Aralık 2022’de Kaliforniya’da yaşanan tarihi bir an. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan (LNLL) bilim adamları, tamamen kapalı bir odada, yıldızlardan ilham alan bir fiziksel tepkimeyi yeniden üretmeyi ve ustalaşmayı başardılar: nükleer füzyon.
Bunun bu kadar önemli bir etkisi olduysa, bunun nedeni, insanlık tarihinde ilk kez, deneyimin başlangıçta ihtiyaç duyduğundan daha fazla enerji üretebilmesidir. Temiz ve sınırsız enerji içeren tüm teknolojik fantezilere kapı aralayan, tüm enerji ve ekolojik krizleri geride bırakan bir keşif.
Prensip nispeten basittir: Atomların çekirdeklerinin kaynaşması için ısıtılması yeterlidir, bu, enerji yaratarak diğer atomları dışarı atan bir kararsızlık yaratır. Somut olarak: Amerikan laboratuvarı, 2,5 megajoule enerji üreten bir hidrojen plazma peleti üzerine lazerler gönderdi, lazerler yalnızca 2,1 megajoule tüketti. Başka bir deyişle, bu teknolojiye tam olarak hakim olunsaydı, hiçbir kaynak tüketmeden büyük miktarlarda enerji üretmek mümkün olabilirdi… Gerçek bir devrim!
Tokamak ve stellarator, füzyonun soğuk savaşı
Belki bir devrim, ama birdenbire ortaya çıkmıyor. Yaklaşık bir asırdır, bilim adamları füzyon tekniğinde ustalaşmaya çalıştılar. 1930’larda laboratuvarda gerçekleştirilen birçok kesin deney, o zamanlar hala tam olarak anlaşılamayan başka bir fiziksel fenomenle, yıldızlarla bağlantı kurmayı mümkün kıldı. ” Yıldızların yaydığı ışık, enerji salınımının sonucudur.Grenoble Üniversitesi’nden astrofizikçi Jonathan Ferreira şöyle özetliyor: ” Yıldızların kalbindeki çok güçlü yerçekimi sayesinde atomlar birkaç milyar dereceye kadar ısınır ve bu da füzyon reaksiyonlarını tetikler… Ancak bu koşulların Dünya’da yeniden üretilmesi zordur.. »
Yine de bilim adamlarının 1940’larda yerçekimini manyetik sınırlama ile değiştirerek yapmaya çalıştıkları şey buydu. Fikir, birkaç atomdan oluşan yakıt olan hedefi sıkıştırmak ve bir füzyon reaksiyonu elde etmek için ısıtmaktır. Soğuk Savaş’ın ortasında iki rakip sistem doğdu: Rus tokamak ve Amerikan yıldız avcısı. İki farklı oda, ancak aynı amaca yönelik: füzyon elde etmek, büyük miktarlarda enerji yaratmak ve bu enerjiyi depolamak.
Gökyüzünden görülen ITER şantiyesi, 2022’den fotoğraf. Kaynak – ITER
Bu iki çözüm, bir bilim kurgu filminden çıkmış bir büyücü çırağı deneyiminden gelen her şeye sahiptir. Hedef odanın ortasına yerleştirilmiştir, bunlar lazerler tarafından bombalanacak atomlardır. Isıtıldıklarında, nötronları serbest bırakacak olan plazmaya dönüşürler. Buradaki zorluk, bu nötronların kaçmasına izin vermek değil, onları kurtarmaktır. Hızlı bir şekilde, inşa edilmesi daha kolay olan tokamak, dünyanın hemen her yerinde kendini kabul ettirdi. Yine de, yıldız belirleyici üzerindeki araştırma devam etti.
Bütün bunlar bugün çok uzak görünse de, deneyler bugün hala devam ediyor. En bilineni ITER, Fransa’da geçiyor. Aix-en-Provence’ın çok yakınında, Cadarache’deki CEA Merkezi’ndeki Saint-Paul-lez-Durance kasabasında kurulmuş uluslararası deneysel bir termonükleer reaktördür. 2010 yılından itibaren Fransa’da Atom Enerjisi Komisyonu (CEA) tarafından yürütülen proje, Amerika Birleşik Devletleri, Çin ve Rusya dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanından ülkeleri kapsıyor. ” Amaç, bir laboratuvar deneyinden teknik bir uygulamaya geçmektir.”diyor CEA Yüzyıl Dijital. ” Bizim istediğimiz nükleer füzyonu endüstrileştirmek.. »
Bunun için ITER tokamak’ı seçmiştir. Bununla birlikte, inşaat sırasında çok sayıda araştırma gecikmesi, bu uluslararası ezici gücü ilgili ülkeler için bir çekişme kaynağı haline getiriyor. En son tahminlere göre başlangıçta planlanandan dört kat daha fazla, 20 milyar dolara varan büyük meblağlar sağlamak zorunda kaldılar. Ancak hiçbir şey araştırmanın devam etmesini engellemiyor, ne ek maliyetler ne de Ukrayna’daki savaş. Korkulara rağmen Rusya’nın bu konularda Fransa ile işbirliğine devam etmesi, konunun çeşitli dünya güçleri için öneminin kanıtıdır.
Bununla birlikte, LNLL’nin ABD’deki iyi niyetine ve başarısına rağmen, yol hala uzundur. LNLL” dikkate değer bir kilometre taşıdır,” CEA’yı tanır, “ ama teknolojiye hakim olmaktan hâlâ çok uzağız. Yaratılan enerji, lazerlerin gönderdiğinden çok daha fazlaydı, ancak bu lazerleri çalıştırmak için daha da fazla enerji gerekiyordu! Yani birleşme şu an için hala zarar ediyor. Enerji üretebilen bir tesise sahip olmak için, başlangıç enerjisinden yaklaşık 100 kat daha yüksek bir verime sahip olmak gerekir.. »
Temel araştırma ve ticari projeler arasında
Teoriden pratiğe zor geçiş? Sadece…” Teorik olarak bile, tüm anahtarlara sahip değiliz.diye ekledi Jonathan Ferreira. ” Plazmayı kontrol etmek, onu kararlı ve sert bir yüzey haline getirmek için hala temel araştırmalar yapmak zorundayız ki bu kolay değil! “. Araştırma aynı şekilde ilerliyor: bilgi işlemin ilerlemesiyle, çok daha karmaşık mimarileri nedeniyle uzun süredir terk edilmiş olan yıldızlayıcıları oluşturmak daha kolay hale geldi. İkisi arasındaki fark, manyetik alanın plazmayı nasıl tuttuğuna bağlıdır. Tokamak, plazmayı sıkı bir şekilde kontrol eden manyetik bobinlere sahip yerleşim düzeninde daha “sert”ken, stellator daha az enerji kullanarak plazmanın daha iyi kontrol edilmesini sağlayan bir sarmal manyetik alan oluşturur… Yeter ki mimari makaralar kontrol altında olsun!
” Başarının Stellarators’tan geleceğine inanıyoruz Rönesans Fusion girişiminin proje yöneticisi Simon Belka şöyle diyor: Olasılıklar çok daha fazla ama hala geliştirilmeyi bekleyen daha karmaşık mıknatıslar gerektiriyor.. Genç Grenoble şirketi, nükleer füzyon projesini gerçekleştirmek için 2022’de 15 milyon euro topladı. ” Araştırma merkezleri ile aynı amaca sahip değiliz ama tamamlayıcıyız. “diyor Simon Belka. “ Onlar araştırma yapmak istiyorlar ve biz: var olanların en iyisini seçerek ve pazarlanabilir bir ürün elde etmek için yeni fikirlerle deneyler yaparak bu araştırmayı geliştiriyoruz.. »
Daha somut olarak, Renaissance Fusion, makul sıcaklıklarda füzyon elde etmek için en basit kombinasyon olan döteryum ve trityuma dayalı bir yakıt üzerinde çalışıyor. Yıldızlaştırıcının sıvı metal duvarları tarafından emilmesi gereken nötronları reddedecek bir plazma elde etmek için bu parçacıkları lazerlerle ısıtacaklar.
