Nükleer füzyona doğru bir adım daha

Temiz ve neredeyse ebedi bir enerji kaynağı olan kontrollü nükleer füzyon dünyayı kökten değiştirebilir. Son yıllarda, tamamen işleyen ve verimli bir füzyon reaktörü yolunda önemli adımlar atılırken geçtiğimiz günlerde bir kilometre taşı daha geride bırakıldı. Max Planck Enstitüsü’nden mühendisler nükleer füzyon reaktörlerini başarıyla ateşlediler ve plazmayı asılı olarak tutmayı başardıklarını açıkladılar.

16 metre uzunluğundaki Wendelstein 7-X (W7X) deneysel füzyon reaktörü dünyadaki en büyük reaktörlerden birisi. Tamamlanması 19 yıl süren ve 1 milyar dolara mal olan reaktör, hepsi mutlak sıfıra kadar soğutulması gereken toplam 425 ton ağırlığında süperiletken mıknatıslara sahip. Bu reaktörün içerisinde, kuramsal olarak yıldızların çekirdeğinde gerçekleşen süreçlerin işlemesi gerekiyor.

Reaktörün şekli ise Almanya’nın “pretzel” denen krakerlerini andırıyor. Reaktör içerisindeki mıknatısların nasıl yerleştirileceği ise bir süperbilgisayar tarafından hesaplanmış.

Füzyonun başlaması için milyonlarca derece sıcaklık gerekiyor

Reaktörün enerji üretebilmesi için aşırı derecede yüksek sıcaklıklara ihtiyaç var. Örneğin bizim yıldızımız olan Güneş’in çekirdeğinin sıcaklığı 15 milyon dereceye kadar ulaşıyor. Bu sıcaklıklarda, “kuantum tüneli” etkisinin de yardımıyla en hafif elementler olan hidrojen ve helyum atomları güçlü şekilde uyarılmış hale geliyorlar. Yeterince yüksek olan “ateşleme sıcaklığı”nda çökmeye ve birleşmeye başlayarak bir yandan daha ağır elementler oluştururken bir yandan da enerji salınımı yapıyorlar.

Bu sıcaklıkta, bu inanılmaz derecede uyarılmış moleküllerden plazma adında bir ‘bulut’ oluşur. Nükleer füzyonun kilit aşamalarından birisi, nükleer füzyonun sürekli olarak gerçekleşmesi için, bu plazmanın dengede tutulması ve korunmasıdır. Bu plazmanın reaktörün soğuk duvarlarına dokunmaması için aşırı derecede güçlü manyetik alanlar tarafından hapsedilmesi gerekir.

Helyum plazması oluşturmayı başardılar

Mühendisler, bunu nihayet deneysel “stellaratör” reaktörüyle yapmayı başardıklarını duyurdular. Saniyenin sadece onda biri kadar sürse de, bir miligramlık helyum gazı 1.8 megawatt gücündeki bir lazer ışınıyla ısıtıldı ve bir milyon dereceye ulaştı.

Almanya’nın Greifswald kentindeki Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’nden Hans Stephan Bosch yaptığı açıklamada, her şeyin planladıkları gibi gittiğini ve fazlasıyla tatminkar sonuçlar elde ettiklerini söyledi.

Her ne kadar süreklileştirilmiş hidrojen plazması nihai hedefleri olsa da, ekip bu sefer helyumu kullandı. Projenin başındaki Profesör Thomas Klinger bunu, “Böyle yaptık çünkü helyum ile plazma haline ulaşmak daha kolay. Önümüzdeki yıla kadar esas araştırma konumuz hidrojen plazmasına geçmeyeceğiz.” diye açıkladı.

Bu, bir füzyon reaktörü elde etmek için gereken pek çok adımdan sadece birisi. Almanya’da kullanılan “stellaratör” aslında herhangi bir enerji üretimi için kullanılmayacak ve sadece plazmanın korunabilmesinin mümkün olduğunu göstermek için var.

Diğer reaktör modelleri

Güvenilir bir füzyon reaktörünün bir başka kilit özelliği süreci başlatmak için kullandığı enerjiden daha fazlasını üretebilmesi olacak. Esasında, bu özellik geçtiğimiz yıl ABD’deki Ulusal Ateşleme Tesisi (National Ignition Facility-NIF) tarafından sağlanmıştı.

Diğer bir füzyon reaktörü dizaynı olan “tokamak” ise şu anda uluslararası bir proje kapsamında Fransa’da inşa ediliyor. Uluslararası Termonükleer Deney Reaktörü (International Thermonuclear Experimental Reactor-ITER), simit şeklinde bir hapsetme aracına sahip. Ancak bir dizi teknik sorun ve artan inşaat masrafları nedeniyle hala daha ilk deney yapılamadı ve Almanya’daki “stellaratör” tasarımının gerisinde kalmış oldu.

Füzyon reaktörlerinin en önemli özelliği çok ucuz ve temiz enerji üretebilme potansiyelleri. Nükleer füzyon, radyoaktif elementlerin parçalanmasına dayanan nükleer fisyondan farklı olarak hemen hemen hiçbir atık madde üretmiyor.