Nükleer füzyon nedir ve neden bu kadar önemli?

ABD Enerji Bakanlığı Salı günü, birçok insanı gelecekten umutlandıran, temiz enerji üretme yöntemi olan nükleer füzyonda bir atılım duyurdu.

Bilim adamları tarafından başarıya ulaşıldı Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı California’da.

Nükleer füzyon birçokları için yeni bir kavram olabilir, ancak bilim adamları bunun üzerinde çalışıyor. 1940’lardan beri. Ancak zorlu bir zorlukla karşı karşıya kaldılar: Onu yaratmak için gerekenden daha fazla enerji nasıl üretilir? Neredeyse aşılmaz bir meydan okuma gibi görünüyordu.

Bugüne kadar.

Nükleer füzyon nedir?

Nükleer füzyon, iki hafif elementin birleşerek daha ağır bir element oluşturduğu bir süreçtir.

Hidrojen atomlarının protonlarının çekirdekte inanılmaz derecede yüksek sıcaklıklarda şiddetli bir şekilde çarpıştığı ve bir helyum atomu oluşturmak üzere kaynaştığı güneşimize güç veren aynı süreçtir.

Burada Dünya’da, döteryum ve trityum elementlerinin kaynaşmasıyla nükleer füzyon üretilir. Döteryum oldukça boldur ve suda bulunabilir, ancak en çok okyanuslarımızda bol miktarda bulunur. Öte yandan trityum daha az bulunur ve öncelikle kozmik radyasyonun bir sonucu olarak atmosferimizde bulunur. Trityum ayrıca nükleer patlamalarda yapılır ve nükleer reaktörlerin bir yan ürünüdür.

Güneşin muazzam yerçekimi kuvveti, hidrojen atomlarını kaynaştırmasına izin verir, ancak Dünya’da füzyon oluşturmak için bilim adamlarının, kabaca 100 milyon santigrat derece veya güneşin çekirdeğinden 10 kat daha sıcak olan aşırı yüksek basınçlar ve sıcaklıklar uygulaması gerekir.

Nükleer füzyon üretmeye çalışmanın farklı yolları olsa da, Kaliforniya laboratuvarındaki bilim adamları küçük bir kapsül (yaklaşık bir BB boyutunda) füzyon yakıtı: döteryum ve trityum içeren bir silindirin iç duvarına odaklanan 192 lazer kullandılar.

Bu, duvardan kapsüle çarpan ve yakıtı sıkıştıran X-ışınları üretti. Tutuşmasına yetecek kadar uzun süre sıcak, yoğun ve yuvarlak kaldı ve kullanılan lazerlerden daha fazla enerji üretti.

Üretilen enerji küçük olsa da – yaklaşık üç megajul veya bir ampulü çalıştırmaya yetecek kadar – nükleer füzyon enerjisinde tarihi bir ilki işaret ediyor çünkü lazerler hedefi ateşlemek için iki megajulün biraz üzerinde kullandı.

Bununla birlikte, Nükleer Güvenlik’te Savunma Programları yönetici yardımcısı Marv Adams’a göre, deneyde kullanılan tüm malzemeleri üretmek için 300 megajoule geleneksel enerjinin – genellikle “duvardan” enerji olarak anılır – gerekli olduğunu not etmek önemlidir. ve Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi.

Halihazırda kullandığımız nükleer enerjiden ne farkı var?

Çoğu insan nükleer enerjiyi düşündüğünde, muhtemelen bugün sahip olduğumuz nükleer reaktörleri düşünür. Ancak bu reaktörler nükleer fisyon kullanarak çalışıyor.

Fisyon, atomları birbirine zorlayan füzyonun tam tersidir. Bunun yerine, nükleer reaktörler ağır atomları ayırarak enerji üretir.

Ayrıca füzyon temiz enerji üretir. Nükleer reaktörlerin aksine, süreç nükleer santrallerde bulunan kullanılmış çubuklar gibi yan ürünlerle sonuçlanmaz.

Fisyonda olduğu gibi nükleer füzyonda da nükleer erime olasılığı yoktur ve nükleer füzyon nükleer silah yapmak için kullanılamaz.

Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı, hidrojen bombalarının füzyon reaksiyonlarını kullanmasına rağmen, onu patlatmak için ikinci bir fisyon bombasının gerekli olduğunu açıklıyor.

Nükleer füzyon neden önemlidir?

Dünya, yüzyıllardır yanan fosil yakıtların neden olduğu bir iklim kriziyle karşı karşıya. Sonuç olarak, sellerde, kuraklıklarda, yükselen deniz seviyelerinde ve daha fazlasında artış olacak. Bunun olduğunu zaten görüyoruz ve gezegen ne kadar ısınırsa, bu felaketler o kadar kötü olacak.

Gezegen kabaca 1,2 C ısındı, ancak bunu 2015 Paris iklim anlaşmasında belirlenen iddialı hedef olan yüzyılın sonuna kadar 1,5 C ile sınırlarsak, bu iklimle ilgili daha az felaket anlamına gelebilir. Bu nedenle, bilim adamları ve mühendisler uygun maliyetli, temiz enerji geliştirmeye çalışıyorlar.

Füzyon burada devreye giriyor.

Zararlı karbondioksit veya metan emisyonu üretmez ve oldukça verimlidir.

Göre Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı“Füzyon, (nükleer enerji santrallerinde kullanılan) fisyona göre kilogram yakıt başına dört kat daha fazla enerji ve yanan petrol veya kömürden yaklaşık dört milyon kat daha fazla enerji üretebilir.”

ABD Enerji Bakanı Jennifer M. Granholm Salı günkü duyurusunda, “Bu bizi toplumumuza güç veren sıfır karbon bol füzyon enerjisi olasılığına yaklaştırıyor” dedi.

Füzyonu ne zaman enerji kaynağı olarak kullanacağız?

Bu tarihi bir ilk olsa da, henüz büyük ölçekte enerji üretmeye hazır olduğumuz anlamına gelmiyor.

California, Livermore’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı yöneticisi Kim Budil, “Sadece bilimde değil, teknolojide de çok önemli engeller var” dedi.

Budil, “Bu, tek seferlik bir ateşleme kapsülüdür ve ticari füzyon enerjisini gerçekleştirmek için, dakikada çok, çok sayıda füzyon ateşleme olayı üretmelisiniz ve bunu sağlamak için sağlam bir sürücü sistemine sahip olmalısınız,” dedi.

Bilim adamlarının tahmin ettiği kadar uzun sürmese de, temel teknolojilerin bir nükleer füzyon santrali inşa edecek kadar geliştirilmesinin en az birkaç on yıl süreceğini açıkladı.

Nükleer füzyon üzerinde çalışan tek ülkenin ABD olmadığını da hatırlamak önemlidir.

Fransa’da işbirliği var Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör23.000 ton ağırlığında ve yaklaşık 30 metre yüksekliğinde devasa bir nükleer füzyon reaktörü, yaklaşık on yıl içinde faaliyete başlayacak.

Kanada’da ayrıca özel şirketler de var. Genel Füzyon, diğerleri arasında Britanya Kolombiyası merkezli. Füzyon üzerine çalışan özel şirketler de var. Çin, Birleşik Krallık ve Almanya’da.