Nükleer füzyon, iki hafif atom çekirdeğinin daha ağır bir çekirdekle birleşmesidir. Dünya’da kullanılabilirse, temiz, sınırsız enerji üretebilir. Nükleer füzyonla elde edilen bir kilogram yakıttan elde edilecek enerji, 100 milyon kilogram fosil yakıttan elde edilen enerjiye eşdeğerdir.
Füzyon çok az nükleer atık üretir ve sera gazı emisyonu üretmez. Bu da uzun zamandır geleneksel enerji kaynaklarına potansiyel bir alternatif olarak lanse edildiği anlamına gelir.
Ama bu süreci yönlendiren nedir? Ve uygulanabilir bir ticari enerji kaynağı haline gelebilir mi?
Füzyon nedir?
Füzyon, iki ışık atomu daha ağır bir atom yapmak için birbirine bağlandığında veya kaynaştığında meydana gelir. Yeni atomun toplam kütlesi, onu oluşturan ikisinden daha azdır. Albert Einstein ‘ın ünlü “E=mc2” denkleminde tanımlandığı gibi “kayıp kütle” enerji olarak verilir.
Genellikle atom çekirdekleri aynı yüke sahip oldukları için birbirlerini iterler. Yüksek ısılar, basınçlar, ya da her ikisi de bu itişin üstesinden gelmek için gereklidir. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’na göre, Dünya’da nükleer füzyon reaktörlerindeki sıcaklıklar güneşin çekirdeğinde bulunanların yaklaşık altı katına ulaşıyor. Bu ısıda, hidrojen artık bir gaz değil, elektronların atomlarından sıyrıldığı maddenin son derece yüksek enerjili hali olan plazmadır. (Plazma, atomun elektronlardan arınmış halidir.)
Füzyon, atomları ayıran ve tehlikeli olan önemli radyoaktif atıklarla sonuçlanan fisyondan farklıdır.
Füzyonlar yıldızların en önemli enerji kaynaklarıdır. Aynı zamanda dünya için potansiyel enerji kaynağı olabilir. Tabi eğer bilim insanları reaksiyon başlatmak için gerekenden daha fazla enerjiyi nasıl çıkaracaklarını bulabilirlerse. Kasıtlı olarak kontrolsüz bir zincirleme reaksiyonda yola çıktığında, nükleer füzyon hidrojen bombasını yönlendirir. Füzyon, uzay gemilerine uzayda güç sağlamak için bir olasılık olarak da değerlendiriliyor.
Nükleer füzyon enerjisi
Bilim insanları bu konuyu yıllarca füzyon enerjisi konusunu takip etti. Füzyon, mevcut enerji kaynaklarına çok çekici bir alternatiftir. Çünkü çok az radyoaktif atık veya sera gazı üretir ve nispeten basit bileşenler gerektirir. Bu sınırsız temiz güç hayalinin anahtarı, reaksiyondan onu üretmek için gerekenden daha fazla enerji üretmektir.
2022’de Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı Ulusal Ateşleme Tesisi’nden (NIF) bilim insanları, ilk kez bir nükleer füzyon çekirdeğinin tükettiğinden daha fazla enerji ürettiğini duyurdu.
Ateşleme tesisi, döteryum ve trityum plazmasını, iki izotopu veya hidrojen versiyonlarını sınırlamak için lazer ışınları kullanır. Ama uzmanlar, uygulanabilir endüstriyel füzyon reaktörünün sadece on yıl uzakta olduğunu söylüyor. Bunun nedeni, plazmayı ısıtmak için bilim adamlarının elektrik şebekesinden enerji çekmesi gerektiğidir. Bu nedenle, reaksiyonu uygulanabilir hale getirmek için, reaksiyon tarafından üretilen enerji, elektrik lazerlere güç veren ışığa dönüştürülürken kaybedilen oldukça büyük miktarda enerjiyi de hesaba katmalıdır.
Döteryum-Trityum füzyonu:
Bugün Dünya’daki güç için en umut verici kombinasyon, bir helyum atomu oluşturmak için bir döteryum atomunun trityum atomuyla kaynaşmasıdır. Yaklaşık 39 milyon santigrat derece sıcaklıklar gerektiren süreç, 17,6 milyon elektron volt enerji üretir.
Döteryum-döteryum füzyonu:
İki döteryum atomunu elde etme kolaylığı ve üreteceği daha yüksek enerji verimi nedeniyle teorik olarak döteryum-trityumdan daha umut verici olan bu yöntem, aynı zamanda daha zordur. Çünkü çalışması için son derece yüksek sıcaklıklar gerektirir. Yalnızca döteryum-döteryum reaksiyonu en az 400 milyon ila 500 milyon santigrat derece sıcaklık gerektirecektir.
Yıldızlardaki füzyon reaksiyonları
Proton-proton füzyonu:
Çekirdek sıcaklıkları 15 milyon santigrat derce altında olan güneş gibi yıldızlar için baskın itici güç olan proton-proton füzyonu iki protonla başlar ve nihayetinde pozitronlar, nötrinolar ve gama ışınları gibi yüksek enerjili parçacıklar verir. Bu kadar düşük sıcaklıklarda füzyon elde etmek için yıldızlar, Dünya’daki atmosferik basıncın 200 milyar katından fazla kırma basıncına güvenir.
Karbon döngüsü: Daha yüksek sıcaklıklara sahip yıldızlar, hidrojen atomları yerine karbonu birleştirir. Bu süreçte yıldızlar karbon-12 ile başlar ve bir helyum çekirdeği ve başka bir karbon-12 atomu üretmek için altı farklı adımdan geçer.
Üçlü alfa süreci:
Üçlü alfa süreci, üç helyum çekirdeğinin (alfa parçacıkları) karbona dönüştürme sürecidir. 100 milyon santigrat dereceyi aşan sıcaklıklara sahip, fazlarının sonundaki kırmızı devler gibi yıldızlar, hidrojen ve karbon yerine helyum atomlarını birleştirir.
Nur Seda Korkmaz