Dünyanın en büyük morötesi lazeri >> Füzyon reaktörleri için nükleer yakıtı ateşleyecek güçlü lazerler

Günümüzde küresel ısınmayı azaltarak çevre kirliliğine neden olmadan ucuz enerji üretmenin en iyi yolu füzyon enerjisi kullanmaktır. Füzyon, bugünkü nükleer reaktörlerin tersine atomu parçalamak yerine, küçük ve “hafif” atomları birleştirerek enerji üreten bir yöntem. Füzyon da bir nükleer enerji türü ama temiz bir nükleer enerji türü. Hatta bazı füzyon reaksiyonlarında radyoaktif atık bile ortaya çıkmıyor. 

 

 

Füzyon: radyasyon üretmeyen temiz nükleer enerji
Çevre kirliliğini anlamak kolay: Füzyon reaktörleri kömür, doğalgaz yakmıyor; yani zehirli baca gazı açığa çıkmıyor. Küresel ısınmayı önlemek ise daha zor: Termodinamik yasaları gereği enerjinin tümünü işe çeviremeyiz. Ne kadar enerji üretirsek üretelim bir miktar enerji ısı olarak atmosfere kaçacaktır.

İşte bu yüzden füzyon reaktörleri de ürettikleri enerji oranında atmosferi mutlaka ısıtacaktır ama bunlar çok verimli santraller olduğu için büyük miktarda enerji üretmelerine rağmen termik ve hidroelektrik santrallere göre atmosferi çok daha az ısıtacaktır. Nüfus ve üretim artışına bağlı olarak enerji ihtiyacının da her yıl katlanarak arttığını düşündüğümüzde hem maliyet hem çevre açısından bu büyük bir avantajdır.

Yeryüzünde güneş yakmak

Bilim adamlarının füzyonla yapmak istedikleri şey Güneş’i evcilleştirmek… Füzyon, Güneş’in muazzam bir basınç altında (yani üst katmanlardaki gazın ağırlıyla) ezilen çekirdeğinde 15 milyon derecede gerçekleşen bir nükleer tepkime. Elbette bizim Dünya’daki enerji santrallerinde bu kadar yüksek basınç elde etmemiz imkansız. Bu yüzden Dünya’da güneş yakmak için 150 milyon derece sıcaklığa erişmemiz gerekiyor. Bu da 1 saniyelik füzyon başlatmak için Londra’nın 1 yıllık elektriğini kullanmak demek.

 

 

Teoride ucuz, pratikte ekonomik değil

Teoride füzyon bir kere başladı mı siz reaktörü yakıtla besledikçe devam eder ama pratikte bu mümkün değil. Çünkü şu anda füzyonu başladı mı sürdüremiyoruz ve enerji üretelim derken elektrik harcayarak zarar ediyoruz.

Şimdilik en pratik yöntem termonükleer bombalarda kullanılan türden füzyon yakıtını küçük bir palete koymak ve bu palete lazer ışınlarıyla ateş etmek… Yakıt lazer ışınlarının ateşiyle aniden ısınınca füzyon başlıyor. Küçük bir Rennie çiğneme tabletine benzeyen bu yakıt paletini ateşlemek için çok güçlü lazerlere ihtiyacımız var. Elimizdeki en güçlü lazerler morötesi lazerler (morötesi ışınlar kızılötesi ışınlardan daha yüksek frekanslı ve daha enerjik). Morötesi lazerlerle füzyon başlatabilir ve dışarıdan enerji eklemeden füzyon tepkimesini sürdürebiliriz.

Dünyanın en büyük morötesi lazeri

Amerikalılar işte bu yüzden California National Ignition Facility’de (Ulusal Ateşleme Tesisi) dünyanın en büyük morötesi lazerini yaptılar (2 megajoule enerji gücünde). Amaçları kullandığı enerjiden daha fazla elektrik üreten ekonomik açıdan verimli bir enerji santrali inşa etmek… Ancak, morötesi lazerlerin de bir sorunu var. Morötesi ışınlar çok enerjik olduğu için morötesi lazerler de düşük enerjili kızılötesi lazerlerden daha fazla elektrik tüketiyor. Sonuç olarak bu füzyon işi yılan hikayesine döndü diyebiliriz. Araştırmalara göre dünyada enerji fiyatlarını yoksul kesimin bile rahatlıkla kullanabileceği bir seviyeye çekecek ilk ticari füzyon santrallerinin kurulmasına daha 40 yıl var.

