Çin uzay gemileri için nükleer jeneratör geliştirdi

Merhaba bilim hayranları! Uzayda elektrik kesilirse ölürsünüz! Çinli bilim insanları uzay gemilerinde ve uzay üslerinde kullanmak üzere 20 yıl dayanan bir nükleer jeneratör ve kesintisiz güç kaynağı geliştirdiler.

Ve bu yıl, Dünya yörüngesindeki Tiangong uzay istasyonunda test ettiler. Düşünün! Evde elektrikler kesiliyor ama laptop piliniz veya masaüstünü çalıştıran UPS, şarjı tükenmeden 20 yıl çalışıyor. İşte öyle bir şey!

Nükleer jeneratör ve uzay üsleri

Nükleer jeneratör Ay’ın güney kutbundaki güneş görmeyen kraterlerde, az ışık alan ve kum fırtınalarıyla kapkaranlık olan Mars üslerinde ve Jüpiter gibi dış gezegenleri keşfederken, Güneş’e yeterli ışık alamayacak kadar uzak olan uzay araçlarında kullanılacak. Kısacası güneş panelleri ile elektrik üretmenin mümkün olmadığı durumlarda çalışacak.

Ayrıca Çinlilerin geliştirdiği nükleer jeneratör ve kesintisiz güç kaynağı, klasik bir nükleer reaktörden çok daha temiz ve güvenli olacak. Peki nükleer jeneratör nedir ve nasıl çalışır? Anlatayım!

Nükleer jeneratör fikri yeni değil. NASA 2003’ten beri bu teknolojiyi test ediyor. Ama nükleer jeneratör teknolojisi bugüne dek hiçbir uzay aracında kullanılmadı. Nükleer jeneratör, Stirling termoelektrik dönüştürücü teknolojisini, nükleer pil ile birleştiren dahice bir buluş! Bu iki sistemi birleştirdiğiniz zaman ortaya Stirling radyoizotop jeneratörler ortaya çıkıyor; Yani kısa adıyla SRG’ler:

İlgili yazı: Kodlama için en gerekli 16 programlama dili

 

Merak etmeyin!

Bunların hepsini size gayet basit anlatacağım. Önce, bugün Mars’ı araştırmakta olan Percy robotu ve Voyager yıldızlararası sondaları için elektrik üretmekte kullanılan nükleer pil teknolojisine bakalım; çünkü NASA ve Çin Ulusal Uzay İdaresi’nin geliştirdiği nükleer jeneratörler, nükleer pillerin daha gelişmiş bir versiyonudur.

Nükleer pillerin teknik adı radyoizotop termoelektrik jeneratördür; yani bunların içine plütonyum 238 gibi radyoaktif elementler koyarsınız. Bunlar bozunurken daha hafif ve kararlı elementlere dönüşür. O sırada elektrik üretir ve siz de termoelektrik materyaller kullanarak ısıyı elektriğe çevirirsiniz.

Bunlar aynı zamanda kalorifer gibi çalışır. Böylece uzay araçlarının ve robotların soğuk Mars gezegeninde ve uzayın soğuğunda donmasını önlersiniz. NASA uzay araçlarında genellikle Plütonyum 238 kullanıyor. Bunun yarı ömrü de 87 yıl ve işte nükleer piller, Voyager sondalarına 40 yıldır enerji sağlıyor.

İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?

 

Nükleer jeneratör sanılandan yaygın

Sandığınızdan daha yaygın bir teknoloji bu! Bazı bilgisayar meraklıları, termoelektrik sistemlerde kullanılan materyallerden üretilen ısı yutucular ile bilgisayar işlemcisini fan olmadan soğutuyor. İngilizcesi heatsink. Sonuçta bu malzemeler ısıyı çok iyi iletiyor ve CPU’ya bakan alt tarafından ısıyı alıp soğuk üst tarafından kasanın içine vererek işlemciyi soğutuyor.

Isı yutucuların bir benzeri buzdolapları ve bazı klimalarda kullanılıyor. Yine de siz fan ya da sıvı soğutma sistemleri kullanın. Bir arkadaşımın ısı yutucu kullanayım derken neredeyse işlemciyi yakıyordu.

