“Mümkün olanın sınırlarını keşfetmenin tek yolu sınırı bir miktar imkansıza doğru aşmaktır.”

“Bir şey nazari olarak mümkün ise ve bilimin temel kanunlarından hiçbiri onun gerçekleşmesine engel değilse, o şey er geç gerçekleşecektir.”

Arthur C. Clarke, kurgubilim yazarı

Giriş: Bir Hollywood Hayali – Zincir Reaksiyon

1996’da Hollywood, Keanu Reeves’in başrolde olduğu Chain Reaction (Tepki) filminde geleceğin enerjisinin ipuçlarını vermişti. Hidrojen atomlarını kaynaştırarak sınırsız ve temiz enerji üretmek, beyazperdede heyecan verici bir komplo öyküsünün merkezindeydi.

Filmin konusu şöyleydi: Chicago Üniversitesi’ne bağlı bir araştırma laboratuvarında, genç bir fizikçi olan Eddie Kasalivich (Keanu Reeves), suyun hidrojenini kontrollü füzyonla enerjiye dönüştürmeyi başaran devrim niteliğinde bir projede çalışmaktadır. Ekip, geleneksel nükleer füzyonun aksine, çevreye zararsız bir “soğuk füzyon” süreci üzerinde ilerlemektedir.

Ancak proje bir gece içinde kâbusa dönüşür. Deney başarıya ulaştıktan kısa süre sonra laboratuvar havaya uçar; baş araştırmacı öldürülür ve tüm bulgular yok olur. Olaydan sağ kurtulan Eddie ile proje mühendisi Dr. Lily Sinclair (Rachel Weisz), bir anda FBI tarafından sabotaj ve cinayetle suçlanırlar.

İkili, peşlerine düşen güvenlik güçlerinden kaçarken aslında hükümet içindeki gizli bir örgütün bu temiz enerji formülünü kendi çıkarları için gizlediğini keşfederler. Onları hem FBI ajanları hem de karanlık devlet bağlantılarıyla çalışan gizli servis görevlileri kovalamaktadır. Eddie’nin tek umudu, projeyi koruyan asıl bilim insanı Dr. Paul Shannon (Morgan Freeman)’ın yardımına güvenmektir — ancak kimin gerçekten dost, kimin düşman olduğu giderek belirsizleşir.

Chicago’nun donmuş nehirlerinde, laboratuvar tünellerinde ve gizli tesislerde geçen kaçış öyküsü, sonunda Eddie ve Lily’nin formülü dünyaya duyurarak insanlığın enerji geleceğini tekellerden kurtarmaya çalışmasıyla sonuçlanır.

“Füzyon 30 yıl uzaktadır”

O günlerde bilim dünyasında hâkim olan görüş, neredeyse bir atasözüne dönüşmüştü: “Füzyon hep 30 yıl uzaktadır.” Hayal cazipti ama gerçeğe dönüşmeyecek kadar uzak görünüyordu. Ne garip ki aradan tam otuz yıl geçti ve takvim 2020’lerin sonuna gelirken perdedeki hayal, laboratuvarlardan çıkıp inşaat sahalarına indi. Bugün Helion Energy ve Commonwealth Fusion Systems, dünyanın ilk iki ticari füzyon santralini kurmak için kolları sıvamış durumda. Bir zamanlar sinema senaryosu gibi görülen o sahneler, artık gerçek mühendislerin çizim masalarında ve dev bobinlerin gölgesinde yaşanıyor. Füzyon, yıllar boyunca “geleceğin enerjisi” diye anıldı; şimdi ise, nihayet, bugünün hikâyesine dönüşüyor.

“Her dem 30 yıl uzakta olan nükleer füzyon sessiz sedasız geldi” adlı makalemizde konuyu sunmuş ve bugünün gelişmelerine dikkat çekmiştik. Makalemizi okuyanlar füzyon araştırmalarının çoğunun bir ağır Hidrojen isotopu (Hidrojen ailesi ferdi) olan Döteryum ve yanı sıra hafif bir metal olan Lityum’u yakıt olarak kullanmak esasına dayandığını hatırlayacaklardır. Lityum doğrudan yakıt olarak kullanılmaz, daha ağır bir Hidrojen isotopu olan Trityum’a dönüştürülür ve bu iki kardeş Hidrojen atomu reaktörde yakılır. Bugünün füzyon teknolojisinin çoğu bu temele dayanırken Helion, bir devrim daha yaparak sırf Döteryum’a dayanan bir füzyon teknolojisi geliştirdi. Makalemizde tüm bunları tanıttıktan sonra şu soruyu sormuştuk: “Peki onun (Helion’un) makinesi dışında başka bir teknolojiyle, sade Döteryum yakan bir füzyon reaktörü tasarlanabilir mi?”..

Karışık bir “Ailevi İlişkiler” Hikayesi: Döteryum, Lityum ve Trityum!

Yeri gelmişken.. Sırf Döteryum yakmak neden önemlidir? Zira şimdinin çift yakıtlı füzyon reaktörleri denizde çok bol bulunan Döteryum ile karada ve denizde daha az olsa da yine bol bulunan Lityum’u kullanırlar. Li doğrudan reaktörde yanmaz, reaktördeki nükleer tepkimeler esnasında Hidrojen’in en ağır isotopu Trityum’a dönüşür. Döteryum ve Trityum ikilisi reaktörde yanar. Trityum radyoaktiftir, dünyamızda yok denecek kadar azdır, onun için başka bir elementin atomlarından üretilmesi gerekir; o da Lityum’dur. Öte yandan Lityum’un tamamı Tr üretimine uygun değildir, füzyon için Lityum-6 isotopu gerekir ve bu doğal Lityum’un sadece %7.5’u oranında doğada bulunur. Kalan % 92.5 ise Li-7 şeklindedir. Bu da daha ileri birtakım tekniklerle reaktörde Trityum'a dönüştürülüp kullanılabilirse de şimdilik görece Li bolluğu nedeniyle bu usuller pek uygulamaya konmamıştır. Öte yandan Li-6’nın doğal Lityum’dan saflaştırılarak zenginleştirilmesi gerekir ( -30 Li-6, en az). Bu da ayrı bir Lityum rafine tesisi gerektirir.

Toparlarsak:

Başlangıçta elde: Lityum-6 Döteryum

(Füzyon nükleer tepkimesiyle) Lityum-6 → Trityum

Döteryum Trityum → *Füzyon*

Şekil.1’de gezegenimizin Lityum ve Döteryum kaynaklarının tükeniş sürelerini görüyoruz. Döteryum çok daha uzun süre dayanacaktır. Öte yandan Lityum’un tükeniş süresine bakılırsa (yakl. 100 milyon yıl) konuyu o kadar da dert etmeye gerek yok gibi görünüyor. Ancak bizim burada öncelikli amacımız, milyonlarca yıl sonra gelecek torunlarımızın enerji güvenliğini garantiye almak değildir; şimdi ve daha bol kaynaklarla, karmaşık bir sanayi gerekmeden ülkemizin kestirme yoldan bol ve ucuz enerjiye ulaşmasını sağlamaktır.

Not: Şu sıra daha çok karasal kaynaklardan elde edilen Lityum’un, bol deniz Lityum kaynakları devreye girene dek, siyasi çekişmelere ve belki de “nadir metal savaşları”na neden olabileceği günümüzün tatsız gerçeklerinden biridir. Yani petrol yüzünden 20.yy.a damgasını vurmuş kanlı çekişmeler yarın Lityum yüzünden çıkabilir. Oysa Döteryum heryerde kolayca deniz suyundan elde edilebilir. Denize kıyısı olmayan ülkeler için de göl ve akarsularındaki Döteryum rahatça yeter.

Evet, sorumuz: Helion’un makinesi dışında başka bir teknolojiyle sade Döteryum yakan bir füzyon reaktörü tasarlanabilir mi?.. Şimdi bu sorunun cevabını vermeye çalışacağız; ya da bilim camiasındaki meşhur tabirle, bir "kağıt reaktör" tasarlayacağız..

“Kağıt Reaktör” ve “Kağıt Teknoloji”

Konuya girmeden önce “kağıt reaktör” kavramının nereden çıktığını tekrar hatırlayalım. Konu ile ilgili daha önceki bir makalemizde şöyle demişiz:

“Kağıt reaktör” (paper reactor) terimi, yalnızca çizimlerde, planlarda veya bilgisayar simülasyonlarında var olan, henüz fiziksel olarak inşa edilmemiş nükleer reaktör tasarımlarını ifade eder. Bu kavram, özellikle toryum yakıt döngüsü, sıvı tuz reaktörleri (MSR), gaz soğutmalı reaktörler ve hızlı üretken reaktörler gibi yenilikçi sistemlerde sıkça karşımıza çıkar.

Ancak mesele yalnızca reaktörlerle sınırlı değil. “Kağıt teknoloji” (paper technology) daha genel bir kavramdır ve henüz gerçeğe dönüşmemiş tüm teorik cihazları kapsar: Nükleer tahrikli uzay gemileri, hipersonik scramjet uçaklar, yapay organ yazıcıları, nano robot enjeksiyon sistemleri, hatta dev uzay asansörleri… Bunların bazıları bilimsel literatürde, bazıları da bilim kurgu ve mühendislik vizyonlarında yer alır.

Bu tür cihazlar, her ne kadar fiziksel olarak var olmasalar da, bilimsel düşünceyi besler, teknolojik ilerlemenin yönünü çizer ve bir gün inşa edilmeyi bekleyen potansiyel sistemler olarak değer taşır. (alıntı sonu)..

Unutmamalı ki bugünün insanı hayretler içinde bırakan birçok teknolojisi de geçmişte birer “kağıt teknoloji” idi. Çizim masalarından ve bilimsel makalelerden çıkıp geldiler ve gerçek oldular. Bu, bilim ve teknolojinin, bildiğimiz tek ilerleme usulüdür: Herşey önce bir hayalle başlar, sonra çizim masaları ve bilimsel yazılara yansır ve son olarak da yapım aşamasına gelir. Burada temel şu kriter bilimsel hayal gücü ile saf hayalperestliği ayıran çizgiyi belirler: Bilime aykırı olmayan her fikir değerlidir.

Biz de aynı yollardan geçerek ağır Hidrojen yakan bir füzyon reaktörünü meraklı bilim okurları ve konuyla ilgilenen bilimcilerin dikkatine sunuyoruz. Bunu yaparken hayli teknik bir konuyu ortalama bilim okuyucusu için olabildiğince anlaşılır kılmaya çalışacağız.

Füzyon.. Kısaca

Herşeyden önce, bir füzyon reaktörü yapımındaki ana güçlüğün, bir yıldızın (güneşimiz dahil) kalbinde oluşan yüksek sıcaklık ve basınçları yeryüzünde oluşturmak ve bu durumdaki maddeyi bir arada tutmak olduğunu söyleyerek söze başlayalım. Güneş gibi orta boy bir yıldızda bunu yerçekimi sağlar, sonuçta yıldızın kalbinde milyonlarca atmosfer basınç ve sıkışan gazların ısınması sonucu 15 milyon ° K (Kelvin) ısı oluşur. Bu ısıda Hidrojen plasması uygun füzyon şartlarını bularak “tutuşur” ve yanar.

(Not: Sıkışan gazların ısındığını kompresörlerle uğraşanlar ve eski tip bisiklet pompalarıyla bisiklet lastiği şişirenler iyi bilir.

Kelvin: Evrendeki “mutlak sıfır” noktası esas alınarak oluşturulmuş sıcaklık ölçü sistemi. Sıcaklıkta, evrensel bir kural olarak, yukarı doğru bir sınır yoktur, ama aşağı doğru vardır: Madde -273.15 ° C’da tüm ısı enerjisini kaybederek soğuk, ölü ve katı bir varlığa dönüşür. Herhangi bir maddeyi bundan daha çok soğutmak mümkün değildir. Bu nokta 0 ° Kelvin olarak anılır. Evrendeki ve fizik bilimindeki sıcaklıklar bu mutlak noktaya nispetle ölçülür. Geleneksel Santigrat “C” sistemine göre 0 derece olan su donma noktası, Kelvin’e göre 273.15 derecedir! 0 ° C = 273.15 ° K. Dolayısıyla 0 ° K = -273.15 ° C.

“Plasma” bahsi bir önceki makalemde geçti, kısaca: Katı, sıvı ve gazdan sonra gelen maddenin 4. halidir. Çok yüksek sıcaklıkta maddenin doğal yapıtaşı olan atomlar dağılır; madde serbest uçuşan atom çekirdekleri ve serbest uçuşan elektronlardan oluşan bir “çorba”ya dönüşür!).

Öte yandan yeryüzünde milyonlarca atmosfer basınç oluşturamayacağınızdan dolayı sıcaklıkta daha da ileri gitmek zorundasınız, çünkü füzyon tepkimesi “plasma” haline gelmiş Hidrojenin yoğunluk ve sıcaklığına bağlıdır.. Basınç (dolayısıyla yoğunluk) azalırsa füzyonu “tutuşturmak” için ısının artması gerekir. Bu nedenle Güneş sistemimizin en sıcak yerleri Güneş’in kalbi değil, Dünya üzerindeki (halihazırda deneysel amaçlı çalışan) füzyon reaktörlerinin içidir: Yaklaşık 100 milyon derece! Bizim de kendi sistemimizde bu ve daha yüksek ısılar oluşturmamız gerekiyor. Bu bir problem, ama sorunlar bununla bitmiyor.

Bu kadar yüksek sıcaklıkta bir cismi kapalı tutacak maddi bir kap yoktur. Milyonlarca derece sıcaklıktaki plasmayı içine doldurduğunuz en sert maddeden yapılı kap dahi bir anda buharlaşır, plasmanızı ve makinenizi kaybedersiniz. Ama bilim........

© Fikir Coğrafyası