O tepede iki güneş var! Stephen Hawking'in en büyük hayaliydi... Sonsuz enerji mümkün mü?

Fransa'nın güneyinde bulunan Provence bölgesindeki tepelerden birine tırmanıp etrafa baktığınızda oldukça tuhaf bir görüntüyle karşılaşıyorsunuz: Burada bir değil iki güneş var!

Güneşlerden 4,5 milyar yaşında olan yavaş yavaş batarken, binlerce insanın zekasının eseri olan diğer güneş daha da yavaş bir biçimde yükseliyor. Yaşlı güneş batarken bir yandan çevreyi, bir yandan da inşaat halindeki insan yapısı güneşi muhteşem bir turuncuya boyuyor.

Bu inşaat, insanlık tarihinin en büyük varoluşsal sorunlarından birine çözüm getirmeyi amaçlıyor. Nasıl mı? Anlatalım...

Dünyanın dört bir yanından 35 ülkenin bir araya gelerek Saint-Paul-lez-Durance'da hayata geçirdiği bu projede sürdürülebilir nükleer füzyonun yolları aranıyor. Kısaca iki hafif elementin birleşerek daha ağır bir element oluşturması olarak tarif edilen nükleer füzyon, başta Güneş olmak üzere tüm yıldızlarda sürekli yaşanmakta olan bir süreç. Ancak Dünya üzerinde tekrar edilmesi çok zor.

Peki bilim insanları neden bununla uğraşıyor? Çünkü nükleer füzyon esnasında çok büyük miktarda enerji açığa çıkıyor. Üstelik bu enerji ne fosil yakıtlar gibi sera gazı çıkışına neden oluyor ne de gündelik hatta nükleer enerji dediğimiz nükleer fizyonda olduğu üzere uzun süre ortadan kaybolmayan radyoaktif atık üretiyor.

Bir başka deyişle nükleer füzyon süreçlerini mükemmelleştirmek, insan eliyle açığa çıkan iklim değişikliği krizini çözebilecek yolların başında geliyor.

"30 YIL SONRA" ŞAKASI GERÇEK OLDU

Eğer insanlık nükleer füzyonu mükemmel bir biçimde uygulamayı başarırsa, diğer enerji kaynaklarına olan ihtiyaç çok büyük oranda ortadan kalkacak gibi görünüyor. Zira nükleer füzyonda 1 gramlık yakıt kullanılarak elde edilen enerji, 8 ton petrolden elde edilen enerjiye denk.

Nükleer enerji uzmanları yakın zamana kadar teoride mükemmel görünen bu teknolojinin ne zaman yaygınlaşacağı sorusuna net bir yanıt vermekten kaçınıyordu. Hatta bilim çevrelerinde "Ne zaman sorarsanız sorun, bu sorunun cevabı '30 yıl sonra'dır" şeklinde espriler de yapılıyordu. Ancak tarihte ilk kez "30 yıl sonra" ifadesi bir iyi niyeti değil, bir gerçeği ifade eder hale geldi.

Çalışmalarını İngiltere'nin Oxford şehri yakınlarındaki Culham köyünde yürütmekte olan bir grup bilim insanı, geçtiğimiz Şubat ayında oldukça heyecan verici bir açıklama yaptı: "Tokamak" adı verilen ve kocaman bir simide benzeyen nükleer kaynaşım halkası ile 5 saniye boyunca 59 megajul enerji üretmeyi başardılar.

59 megajul, bir evin bir günlük ihtiyacına denk geliyor. Dahası üretim süreci esnasında 59 megajulden fazla enerji harcandı. Ancak yine de bu tarihi bir an olarak kabul ediliyor çünkü bu sayede nükleer füzyonun Dünya üzerinde sürdürülebilir bir biçimde hayata geçirilebileceği kanıtlanmış oldu.

Bu habere en çok sevinenler ise Fransa'da bulunan Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) bünyesinde görev yapan uzmanlar oldu. Zira ITER'in temel amacı, nükleer füzyonun ticarileştirilebileceğini kanıtlamak. Eğer bu kanıtlanabilirse, yukarıda da dediğimiz gibi dünyanın fosil yakıtlara olan ihtiyacı büyük oranda azalacak.

Bernard Bigot, ITER projesinin başına geçmeden önce Fransa Atom Enerjisi Kurumu Başkanı olarak görev yapıyordu.

Bernard Bigot, ITER projesinin başına geçmeden önce Fransa Atom Enerjisi Kurumu Başkanı olarak görev yapıyordu.

