Yapay Güneş ve Tokamak Ünitesi Hakkında

Yapay Gunes ve Tokamak Unitesi
Yapay Gunes ve Tokamak Unitesi

Atom Enerjisinin Keşfini incelediğimizde 1932 yılında James Chadwick nötronu keşfetmiştir. Tarih 1938’i gösterdiğinde, iki bilim insanı Alman fizikçi Otto Hahn ve Fritz Strassman tarafından ağır elementler üretme çalışmaları esnasında, uranyum elementini nötron ile bombardımana tutarlar. Olayın devamında uranyumun önemli ölçüde küçük olan baryum ve kripton elementlerine ayrıldığını fark ederler.

Bilim insanları özelde Fizik bilim dalında, daha önceki denemelerinde sadece bir atomun çok küçük parçalarını elde etme başarısı gösterirken, açığa çıkan bu beklenmedik sonuç çok ilginç ve ilgi çekicidir. Nükleer Fizik çalışmaları başlar. Bunu takip eden çalışmalarda Füzyon reaksiyonu fark edilir.

Fizyon : Kararsız bir çekirdekle nötron tepkimeye girecek olursa, atom numarası daha küçük olan 2 tane kararlı radyoaktif element açığa çıkar. Bu reaksiyon sürecinde çok büyük enerji serbest kalır. Atom Bombası nükleer enerji füzyon reaksiyonu ile ilgilidir.

Füzyon: Hidrojen atomunun yüksek basınç ve sıcaklık altında birleşerek Helyum atomuna dönüşmesi ile elde edilen reaksiyonlardır. Bu reaksiyon Güneşte oluşmakta ve uzunca bir süre daha devam edecek olan reaksiyondur.

Günümüzde enerji ihtiyacı önceki yıllara oranla oldukça fazla hissedilmekte ve yeni enerji arayışları açığa çıkmaktadır. İşte bu arayışlarda yeni bir haber alıyoruz. 2022 Ocak’ın ilk günlerinde Çin’in Hefei kentinde yer alan ve “yapay güneş” olarak tanımlanan nükleer füzyon reaktörünün, verilen bilgiye göre 100 milyon derece sıcaklığa ulaştığı ve en az 10 saniye çalışarak Füzyon reaksiyonu anlamında bir dünya rekoru kırıldığını öğreniyoruz. Bu sonuca göre yaşadığımız dünya için temiz bir gelecek arayışında önemli bir dönüm noktası olmaktadır.

The Experimental Advanced Superconducting TOKAMAK (EAST), Deneysel Gelişmiş Süper iletken TOKAMAK sistemi devreye giriyor. TOKAMAK gelecek için ümit verici bir gelişme olarak karşımıza çıkıyor. 1.056 saniye, Çin Bilimler Akademisi (ASIPP) Plazma Fiziği Enstitüsü’ndeki “yapay güneş” üzerinde yüksek sıcaklıklı tokamak plazması için yeni bir darbe uzunluğu dünya rekoru elde edildi.
30 Aralık’ta, deneysel gelişmiş süper iletken tokamak (EAST), 2021’in sonuna kadar 1.000 saniyeden daha uzun bir süre için tokamak operasyonunun bu dönüm noktasını belirlemişti. Literatürde en son Almanya’da yapılan deneysel çalışmalarda 2016 yılı içinde 1 saniye için 80 milyon dereceye
ulaşıldığını da biliyoruz.

Şimdi nükleer füzyon neden gereklidir ve temiz enerji midir? Sorusuna cevap arayalım.

Günümüzde halen kullanılan Nükleer Santraller, Rusya, Çin, Japonya, ABD ve Fransa gibi ülkelerde kullanılan nükleer santraller Füzyon reaksiyonu olarak parçalayarak çalışıyor. Bu
nedenle de çevreyi kirleten zehirli radyoaktif atıklar üretilmekte ve insan sağlığı için zararlı olmaktadır.

Füzyon için TOKAMAK sistemi nasıl olacak?

Nükleer füzyon TOKAMAK ünitesi ile enerji ihtiyacını çok daha kolay ve ucuza karşılayabileceğiz. TOKAMAK Füzyon sistemi ile temiz nükleer enerji elde edilebilecek ve bu sayede atomu parçalamayacağız, bunun yerine atomu birleştirerek enerji üreteceğiz.

theanheitoka
Şekil 1 de TOKAMAK ünitesi gösterilmektedir. Anhei tokamak, dünyada 100 milyon santigrat derece (212 milyon Fahrenheit) üreten ilk tesistir.

Bu sistemde Füzyon reaksiyonuna oranla daha temiz ve daha ucuz enerji elde etmek mümkün olacak. Nasıl mı? Okumaya devam
edelim. Nükleer füzyon reaksiyonunda, uranyum 235 atom çekirdeğini nötron bombardımanına maruz bırakarak 202,5 MeV (megaelektronvolt) enerji üretimi gerçekleştiriliyor enerji karşılığı olarak 3,24×1011 J, yani 324 milyar joule enerji açığa çıkıyor.

nuclear fusion
Şekil 2 de Nükleer Füzyon reaksiyonu diyagramı gösterilmektedir. Ref: https://nuclear-power.com/wp-content/uploads/2014/11/nuclear_fusion.jpg

TOKAMAK Füzyon sisteminde ise, Döteryum ve Tirityum kaynaştırılarak daha büyük olan helyum 4-2 atomları açığa çıkarılarak sırasıyla 12,86-18,30 MeV ve 18,4 MeV enerji üretilebiliyor. Bu arada yeni terimleri incelersek. Nükleon atom çekirdeklerinin bileşeni anlamında kullanılmaktadır.

Proton ve nötronlar birer nükleon olarak kabul edilebilirler. Nükleer füzyonla nükleon başına daha fazla enerji üretilebilir. Çinli bilim insanları daha fazla enerji üretilebilir ’in farkına varmış ve az yakıtla çok enerji üretmenin arifesine ulaşmışlar.

EAST nuclear reactor
Şekil 3: Çin’in tamamen süperiletken Deneysel Gelişmiş Süperiletken Tokamak (EAST). Kredi: IPP

Şekil 3’te TOKAMAK Yanma Odası görülmektedir. Güneş’in ısı ve ışık üretmesini sağlayan nükleer füzyon reaksiyonları Güneşin çekirdeğinde meydana gelir.

Güneş’in çekirdek sıcaklığı elde edilen verilere göre TOKAMAK ünitesinin 100 milyon derecelik nükleer füzyon reaksiyonlarından daha az değerde 15 milyon derece.
Peki 100 milyon derece üretimi kolay mı? Elbette zor. Peki Çin nasıl üretiyor?

Çinliler TOKAMAK ünitesinde gelişmiş elektromıknatıslar ve farklı ısıtma tekniklerini bir yandan deneme yanılma yolu ile test ederken. Öte yandan gelişmiş plazma kontrolü
yapıyorlar. Uzun ve yorucu bir süreç sonrası üretilen teoriler ve bilgisayar simülasyonları ile TOKAMAK için öngörülen plazma akışını güvenle kullanabilme adına test ettiklerini ve
deney sonuçları ile çekirdek plazma sıcaklığını 100 milyon dereceye çıkardıklarını biliyoruz.

Nükleer fizikçiler, Reaksiyon başlayınca durdurulması imkânsız olan zincirleme reaksiyon için denge ve kararsızlık testleri yaparak süreci incelemiş, TOKAMAK içinde Plazmayı manyetik güç alanına sıkıştırma senaryolarını ön görmüş, plazmanın TOKAMAK içinde reaktör duvarlarına nasıl zarar verdiğini test etmişler. Ve özellikle de hidrojen yakıtının kirlenmesini önleyerek daha stabil reaksiyonların üretilip üretilemediğini analiz etmişler.

The ITER tokamak nuclear island Central Solenoid six modules at vertical axis II
The ITER tokamak nuclear island Central Solenoid six modules at vertical axis II

Şekil 4’te TOKAMAK iç ortam bileşenleri gösterilmiştir.

Çinli Bilim İnsanları ITER benzeri tungsten yönlendiriciler kullanarak ısı akışını muhafaza etmek için gayret gösterip yapay güneş oluşturma yolunda ilerlemektedirler.

ITER: Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör uluslararası bir TOKAMAK oluşturmak için hazırlanmış araştırma ve mühendislik projesidir. Bu proje aracılığıyla maddenin plazma olarak bilinen hâlinden elektrik üreten bir güç kaynağı yaratmak amaçlanmaktadır.

Fizik biliminde Hidrojeni yakarak 100 milyon dereceye çıkaramayacağımızı biliyoruz. Çinli Bilim İnsanları bu sıcaklık değerine ulaşmak için VASIMR plazma roketlerinde olduğu gibi, hidrojen gazını radyo dalgalarıyla ısıtma yoluna giderek denediklerini düşünüyoruz. Bu sayede gazın TOKAMAK içindeki dönüş torkunu kontrol edip gazın sağa-sola savrularak reaktör duvarlarına hasar vermesini 1056 saniye boyunca önlediklerini söylemek mümkün. Bu sayede TOKAMAK ta zarar oluşmadan sürdürülebilir füzyon sağladılar.

VASIMR: Roket motoru uzay araçlarını süper sıcak bir gaz jetiyle (plazma jeti) itiyor.

Bu ismin açılımı da ilginç; çünkü içinde birçok teknik detay barındırıyor: Değişken özgül itkili manyetoplazma roketi.

Sonuç olarak Çinli bilim insanları ITER ve VASIMR ‘den elde edilen bilgileri harmanlayarak yeni teknolojik çağa geçişin ilk adımını başlatmaktalar. Gelecek için inovasyon,
inovasyon içinde Fizik ve Matematik bilimlerine gerekli özeni göstermeniz dileği ile.

Bu yazımı 28 Şubat 2022 tarihinde vefat eden babam İsa AKBALIK’ a adıyorum.
Sevgili okur sevgi ile kalın.

Dr. Fırat Akbalık

Benzer Reklamlar

1 Comment

Yorumunuz