Sonsuz, temiz, ucuz füzyon enerjisini ne zaman kullanacağız?

GİRAY DUDA

ABD’de 12 Aralık 2022 Salı günü nükleer füzyon yoluyla enerji elde edildiği açıklaması dünyada büyük yankı yarattı. Dünyanın kesintisiz, sınırsız, ucuz, temiz enerjiye kavuştuğu tartışmaları sürerken, nükleer füzyondan enerji elde edilmesinin ayrıntılarını, deneysel parçacık fiziği üzerine araştırmalar yapan İstinye Üniversitesi Temel Bilimler Öğretim Üyesi Prof. Dr. Sertaç Öztürk ile konuştuk.

– Sertaç Öztürk hocam, röportaj konumuz nükleer füzyon veya füzyon enerjisi olacak. Her ikisi de aynı anlama geliyor. 12 Aralık’ta ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı Ulusal Ateşleme Tesisi’nde bir basın toplantısı düzenledi. Tüm dünyayı heyecana boğdu. Müthiş bir buluşa imza attıklarını söyledi. İlk bakışta nükleer füzyon çok heyecan verici bir gelişme gibi gözüküyor. Ancak, siz doğrudan bu konuyla ilgilenen bilim insanısınız. Doğrusunu ve ayrıntısını sizden almak istiyorsunuz. Siz bu açıklamayı ve bu konudaki çalışmaların geldiği noktayı nasıl değerlendiriyorsunuz?

– Nükleer teknoloji bizim hayatımıza 1950’lerden itibaren girdi. Marie Curie ve Pierre Currie radyoaktiviteyi keşfettikten sonra atom çekirdeğinin bölünerek müthiş bir enerji üretebileceğinin farkına varıldı. 1942 yılında Şikago Üniversitesinde bir nükleer santral kurularak buradan büyük miktarda enerji elde edilebileceği gösterildi. İkinci Dünya Savaşı’nın sonunda iki atom bombasının kullanılmasından sonraki soğuk savaş döneminde bu enerjinin koruma, güç ve tehdit olarak kullanılabileceği görüldü.

Nükleer enerji iki türlü elde ediliyor. Birincisine nükleer fisyon diyoruz. Fisyonda ana çekirdek bölünerek daha hafif iki tane çekirdek oluşturuluyor ve büyük enerji çıkıyor.

Nükleer füzyonda ise hafif iki tane çekirdek, bunlar hidrojen veya helyum olabilir, bir araya gelerek daha büyük bir çekirdek oluşturuyorlar ve büyük bir enerji ortaya çıkıyor.

Nükleer bombalar Hiroşima ve Nagazaki’ye atıldıktan sonra bilim insanlarına daha güçlü silahlar yapılması yolunda telkinlerde bulunuldu. İnsanlar ilk kez füzyonun güneşin dışında dünyada da gerçekleştirilebileceğini farketti. Hatta ünlü fizikçi Edward Teller, -ilk termonükleer bombayı yapan kişidir- bir şekilde atom bombasının çevresine hidrojen izotoplarını koyarak orada oluşan tepkimeden bir çeşit füzyon oluşturdu.

ÇIKAN ENERJİ GİREN ENERJİDEN DÜŞÜK KALIYORDU

– Bir yandan da hızla büyüyen dünyada hızla artan enerji gereksinmesini karşılamak için bu çalışmalar adres, referans özelliği taşımıştır.

– Evet. İnsanlar bunu gördükten sonra, buradan enerji üretebilir miyiz diye araştırma yapmaya başladılar. Yani aslına bakarsanız bundan enerji üretilebileceği düşüncesi 1950’li yıllara dayanıyor. Bununla ilgili birçok laboratuvar kuruldu. Termonükleer bomba yapıldı ama daha kontrollü bir biçimde enerji üretebilir miyiz diye araştırmalara girişildi. Bunun için de her şeyden önce o hidrojeni bir araya getirecek enerjiyi sağlamanız lazım. Çünkü burada sadece hidrojenlerin çekirdeği var. Bunlar artı yüklü olarak birbirini itiyor. Sizin bunları güneşteki gibi çok yüksek sıcaklığa getirmelisiniz ki bunlar birleşsin. Bu sıcaklık da yaklaşık 500 milyon santigrat derece.

Çin’de, Avrupa’da, Amerika’da bu konuda pek çok araştırma yapıldı. Fakat şöyle bir sorun vardı. Siz, güneşin sıcaklığını küçük boyutlarda sağlamak için enerji veriyorsunuz. Enerjiyi lazerlerle ya da bir manyetik alanla verebilirsiniz. Burada füzyon sonrası aldığınız enerji, füzyon için kullandığınız enerjiden daha az oluyordu. Siz 10 birim enerji veriyorsanız füzyon sonrası 6-7 birim enerji alıyordunuz. Yani sonuçta kullanılabilir bir füzyon enerjisine sahip olamıyordunuz.

İKİ VERİLDİ, ÜÇ ALINDI

– Büyük müjde olarak açıklanan nükleer füzyon denemesi, istenene kavuşma, amaca ulaşma bakımından gerçekten bir başarıya işaret ediyordu o halde.

– ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm’un, Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda yaptığı açıklamaya göre, ilk kez füzyon sonucu çıkan enerji, füzyon için verilen enerjiden daha fazla oldu. Yani ilk kez verimin 1’den büyük olduğu ortaya çıktı. Biz buna Q Faktörü diyoruz. Q Faktörü şudur: Sizin elde ettiğiniz enerjiyi verdiğiniz enerjiye bölersiniz. Eğer siz verdiğinizden daha fazla enerji elde ediyorsanız bu sayı 1’den büyük olur. Eğer verdiğiniz enerji aldığınız enerjiden fazla ise bu kez 0’dan büyük ama 1’den küçük olur.

Bu deneyde elde edilen değer 1.54 oldu. Yani yaklaşık olarak yüzde 154’lük verime ulaştılar. Bu da bu işin uygulanabilir, yapılabilir olacağını gösterdi. Ama hala yolun çok başındalar. Çünkü bunun aktif bir şekilde enerji üretebilmek için kullanılabilmesi için oradaki Q faktörünün 10’dan fazla olması gerekir. Burada 2 verildi, 3 alındı. Uygulamanın başarılı olabilmesi için 2 verilip 20 alınması sağlanmalı.

AŞILACAK SORUNLAR VAR

– Siz, Q Faktörünün 10’un üstünde olması halinde o bu çalışmanın uygulanabilir, ekonomik ve verimli, kazançlı olacağını söylüyorsunuz.

– Bir de şöyle bir sıkıntı var. Buradaki yakıt haznesine, siz sonuçta füzyonu gerçekleştirmek için Döteryum ve Trityum koyuyorsunuz. Bu koyduğunuz kap bir karabiber tanesi büyüklüğünde. Karabiber tanesini de 1-2 santimetre boyutlarındaki bir silindirik yapıya koyuyorsunuz. Dolayısıyla bu haznenin de büyütülmesi gerekiyor.

Ayrıca lazeri günde sadece bir kere ateşleyebiliyorsunuz. Sürekli lazer ateşleme olanağınız şu anda yok. Bu nedenle 1 verip 10 alsalar da şimdiki işleyişe göre bu çok verimli olmayacak. Yani gün boyunca veya birkaç saat çalışabilecek bir teknolojiniz henüz yok.

NÜKLEER FİSYONDA ZİNCİRLEME TEPKİ VAR

– Nükleer fisyon ile çalışan klasik nükleer güç santralleri bu nedenle yaygın olarak kullanıldı ve kullanılmaya, yenilerinin yapımına devam ediliyor, öyle mi?

– Doğrudur. Siz bu nükleer güç santrallerinde uranyum veya plütonyum çekirdeğini alıyorsunuz, buna bir nötron gönderdiğiniz zaman bu çekirdekler zincirleme olarak bölünmeye başlıyor. Uranyum hafif çekirdeklere bölünüyor ve ortaya enerji çıkıyor. Bu sırada üç tane daha nötron gönderiliyor. Bu nötronlar da diğer uranyum çekirdeklerine çarpıyor. Böyle zincirleme bir tepkime oluyor. Bunu bir kere başlattığınız zaman başka hiçbir şey yapmanıza gerek yok. Zincirleme olarak devam ediyor.

