Featured Video Play Icon

Dünyada Güneşi Yakmak: Nükleer Füzyon

Olmasaydı, olmazdık.

Güneşten bahsediyorum. Güneşimizden. Samanyolu galaksisinin ortalama bir yıldızı. Varlığımızın en büyük nedeni. Yaşamın kaynağı. Tarih boyunca birçok kültürde gerçek anlamda tanrı olduğu, tanrının bir sureti olduğuna inanılmasının sebebi de buydu. En baştan beri bunun farkındayız.

Bunun en büyük nedeni ise içinde barındırdığı müthiş enerji. İnanılmaz. Akıl almaz. Devasa bir enerji. Doğal bir fabrika. Enerji üreten bir fabrika güneş.

Kopyalamaya çalıştığımız, kopyalayabilirsek tüm insanlığın bugün ve gelecekteki tüm ihtiyaçlarını karşılayabileceğimiz doğal bir makine.

Evet. Nükleer füzyondan bahsediyorum. Nükleer enerjinin en güçlü türlerinden biri. Ve gerçekten her şeyi değiştirebilecek potansiyele sahip Nükleer Füzyon…

Atomun hikayesini detayları ile konuştuğumuz önceki videolarımızdan hatırlarsınız. İzlemediyseniz buraya nasıl geldiğimizi daha iyi anlamak için mutlaka izleyin. 20. Yüzyılın başlarında büyük bir dünya savaşı ile ateşlenen atomu parçalama mücadelesi başarı ile sonuçlanmış ve yeni bir dünyanın pencereleri açılmıştı. Fakat özellikle bu alanda çalışmaları başlatan isimler bunun pek farkında değildi. Ernest Rutherford da bunlardan biriydi. Tam olarak şunları söylemişti “atomun dönüştürülmesinden, parçalanmasından bir enerji kaynağı elde edilebileceğini düşünmek saçmalıktan ibarettir”.

Tarihin gaflarından biri.

Ya da öyle mi?

Çünkü önce atom bombaları ile büyük trajedilere neden olmuştu nükleer enerji. Ardından büyük siyasi tartışmaların yanında yıkıcı kazalara yol açmış, denizleri kirletmişti. Halihazırda da inanılmaz miktarda radyoaktif atığı kucağımıza bırakmıştır. Yani atomun parçalanması ile çok büyük bir enerji potansiyeline ulaşsak da daha iyi, daha güvenli ve daha ekonomik bir alternatife ihtiyacımız olduğu da aşikar.

İşte burada nükleer füzyon devreye giriyor. Şu anda nükleer enerjinin temelini oluşturan, atomu parçalama prensibine dayanan nükleer fizyonun tersi. Atomları birleştirerek enerji elde edilen bir olgu.

Bunun çıkış noktalarından biri de elbette başta da bahsettiğimiz gibi güneşimiz. Çok farkında olmasak da nefes almamız bile dahil olmak üzere çevremizdeki ağaçların büyümesi, yollardaki araçlara kadar her şeyin yakıtını sağlayan güneşimiz. Eğer öyle bir imkanımız olsaydı ve güneşe yaklaşıp bakabilseydik içindeki müthiş mekanizmayı görebilirdik. Tüm enerjisini hidrojen atomlarının birleşerek helyum atomunu oluşturmasını ve bunu yaparken ortaya çıkardığı enerjiyi. Bu enerjinin çok büyük kısmı güneşin bünyesindeki çok yüksek ısıyı ortaya çıkıyor. Bir kısmı ise 150 milyon kilometre kadar yol kat ederek tam anlamı ile dünyayı döndürüyor.

İşte bu müthiş mekanizmayı burada, evimizde, dünyada yeniden üretebilseydik. Yani. Dünyada bir güneş yaratabilseydik ve bu enerjiyi kontrol edebilseydik ne olurdu? Bilim insanlarının merak ettiği de bu. Temel olarak, çok basit bir mantık ile bir taraftan hidrojen beslediğimiz, içinde atomları birbirine çarptırdığımız ve diğer taraftan helyum çıkardığımız bir makine gibi düşünün. Bu makinede tıpkı güneşte olduğu gibi ortaya çıkan çok yüksek ısı da klasik terminallerde olduğu gibi buhar türbinlerini ve jeneratörleri çalıştırarak elektrik üretebilir. En güzel tarafı da ne biliyor musunuz? Çevre kirliliği neredeyse sıfır. Küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olan karbon salınımı? Evet. Yok. Ölümcül, radyoaktif atıklar? Sıfır. Basit, temiz, güvenli bir nükleer enerji. Rüya gibi değil mi?

