Almanya’dan Nükleer Füzyon Atağı >> Merkel düğmeye bastı, yeryüzünde güneş yaktı

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

İşte size Türkiye’de olmayacak bir haber: Almanya başbakanı Merkel, Wendelstein 7-X deneysel füzyon reaktörünün düğmesine bastı ve 1 saniyeliğine yeryüzünde güneş yaktı. Aynı zamanda kuantum fiziği mezunu olan Merkel, Max Planck Enstitüsü fizikçileriyle reaktör konusunda sohbet etti.

Peki, nükleer füzyon nedir ve dünyanın geleceğini kurtarmak için bize nasıl temiz ve ucuz enerji vaat ediyor? İki yıldır işin Amerika ayağını anlatıyoruz. Bu yazıda da Almanya’nın simit şekilli yanma odasına sahip yeni deneysel füzyon reaktörünü anlatalım.

 

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

 

Bizimkiler fabrika açıyor

Fizik mezunu olan ve kuantum kimya alanında araştırmaları bulunan Almanya başbakanı Angela Merkel ise bir düğmeye basarak Avrupa’nın en büyük füzyon reaktörünü çalıştırıyor.

19 yılda 1,2 milyar avroya mal olan Wendelstein 7-X reaktörü 1 saniye boyunca 80 milyon derece sıcaklığında hidrojen plazması üretti (elektronların hidrojen atomu çekirdeklerinden koptuğu süper sıcak gazlara plazma diyoruz). Bu da pratikte yeryüzünde güneş yakmak anlamına geliyor.

 

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

 

Laboratuarda ilk kez

Güneş’in merkezinde sıcaklığın sadece 15 milyon derece olduğunu düşünürsek Almanya’nın nükleer füzyon reaktörünün ne kadar büyük bir iş başardığını anlayabiliriz. Zaten bunu başarmak zorundaydı, çünkü Dünya’da Güneş’in merkezindeki kadar yüksek basınç üretemeyiz.

Bu nedenle füzyon enerjisi için atomları 15 milyon derece değil, 80 milyon dereceye kadar ısıtmamız gerekiyor. Yine de bu teknik açıdan büyük marifet. Çünkü teorik olarak Dünya’da nükleer füzyon başlatmak için 100 milyon derece sıcaklığa erişmek gerekiyor.

Wendelstein 7-X simit şekilli tasarımıyla sıcaklığı 20 milyon derece aşağıya çekerek reaktörü çalıştırmak için gereken enerjiyi de azalttı. Füzyon reaktörleri 1 saniyede küçük bir köyün 1 yıllık elektriğini tükettiği için verimliliği artırmak şart.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Bir de çalışırken görün! Dışarıdan bakınca gördüğünüz elektrik kıvılcımları reaktörü saran güçlü manyetik alanın tek habercisi.

 

İyi de nükleer füzyon nedir?

Detaylar için şu yazıyı okuyabilirsiniz. Ancak kısaca açıklarsak nükleer füzyon, iki hidrojen atomunu birleştirip daha büyük bir atom yaratmak ve bu sırada salınan muazzam ısı enerjisini kullanarak elektrik üretmek demek.

Hem de birim yakıt / enerji girdisi başına nükleer santrallerden 5 kat ve hidroelektrik santrallerden 20-100 kat fazla elektrik!

Elbette günümüzde bunu yapacak ticari nükleer füzyon santrali yok. Simit şekilli (torus) Wendelstein 7-X reaktörü ise ticari modeller geliştirmek için üretilen bir prototip. Sadece bu da değil: Wendelstein 7-X dünyanın laboratuar ortamında çalışan ilk füzyon reaktörü; yani Almanlar İngiltere, Fransa ve Amerika gibi ayrı bir deneysel nükleer füzyon santrali kurmadılar.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Kablolar olmadan dışarıdan çıplak görünüşü. Mıknatıslar içeride. Deliklerden sıvı helyum giriyor. Çapı 16 metre.

 

Bunun esprisi ne?

Elbette maliyetleri düşürmek ve verimliliği artırmak: Avrupa ve Amerika 25 yıldır nükleer füzyon reaktörü geliştiriyor. Oysa bugüne kadar pratik bir model üretemediler.

Bunun nedeni, deneysel reaktörlerin çalışmak için 1 kilowatt / saat elektrik kullanırken sadece 0,70 kilowatt / saat elektrik üretmeleri.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

İnşaat halinde, kesiti.

 

Özünde en verimli çözüm

Kısacası bugünkü reaktörler nükleer füzyonla elektrik üretmiyor, tersine elektrik tüketiyor. Bununla birlikte nükleer füzyon teoride çok verimli bir sistem:

Füzyon reaktörlerinin atomları parçalayarak çalışan, bu yüzden de çevreyi kirleten radyoaktif atıklar oluşturan diğer klasik nükleer reaktörlerden 5 kat fazla elektrik üretebileceğini biliyoruz. Nükleer füzyon aynı zamanda dünyanın temiz enerji ihtiyacını karşılayacak (Nasıl temiz enerji üretiyor derseniz onu da nükleer otomobil yazısında anlattım).

Cehennemde tasarlanan reaktör

Bilim adamları Dünya’da inanılmaz sıcaklıklar üreten bu reaktör için kendi aralarında “zebaniler tasarladı” diyor. Ancak espri bir yana fizikçiler iyi iş çıkardılar ve Greifswald’daki Wendelstein 7-X reaktörü, başbakan Merkel’in gözleri önünde “evcil güneş” yakarak hidrojen plazması üretecek kadar uzun süre çalıştı.

İlgili yazı: Dünyanın en büyük ışın topu

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

İçi.

 

Stellarator: Yeni kahraman

Wendelstein 7-X reaktörünün teknik adı olan Stellarator “yıldız yapıcı” anlamına geliyor. Sonuçta uzaya ısı ve ışık saçan Güneşimiz enerjisini çekirdeğinde gerçekleşen nükleer füzyon reaksiyonlarından alıyor.

Almanya Plazma Fiziği Enstitüsü direktörü Sibylle Günter bunu “Yıldızların enerjisini kullanmak istiyoruz” sözleriyle ifade ediyor.

Eh, fizikçi fütürist Michio Kaku da yıllardır, “İnsan uygarlığı henüz Kardachev ölçeğinde Tip I uygarlık olamadı. Şimdilik enerjimizi fosil yakıt yakarak, yani ölü bitkilerden karşılıyoruz” diyor. Bu anlamda Wendelstein 7-X füzyon reaktörü Almanya’nın Kaku’ya cevabı.

İlgili yazı: Uzaylıların güneş enerjisine cevabı Dyson küresi

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş 12

Basit ve ideal bir simit reaktör plazma şeması (plazma sarı halka).

 

Dün Türkiye saati ile 17:22’de

…Alman başbakanı yeryüzünde güneş yaktı. Aslında füzyon reaktörü düğmeye basar basmaz çalışmadı. Önce atomları sıkıştırıp birbirine kaynaştıracak kadar yüksek enerji düzeyine erişmek için 1 dakika boyunca çalışarak güç toplaması gerekti.

Çarpık füzyon

Wendelstein 7-X reaktörünün 100 milyon derece yerine sadece 80 milyon derecede (!) çalışarak füzyonda büyük enerji sağladığını söyledik. Bunu nasıl yaptılar biliyor musunuz? Reaktörde sıcaklık yerine basıncı artıran “çarpık füzyon” teknolojisi ile. Şimdi Almanların yeni buluşuna yakından bakalım.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Alman reaktöründe çarpık füzyon için çarpık plazma.

 

Sokak simidi

Derler ki İstanbul simidiyle Üsküdar’da çay keyfi başkadır. Eh, İstanbul’un simgelerinden olan “burgulu simit” nükleer füzyon için de anlamlı. Çünkü Almanlar İngilizlerin ürettiği düz simit şekilli füzyon reaktörü yerine (Ortak Avrupa Simidi – JET), burgulu simit tasarımı kullandılar.