Zincirleme tepkimeyi kontrol etmezseniz zaten atom bombası, nükleer bomba oluyor. Ama siz santrallerde bunu kontrol ediyorsunuz. Araya kontrol çubukları koyuyorsunuz. Uranyum çubuklarını yukarıya kaldırıyorsunuz. Bir şekilde bu işlemi yavaşlatmış oluyorsunuz. Ama asıl olarak başladığı andan itibaren hiçbir şey yapmanıza gerek kalmadan işlem sürüyor.

AMA NÜKLEER FÜZYON DAHA GÜVENLİ

Füzyonda ise çalışma biçimi böyle değil. Füzyonda sizin habire güneşin merkezindeki sıcaklık ve basınç ortamını sağlamanız gerekiyor. Bu da doğal olarak bulunmadığı için bir enerji harcayarak bu ortamı oluşturmanız gerekiyor. Fisyonda siz bir şey yapmadan işlem devam ettiği için onbinlerce yıl sürebilir. İstediğiniz zaman bunu durduramıyorsunuz.

Çernobil örneğinde bunu görüyorsunuz. Onbinlerce yıl boyunca oradaki yakıt yanmaya devam edecek. Ama füzyonda siz hiçbir şey yapmazsanız işlem söneceği için klasik nükleer santrallere göre daha avantajlı ve güvenli olduğunu söyleyebiliriz.

NÜKLEER FÜZYONDA RADYOAKTİVİTE YOK

– Nükleer fisyonun sözkonusu olduğu nükleer güç santrallerinde meydana gelen kazaların çok önemli sonuçları oluyor. Bir anda çok büyük alana, başka ülkelere radyasyon yayıldığını izliyoruz. Nükleer santrallerin güvenli olarak inşa edildiğini düşünüyoruz ama sorun çıktığı anda yayılan radyasyon milyonlarca insanı, doğayı, diğer canlıları olumsuz etkiliyor. Nükleer füzyonda böylesine bir risk yok mudur?

– Nükleer füzyon tabii ki çok daha güvenli. Klasik nükleer santrallere bir terör saldırısı olsa veya sistemde bir arıza yaşansa, patlama halinde büyük bir global sorun ortaya çıkıyor. Radyoaktivite çevreye yayılacak ve siz müdahale etmezseniz de cayır cayır yanmaya devam edecek.

Ama fisyonda siz sürekli dışarıdan enerji sağladığınız için herhangi bir terör saldırısı veya arıza durumunda bu kendi kendini sönümlüyor. Sıcaklık dediğiniz de bir karabiber tanesi büyüklüğündeki bir bölgedeki sıcaklık. Dolayısıyla bu genişledikçe soğuyor ve sıcaklık anlamında da dışarıya vereceği zarar yok.

Döteryum ve trityumun birleşmesi halinde ortaya helyum çıkıyor. Helyum zararsız bir gaz. Dolayısıyla siz radyoativite üretmediğiniz için radyoaktif atık sorunu da olmuyor. Sistem müdahale edilmezse kendi kendini sönümlüyor ve bu nedenle nükleer güç santrallerine göre çok daha güvenli. Fakat buradaki sıkıntı, onu çalışır hale getirmek için sürekli enerji ile beslemeniz gerekiyor. Bu size ayrı bir teknoloji ve maliyet gerektiriyor.

ÇIĞIR AÇACAK NİTELİKTE DEĞİL

– Bilim dünyası, bilim insanları bu açıklamaya neden bu kadar çok sevindiler?