"ENERJİ HAYATTIR"

İngiltere'deki deneyin başarısının ardından ITER'de de çalışmalar hızlandı. Ancak projeye 7 yıl boyunca liderlik eden Bernard Bigot'nun 14 Mayıs günü bir hastalık nedeniyle hayatını kaybetmesi, ITER çalışanları için önemli değişimleri de beraberinde getirdi.

Bigot hayatını kaybetmeden kısa bir süre önce CNN'e yaptığı açıklamada, nükleer füzyondan elde edilecek enerji konusunda çok iyimser olduğunu belirterek, "Enerji hayattır. Biyolojik olarak, sosyal olarak, ekonomik olarak" diye konuşmuştu.

Bigot, Dünya nüfusunun 1 milyarın altında olduğu dönemlerde talebi karşılamaya yetecek miktarda yenilenebilir enerji olduğunu da ifade ederek şöyle devam etmişti:

"Artık durum değişti. Sanayi Devrimi'nden ve ardından gelen nüfus patlamasından beri böyle değil. Bu nedenle fosil yakıtları kullanmaya başladık ve çevremize çok büyük zarar verdik. Şu an 8 milyar kişiyiz ve çok ciddi bir iklim krizinin ortasındayız. Şu anki ana güç kaynağımızı kullanmayı bırakmaktan başka alternatifimiz yok. En iyi seçenek ise evrenin milyarlarca yıldır kullanmakta olduğu kaynağı kullanmak gibi görünüyor."

* * * * *

Füzyon enerjisi, doğada birbirini iten iki parçanın güç kullanılarak birleştirilmesiyle ortaya çıkıyor.

Önce nükleer kaynaşım halkasının yani tokamak'ın içine az miktarda yakıt koyuluyor ve büyük mıknatısların gücü kullanılarak maddenin dördüncü hali olarak bilinen ve elektrikli yüklü bir gaz ya da çorba diyebileceğimiz plazma elde ediliyor.

Halkanın içindeki sıcaklıkların tahayyül bile edilemeyecek kadar yükseltilmesiyle, yakıttan gelen hidrojen parçacıkları birleşmeye başlıyor. Bu sürecin sonucunda ortaya helyum ile kütleleri parçacıkların kendilerinden daha düşük olan nötronlar çıkıyor.

Aradaki kütle farkı da çok büyük miktarda enerjiye dönüşüyor. Plazmadan kaçmayı başaran nötronlar, halkanın duvarlarındaki "battaniye" kaplamasına çarpıyor ve kinetik enerjileri ısı olarak transfer ediliyor. Bu ısı da suyu ısıtmakta, buhar üretmekle ve enerji üretmek için türbinleri çevirmekte kullanılabiliyor.

GÜNEŞ'İN MERKEZİNDEN 10 KAT DAHA SICAK

Bütün bu süreçte halkanın çok büyük miktarda ısıyı içinde tutabilmesi gerekiyor. Plazmanın en az 150 milyon santigrat dereceye ulaşması gerekiyor ki bu, sıcaklık güneşin merkezinden 10 kat daha sıcak. Dolayısıyla akla şu soru geliyor: Dünya üzerinde hangi madde bu kadar sıcağa dayanabilir?

Nükleer füzyonla uğraşan bilim insanları bu meseleye sonunda bir çözüm buldu. Bu ısı geliştirilen dev mıknatıslar kullanılarak yaratılan güçlü manyetik alanlar sayesinde kontrol altında tutuluyor. Bunun dışındaki her deneme ise erimeyle sonuçlanıyor.

Füzyon üzerine çalışan bilim insanları, makinelerinin içinde birer güneş yaratmaya çalışıyor. Çünkü dev bir yanan plazma topu olan Güneş sonu gelmeyen bir füzyon fabrikası olarak çalışıyor. Her saniye güneşte yüzlerce ton hidrojen helyuma dönüşüyor.

Yıldızlar, Güneşimiz ve uzay boşluğundaki diğer her şey plazmadan oluyor. Hatta evrenini yüzde 99,9'unun plazma olduğunu söyleyebiliriz. Dünya'da ise plazmanın en yaygın kullanıldığı alanlar televizyonlar ve neon lambalar. Şimşek çaktığında ve Kuzey Işıkları ortaya çıktığında da doğal plazmaya şahit oluyoruz.

5 SANİYE BOYUNCA DEVAM ETTİRMEYİ BAŞARDILAR

Bu kulağa mükemmel gelse de ITER'deki uzmanlara göre asıl zorluk füzyon enerjisi üretmek değil. Nihayetinde insanlık hidrojen bombasını icadından bu yana nükleer füzyon reaksiyonu oluşturabiliyordu. Asıl zorluk bu üretimi sürdürülebilir kılmak.

İngiltere'deki Ortak Avrupa Toru (JET) isimli tokamak'ta 5 saniye boyunca enerji üretilebildi. Bu şu ana kadar kayda geçmiş en uzun süre. Eğer işlem biraz daha uzatılsaydı, 1970'lerde inşa edilmiş bakır mıknatıslar erimeye başlayacaktı.

ITER'de daha fazla süre dayanabilecek daha yeni mıknatıslar kullanılıyor. Proje kapsamında 50 megawatt'lık yakıttan 500 megawatt enerji üretilmesi hedefleniyor.

Ancak ITER'in asıl amacı bu enerjiyi kullanmak değil, füzyonun JET'in başardığından daha uzun müddet sürdürülebileceğini kanıtlamak. Burada elde edilecek başarı, gelecekte ticari ölçülerdeki makinelerle füzyona başlanabileceği anlamına geliyor.

DÖTERYUM VE TRİTYUM KULLANILACAK

Güneş'teki füzyonda iki hidrojen atomunun birleşimiyle helyum ediliyor. JET ise söz konusu çalışmasında döteryum ve trityum adı verilen iki hidrojen izotopunu kullandı. ITER'in de kullanacağı bu izotoplar kimyasal yapıları ve girdikleri reaksiyonlar bağlamında hidrojenle neredeyse aynı şekilde hareket ediyor.

Hem döteryum hem de trityum doğada bol miktarda var. Döteryum hem tatlı hem de tuzlu sularda bulunuyor. 500 mililitre su ve az miktarda trityumdan elde edilecek enerjinin bir konutun ihtiyacını bir yıl boyunca karşılayabileceği öngörülüyor. Trityum doğada nadir bulunuyor ancak sentetik olarak üretilebiliyor. Şu an dünyada sadece 20 kilogram trityum bulunuyor, nükleer füzyon için gereken miktar ise yılda 400 gram. Ancak yukarıda da dediğimiz gibi 1 birim yakıtla 8 milyon birimlik enerji üretilebildiğinden, az miktarda döteryum ve trityum ile büyük miktarda ihtiyaç karşılamak mümkün.

Trityum oldukça pahalı bir madde. Tek bir gramının fiyatı 30 bin dolar civarında. Bu da nükleer füzyonun başarılı olması ve talebin artması halinde, bilim insanlarının yeni bir zorlukla daha karşı karşıya kalacağı anlamına geliyor.

* * * * *

Uzaktan bakıldığında ITER tamamlanmış bir proje gibi görünse de aslında daha yapılacak çok iş var. 39 ayrı alanda yürütülen inşaat fazlasıyla karmaşık. Cihazın ölçüleri akıl alacak gibi değil. Sadece tokamak'ın ağırlığı 23 ton ki bunu üç Eiffel Kulesi gibi düşünebiliriz. Halka 1 milyon büyük parçadan oluşuyor. Bu parçaları bileşenlerine ayırdığımızda ise 10 milyondan parçadan fazlasını elde ediyoruz.

Cihazın etrafına yerleştirilecek olan mıknatıslar da bugüne kadar üretilmiş en kuvvetli mıknatıslar olacak. Bazılarının çapı 24 metreye vardığından bu mıknatısların demonte halde getirilmesi ve inşaat alanında birleştirilmesi gerekiyor. Parça sayısını düşündüğümüzde de hataya en ufak bir yer dahi olmadığı anlaşılabiliyor.

Makinenin üç boyutlu tasarımlarını içeren bilgisayar dosyaları bile 2 terabaytlık bir alan kaplıyor. Bunu da 160 milyon adet tek sayfalık Word dosyası şeklinde düşünmek mümkün.

* * * * *

ITER projesinde çalışmakta olan yüzlerce kişinin arkasında dünyanın dört bir yanından 4.500 şirket ve 15.000 personel var. 35 ülkenin katkı sağladığı projeyi Çin, ABD, Avrupa Birliği, Rusya, Hindistan, Japonya ve Güney Kore idare ediyor. Ancak Rusya'nın Ukrayna işgali, bu ülkenin ITER'deki rolünün de tartışmaya açılmasına neden oldu.