Nükleer pil de bunun tersidir arkadaşlar. Plütonyum bozunurken açığa çıkan ısıyı radyatörlerle uzaya veriyor. Uzay hep soğuk olduğu için pilin içinden dışarıya sürekli bir ısı akışı oluyor. Böylece plütonyum azalana dek nükleer pil elektrik üretmeye devam ediyor. Nükleer pilin kullandığı radyatör kanatçıklarını animasyonda görebilirsiniz.

Ancak küçük bir sorun var:

Nükleer piller verimli değil. Plütonyumun ürettiği ısının sadece yüzde 6’sını elektriğe çevirebiliyor. Geri kalan ısının bir kısmı uzay aracını ısıtıyor. Büyük kısmı ise uzaya kaçıp ziyan oluyor. Böylece NASA, ta buharlı trenler zamanından bildiğimiz eski bir teknolojiyi, Stirling teknolojisini, nükleer pillerle birleştirmeye ve daha verimli bir sistem geliştirmeye karar verdi.

İşte bunlar nükleer jeneratörler ve nükleer kesintisiz güç kaynaklarıdır. Peki Stirling motoru nedir? Önce ona bakalım.

İlgili yazı: Titanic enkazı 20 yılda yok olacak

 

Nükleer jeneratör ve Stirling makinesi

Stirling makinesi 1816 yılında Robert Stirling tarafından geliştirilmiştir. Bu, buhar makinelerine benzeyen ama onlardan çok daha verimli olan bir makinedir. Öyle ki buhar makineleri dıştan yanmalı motorlardır. Kazanda suyu ısıtıp buharlaştırır ve basınçlı buharla pistonları döndürürsünüz. Oysa yanma pistonun içinde gerçekleşmediği için buhar pistona ulaşana dek büyük ısı kaybı olur.

İşte bu yüzden bugünkü otomobillerde kullanılan içten yanmalı motorlar daha verimlidir. Yanma, ısıtma ve mekanik sürüş işi hep pistonun içinde gerçekleşir. Öte yandan Stirling makineleri kapalı döngü çalışır. Bunlar da dıştan yanmalı motorlardır ama yüksek basınçlı buharın dışarı kaçtığı emniyet subapları yoktur.

Kaynar su ya da kızgın kömür dolu bir kabı doğrudan baş pistonun altına koyarsanız. Böylece pistonun içindeki havayı ısıtırsınız. Isınan hava genleşir ve pistonu çevirir; ancak buhar makineleri gibi dışarı kaçmaz. Bunun yerine piston ve çarkları soğuk su ve benzeri kullanarak dışarıdan soğutursunuz.

Böylece pistondaki hava soğur ve döngü tekrarlanır. Dahası makineyi durdurduğunuz zaman pistonun başının içindeki hava bir süre sıcak kalacaktır. Özellikle de bu piston dışarıdan yalıtılmışsa! Böylece Stirling makinelerini enerji depolamakta kullanabilirsiniz:

İlgili yazı: Instagram’da kare fotoğraf sınırlaması kalktı

 

Stirling makineleri

Nasıl ki telefon pili elektrik depoluyor, Stirling makineleri de mekanik enerji depoluyor. Bakın burası Çinlilerin geliştirdiği nükleer jeneratör için çokomelli: Stirling makinelerinin en büyük avantajı bunları tersine çalıştırabilecek olmanızdır. Makineyi dışarıdan döndürürseniz bunu ısı pompası olarak kullanabilirsiniz.

Örneğin gündüz güneş enerjisi ile havayı ısıtıp motoru çalıştırın. Bununla bir türbini döndürüp güneş paneliyle elektrik üretmekten daha çok elektrik üretin. Gece olurken de motoru tersten çevirerek ısı pompasına dönüştürün. Gündüz depoladığınız ısıyla makineyi bu kez dıştan çevirerek elektrik üretin.

Nitekim Türk Deniz Kuvvetlerinin inşa etmekte olduğu Reis sınıfı denizaltılarda, havadan bağımsız tahrik sistemi için Stirling makineleri kullanabiliriz. Bunlar hidrojen yakıt hücrelerinden daha verimli, daha küçük ve daha ucuzdur. Bakım ve onarım maliyeti de düşüktür. En azından kaliteli lityum iyon bataryalar geliştirene kadar işimize yarar.

İlgili yazı: Düz dünya teorisini çürüten 12 kanıt

 

Pekala arkadaşlar:

Bir yandan elimizde nükleer enerji depoladığımız nükleer piller var. Diğer yanda da Stirling makinesi var. Nükleer reaktörlerin ve nükleer güç kaynaklarının da güneş enerjisinden ve fosil yakıtlardan daha çok enerji ürettiğini biliyoruz. Peki Stirling makinesine nükleer pil takarsak ne olur? O zaman elimizde nükleer kesintisiz güç kaynağı olur! Uzayın derinliklerinde veya Mars soğuğunda 20 yıl boyunca pilini değiştirmeden çalışan bir güç kaynağı!

Şimdi bunu nasıl yapacağımıza bakalım; çünkü nükleer kesintisiz güç kaynağı ve nükleer jeneratör iki farklı sistemdir. Ayrıca nükleer jeneratör ile nükleer reaktörleri de birbirine karıştırmayın. Stirling makinesine nükleer pil takarsak daha çok elektrik üretir arkadaşlar. Nükleer pilleri ancak elektrik üretiminde ve ısıtmada kullanabiliriz. Oysa nükleer Stirling makinesini bir uzay istasyonundaki makineleri çalıştırmakta da kullanabiliriz.

Kısacası bu bir nükleer motor olur. Önceki videoda size nükleer roket motorlarını anlatmıştım. Nükleer gemiler videosunda ise neden arabalara mini nükleer reaktör takıp nükleer otomobil yapamayacağımızı anlatmıştım. Bu sefer de doğrudan motorları anlatacağım.

İlgili yazı: Dünyadaki en ölümcül 5 toksin nedir?

 

Turbo nükleer jeneratör

Klasik bir Stirling makinesi hareketli parçalardan oluşur. Bunlar sürtünme yüzünden yıpranır. Makineyi de devamlı yağlamanız gerekir. Oysa bizim uzaya ve gezegenlere gönderdiğimiz uzay araçları ve robotların bakımını yapma imkanımız yok. Bunlar yıllarca bozulmadan çalışmak zorunda. Ayrıca nükleer motorların içinde nükleer pil var. Bunları mutfak robotu parçaları gibi söküp takamazsınız. Radyasyon zehirlenmesi riski var.

Böylece bilim insanları şekildeki nükleer jeneratörü tasarladılar. Bunun çok az hareketli parçası var ve 20 yıl içini açıp bakmadan çalışıyor. Bu radyoizotoplu bir Stirling jeneratörü. Sağ taraftaki radyoaktif ısı kaynağı piston pimini itiyor. Bu da pistonu borunun içinde sola itiyor. Sürtünmeyi önlemek ve sistemin rahat çalışması için gereken basıncı sağlamak için borunun içinde helyum gazı bulunuyor. Yanıcı olmadığı için de güvenli oluyor.

Piston sol uçtaki yaydan geri sekiyor. Bu işlem dakikada 120 kez tekrarlanıyor. Piston dışında mıknatıslar ve tel sargı olan borunun içinde gidip geliyor. Mıknatısların oluşturduğu manyetik alanın içinde gidip geldiği için mıknatıslara dik olan sargıda elektrik üretiyor. Kısacası bu nükleer pilli Stirling jeneratörü dinamo etkisiyle elektrik üretiyor. Güzel fikir! Peki gerçek hayatta çalışıyor mu?

İlgili yazı: Dünyadaki en tehlikeli 5 kimyasal madde nedir?

 

Evet! Nükleer jeneratör çalışıyor

NASA bu sistemi TDC no. 13 adı altında 20 yıldır test ediyor. Ohio’daki NASA Glenn Araştırma Merkezi’nde nükleer jeneratör yüzbinlerce saattir bozulmadan çalışıp elektrik üretiyor. İşte size nükleer kesintisiz güç kaynağı! Peki klasik nükleer pillerden, radyoizotop termoelektrik jeneratörlerden ne kadar verimli?

Yüzde 20 verimli! Yani nükleer pillerden 3,5 kat verimli. Radyoaktivite ısısının beşte birini elektriğe çeviriyor. Düşünün ki kömür yakan termik santrallerde bu oran yüzde 40! Nükleer kesintisiz güç kaynakları Jüpiter ve ötesine uzay aracı göndermek için şart; çünkü güneşten o kadar uzakta güneş panelleri yeterli ışık almıyor ve elektrik üretemiyor.

Nitekim Jüpiter güneş paneliyle elektrik üretebileceğimiz en uzak gezegen. Buna rağmen Jüpiter’i araştıran Juno uydusu resimdeki gibi ekstra verimli dev güneş panelleri kullanmak zorunda kaldı. Juno seferi 2005’te onaylandığı zaman Amerika’da yeterli plütonyum sıkıntısı vardı ve bu yüzden güneş enerjisi kullandı.

Oysa artık elimizde Juno’dan daha büyük araçları bile çalıştıracak kadar güçlü kesintisiz nükleer güç kaynakları var. Peki nükleer kesintisiz güç kaynağının gücünü ve verimliğini daha da artırmanın bir yolu var mı? Özellikle de insanlı uzay gemilerinde, Ay ve Mars’taki üslerde kullanmak üzere? Yani fabrikalardaki makineleri çalıştıracak kadar güçlü bir nükleer jeneratör üretebilir miyiz?

İlgili yazı: Zeka küpü grup teorisiyle nasıl çözülür?

 

Evet bu da mümkün!

NASA Stirling makinesine nükleer pil yerine doğrudan nükleer reaktör takmaya karar verdi.Ama bu çok küçük ve güvenli bir reaktör. Büyük bacalara, dev bir tesise, soğutma pompalarına ve yüzlerce çalışana ihtiyacı yok. Resimde NASA’nın 2018’de test ettiği Kilopower nükleer reaktörü görüyorsunuz.

Bu reaktör 1 kilovat güç üretebiliyor. Üstelik 10 tanesi bir arada 10 kilovata çıkıyor ki nasıl çalıştığını blogda yazdım. Nükleer piller birkaç yüz vat güç üretebilirken nükleer jeneratör 10 ila 100 kat fazla enerji üretiyor. NASA’nın Stirling teknolojisi kullanan yeni reaktörünün adı KRUSTY. Bununla Kilopower’ın gücüne güç katacaklar. Gücünü 40 kilovata çıkaracaklar!

NASA 2027 yılında çalışan bir prototip üretmek için DARPA’yla işbirliği yaptı. DARPA Amerikan savunma sanayisi çok ileri ve bazen de çok gizli teknolojiler geliştiren bir kurumdur. Öyle ki NASA 40 kilovatlık nükleer jeneratör ile 4 ila 6 astronotun kaldığı küçük bir Ay üssüne enerji sağlayabilir.

Unutmayın: Bu sadece nükleer reaktör değil. Stirling makinesi ile çalışan küçük ve güvenli bir nükleer jeneratör. Soğusun diye toprağa gömmeniz ve tepesine radyatör yerleştirmeniz yeterli.

İlgili yazı: İnternetinizi uçuracak en iyi 10 modem

 

Sonsöz

Evet, Çinliler de kendi nükleer kesintisiz güç kaynağını test etti ama NASA’nın Artemis insanlı Ay seferlerinde bu teknolojiyi Çin’den daha önce kullanacağını tahmin ediyorum. İlk insanlı uçuş en erken 2025’te olacak. Ama bu pek mümkün görünmüyor. 2027-28 daha gerçekçi bir tarih. Yeni nükleer jeneratör prototipi 2027’de hazır olacak. İlk sefere yetişmese de sonraki Ay seferlerinde kullanılabilir.

Nükleer motorlar ve nükleer jeneratörlerin bilimkurgu filmlerindeki gibi uzay seferlerinde kullanıldığını görmeyi iple çekiyorum. Peki siz ne dersiniz? Nükleer piller güvenli bir şekilde yaygınlaşacak mı? Yorumlarda yazın! Gelecek bölümde görüşmek üzere bilimle ve sağlıcakla kalın!

Çin nükleer jeneratör geliştirdi

https://news.cgtn.com/news/2023-04-02/China-verifies-in-orbit-thermoelectric-new-energy-supply-technology-1iFznsoBq6c/index.html
https://rps.nasa.gov/news/40/stirling-convertor-sets-14-year-continuous-operation-milestone/
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20170002010/downloads/20170002010.pdf
https://web.archive.org/web/20190518173305/https://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/radioisotope-power-systems.pdf
https://web.archive.org/web/20110927225836/http://www.ne.doe.gov/pdfFiles/factSheets/SpaceRadioisotopePowerSystemsASRG.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine