ABD Enerji Bakanlığı önceki gün temiz ve sürdürülebilir enerji kaynakları konusunda ‘çığır açacak bir gelişme’den bahsetmiş, detayları açıklayacağını söylemişti. Açıklamalardan ‘ilk kez bir füzyon reaksiyonunda net bir enerji kazanımı elde edildiğini’ öğrendik. Bu gelişmenin ne anlama geldiğini, Türkiye’de bu konudaki en yetkin isimlerden Prof. Dr. Erkcan Özcan‘a sorduk.
ABD Enerji Bakanlığı’ndan önceki gün bir ön açıklama, dün de detaylı bir açıklamayla ‘temiz enerji konusunda çığır açacak bir buluş’a imza atıldığını okuduk. Ne oldu?
National Ignition Facility tarihinde ilk kez, adında da geçen ‘Fusion Ignition’ (Füzyon Ateşlemesi) işlemini gerçekleştirdi. Bu işlem parmak ucu kadar ufak bir hedefe lazerler kullanarak yüksek miktarda enerji aktarıp hedefin içerisindeki dötaryum ve trityumun füzyonunu sağlamak, füzyonun da hedefe aktarılan enerjiden daha fazlasını dışarı vermesi diye tanımlanabilir.
Bu sefer ilk kez enerji fazlası mı oldu, enerji mi üretilmiş oldu?
Bu daha önce de yapılıyordu ama işlemde ortaya çıkan enerji, içeri verilenin altında kalıyordu. Bu kez çıktı girdiden daha fazla oldu.
Ne olduğunu daha iyi anlamamız için günlük hayattan bir örnek verebilir misiniz?
Bunun kimyasal bir benzerini kabaca şöyle düşünebiliriz: Elimizde bir miktar yakıt var, o yakıtı tutuşturmak için uğraşıyoruz. Kibrit çakıyoruz, çakıyoruz ve sonrasında yakıt yüzeysel olarak yanıp sonra sönüyor. Yakıtın azıcık yandığı sırada açığa çıkan enerji, bizim kibritlerle verdiğimiz ısıdan daha azsa bir anlamda çabamız boşa gitmiş oluyor. Hedefimiz, kibrit veya çıra kullanıp yakıtı ateşledikten sonra, yakıtın onu tutuşturmak için verdiğimizden daha fazla çıktısı olması.
NIF 2009’da resmen açıldığından beri bunu yapmaya çalışıyordu ama bir türlü başaramıyordu. Örneğin 2012’de ilk tur denemeler tamamlandığında çıktı, girdinin onda biri kadarda kalmıştı. Geçen sene, uzun ve meşakkatli bir hedef tasarım sürecinin ardından girdi çıktı oranını yüzde 70’e çıkartmayı başardılar. Dün yaptıkları açıklamadaysa çıktı girdinin 1,5 katı olmuş.
Güneş enerjisine benzetiliyor.
Güneşin enerji kaynağı da füzyon, yani hafif atom çekirdeklerinin birbiriyle bir araya gelip daha ağır çekirdekler oluşturması. Bu işlem sırasında maddenin ufak bir kısmı enerjiye dönüşüyor. Ama ünlü E=mc² formülündeki ışık hızı çok büyük bir sayı olduğundan, hızın karesiyle çarpılınca dönüşen madde ufacık bile olsa çok enerji açığa çıkmış oluyor.
Güneşin enerji kaynağının füzyon olabileceği 1920’lerde ortaya atılmış, o zamandan beri yaptığımız araştırmalar bu mekanizmayı anlamamızı sağladı. Aslında en temiz enerji kaynağı diyebiliriz, hidrojen, helyum gibi hafif atomları alıp onlardan enerji açığa çıkarıyoruz. Bu yüzden füzyonu dünya üzerinde gerçekleştirebilmek bir devrim niteliğinde olur.
Dünyada Güneş enerjisi üretmek istiyoruz, kolay iş değil!
Yalnız bir sorun var: Atom çekirdekleri artı yüklü olduklarından birbirlerini itiyorlar, yani füzyon yapıp birleşmelerini sağlayana kadar onları birbirlerine itmek lazım. Güneş bunu devasa kütlesi sayesinde yapabiliyor, Güneş’in kendi yerçekimi merkezinde yüksek basınç yaratıyor ve çekirdekleri birbirine yakınlaştırabiliyor. Derdimiz, Güneş kadar kütlemiz olmayan dünyamızda bu işi kontrollü yapabilmekte.
Füzyondan sonra da ikinci derdimiz başlıyor: Açığa çıkan enerji çok yüksek olduğundan füzyon çevresini hızla ısıtıyor ve sıkıştırdığımız hedefin hızla genleşip dağılmasına sebep oluyor. Yani füzyonu başlattıktan sonra, devam etmesini sağlayamadan yakıt plazma olup dağılıyor ve bu yüzden ‘yanma‘ prematüre bitiyor.