Rusya savaşın ilk günlerinde birçok bilimsel projeden ihraç edildi ancak Avrupa Komisyonu'nun yaptırımlarından ITER muaf tutuldu. Bunun en önemli sebebi de Rusya'nın sadece bu projenin değil, nükleer füzyon enerjisi çalışmaları tarihinin vazgeçilmez bir parçası olmasıydı.

1930'larda birçok ülke füzyon enerjisinden faydalanmak için çalışmalara başladı, aradan geçen zamanda birçok makine üretildi. Ancak en başarılı cihaz Sovyetler Birliği'nin geliştirdiği "tokamak" oldu. 1968 yılında Sovyet bilim insanları füzyon alanında bir çığır açtı: Hem ihtiyaç duyulan yüksek sıcaklıkların elde edilmesi hem de plazmanın belli bir süre için kontrol altına alınabilmesi bir ilk oldu. Dahası "tokamak" kelimesi bile Rusça "toroidal alanlı manyetik oda" anlamına gelen "toroydalnaya kameras magnityum polem" ifadesinin kısaltması.

ITER'in baş finansörleri arasında yer alan Rusya, cihazın bazı önemli parçalarını da üretti. Örneğin tokamak'ın tepesine gelecek olan mıknatıs St. Petersburg şehrinde inşa edildi ve ITER'in iletişim direktörü Laban Coblentz'in dediğine göre Fransa'ya gönderilmeye hazır halde bekliyor.

ITER, UKRAYNA SAVAŞI'NI DA ATLATABİLECEK Mİ?

Coblentz savaşın Rusya'nın projedeki rolünü değiştirmediğine dikkat ederek, "ITER bir Soğuk Savaş çocuğu. Daha iyi bir gelecek hedefini paylaşan ideolojik olarak karşıt görüşlerdeki ülkelerin kasten bir araya gelmesinin sonucu" diye konuştu.

Bununla birlikte Rusya-Ukrayna Savaşı'nın beklenmedik bir durum olduğunu da sözlerine ekleyen Coblenz, Rusya'nın projedeki geleceğine yeni direktörün karar vereceğini belirtti.

YAPILACAĞI YERİ SEÇMEK BİLE 20 YIL SÜRDÜ

Ancak jeopolitiğin ITER'de her zaman bir rol oynadığını söylemek mümkün. İnşaatın yapılacağı yeri bulmak bile yıllar aldı. Bu esnada uzun teknik çalışmalar, siyasi pazarlıklar ve diplomatik ince ayarlar yürütüldü. 2005'te Moskova'da yapılan bir toplantıda Saint-Paul-lez-Durance resmi alan ilan edildi ve bir yıl sonra da Paris'te inşaat sözleşmesi imzalandı.

Diplomasinin ve teknolojinin ayak uydurmasıyla proje başladı. 2010'da temeller atıldı, 2014'te inşaat makineleri çalışmaya başladı.

Böyle anlatıldığında ITER projesi fazla büyük ve hırslı bir girişim gibi görünüyor ancak gezegenimizin karşı karşıya olduğu riskle kıyaslandığında daha anlaşılır bir hal alıyor. 1973 yılından bu yana küresel enerji tüketimi iki katına çıktı. Bu yüzyılın sonunda ise üç katına çıkması söz konusu. Atmosfere salınan karbondioksitin yüzde 70'i insanların enerji tüketiminden geliyor; tükettiğimiz enerjinin yüzde 80'i ise fosil yakıtlardan...

Sıcak dalgaları daha sık ve daha ölümcül bir hal alıyor, kıtlığa yol açan kuraklıklar, orman yangınları, seller yaşanıyor. Deniz seviyeleri yükseliyor. Ekosistemler kırılma noktalarına ulaşır ve her gün daha fazla insanın hayatı tehlikeye girerken, iklim krizinin etkilerinin tersine döndürülmesi de gittikçe zorlaşıyor.

HAWKING'İN ÖLMEDEN ÖNCEKİ HAYALİYDİ

Dünya karbon salınımını hızla azaltmak ve fosil yakıtlardan güneş, rüzgâr, su gibi yenilenebilir enerjilere geçiş yapmak için acele ediyor. Bazı ülkeler karbon salınımı düşük olan nükleer fizyon enerjisine yatırım yapsa da düşük de olsa kaza riski, yüksek maliyetler ve radyoaktif atıkların saklanmasına ilişkin sorunlar soru işaretlerine neden oluyor.

Tabii bir de dünyanın bu dönüşümü zamanında yapıp yapamayacağı sorusu var. Nükleer füzyon son dakikada yetişip insanlığı kurtaran kahraman olabilecek mi?

Merhum fizikçi Stephen Hawking, 2010 yılında Time dergisinin, "Hayattayken gerçekleştiğini görmek istediğiniz bilimsel keşif hangisi?" sorusuna tam da bu yönde bir yanıt vermişti:

"Nükleer füzyonun pratik bir güç kaynağına dönüşmesini istedim. Çevre kirliliğine ya da küresel ısınmaya neden olmadan sonsuz bir enerji arzı sağlayacak."

* * * * *

Nükleer füzyon alanında çalışan uzmanlar şimdiden çok büyük engeller aştı. Aralarında Bigot'nun da bulunduğu birçoğu kariyerlerini buna adadı ancak pratik kullanımlarını görmeye ömürleri vefa etmedi.

Bugün ticari şirketler füzyon enerjisi üretmeye ve satmaya hazırlanıyor. Öngörüler o kadar iyimser ki tesislerin yüzyılın ortasında devreye girebileceği belirtiliyor.

Ancak aşılan her engelin arkasından yenisi geliyor. Örneğin sınırlı stok ve trityum fiyatları karşısında ITER kendi malzemesini üretmeye çalışıyor. Şimdilik durum fena değil. Tokamak'ın içindeki battaniye lityumla kaplanacak, kaçan plazma nöronları battaniyeye çarpıp lityumla tepkimeye girecek ve daha fazla trityum yakıtı üretilecek.

Büyük projelerde zaman ve para her zaman bir sorun elbette ancak ITER söz konusu olduğunda "büyük" kelimesi yetersiz bir sıfat. Burası dünyanın en büyük ve tarihin en iddialı enerji iş birliklerinden biri.

Bigot'nun dediğine göre, bir günlük aksama bile yaklaşık 1 milyon euro'luk bir kayba yol açıyor.

Projenin inşaat maliyetlerinin yüzde 45'ini Avrupa Birliği üstleniyor. Diğer ülkelerin desteği ise yüzde 9'un biraz üzerinde. Başlangıçta 6 milyar euro olarak planlanmış olan proje maliyetleri şimdiden 20 milyar euro civarına yükselmiş durumda.

GECİKMELER YAŞANIYOR AMA UMUTLAR SÜRÜYOR

2001 yılı tahminlerinde ilk parti plazmanın 2016'da üretileceği belirtiliyordu ama bu hedef de tutmadı. Hatta projenin sonunun geldiğini düşünenler de oldu. Ancak Bigot'nun yeniden başa geçmesiyle işler yeniden rayına oturdu. Coblentz, Bigot'nun en ufak ayrıntıyı bile kontrol eden bir yönetici olarak tanındığını ama bu karışık projeyi düzene sokmak için de böyle bir lidere ihtiyaç olduğunu söyledi.

Coblentz, "Buraya sabah 7'de geldiğinizde aracının otoparkta olduğunu görürdünüz. Akşam 21'e 22'ye kadar çalışmaya devam ederdi. Hiçbir detayı ciddiye alınmayacak ya da dahil olunmayacak kadar büyük ya da küçük görmediğini hissettirirdi" ifadelerini kullandı.

Bigot yönetiminde beklentiler ve teslim tarihleri de daha gerçekçi olacak şekilde elden geçirildi. Bugün ilk plazmanın 2025'te üretileceği ilk döteryum-trityum deneylerinin ise 2035'te gerçekleşeceği bekleniyor. Ancak pandemi ve süregelen tedarik zinciri meseleleri bu tarihlerin de ertelenmesine neden olacak gibi görünüyor.

Ancak Bigot, ITER'in potansiyeline dair tutkusunu ve ümidini son nefesine kadar sürdürdü. CNN'e yaptığı açıklamada, "Hidrojen füzyonu fosil yakıtları yakmaktan 1 milyon kez daha verimi. Bizim burada yapmaya çalıştığımız şey Dünya üzerinde küçük bir yapay güneş oluşturmaya çok benziyor. Füzyon enerjisi tesisi her zaman işliyor olacak. Tabir-i caizse bu güneş hiç batmayacak" diyordu.

CNN International'ın "Bottling the sun" başlıklı haberinden derlenmiştir.