E o zaman neden duruyoruz?

Şöyle ki..

Elbette güneşin mekanizmasını kopyalamak çok büyük bir meydan okuma. Dünyada bu sisteme ulaşmak için birkaç şartın yerine getirilmesi gerekiyor.

Öncelikle. Sıradan hidrojen atomları yerine izotoplarını, yani farklı atom formlarını kullanmamız gerekiyor. Bildiğimiz hidrojen atomunda bir proton ve bir elektron bulunuyor biliyorsunuz. Ancak hidrojenin diğer formlarında, örneğin deteryumda bir proton, bir nötron ve bir elektron mevcut. Diğeri ise trityum. Bir proton, iki nötron ve bir elektrona sahip. Bu izotopları kullanmamızın sebebi ise hidrojene göre bir miktar daha ağır oldukları için daha stabil oluyorlar. Ve bir deteryum ile bir trityum atomunu birleştirdiğiniz zaman iki proton, üç nötron ve iki elektron elinizde oluyor. Ve bunlardan çok stabil bir helyum atomu elde edebiliriz. Ve fazladan bir nötron elinizde kalır. Ve bu sayede çok büyük bir enerji açığa çıkar.

Şimdi bu şekilde anlatıyoruz ama sanırım tam burada kafalarda oluşabilecek çok genel bir soruyu cevaplamak iyi olacaktır. Nükleer enerji dediğimiz şey ne? Nereden geliyor bu nükleer enerji?

Şöyle ki. Bunu cevaplamak için elbette atomlardan bahsetmemiz lazım. Kendi başına takılan sıradan bir atom bu haliyle oldukça “stabildir”.  Dengelidir. Bu dengesini bozduğunuz zaman, basit tabirle biraz sinirlenir. Dengeyi bozmak derken de örneğin atomu parçalamaktan bahsediyoruz. Bunu yapmak ise oldukça zordur. Her atomun sahip olduğu “binding” yani bağlanma enerjisine eşit bir enerjiye ihtiyacınız vardır. İşte bu bir atomu bir arada tutan “bağlanma” enerjisi nereden geliyor derseniz onun da cevabı şu. Atomu oluşturan parçalar, yani proton, nötron filan, kendi başlarına atom kadar dengeli değiller. Bir yere ait olmaları gerekiyor. Bir atom, kendini oluşturan parçalardan daha stabildir anlayacağınız. Bu parçalar bir araya gelip atomu oluşturduğunda ise bir enerji açığa çıkar. Bu enerji de tam olarak şuradan gelir. Garip belki ama bir atomun kütlesi, kendini oluşturan parçacıklardan daha düşüktür. Atomu oluşturan parçacıkların kütlesi ile atomun kütlesi arasındaki fark da “bağlanma” enerjisidir.

Karışık gelmiş olabilir ama iki tane evrensel yasaya göre belirlenir bu. Birincisi. E=mc2. Tekrar merhaba bay Einstein. Kütle ve enerji aynı şeydir diyordu bu denklem bize. İkincisi ise “enerjinin korunumu yasası”. Enerji veya kütleyi yoktan var, vardan yok edemezsiniz. Sadece biçim değiştirebilirler. Atom ile parçacıkları arasındaki “kayıp enerji” de bize kalan enerji işte.

Ama asıl soru şu. Bu enerjinin kaynağı ne? İki kaynağı var. Atom çekirdeğindeki parçacıkları etkileyen, çok kısa mesafelerde inanılmaz etkili olan, parçacıkların bir arada kalmasını sağlayan, evrende bildiğimiz en güçlü kuvvet olan “güçlü nükleer kuvvet”. Diğeri ise aynı yüklü parçacıkların birbirin itmesine neden olan elektromanyetik kuvvet. Elektromanyetik kuvvet genellikle daha uzun mesafelerde etkilidir. Bu iki kuvvete göre nispeten küçük ve dengesiz atomlar bir araya gelerek güçlü nükleer kuvvetten daha iyi faydalanmak amacıyla birleşerek daha büyük atomlar oluşturur. Kimi zaman ise büyük atomlar elektromanyetik kuvvetin etkisini azaltıp dengeli olmak için bölünürler. İşte bunlardan ilki nükleer füzyon, ikincisi ise nükleer fizyondur.

Peki. Nükleer füzyon nasıl bu kadar büyük bir enerji veriyor ve ne kadar büyük bir enerjiden bahsediyoruz.