Füzyon reaktöründe hidrojen plazması üreten yanma odasını burgulu simit şeklinde ürettikleri için sıcaklığı 100 milyon derecen 80 milyon dereceye indirmeyi başardılar. Ne de olsa füzyon için hem sıcaklık hem basınç gerekiyor. Basıncı artırarak az enerjiyle füzyon başlatmak daha kolay.

Elbette bunu yapmak ticari füzyon reaktörleri geliştirmek için büyük önem taşıyor. Bir daha Kız Kulesi karşısında güneşli günde simit yer ve çay içerken bunu düşünebilirsiniz. 🙂

ıag

 

Merkel’e reaktörü gezdiren Günter, tasarımın bu avantajını deneyin ardından basına şöyle açıkladı: “Wendelstein reaktörü aslında nükleer füzyon reaksiyonunu yarım saat boyunca destekleyecek şekilde tasarlandı, ama riske girmemek için sistemi saniyenin ufak bir kesrinde çalıştırdık.”

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Mıknatısların plazmayı büküşünü gösteren çizim.

 

Nasıl çalışıyor

Wendelstein 7-X reaktörü, 80 milyon derecelik hidrojen plazması oluşturmak için içindeki hava boşaltılmış olan burgu simit şekilli bir yanma odası ve bu odayı saran 425 tonluk süperiletken mıknatıslar kullanıyor.

Süper enerjik mıknatıslar plazmayı reaktöre hapsetmek için iki megawatt elektrik tüketerek güçlü bir manyetik alan oluşturuyor. Reaktörü saran 50 adet süperiletken mıknatıs bobini süperiletken özelliği kazanması için -270 dereceye kadar soğutuluyor.

İlgili yazı: Kurşundan hızlı giden tren Hyperloop

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Plazma akışı simülasyonu.

 

Tokamak ve lazer rekabeti

Nükleer füzyonla ilgileniyorsanız tokamak terimini duymuş olabilirsiniz. Tokamak, simidin Rusçası ve Avrupa’nın nükleer füzyon vizyonunun önemli bir parçası. Çünkü Amerika Birleşik Devletleri simit şekilli yanma odaları kullanmıyor ve füzyon reaksiyonları üretmek için başka bir yol deniyor.

Süper lazer yazımızda anlattığımız gibi, Amerikalılar “füzyon yakıtı tabletlerini” teknolojinin en güçlü lazerleri olan morötesi lazer ışınlarıyla bombalayarak ışık çakmalarıyla nükleer enerji üretiyor. Avrupa ise simit şekilli yanma odaları kullanıyor ve ABD’nin nabız gibi atan kesintili enerji patlamaları yerine, doğal gaz kombisi gibi kesintisiz yanan füzyon enerjisi üretmek istiyor.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

80 milyon derecelik plazma. Gerçek füzyon nasıl oluyor demeyin. Bakın ve görün.

 

Türkiye’nin vizyonu yok

Özetle Avrupalılar Güneş’i taklit ederken, Amerikalılar doğada karşılığı olmayan yapay lazer yöntemini kullanıyor. Dolayısıyla iki süper güç arasında füzyonu önce kim kullanacak ve dünya ülkelerine enerji satarak zengin olacak yarışı var.

Bu yarış Dünya gezegenini kontrol etmek için enerji tekeli olma yarışı. Türkiye ise füzyon yarışında yok. Fizik okumuş Almanya başbakanı nükleer füzyon başlatırken, bizim eski bakanımız Türkiye icat yapılacak ülke değildir diyor. Neyse, biz füzyonla devam edelim.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Reaktörün içinden plazma fotoğrafı.

 

Neden stellarator?

Almanya’nın çarpık füzyon reaktörü, stellarator tasarımı nedeniyle biraz da Star Wars’taki Han Solo’nun Millennium Falcon uzay gemisine benziyor. Stellarator düzgün çalışması için özellikle çarpık çurpuk üretildi (burgu simit şeklinde).

Öte yandan, reaktörün ilk modelleri düz simit şeklindeydi ve hidrojen plazması üretirken hızla çarpılarak deforme oluyordu. Yanma odasını oluşturan metal kaplamalar, tokamakın çalışmasını sağlayan güçlü manyetik alanlar tarafından kağıt gibi buruşarak eziliyordu.

Yine de Wisconsin Üniversitesi, Madison’dan nükleer mühendis David Anderson’ın dediği gibi, “Almanların burgu simit modelini kullanarak simit tasarımında ısrar etmesinin bir nedeni var. Tokamak füzyon reaktörleri bir kez çalıştıktan sonra kendi kendine çalışmaya devam ediyor.”

“Bunların bizdeki lazerli reaktör gibi çalışmak için sürekli dışarıdan enerji çekmesi gerekmiyor. Tokamakların bunu ara ara yapması yeterli. Tıpkı Dünya’ya ısı ve ışık veren Güneş’in milyarlarca yıl boyunca dengeli bir şekilde nükleer füzyon ateşi yakacak olması gibi.”

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş 30

Ha bobin sarmışsın ha rasta.

 

Neden manyetik alan?

Tokamak tasarımında CERN parçacık hızlandırıcısındaki gibi süper güçlü manyetik alanlar kullanılmasının nedeni, Dünya’da 80 milyon derecede erimeyen metal olmaması. Süper sıcak gazın reaktörü delip çevreyi yakmaması için yanma odasını güçlü manyetik alanlarla sarmak gerekiyor.

Bu nedenle füzyon reaktörleri dünyanın ilk güç alanını kullanıyor diyebiliriz. Evet, elimizde Uzay Yolu ve Flash Gordon dizilerindeki uzay gemilerinin savunma sistemlerine benzeyen bir manyetik perde sistemi var. Bilimkurgu bu alanda da gerçek oldu

İlgili yazı: CERN sicim teorisindeki süpersimetriyi yalanladı mı?

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Çarpık reaktör simitinin kesiti.

 

Peki füzyon reaktörleri neden çarpılıyor?

Asıl bunu sormak lazım: Eski simitlerin çarpılmasının nedeni, yanma odasını saran elektromıknatıs bobinlerinin düğüm noktalarında reaktörün duvarlarını ezen manyetik alanlar üretmesiydi. Sonuç olarak mühendislik açısından simit şekilli reaktörü tek bir bobinle sarmamız imkansız.

Bunun için 50 ayrı bobin kullanıyoruz ve bu bobinler ek yerlerinden manyetik baskı yaparak reaktörü çökertiyor. Çarpık füzyon sistemiyle çalışan burgu simit şeklindeki Wendelstein 7-X reaktörü ise İstanbul simidine benzeyen dahice tasarımıyla sorunu önlüyor.

 

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

 

Füzyonun kısa tarihi

Ancak fizikçiler ve nükleer mühendislerin bu noktaya gelmesi kolay olmadı. Bunun ardında Rusya ve Amerika arasındaki Soğuk Savaş’ta başlayan 60 yıllık bir nükleer füzyon, daha doğrusu termonükleer bomba tarihi var.

Amerikalılar ve Ruslar termonükleer bombalarda kontrolsüz füzyon reaksiyonları kullandıklarını biliyorlardı. Ancak kırk yılda bir faydalı bir şey düşünüp bu teknolojiyle bomba üretmek yerine nükleer füzyon santrali inşa etmeye karar verdiler. Böylece temiz ve ucuz elektrik üretebileceklerdi.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Termonükleer bomba kontrolsüz füzyon reaksiyonudur.

 

Füzyon yarışı başlıyor

Aslında burgu simit şekilli tokamak füzyon reaktörü anlamına gelen Stellarator’u Almanlar icat etmedi, ama düşük sıcaklıklı füzyon üretiminde ilk kez Almanlar kullandı. Dünyanın ilk stellarator sistemini ise Princeton Üniversitesi’nden astrofizikçi Lyman Spitzer 1951 yılında geliştirdi.

Bunun için de eline basit bir boru aldı ve boruyu 8 şeklinde büktü, ama New Jersey’deki Princeton Plazma Fiziği Laboratuarı (PPPL) inşa etmesi ve işletmesi pahalı olan bu sistem yerine düz simit şekilli bir yanma odası kullanmayı seçti.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Başka reaktörde düşük güçlü plazma deneyi.

 

Sovyetler devrede

Elbette düz simidin manyetik alanların delinmesine ve kontrolden çıkan hidrojen plazmasının füzyon reaktörünü parçalamasına yol açacağını biliyorlardı. Bu yüzden düz simit şekilli yanma odasını burgulu elektromıknatıs bobinleriyle sarmaya karar verdiler (rasta saç gibi).

Aynı yıllarda Sovyetler Birliği’nin kullandığı tokamak tasarımı da dıştan bakınca düz bir simide benziyordu, fakat bu simit içten burguluydu. Öyle ki kesiti daire şekilli değil, parmakla ikiye bükülmüş portakal dilimi şeklindeydi.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Alman fizikçinin gurur kaynağı. Bu ekranda yeryüzünde nasıl güneş yaktıklarını izlediler.

 

Neden işe yaramadı?

Füzyon reaktörünün çalışması için reaktörü güçlü manyetik alanlarla sarmanız gerekiyor. Böylece plazma dışarı çıkıp çevreye zarar vermez. Aynı zamanda gaz kaçağı yüzünden reaktör sıcaklığı düşmez ve elektrik üretmeye devam edebilirsiniz.

Burgulu simit tasarımı 1950’lerin, hatta 70’lerin teknolojisiyle çok pahalı bir seçimdi. Bu nedenle Avrupa düz simitten bir türlü vazgeçemedi ama 1970’lerde Sovyetlerin içten burgulu tokamak tasarımını kullanmaya başladı.

İçten bakınca yivli tüfek namlusuna benzeyen tokamak tasarımları süper sıcak hidrojen plazmasının reaktör yanma odasının iç çeperlerindeki bükümleri izleyerek düzgün bir gaz akışı sağlamasını kolaylaştırıyordu.

Nitekim Fransa’da 16 milyar avro harcayarak inşa edilen ITER reaktörü bu tasarımın doruk noktasını oluşturuyor. Buna karşın tokamaklar da zaman zaman “gaz kaçırıyor”. Dolayısıyla fizikçiler bu reaktörleri ancak kısa aralıklarla çalıştırabiliyor. Aksi halde patlama tehlikesi var.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Max Planck Enstitüsü direktörü Martin Stratmann bizde hükümet bütçemizi kısamaz dedi.

 

En büyük reaktörü Japonlar üretti

Japonların el atmadığı bir şey var mı, bilmiyorum ama buna el attıklarını biliyorum. Japonlar dünyanın en büyük stellarator reaktörünü üretti. İçten burgulu bu klasik simit tasarımının adı Büyük Burma Aygıtı (LHD). Halen aktif olan bu deneysel reaktör 1998’den beri çalışıyor.

Spitzer olsa kendi tasarımını hemen tanırdı. Sadece Japonlar dengeli bir gaz akışı sağlamak için gereken manyetik alanı üretmek üzere, rasta tarzı şerit elektromıknatıs bobinlerine ek olarak, yanma odasını yaprak dolma gibi saran klasik bobinler de kullandılar.

Bu stellerator aynı boydaki tokamaklarla aynı performansı sergiliyor ve aynı zamanda yüksek enerji üretme ile verimli çalışma rekorunu elinde tutuyor. Ancak, Japonların plazmayı hapseden manyetik alan üretme tasarımında optimize edilecek yanlar var.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Dünyanın ilk füzyon reaktörü. ABD, müze.

 

Örneğin değişken manyetik alanlar

Japonlar farklı şekillere sahip iki ayrı elektromıknatıs bobini kullandıkları için manyetik alanın hem şiddetini hem de yönünü ayarlamak zorundalar. İstikrarlı bir plazma akışı sağlamalarının tek yolu bu. Ancak bu fazla enerji tüketen bir tasarım ve Japonları 100 milyon derece sıcaklığa erişmeye zorluyor.

Tahmin edebileceğiniz gibi düşük sıcaklık hem enerji tüketimini azaltıyor hem de reaktör çekirdeğinin kullanım ömrünü uzatıyor. İşte Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’nden (IPP) ve şu anda Columbia Üniversitesi’nde çalışan Allen Boozer bu sorunu gidermek için yeni bir tasarım denemeye karar verdiler.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Merkel reaktörü geziyor.

 

Evcil termonükleer bomba

Sonuçta burgulu simit üretme teknolojisi ucuzlamıştı. Böylece Almanya’nın füzyon reaktörü için hem dıştan hem içten burgulu bir yanma odası (stellarator) üretmeyi düşündüler. Wendelstein 7-X reaktörü böyle doğdu ve çalışma sıcaklığını 80 milyon dereceye düşürerek istikrarı artırdı.

Çünkü bu rektör manyetik alının şiddetini değiştirmeden sadece yönünü değiştirerek plazma akışını kontrol etmeyi sağlıyordu. Elektrik ve elektronik mühendisi arkadaşlarımızla fizikçi arkadaşlarımıza sınavlarda sorulan problemlere benzeyen bir sorunu çözmüş oldular. 🙂

Kusursuz değil

Ama iyi çalışıyor. IPP’den teorik fizikçi Per Helander, “Neredeyse tümüyle simetrik bir manyetik alan oluşturabiliyoruz. Bu dikiş yerlerinin derinize batmadığı bir kazak giymek gibi. Evet, biraz gaz kaçırıyoruz fakat reaktör verimliliğini artırmayı başardık” diyor.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Japon işi reaktör: Tozlanırsa ekran kartından beter bozulur.

 

Amerikalılar geri kaldı

Çünkü dünyayı işgal etmek ve Türkiye’nin de satın alacağı bozuk F-35 avcı uçaklarına tam 400 milyar dolar gömmekten bunu deneyecek paraları yok (yazacağım). 2004 yılında kendi burgu simitlerini inşa etmeye başladılar, ama 2008’de ünlü mortgage (konut kredisi) krizi çıkınca hükümet projenin fişini çekti.

Şimdi füzyon bayrağı Almanlarda ve önemli olan reaktörün ne kadar süreyle füzyon reaksiyonunu koruyacağı. Sonuçta sistem gaz kaçırıyor ve bu haliyle birkaç saniyeden fazla çalışması mümkün değil. Yine de günümüzde füzyon rekoru 1 saniye olduğuna göre birkaç saniye büyük başarı.

Üstelik bunu yaparlarsa para musluğunu elinde tutan politikacıları ikna edip bütçeden pay alarak Avrupa’nın gelecek füzyon reaktörü olan DEMO’yu inşa edecekler. Bu da artık ömrünü tamamlayan Fransa’daki ITER’in yerini alacak.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Japonların çarpık reaktörü Alien filmine benziyor.

 

Para, para, para

Aslında Türkiye’nin tersine, Max Planck Enstitüsü’nün bütçesi korumalı; yani adamların yasaları var ve diyor ki hükümet değişse bile enstitü bütçesini Bush’un NASA’ya yaptığı gibi kısamazsın. Enstitü direktörü Martin Stratmann bunu çok net ifade ediyor:

“Temel bilimler alanında yaptığımız çalışmalarla Almanya’ya büyük ekonomik katkıda bulunuyoruz. Bu bütçe politikacıların keyfine bırakılmayacak kadar önemli.”

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Japon reaktörünün dıştan görünüşü.

 

Sırada hangi füzyon sorunları var?

Öncelikle reaktörlerin kullanım ömrünü hesaplamak lazım. Sonuçta füzyon reaktörü dediğimiz şey sürekli patlayan evcil bir termonükleer bomba. Bunu ilk kabul eden de Oxford Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nden Profesör Felix Hofmann:

“Yanma odasında dehşet çalışma şartları var! Çok korkunç bir şey gerçekten de: Füzyon reaksiyonu yoğun sert nötron radyasyonuna yol açıyor. Bu da reaktörün metal duvarlarını delik deşik ediyor, metali yıpratıyor. Reaktörün aniden delinmemesi için ne kadar hızlı eskidiğini ölçmemiz lazım. Reaktörler biraz da bu yüzden gaz kaçırıyor, deliniyor.”

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Gerçek güneş enerjisi nükleer füzyondur.

 

Metal yorgunluğu

Ancak reaktörleri test etmek için de yeni bir nükleer füzyon test reaktörü yapacak halimiz yok. Hofmann bunun yerine süper sıcak helyum gazından oluşan iyon bombardıman meşalesi geliştirdi. Bunu ve lazer ışınlarını kullanarak metal yorgunluğunu ölçecek.

Çünkü teorilere göre, metal yorgunluğunu yanma odasının metal duvarlarının ısıyı ne ölçüde ilettiğini etkiliyor. Bu da metal yorgunluğun yol açtığı çatlaklar üzerinde sıcak ve soğuk bölgeler oluşmasına yol açarak duvarları deliyor.

Profesör Hofmann iyon meşalesini ve lazer ışınlarını kullanarak reaktöre benzer şartlar yaratıp yeni ve daha dayanıklı inşaat malzemeleri geliştirmek istiyor.

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

Amerikalılar lazerli başka bir tasarım kullanıyor ama resimdeki lazer topu değil. Yakıt paletini tutan kol.

 

Sıcaklık meselesi

Diğer bir sorun da reaktörde füzyon için gereken ideal sıcaklığı korumak. Yoksa döteryum çekirdeklerini (bir nötron ve bir proton içerir) birbirine yapıştırıp (füzyon) helyum üretmek imkansız hale geliyor.

Bunun için de fizikçilerin reaktördeki gaz akışını, özellikle de türbülansı anlamaları gerekiyor. Bu bilgisayar simülasyonuyla bile kolay değil. Sonuçta içinde termonükleer bomba patlayan bir rüzgar tüneli düşünün. İşte türbülansta bakacağınız şey bu.

İlgili yazı: Yıldız Gemisi Atılgan ne zaman?

merkel-füzyon-nükleer_füzyon-almanya-max_planck-max_planck_enstitüsü-temiz_enerji-elektrik-güneş

 

Öte yandan General Atomics’ten Gary Staebler işin sırrını çözdüğü kanısında: “Plazma gazındaki tek tek serbest elektronlar ve elektron gruplarından oluşan iyonlar (elektrondan 60 kat büyükler) birbiriyle etkileşime giriyor. Burada ısının parçacık düzeyinde aktarılmasından söz ediyoruz.”

“Öyle ki reaktörde plazma akışını anlamak için bunu gaz akışı olarak düşünmekten vazgeçip tek tek elektronlara bakmalı, yani parçacık akışı gibi düşünmeliyiz. Türbülansı ve metal yorgunluğuyla birlikte reaktörün aniden soğumasını ancak böyle anlarız.”

Burada en güzel sözü yine Merkel’in PR danışmanı yazmış. Merkel dünyada ucuz füzyon reaktörü devrini başlatacak olan yeni füzyon sisteminin açılışını yaparken sözlerini şöyle bitirdi:

“Güneş’in ateşini evcilleştirdik.”

 

Almanya’nın yeni füzyon reaktörü

1Non-Contact Measurement of Thermal Diffusivity in Ion-Implanted Nuclear Materials. F. Hofmann, D. R. Mason, J. K. Eliason, A. A. Maznev, K. A. Nelson & S. L. Dudarev. Scientific Reports 5, Article number: 16042 (2015) doi: 10.1038/srep16042
2N.T. Howard et al. Multi-scale gyrokinetic simulation of tokamak plasmas: enhanced heat loss due to cross-scale coupling of plasma turbulence, Nuclear Fusion (2016). DOI: 10.1088/0029-5515/56/1/014004

6 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*