Nükleer Füzyon Nedir?

Uluslararası Nükleer Bilimler ve Uygulamalar Bölümünden Matteo Barbarino tarafında hazırlanan bir çalışmada bilim adamları neden füzyon enerjisi üzerinde çalıştıklarına açıklık getiriyor. Barbarino’nun çalışmasına göre;

“Nükleer füzyon, iki hafif atom çekirdeğinin büyük miktarlarda enerji açığa çıkarırken daha ağır tek bir çekirdek oluşturmak için birleştiği süreçtir.

Füzyon reaksiyonları, katı, sıvı veya gazlardan farklı benzersiz özelliklere sahip, pozitif iyonlardan ve serbest hareket eden elektronlardan oluşan sıcak, yüklü bir gaz olan plazma adı verilen bir madde halinde gerçekleşir.

Güneş, diğer tüm yıldızlarla birlikte bu reaksiyondan güç alır. Güneşimizde kaynaşmak için çekirdeklerin, yaklaşık on milyon santigrat derece gibi aşırı yüksek sıcaklıklarda birbirleriyle çarpışması gerekir. Yüksek sıcaklık, karşılıklı elektriksel itmelerinin üstesinden gelmek için onlara yeterli enerji sağlar. Çekirdekler birbirine çok yakın bir menzile girdiğinde, aralarındaki çekici nükleer kuvvet, elektriksel itmeye ağır basacak ve kaynaşmalarına izin verecektir. Bunun olması için, çekirdeklerin çarpışma olasılığını artırmak için küçük bir alan içinde sınırlandırılması gerekir. Güneşte, muazzam yerçekiminin ürettiği aşırı basınç, füzyon için gerekli koşulları yaratır.”

Bilim adamları neden füzyon enerjisi üzerinde çalışıyorlar?

1930'larda nükleer füzyon teorisi anlaşıldığından beri, bilim adamları - ve giderek artan bir şekilde mühendisler - onu yeniden yaratma ve kullanma arayışı içindeler. Bunun nedeni, nükleer füzyonun dünya üzerinde endüstriyel bir ölçekte kopyalanabilmesi durumunda, dünyanın talebini karşılamak için neredeyse sınırsız temiz, güvenli ve uygun fiyatlı enerji sağlayabilmesidir.

Füzyon, yakıtın kilogramı başına fisyondan (nükleer enerji santrallerinde kullanılan) dört kat daha fazla enerji ve yanan petrol veya kömürden yaklaşık dört milyon kat daha fazla enerji üretebilir.

Geliştirilmekte olan füzyon reaktörü konseptlerinin çoğu, fazladan nötron içeren hidrojen atomları olan döteryum ve trityum karışımını kullanacak. Teorik olarak, bu reaktanların sadece birkaç gramıyla, bir terajul enerji üretmek mümkündür; bu, gelişmiş bir ülkede altmış yılda bir kişinin ihtiyaç duyduğu enerjiye eşittir.

Füzyon yakıtı bol miktarda bulunur ve kolayca erişilebilir: döteryum, deniz suyundan ucuz bir şekilde çıkarılabilir ve trityum, füzyonla üretilen nötronların doğal olarak bol miktarda bulunan lityum ile reaksiyonundan potansiyel olarak üretilebilir. Bu yakıt kaynakları milyonlarca yıl sürecek. Gelecekteki füzyon reaktörleri de özünde güvenlidir ve yüksek aktivite veya uzun ömürlü nükleer atık üretmesi beklenmemektedir. Ayrıca, füzyon işleminin başlatılması ve sürdürülmesi zor olduğundan, kontrolden çıkmış bir reaksiyon ve erime riski yoktur; Füzyon yalnızca katı çalışma koşulları altında gerçekleşebilir, bunun dışında (örneğin bir kaza veya sistem arızası durumunda), plazma doğal olarak sonlanır, enerjisini çok hızlı kaybeder ve reaktöre herhangi bir kalıcı hasar verilmeden önce söner.

Daha da önemlisi, nükleer füzyon -tıpkı fisyon gibi- atmosfere karbondioksit veya başka sera gazları salmaz, bu nedenle bu yüzyılın ikinci yarısından itibaren uzun vadeli bir düşük karbonlu elektrik kaynağı olabilir.

Güneşten daha sıcak

Güneşin büyük yerçekimi kuvveti doğal olarak füzyona neden olurken, bu kuvvet olmadan reaksiyonun gerçekleşmesi için güneştekinden bile daha yüksek bir sıcaklık gerekir. Dünya'da, döteryum ve trityumun kaynaşmasını sağlamak, aynı zamanda basıncı ve manyetik kuvvetleri düzenlemek, plazmanın sabit bir şekilde hapsedilmesi ve füzyon reaksiyonunu füzyon reaksiyonunu, reaksiyonu başlatmak için gerekenden daha fazla enerji üretecek kadar uzun süre sürdürmek için 100 milyon santigrat derecenin üzerinde sıcaklıklara ihtiyacımız var.

Bir füzyon reaktöründe gerekenlere çok yakın koşullar artık deneylerde rutin olarak elde edilirken, reaksiyonu sürdürmek ve sürekli bir şekilde enerji üretmek için plazmanın iyileştirilmiş hapsetme özelliklerine ve stabilitesine hala ihtiyaç vardır. Dünyanın her yerinden bilim adamları ve mühendisler, net füzyon enerjisine ulaşmak için yeni malzemeler geliştirmeye ve test etmeye ve yeni teknolojiler tasarlamaya devam ediyor.

Kaynak

IAEA