– Bilim insanlarının buna çok sevinmesinin nedeni nükleer füzyon fikrinin uygulanabilir olmasının gösterilmesinden ileri geliyor. Bir de şu var. ABD’nin kapitalist sisteminde ortada bir pasta var ve bilim insanları bu pastayı bölüşmek zorundalar. Eğer siz milyarlarca dolarlık fonlar kullanıp bir sonuç alamazsanız, bu durum politika yapıcılar nezdinde sizi kötü durumda bırakabilir. O yüzden bu haber çok önemli, çığır açacak nitelikte mi diye bana sorarsanız ‘Hayır, değil’ derim. Herhalde politika yapıcılarının maddi desteğini sürekli kılmak için yapılan işi büyük gösterme davranışı var burada. Ama bu sihirli değneği hemen kullanacağız, çok büyük bir enerji elde edeceğiz diye bir şey yok. Elde edilen enerji, aslında saatte 100 kilometre hızla giden bir kamyonun elde ettiği kinetik enerji. Bu enerji ile bir LED ışığını ancak birkaç saniye yakabilirsiniz.

Ama burada önemli olan, ilk kez verdiğimiz enerjiden daha fazlasını almamızdır. Gelecek için umut var. Ama şimdi başarılan şeyde dünya enerji dengesini değiştirecek bir özellik taşımıyor.

NÜKLEER SANTRALDEN TEMİZ ENERJİ ÇIKIYOR

– Şu andaki nükleer güç santrallerinden elde edilen ve füzyondan elde edilecek enerji temiz enerji sınıfına mı giriyor?

– Bana sorarsanız temiz enerji. Çünkü çevreye verdiği sera gazı yok. Yapılan şey, bir nükleer tepkime ile enerji elde edip suyu kaynatmak, kaynayan su buharını türbinlere verip elektrik enerjisi elde etmek. Dışarı çıkan tek şey su buharı.

NÜKLEER ATIKLARI GÜVENLİ SAKLAMAK MÜMKÜN

– Buharda kirletici, radyoaktif bir özellik yok değil mi?

– Hayır, o sizin doğrudan kaynattığınız suyun buharı. Radyoaktivite yüklenmesi yaşanan Çernobil’deki sorun şöyle oldu. Çekirdek patladığı için oradaki radyoaktif elementler su buharına karıştı ve gökyüzüne çıktı. Ancak işleyen nükleer güç santralleri kontrol altında çalışırken dışarıya zararlı madde salmıyor. Sera gazı veya karbon yayılmıyor. Kömür veya başka yakıtları kullanınca doğaya bir şekilde sera gazı salmış oluyorsunuz.

En büyük dezavantajı bir nükleer atık ortaya çıkması. Ama bunu da şöyle düşünün. Dünyada şu anda 438 tane nükleer santral var. Bu 438 nükleer santralde 50 bin ton radyoaktif uranyum olduğunu düşünün. Bunların zamanla bir kısmı radyoaktif atığa dönüşüyor. Sonuçta radyoaktif atık 5-10 bin ton dolayında olacak. Yeraltı sularından uzakta, çevresi kurşunla kapatılmış özel mağaralar oluşturup buraya koyarsanız radyoaktif atıkları çok uygun koşullarda muhafaza edebilirsiniz. Buradaki problem sizin bu radyoaktif atıkları binlerce yıl saklamanız gerektiğinden ileri geliyor. Onun dışında doğaya verdiği bir zarar yok.

SADECE İKİ NÜKLEER SANTRALDE KAZA YAŞANDI

– Ama tüm insanlar nükleer güç santrali denildiğinde, yakın zamandaki büyük nükleer santral kazalarını düşünerek yeni kazalar olabileceği korkusuna kapılıyorlar.

– Evet, elimizde Çernobil ve Fukuşima gibi iki kötü örnek var. Nükleer santral kazasını ben uçak kazasına benzetiyorum. Uçaklar en güvenli ulaşım araçları. Karayollarında ölen insan sayısı uçak kazalarında ölenlerin kat be kat üstünde. Ama karayollarındaki kazalarda sağ çıkma ihtimali daha fazla.

Nükleer santraller de buna benziyor. Dünyadaki 438 nükleer güç santralinden sadece iki tanesinde sorun yaşandı. Çernobil adlı televizyon dizisini izleyenler buradaki kazanın neden olduğunu net biçimde görebilirler. Fukuşima zaten her zaman eleştirilen bir nükleer güç santraliydi. Japonya’da tsunami tehlikesi çok fazla iken jeneratörler suyun altına yapılıyor ve tsunami gelip bu jeneratörleri çalışmaz hale getiriyor. Fukuşima’daki denetimlerde bu jeneratörlerin yüksek bir yere konulması konusunda çok fazla uyarı yapılmıştı. Eğer bu sözler dinlenip su seviyesinin üstünde bir yere jeneratörler konulsaydı böyle bir kaza olmayacaktı.