Özetle, dünyada güneş enerjisi üretmek istiyoruz, bunu sürdürülebilir olarak yapabilmek istiyoruz, ve yaparken sisteme koyduğumuzdan daha fazlasını alabilmek istiyoruz. Tüm bunları Güneş’in kütlesine, sıcaklığına, basıncına vs. sahip olmadan yapmak istiyoruz. Kolay bir iş değil.
Öyleyse temiz enerjiye ne kadar yakınız, henüz belli değil.
Sorun iki yönlü. Geçen günkü açıklamada sözü edilen kazanç sadece tek bir ufak hedefte elde edilmiş durumda. Bu sistemin bir güç santraline dönüştürülebilmesi için, o hedeflerden birçoğunu kısa sürelerde ışınlamak durumundayız. Böyle bir adıma hazır değiliz.
İkincisi, girdi çıktı hesabını hedef için yapıyorlar. Bu bilimsel açıdan makul bir ölçüm yöntemi, ama pratik anlamda çok büyük bir eksiği var. Hedefe girdi olacak enerjiyi lazerlerle üretmek için onun 200 küsür katı enerji harcanıyor şu an için.
Yani kabaca 500 MJ enerji harcayarak, ufak bir hedefe ancak 2 MJ enerji aktarabiliyoruz, o hedefteki füzyonun ardından dışarı 3 MJ gibi bir miktar çıkıyor. Evet, hedef için çıktı girdinin üstüne ulaşabildi, ama hedefin soğurduğu enerjiden çok daha fazlasını harcamış durumdayız.
Bu yüzden bilimsel olarak önemli bir kilometre taşı olduğu doğru, ama temiz enerjiden hala on yıllarca uzakta olduğumuzu rahatça söyleyebiliriz.
Şunu da eklemek lazım: NIF zaten bir güç santralı olabilsin diye kurulmuş bir tesis değil. Aslında ABD’nin termonükleer silah çalışmalarına veri toplamak gibi de bir fonksiyonu var. O yüzden çoğu fizikçi, zaten NIF’deki yöntemle pratik füzyon çıktısı olacağını düşünmüyordu. Füzyona ulaşmak için alternatif yollar da var, onları da yakından takip etmekte fayda var. Kısacası ümitsizliğe kapılmamak lazım.
Temiz enerji ille de füzyonla mı gelecek?
Gündelik hayatta ‘nükleer santral’ olarak sözünü ettiğimiz yöntem, nükleer ‘fisyon‘, yani ‘bölünme‘. Fisyon sırasında enerji hafif çekirdeklerin birleşmesi sırasında değil, çok ağır çekirdeklerin bölünmesi sırasında ortaya çıkıyor. Her ne kadar kafamızda olumlu olmayan bir algı olsa da, nükleer fisyonla enerji üretmek de aslında epey temiz. Karbon ayak izi, rüzgar enerjisiyle yarışır durumda. Çernobil ve Fukuşima gibi kazalar çok ciddi görünmekle birlikte, ortaya çıkan elektrik başına ölüm gibi ölçütlerde, müthiş güvenli olduğu da net. O yüzden ‘klasik‘ nükleer, yani fisyon da temiz enerji kaynağımız olarak fena bir seçenek değil.
Öte yandan füzyonu başarırsak o zaman sadece temiz değil, hemen her coğrafyada rahatlıkla devreye alınabilecek bir enerji kaynağımız olacak. Onun da kendine göre olumsuz yanları olacaktır tabi, sonuçta doğada bedava bir kaynak yok, ama fosil yakıtların yarattığı yıkımdan kurtulmuş olacağız.
Nükleer, fisyon, füzyon… Kısa ve anlaşılır tanımlar, belki anlamamızı kolaylaştırabilir.
Nükleer sözcüğü adı üstünde çekirdekle ilgili demek. Yani atom çekirdeğinde depolu olan enerjiyi açığa çıkarıyoruz. Eğer geçmişte yaşayıp sonra ömrünü tamamlayıp süpernova olan yıldızların uranyum gibi ağır atomların çekirdeğine depoladığı enerjiyi açığa çıkartırsak, bu fisyon oluyor. Eğer Güneş ve genel olarak yıldızların normal ömürleri sırasında yaptığı gibi, hafif çekirdekleri birleştirerek, o hafif çekirdeklerde depolanmış enerjiyi açığa çıkartırsak, bu füzyon oluyor.
Bunlardan ilki elimizdeki uranyum, toryum vs. miktarıyla sınırlanmış durumda. Oysa ki hafif çekirdeklerden evrende çok var. O yüzden hem kaynak olarak kolay kolay tükenebilecek bir kaynak değil, hem de hafif çekirdekler birleştiğinde ortaya çıkanlar atık olarak sorunlu olacak türden değil. Bu yüzden füzyon, fisyondan çok daha sürdürülebilir bir çözüm insanlık için.