Grenoble start-up tarafından tasarlanan reaktör sayesinde, lityumu plazma formunda vermek ve ardından suyun buharlaşmasını desteklemek için nükleer füzyondan sonra geri kazanmak mümkündür. Resim: Rönesans Füzyonu.
İyimser olan Simon Belka, on yıl içinde 1 Gigawatt’lık bir nükleer reaktöre sahip olmayı umuyor. ” daha uzun olabilirnüanslar, “ ama buna inanmak için nedenlerimiz var. Olumlu bir dönüş elde etmek onlarca yıl aldı, ancak artık bu çıta aşıldığına göre, bence işler hızlanacak.. »
Dünyanın dört bir yanında, Renaissance Fusion gibi yaklaşık kırk yeni girişim, farklı cihazlarla füzyon üzerinde çalışıyor, ” Daha hızlı ilerlemeyi ummak için risk alan birçok kişi var. “, diye bildiriyor Simon Belka. ” İlk olmayabiliriz ama keşiflerin hızlanmasını umabiliriz.. »
Bir yandan, küçük şirketlerin esnekliği, ITER gibi devasa laboratuvarların ağırlığıyla tezat oluşturuyor. Start-up’lar ise kaynak yaratmanın ötesinde ek finansman kaynakları bulmalıdır. Yatırımcıları ikna etmek için Simon Belka, doğrudan enerji üretimi dışındaki potansiyel faydaları tartışıyor, ” yıldızlaştırıcımız için yeni, daha verimli mıknatıslar üzerinde çalışıyoruz “teknolojik tuğlalar” parçacık hızlandırıcılar, rüzgar türbinleri ve hatta tıbbi görüntüleme gibi diğer sektörlerde faydalı olabilecek. Bu nedenle, önümüzdeki birkaç yıl içinde zaten gelir elde edebiliriz.,” diyor.
Kısa vadeli finansal projeler, ancak nükleer füzyon reaktörü için gelecek daha belirsiz. Renaissance Fusion, CEA tarafında on yıl bahse girerse, konuşma biraz daha karamsar olur, ” Füzyon mevcut enerji krizini çözmeyecek. Bu, diğerleri arasında bir umut ama muhtemelen 2050’den önce uygulanabilir hiçbir şey olmayacak, ondan önce çalışan bir sistem bulunsa bile onu geliştirmek zaman alacak. Ama belki sürprizlerimiz olur! »
Füzyon, ister LNLL’nin denediği gibi lazer hapsetme yoluyla olsun, ister finansörleri arasında Bill Gates veya Google’ın da yer aldığı bir Amerikan projesi olan ITER veya SPARC için tokamak olsun, bir Alman reaktörü olan Wendelstein 7-X’i de unutmamak kaydıyla, dünya çapında kapsamlı araştırmaların konusudur. Rönesans Fusion gibi, Stellarator seçimini yaptı. Hepsi aynı hedefi paylaşıyor: Kullanılabilir enerji elde etmek.
” Bunlar gerekli gelişmeler”diye uyarıyor Jonathan Ferreira. ” Mevcut üretim şeklimiz uzun vadede sürdürülebilir değil çünkü kaynaklarımız tükenecek. Herkese yetecek kadar enerjiye sahip olmaya devam etmek istiyorsak, füzyona ihtiyacımız var. Ancak bir sonuca ulaşmak için uzmanlara ihtiyacınız var. Bununla birlikte, füzyonla ilgili araştırma, plazma fiziği ve mühendisliğinde çok özel beceriler içerir. Çok daha büyük bir öğrenci yatırımı gerektiren, yalnızca yüksek lisans derecesinin sonundan itibaren ele alınan temalar. ” Umarım gençler temel fiziğe daha fazla ilgi gösterir., diye ekliyor Jonathan Ferreira. ” Bildiğimiz medeniyetimiz için hayati önem taşıyan bu meselede yeni kan sayesinde ilerleyebileceğiz.. »