Bültene Abone Olun
İlgilendiğiniz bölgeyi seçin ve e-postanızı girin
Abone ol
#237Şubat 2021

Termonükleer Tahminler

içindekilere geri dön

Saxo Bank, olası en kötü senaryolara ilişkin yıllık tahminlerinde 10 madde sıraladı. Kuruluş, “devrim niteliğindeki füzyon tasarımının insanlığı enerji bolluğuna hızlı bir şekilde taşıyacağını” söylüyor.

Saxo Bank Öz Kaynak Stratejisi Başkanı Peter Garnry, insanlığın elektrik kıtlığı nedeniyle henüz yeni teknolojileri benimseyemediğini belirtiyor. Garnry elektrik enerjisi hakkında yazdığı yazısında, “Odundan kömüre ve fosil yakıtlara kadar daha yüksek yoğunluklu enerji yepyeni endüstrileri mümkün kılıyor. Aynı zamanda daha yüksek üretkenlik ve toplum için daha fazla zenginlik sağlıyor. Ve hiper döngü trenleri ve yapay zekadan elektroliz ve suyu tuzdan arındırma yoluyla hidrojen üretimine kadar geleceğin teknolojilerine baktığımızda, daha ucuz ve daha yüksek yoğunluklu enerji başlıca kısıtlamadır. Ekonomimizin tarihsel oranlara yaklaşan herhangi bir şekilde büyümeye devam etmesi için dünyanın çok daha fazla enerjiye ihtiyacı olacak” diyor.

Garnry’e göre, yenilenebilir enerjilere getirilecek yeni alternatifler, maliyetleri önemli ölçüde azaltamayacak ve enerji üretimi ölçeğini artıramayacak.  Garnry bu konuda, “Evet, çevreye daha az zararlı olabilirler, ancak düşük enerji yoğunluğundan kaynaklanan sistem genelindeki etkileri, gerçekten geriye doğru büyük bir adım oldukları anlamına geliyor. Dünyanın enerji teknolojisinde acilen bir değişime ihtiyacı var” ifadelerini kullanıyor.

Termonükleer füzyon, soruna bir çözüm olabilir Garny bu konuda, “Gelişmiş bir yapay zeka algoritmasının plazma fiziğinin süper doğrusal olmayan karmaşıklıklarını çözdüğü ve ticari füzyon enerjisinin önünü açtığı 2021’e hoşgeldiniz” diyor. Termonükleer füzyondaki enerji yoğunluğu, bilinen enerji kaynakları arasında gerçekten en yüksek olanı olma özelliğini taşıyor. Buradaki enerji yoğunluğu ise, kilogram başına 645 milyon MJ. Karşılaştırmak gerekirse, içten yanmalı bir motorun enerji yoğunluğu (daha az jeneratör ağırlığı) 8 ile 10,5 MJ/kg.

Peter Garnry’nin tahminleri, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından ABD Enerji Bakanlığı’nın desteğiyle geliştirilen deneysel bir termonükleer reaktör olan SPARC’dan esinlendi.

ABD, termonükleer füzyon ve pratik uygulaması konusunda araştırma yapan tek ülke değil. Çin, Rusya ve Avrupa’da da bu araştırmalar yapılıyor.

Rusya, termonükleer füzyon konusunda hem bağımsız olarak hem de Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) projesinin bir parçası olarak araştırma yapıyor. Rosatom’da, iki kuruluş termonükleer araştırmalarla uğraşıyor. Bunlar Sarov’daki atalet hapsi füzyonu üzerine çalışan Tüm Rusya Deneysel Fizik Bilimleri Araştırma Enstitüsü (VNIIEF) ve Manyetik hapsetme füzyonunda uzmanlaşmış Kurchatov Enstitüsü.