BU LABORATUVAR DEVLETİN

– Çernobil dizisini sanıyorum 5 kere izledim. Çok kaliteli, etkileyici bir diziydi. Fukuşima’da dizel jeneratörleri deniz kenarına koyduğunuz için tsunami suları basınca tüm jeneratörler iptal oluyor ve nükleer santralin soğutulması ihtimali ortadan kalkıyor. Bu tür kazaların hiçbir zaman olmayacağına inanmadığımız için nükleer santrallerden korkmamız normaldir.

Hocam, nükleer füzyon deneyinin yapıldığı Kalifornia’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuarı’nda (LLNL) bulunan Ulusal Ateşleme Tesisi devlete ait bir yer değil mi?

– ABD’de devlet tarafından fonlanan 17 tane araştırma laboratuvarı var. Bütçelerini devletten karşılıyorlar.

ÖZEL SEKTÖR İÇİN PAHALI

– Nükleer füzyon çalışması birçok ülkede yapılıyor ve özel sektör de bu konuya ilgi gösteriyor galiba.

– Özel sektör için biraz pahalı bir çalışma oluyor. Çünkü burada milyar dolarlardan söz ediyoruz. Paris’teki ITER reaktörü bir çok ülkenin konsorsiyum şeklinde ortaya çıkardığı bir yapı. Ülkeler devlet destekleri yapıyor ve çalışmalar böyle sürüyor. İsviçre’deki CERN’e benziyor. Özel sektörün fisyon konusundaki çalışmaları var ama füzyon konusunda özel sektörün faaliyet yürüttüğü konusunda bilgi sahibi değilim.

İLK HEDEF Q FAKTÖRÜNÜ BÜYÜTMEK

– Ben, füzyon çalışması yapan iş insanları arasında Bill Gates, Jeff Bezos ve John Doerr gibi yatırımcıların da olduğu bilgisiyle karşılaştım konuyu araştırırken. Nükleer füzyonda bundan sonraki ilk hedef çok daha büyük miktarda enerji elde edilmesi değil mi?

– Şu andaki yüzde 154 oranını yüzde 400’lere çıkarmak ilk hedef olacak. Q Faktörünün büyümesi ve füzyonun daha uzun bir süre kararlı kalmasını sağlamak da aynı biçimde öncelikli hedeflerden.

DENİZ SUYUNDAN ENERJİ

– Konuyla ilgili heyecanla yazılan yazılardaki temiz, sınırsız, sonsuz enerjiye kavuşmamız için anlaşılan bir süre daha beklememiz gerekiyor. Sizce bu süre ne kadar?

– İnsanlar iş tamam gibi algıladı. Örneğin Döteryum, Hidrojenin izotopu. Deniz suyunda da çok fazla vardır. Bir litre deniz suyu aldığınız zaman bu yaklaşık 300 litre benzine eşdeğer enerji üretir. Bunun için de o deniz suyundaki döteryumu füzyona sokup enerji üretmeniz lazım. Deniz suyunun litresini arabaya koyup 300 litre benzinin enerjisi kadar enerji aldım demek için daha çok uzun zaman var.

Geleceğe dönüş filmlerindeki araçların çalışması için biliyorsunuz çöpten çeşitli malzemeler, muz kabuğu konuluyordu. O zamana gelmek için önemli teknolojik atılımlara ihtiyacımız var.

EN AZ 70 YILIMIZ VAR

– Şimdi çok miktarda, çok ucuz ve kesintisiz enerji hedefleniyor ve çeşitli kaynaklardan gelen yazılarda 15-20 yılda sonuç almaktan söz ediliyor. Siz ne dersiniz?

