse de güvenliği ve ortaya çıkardığı nükleer atıklar konusunda uzun zamandır devam eden çekinceler var.

Füzyonda ise atomları bir araya getirerek enerji üretiliyor. Hem radyoaktif bir yan ürün üretmemesi hem de erime riski olmadan sınırsız temiz enerji yaratabilecek olmasıyla füzyon uzun zamandır tatlı bir rüya olarak kaldı. Buna ek olarak füzyonu gerçekleştirecek yakıtın uranyum değil de dünyada zaten bol miktarda bulunan hidrojen olduğu gerçeği, nükleer füzyon reaksiyonunu yaygın kullanıma sokabilirsek insanlık için çok büyük nimet olacağını gösteriyor.

ABD’nin özel iklim elçisi John Kerry, iki hafta önce Dubai’de düzenlenen Cop28 iklim zirvesinde füzyon enerjisini geliştirmek için yeni uluslararası ortaklıklar kurulması çağrısı yaptı. Bunu NIF’i denetleyen Enerji Bakanlığı; New York’taki Rochester Üniversitesi ve Fort Collins’teki Colorado Eyalet Üniversitesi’nde LLNL tarafından yönetilecek yeni araştırma merkezlerini duyurması takip etti.

Virginia’daki William & Mary Üniversitesi’nde fizikçi olan Saskia Mordijck, NIF’i bugünlere getirmenin birçokları tarafından “inanç sıçraması” olduğunu ve başarının kamu algısı üzerinde de gerçek bir yansıması olduğunu söylüyor.

Sürecin işleyişi

Peki nasıl işliyor bu süreç? Altın bir silindirin içinde asılı duran elmas kapsülün içindeki hidrojen izotopları döteryum ve trityuma 192 lazer ışını ateşleniyor. Ortaya çıkan patlama, izotopların birleşmesine neden olarak helyum ve bol miktarda enerji yaratıyor. 5 Aralık 2022, füzyon reaksiyonunda ilk kez hedefe ateşlenen lazer ışınlarından daha fazla (yaklaşık yüzde 54 oranında) enerji elde edilmesi açısından tarihi bir gündü.

Tesis, 30 Temmuz’da ışınları hedefe tekrar gönderdiğinde patlama giriş enerjisine göre yüzde 89’luk bir artışla 3,888 megajul füzyon enerjisi üretti. Bilim insanları ekim ayında iki deneme daha yaparak ateşlemede başarılı oldu. Haziran ve eylül aylarında yapılan diğer iki denemede de lazerlerin sağladığından biraz daha fazla enerji üretildi ancak bu iki deneme ateşlemenin doğruluğunu kanıtlamaya yeterli değildi.

Birçok bilim insanı için sonuçlar, laboratuvarın artık yeni bir düzen içinde çalıştığını gösteriyor. Araştırmacılar 10 yıldan uzun süredir peşinde koştukları hedefe artık tekrar tekrar ulaşabiliyorlar. Lazer darbelerinde küçük farklılıklar olsa da, yeri geldiğinde elmas kapsüldeki ufak tefek kusurlar enerjinin kaçmasına sebebiyet vererek kusurlu patlamaya neden olsa da bilim insanları artık oyunun ana değişkenleri ve bunları nasıl kontrol edeceğini daha iyi anlıyor. Ayrıca NIF’in bu deney serisinde baş tasarımcı olarak çalışan herhangi bir sorun yaşansa bile her türlü bir megajuldan fazla füzyon enerji elde edilebiliyormuş.

Neden yeni tesisler gerekli?

NIF’in kurulma amacı enerji santrali olarak işlev görmek değildi, termonükleer patlamalar sırasında meydana gelen reaksiyonları yeniden yaratacak ve inceleyecek tesis olarak tasarlandı. Ancak artık bu işi gerçekten ciddiye bindiyse elektrik şebekesine füzyon enerjisi aktarabilmek gerekiyor. NIF şu anda dünyanın en büyük lazerine sahip olsa da elektrik şebekesine nükleer enerjiyi aktarabilmek için pek uygun bir tesis değil.

Tesisin lazer sistemi son derece verimsiz ve tek bir ateşleme teşebbüsünde bile enerjinin yüzde 99’undan fazlası hedefe ulaşamadan kayboluyor. Dolayısıyla daha verimli lazer sistemleri geliştirmek artık bir ihtiyaç haline geldi. Bu ay, her biri ulusal laboratuvarlar, üniversite araştırmacıları ve endüstri ortaklarından oluşan üç yeni araştırma merkezinin kurulması için dört yıl boyunca 42 milyon ABD doları harcanacağı duyruldu.

Yıldızlar arasındaki nükleer fisyon ilk kez kanıtlandı