Radyasyon yaymayan nükleer enerji yok mu?

Var. İki Helyum-3 atom çekirdeğini birleştirip normal Helyum üretirseniz ortaya radyasyon çıkmıyor (çünkü bu tepkimede radyasyona yol açan hızlı nötronlar açığa çıkmıyor). Ancak Helyum-3 gazı Dünya’da çok az bulunuyor (üstelik Helyum 3’ü diğer atomlardan füzyon yoluyla üretmek de zaten radyoaktif füzyon reaktörlerini gerektiriyor. Bu, maliyet ve çevre kirliliği açısından mümkün değil).

Helyum-3, Jüpiter’de var ama Jüpiter’e gitmek mevcut roket teknolojiyle yıllar alıyor ve Jüpiter’in güçlü kütle çekimi ile güçlü manyetik alanı (elektromanyetik radyasyon) gezegenden Helyum-3 çıkarmayı imkansız kılıyor. Uranüs de Helyum-3 açısından zengin, üstelik Uranüs’te elektromanyetik radyasyon tehlikesi de yok ve atmosferinden yüksek irtifa balonlarıyla Helyum-3 çekip Dünya’ya robot gemilerle taşıyabiliriz. Ancak, Jüpiter’den çok daha uzak olan Uranüs’e yolculuk da gidiş-dönüş uzun yıllar alacaktır. Bu sorunun üstesinden gelebilir miyiz?

Her iki gezegene uçuş süresini kısaltmak için kimyasal roketler yerine füzyon motoruyla çalışan uzay gemileri yapabiliriz fakat şöyle bir sorun var: nükleer radyasyon tehlikesini önlemek için en azından ilk gemileri Dünya’dan veya Ay’dan çıkardığımız az miktarda Helyum-3 yakıtıyla doldurmamız ve bunun için de gemilere özel Helyum-3 motorları üretmemiz gerekiyor. Bu noktada uzay limanları, fabrikalar, bakım-onarım derken dev bir uzay ekonomisi kurmaktan bahsediyoruz. Gezegenler arası madenciliğin 100 yıldan önce finanse edemeyeceğimiz bir sistem olduğunu söyleyebiliriz.

Ay’dan Helyum-3 çıkarmak
Ay toprağında (regolit) kayaların gözeneklerine sıkışmış az miktarda Helyum-3 var, ancak 1 ton Helyum-3 için 150 milyon toprak kazmak gerekiyor; yani 1 ton Helyum-3, Dünya’da 3 milyar dolara satılacak! Belki Uranüs’ten daha ekonomik bir sistem, örneğin füzyon motoru yerine standart uzay mekikleri kullanabiliriz ama yine de çok pahalı. Ay üssü, robot kazıcılar… Zor iş. Buna rağmen ABD, Rusya, Çin, Hindistan ve Japonya, Ay’a uydu göndererek gerekli teknolojileri geliştirmeye çalışıyorlar.

 

Sonuçta 50 yıl sonra kurulacak ilk füzyon reaktörleri diğer radyoaktif füzyon tepkimelerini kullanacak (sırasıyla 1 ve 2 nötronlu radyoaktif hidrojen izotopları döteryum ve trityum gibi). Kısacası daha uzun bir süre petrol ve doğalgaz gibi fosil yakıtlara muhtacız ve işte bu yüzden Irak işgali gibi daha çok petrol savaşı göreceğiz.

 

Ulusal Ateşleme Tesisi’nde nükleer füzyonun gerçekleştiği yanma odasının dıştan ve içten görünüşünü, lazer sisteminin resmini, şemasını ve tesisin havadan görünümünü resimlerde bulabilirsiniz.