VNııEf’de atalet füzyonu 

Geleneksel olarak, atalet termonükleer füzyon, birkaç kat yakıt ve kabuk içeren küresel bir yakıt hedefi, üç büyüklük derecesi ile normal yoğunluğu aşan bir yoğunluğa sıkıştırılarak elde ediliyor. Yakıt hedefi,  yüksek enerjili lazerler veya iyon ışınları kullanılarak sıkıştırılıyor. Yüksek enerjili lazerler ve iyon ışınlarının enerjisi, yakıt hedefinin dış katmanını buharlaştırarak iç katmana karşı bir tepki kuvveti oluşturuyor ve hedefi sıkıştırıyor. Ortaya çıkan şok dalgasının, yakıt sıcaklığını bir termonükleer reaksiyonun başlaması için yeterli bir seviyeye yükseltecek kadar güçlü olması gerekiyor.

Aralık 2020’nin başlarında, VNIIEF (Tüm Rusya Deneysel Fizik Bilimleri Araştırma Enstitüsü), atalet hapsetme füzyonu üzerine deneyler yapmak ve aşırı koşullarda (ultra yüksek basınç ve sıcaklıkta) malzemenin özelliklerini incelemek için gereken dünyanın en güçlü lazer ünitesi UFL-2M’nin ilk modülünü başlattı.

İlk modülde sekiz lazer kanalı bulunuyor. Modül toplamda ise, UFL-2M 192 lazer kanalına sahip olacak. Bu, 192 lazer ışınının hedefi farklı yönlerden vuracağı anlamına geliyor. Ünitenin içine yerleştirilen termonükleer hedefler, şu anda devreye alınan veya yapım aşamasındaki lazer jeneratörü olan ABD merkezli Ulusal Ateşleme Tesisi’nden (NIF) 1,5 kat daha fazla itici güç enerjisi alacak.

VNIIEF Teorik ve Matematiksel Fizik Enstitüsü Araştırma ve Geliştirme Başkanı Artyom Gnutov konuyla ilgili olarak, “VNIIEF, atalet hapsi füzyonu sırasında yakıt hedefinin davranışını modellemek için hesaplama yeteneklerini geliştirmeye devam ediliyor, hedef içindeki fiziksel süreçleri inceleniyor ve termonükleer ateşlemenin işlem parametrelerini optimize ediliyor. Önümüzdeki yıllarda, inşa ettiğimiz lazer ünitesi hakkında daha fazla deneysel veri elde etmeyi umuyoruz” dedi.

Yeni bilgiler, yıldız süreçlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacak ve yeni enerji kaynakları yaratma olanaklarını bulmaya yardımcı olacak. Yeni lazer ünitesi üzerindeki deneyler 2021’de başlayacak. Rusya Bilimler Akademisi üyesi, VNIIEF Lazer Fiziği Müdür Yardımcısı ve Lazer Sistemlerinin Genel Tasarımcısı Sergey Garanin, “VNIIEF, hedeflerde termonükleer ateşlemeyi başaran dünyadaki ilk kuruluş olma şansına sahip oldu” dedi.

Kurchatov Enstitüsü’nde manyetik hapsetme füzyonu

Manyetik hapsetme füzyonu, adından da anlaşılacağı gibi, yüksek sıcaklıktaki plazmayı duvarlarına dokunmadan nükleer kaynaşım halkası içinde tutmak için bir manyetik alan kullanıyor. Nükleer kaynaşım halkası, “manyetik bobinli halka şekilli oda” anlamına gelen Rusça kısaltmanın bir çevirisi olma özelliğini taşıyor.

Aralık 2020’de, Kurchatov Enstitüsü’nden bir araştırma ekibi, hem termonükleer füzyon hem de nükleer fizyonu kullanacak bir hibrit birimin konsept tasarımını oluşturdu. Termonükleer füzyon, geleneksel bir nükleer reaktörün çekirdeğindeki nükleer fizyonu kontrol etmek için bir nötron kaynağı olarak kullanılacak. Kurchatov Enstitüsü’nde kıdemli bir araştırmacı olan Sergey Ananyev hibrit birimin avantajlarını şöyle açıkladı: “Plazmanın termonükleer yakıtla (ağır hidrojen izotopları, döteryum ve trityum) beslenmesi, füzyon ürünlerinin uzaklaştırılması (helyum) ve daha da önemlisi yakıt ikmali sürecinde yakıt karışımının tekrar kullanılma olasılığı, hibrit sistemin ve termonükleer reaktörün sürekli çalışmasını sağlayacaktır.”

Kurchatov Enstitüsü tarafından geliştirilen hibrit teknolojinin bir diğer avantajı da, küçük aktinitler gibi nükleer santrallerin uzun ömürlü nükleer atıklarını yakabilmesi ve füzyon reaktörleri için yeni yakıtlar elde edebilmesi olarak öne çıkıyor.

Bir sonraki adım ise, 500 MW’a kadar termal kapasiteye sahip bir deneme tesisi inşa etmek olacak.

ıTER (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör)

Rusya ITER projesine katılımını sürdürüyor. Bu projenin amacı, nükleer kaynaşım halkası tipi bir termonükleer reaktör inşa etmek ve ticari uygulamalarda kontrollü füzyon kullanma olasılığını göstermek. Projeye katılan ülkeler arasında, Rusya, Hindistan, Çin, ABD, Güney Kore, Japonya ve Avrupa Birliği ülkeleri bulunuyor.

Sözleşmeye göre Rusya, ITER için 25 ileri teknoloji ekipman sistemi tedarik etmeyi taahhüt ediyor. Bunlardan ikisi olan Nb3Sn ve NbTi süper iletkenler tam zamanında üretilerek tedarik edildi. Rus yapımı süper iletkenler, dünyadaki en yüksek kaliteye sahip süper iletkenler olarak kabul ediliyor.

Kasım 2020’de Rosatom, ITER süper iletken elektromıknatıs bobinlerinin güç kaynağı sistemi için ilk şalt cihazı sevkiyatını yaptı. İlk teslimat, 10 şalt cihazı ve 10 kontrol rafından oluşuyordu. Bu cihazlar, acil durumlarda ACDC dönüştürücüleri korumak için tasarlandı. 

Sevkiyat ayrıca elektrik kontaklarının sıcaklığını ölçmek ve bara durumunu izlemek için fiber optik probları da içeriyordu. Rosatom’un Efremov Araştırma Enstitüsü’nün Sintez Bilim ve Teknoloji Merkezi’nin BI-4 Ünitesi Başkanı Maksim Manzuk konuyu, “Fiber optik problar doğal galvanik izolasyon sağlar ve elektromanyetik parazitlere ve manyetik alan dalgalanmalarına karşı dirençlidir. Ayrıca, birbirlerinden uzun mesafelerde
binlerce ölçüm noktasına sahip sistemler kurmayı mümkün kılıyorlar. Fiber optik problar baralarının toplam uzunluğu 5.000 metreden fazla olan ITER için çok önemlidir” sözleriyle açıkladı.

Diğer uluslararası araştırma projeleri

Kurchatov Enstitüsü’nden araştırmacılar Borexino İşbirliği’ne katıldı. Son zamanlarda bilim adamları, güneşteki helyumun sadece proton-proton zincir reaksiyonları sürecinde değil, aynı zamanda karbon, nitrojen ve oksijeni içeren reaksiyonda da (CNO döngüsü) hidrojenden sentezlendiğine dair kanıt buldular. 1967’deki keşfiyle Nobel Ödülü alan Alman asıllı Amerikalı fizikçi Hans Albrecht Bethe, bu reaksiyonu tanımlayan teoriyi geliştirdi. Bu reaksiyonun Güneş’teki payı yaklaşık % 1’e tekabül ediyor.

Kurchatov Enstitüsü Nötrino Fiziği Bölümü Başkanı Mihail Skorohvatov konuya ilişkin olarak, “Gelecekteki araştırmalar yıldız süreçlerini daha iyi anlamamıza ve güneşin kimyasal bileşimi hakkında daha fazla bilgi edinmemize yardımcı olacaktır’’ ifadelerini kullandı.

Termonükleer beklentiler 

Saxo Bank’tan Peter Garnry, termonükleer füzyonun yeni ve bol miktarda çok ucuz elektrik kaynağı olduğuna inanıyor. Garnry bu konuda, “Füzyon enerjisinin üstünlüğü, tuzdan arındırma ve dikey tarım sayesinde artık su veya gıda kıtlığı tarafından geride bırakılmayan bir dünya olasılığını ortaya çıkarıyor. Ucuz ulaşım, tamamen serbest bırakılmış robotik ve otomasyon teknolojisine sahip bir dünya, mevcut genç nesli zorunluluk gereği “çalışmak” için gereken son nesil yapıyor. Ve siz, bu süreçte iklim değişikliği saatini geri çeviren yan tarafta biraz CO2 tutulumuna ne dersiniz? En iyisi, füzyon enerjisi neredeyse her ülkenin gıda ve enerjiden bağımsız hale gelmesine izin veriyor ve şimdiye kadar tanık olunan en hızlı ve en büyük yaşam standartlarını görüyor” dedi.

Ancak, Garnry’nin pozisyonu dolayısıyla, asıl amacının yatırımları yeniden yönlendirmek olduğu varsayılabilir. Peter Garnry, “Daha da önemlisi, kamu ve özel sektörden büyük bir yatırım, yeni füzyon tasarımının birkaç yıl içinde uygulanmasına izin verecektir” diyor.

Rus bilim adamlarının termonükleer füzyon ile ilgili çalışmalarına kısa bir genel bakış bile, mevcut araştırma görevlerinin işletmeler ve haneler için enerji üretiminin çok ötesine geçtiğini ve kapalı çevrim güç üretimine ve yıldızların doğasına yönelik araştırmalara ulaştığını gösteriyor. Artyom Gnutov da konuyla ilgili olarak, “Kontrollü termonükleer füzyon, bilimde çözülmesi zor çetin cevizdir. Termonükleer füzyon araştırmaları birçok ülkede yürütülmekte ve teknolojik gelişimin sembollerinden biri olarak hizmet vermektedir. Genellikle temel bilim, malzeme çalışmaları, lazerler, plazma teknolojisi ve diğerleri gibi diğer alanlarda ilerlemeyi teşvik eder. Rusya zamana ayak uyduruyor kendi projelerini geliştiriyor ve araştırmaya devam ediyor” dedi.

Ticari amaçlar için termonükleer üretim olanaklarının hala araştırılması gerekiyor. Bu araştırma, uluslararası ortaklıklar için bir görev niteliği taşıyor. Rus araştırmacılar, ticari termonükleer enerjiyle çalışan yeni bir dünyanın 2021’de ya da yakın gelecekte kurulabilmesinin olası olmadığına inanıyor.

 

Artyom Gnutov bu konuyla ilgili olarak, “Bir yandan, biriktirdiğimiz bilgi bizi termonükleer füzyonun pratik uygulamalarına daha da yaklaştırıyor. Öte yandan, bu görevin ne kadar zor olduğunu daha net olarak anlıyoruz. Bilim adamları, laboratuvar koşullarında önemli bir termonükleer reaksiyona ne zaman ulaşacaklarını bile tahmin etmekte birçok kez başarısız oldular. Bu bir termonükleer reaktör inşa etmekten çok daha ağır, ama aynı zamanda çok daha basit bir iş. Önümüzdeki yıllarda termonükleer enerjinin ticari kullanımının gerçekleşmeyecek olmasının nedeni budur. Bunu 20–30 yıl içinde kullanacağımıza inanmak çok iyimser bir tahmin” ifadelerini kullandı.

Bununla birlikte konunun uzmanları, gerçeğe dönüştüğünde termonükleer enerjinin enerji endüstrisinde ve ekonomide dramatik değişiklikler getireceği, güçlü yoğun teknolojilere erişim sağlayacağı ve genel olarak hayatımızı daha iyi hale getireceği konusunda fikir birliğine varmış durumda.