– Bu süreler çok iyimser geliyor bana. 70 yıllık araştırma sonucunda ilk kez Q Faktörü 1.54 olabildi. 15-20 yıl boyunca ben bunun pek uygulanabilir olacağını zannetmiyorum. Belki 2120’lerde füzyon santrali gerçekten hayata geçebilir. Ama 20-30 yılda pratik, pragmatik bir füzyon reaktörü beklemiyorum. En az 70 yılımız var diye düşünüyorum.

Mesela ITER çalıştığı zaman ITER’deki atılımlar ne olacak bunu bilmiyoruz. Bunun enerji verecek kadar büyük yapılması, sürdürülebilir olması, maliyetinin düşük olması ve özel sektörün bu alana girip yatırım yapması için 70 – 100 yıllık bir süre varmış gibi gösteriyor.

BAKAN ÇOK İYİMSER

– ABD Enerji Bakanı ‘2050’de ilk nükleer füzyon enerji santralini kurmayı planlıyoruz’ şeklinde açıklama yapmıştı.

– Bakan, bugünden 27 yıl sonrasından söz ediyor. Çok iyimser açıklama. Ben bunun mümkün olduğunu zannetmiyorum.

NÜKLEER SANTRALLER BİLE FAZLA DEĞİL

– İlk açıklamayı duyunca ben aslında çok sevinmiştim. Petrole bağımlılık bitecek, sera gazı salınımı olmayacak, kesintisiz enerji ile fabrikalar, sanayi kuruluşları rahat üretim yapabilecekler, her yer ışıl ışıl olacak diye. Ama daha uzun zaman var. Yine de başlayan teknolojik adımların bir gün mutlaka tam olarak başarıya ulaşacağına inanıyorum. Siz ne diyorsunuz?

– Elimizde şu anda çalışan nükleer fisyon santralleri var. Oldukça büyük miktarlarda ve temiz enerji sağlıyorlar. Füzyon santralinin ise 70 yıl sonra hayata geçmesini bekliyoruz. ABD’nin nükleer santralleri, toplam enerjinin yüzde 10’unu sağlayabiliyor. 1950’lerden beri bilinen nükleer santraller hala az sayıda iken, çünkü yapmak çok maliyetli, tüm enerjiyi ben nükleer füzyondan üreteceğim demek bana çok mantıklı gelmiyor.

FÜZYON SANTRALLERİ DAHA DA PAHALI

– Nükleer füzyon santralleri de fisyon santralleri kadar büyük, güçlü, heybetli ve pahalı yatırımlar olacak herhalde değil mi?

– Belki çok daha pahalı olacak. Bir nükleer enerji santralini birkaç milyar dolara kurabiliyorsanız nükleer füzyon santralleri de birkaç katına mal olacak. Bu kadar pahalı yatırımları dünyanın her yanında ortaya çıkarıp enerjiyi çok düşük, sıfır düzeyine getirmek bana çok zor geliyor şu an için.

SİHİRLİ BİR DEĞNEK DEĞİL

– O halde gerçekçi davranarak, bugünkü sürdürülebilir enerji yatırımlarına devam etmek daha mantıklı bir düşünce tarzı oluyor…

– Nükleer enerji santralleri de büyük miktarda üretim yaptığı için tavsiye edilen enerji kaynağı olarak yer alıyor. O da karbon emisyonu olmadan elektrik enerjisi üretebiliyor. Evet, gelecekte nükleer füzyon enerjisi kullanılabilir, sonuçta çalışmalar bize bunu gösteriyor, ama dünyanın enerji sorununu çözecek sihirli bir değnek olmadığı açık. Rüzgar, güneş enerjisi gibi temiz enerji kaynakları ve nükleer santraller kısa vadede bizim sorunumuza çözüm getirip yardımcı olabilir.

TÜRKİYE’DE ÇALIŞMA YOK

– Türkiye’nin nükleer füzyon alanında kendi başına ya da ortak olarak laboratuvar, ar-ge çalışmaları var mı?

– Bildiğim kadarıyla yok. Çünkü bu füzyon çalışmaları çok maliyetli. Konuyla uğraşan bilim insanları belki vardır ama bu konuya yatırım yapan üniversite yok diye biliyorum.

GLOBAL SANAYİCİ