Daha önce bahsettiğimiz gibi. Füzyon için kullandığımız deteryum ve trityum atomlarının kütlesi ile ortaya çıkan helyum atomu ve artı bir nötronun kütlesini karşılaştırdığınızda bu reaksiyonda bir miktar kütlenin “kaybolduğunu” görürsünüz. Ve yine e=mc2 ne diyordu bize? Minicik, çok çok küçük bir kütleden inanılmaz bir enerji elde edebilirsiniz. Buna göre tek bir reaksiyonda ortaya çıkan enerji 17.59 milyon elektron volttur. Bu sayı çok gelse de 10 wattlık bir ampulü bir saniye yakmak için bu reaksiyondan 3.5 trilyon tane gereklidir. Ama şunu da unutmamak lazım. 1 gr kadar saf hidrojende, bu sayıyı söyleyebilmem mümkün değil, işte bu kadar atom bulunur. Yani çok çok küçük bir miktarla elde edebileceğiniz enerji inanılmaz…

Peki bu enerjiyi nerede ve nasıl kullanabiliriz? Yani kısacası. Bu bilgi gerçek hayatta ne işimize yarayacak? Şöyle ki… Süreç anlatıldığı zaman kolay görülse de, yani deteryum ve trityumu helyuma dönüştür, tüm enerji krizini çöz gibi dursa da, henüz bu işlemi, büyük ölçekli şekilde, ticari şekilde satılabilir olarak başarabilmiş değiliz. Bunun en büyük nedeni ise teknik yetersizliğimiz. Çünkü atomları birleştirmek için en basit haliyle bu atomları birbirine yaklaştırmanız gerekir. Fakat sorun şu ki her bir atomun çekirdeği büyük oranda pozitif elektrik yüklü. Aynı kutupları birbirine yakınlaştırmanız gerekiyor. Bir mıknatısta bu sorun değil ama atomaltı evrende çekirdekler birbirine yaklaştıkça, mesafe yarıya indikçe aradaki kuvvet dört katına çıkıyor. Her seferinde dört katına. Coulomb Yasası olarak biliyoruz bunu. O yüzden birleşme noktasında inanılmaz bir enerjiye ihtiyacınız var. Şu ana kadar uğraşlarımızda bu işlemden çıkan enerji birleştirmek için harcadığımız enerjiye yaklaşmadı bile. İşte tam da bu nedenle biraz daha yolumuz var…

Ama en mantıklı çözüm an itibariyle “plazma”. Basit anlamı ile gazlardan oluşan ultra sıcak bir çorba diyebiliriz. Ancak güneşin merkezinde bulabileceğiniz bir sıcaklığa sahip bu plazmayı çok dar bir alanda sıkıştırıp atomların birbirlerini itme eğilimini ortadan kaldırmak mümkün. Ama bu çok dar alana sıkıştırma, confinement diyoruz, nasıl mümkün olabilir? Güneş gibi yıldızlarda bunu kütleçekimi sağlıyor. Dünyada buna benzer bir ortamı manyetik alanda sıkıştırma veya İngiltere’deki JET laboratuvarında yapılmaya çalışıldığı gibi lazer anlık ısıtma ile füzyon ile oluşturabiliriz.

Şu an için tahminlere göre 2025 yılında harcadığımız enerjinin on katını 8-10 dk boyunca alabileceğiz gibi görünüyor. Ancak bu uzun süre güvenilir enerji kaynağı olmaktan uzak bir oran. Ama başlangıç başlangıçtır…

Özetle. Nükleer füzyon inanılmaz bir potansiyeli bünyesinde barındırıyor. Ve aslında neredeyse sınırsız bir yakıt ile  çok büyük miktarda, tamamen temiz enerji elde edebiliriz. Nükleer atık yok, çevre kirliliği yok, sera gazı emisyonu yok. Veya Çernobil ya da Fukushima’da yaşadığımız felaket riski yok. Yani muhteşem bir kombinasyon. Fakat. Maalesef uzmanlara göre bu seviyeye ulaşmamız için onlarca yıl daha var önümüzde. Ama soru şu.

İklim değişikliği, küresel ısınma veya yeni bir nükleer fizyon felaketi yaşamadan yetişebilir mi?

Birlikte göreceğiz.

Ve her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız.

Sevgiler…

Kaynaklar:

https://www.energy.gov/science/doe-explainsnuclear-fusion-reactions

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/nuclear-fusion

https://byjus.com/physics/nuclear-fusion/

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir