1.1 Füzyon

Füsyon, evrendeki tüm diğer enerji formlarının ana kaynağıdır.  Yıldızların oluşum ve yaşam süreçlerinde, hidrojenden ağır çekirdeklerin sentezlenmesi sırasında açığa çıkar ve zamanla diğer formlara dönüşür.  Dünyamıza hayat veren güneş ışınlarının kökeni, bu sentez süreçleridir.
Güneş, görece küçük, yeni nesil yıldızlardan birisi.  Kütlesinin %74’ü hidrojen, %25’i helyum ve eser miktardaki diğer elementlerden oluşuyor.  Enerji üretimini şimdilik, hidrojen çekirdeklerini helyum-4 çekirdeklerine kaynaştırarak yapmakta.  Bunu merkez kısmındaki yüksek basınç sayesinde, 10-15 ‘milyon kelvin’ gibi görece düşük sıcaklıklarda başarıyor.
1.2 Yeryüzünde füsyon
İki proton birbirine yaklaşırken, aralarındaki itmenin şiddeti, Coulomb kuvveti uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğundan, hızla büyür.  Halbuki, protonların yanında nötronlar da varsa; bu nötür parçacıklar hem güçlü kuvvete katkıda bulunur, hem de, en azından kısa mesafelerde protonları birbirinden kısmen kamufle ederek, elektrostatik itme kuvvetini seyreltmiş olurlar.  Dolayısıyla, nötron sayısı arttıkça, füsyon kolaylaşır.  Nötron/proton oranı en yüksek olan döteryum ve trityum çekirdeklerinin kaynaşması, protondan kaynaşmasından çok daha kolaydır:  Bu yüzden, yeryüzü koşullarında füsyon enerjisi için en uygun aday, D-T füsyonudur:
1H2 + 1H3   →   2He4 (3,5 MeV)  +  0n1 (14,1 MeV)         (toplam: 17,6 MeV)
Tepkimenin gerektirdiği sıcaklık, çekirdek başına 10 keV kinetik enerji eşdeğeri, 120 milyon °C düzeyindedir.  Bu sıcaklıklarda, herşey buharlaştığı gibi; molekül bağları kırılır, atomlar iyonlaşır.  Malzeme, pozitif yüklü çekirdeklerle negatif yüklü elektronların, çok yüksek hızlarla ve değişik yönlerde koşuşturup durduğu bir ‘iyon gazı’ halini alır.  Böyle bir gaz yeryüzünde, maddeden yapılmamış "kap"larda oluşturulmak zorundadır.  Bunun için, 'manyetik muhafaza' ve 'ataletle muhafaza' denilen iki farklı yöntem benimsenmiştir.

1.3 Manyetik muhafaza

Birincisinde plazmanın muhafazası için manyetik alanlardan yararlanılır.  Bu yöntemi kullanan tasarımlardan birinde, manyetik alan çizgileri ve dolayısıyla da plazma bir simit şekli oluşturmaktadır.  Bu tasarıma, simit geometrisini betimleyen Rusça sözcüğe atfen 'Tokamak’ reaktörleri deniyor.  Böyle bir tokamakta plazma, D-T yakıtın ısıtılmasıyla oluşturulur.  Plazma iletken olduğundan, içinde simit ekseni yönünde dairesel bir akım oluşturularak, daha fazla ısıtılabilir.  Füsyon tepkimeleri başladığında, plazma daha da ısınıp, bir süre sonra dağılır.  Dolayısıyla, sürecin tekrar başlatılması ve plazmanın yeniden oluşturulup, ısıtılması lazımdır.  Uzun vadede amaç, füsyon tepkimelerini sürekli kılmak olmakla beraber, halen başarılabilen ‘plazma muhafaza süreleri’ 300-500 saniye kadardır.   Bu zaman zarfında üretilen füsyon enerjisinin, plazmadan emilerek güç üretimine yönlendirilmesi gerekmektedir.  Tasarımın ticarileşme sürecinin yüzyılın ikinci yarısına kalacağına kesin gözüyle bakılıyor.
1.4 Ataletle muhafaza
Ataletle muhafaza yönteminde ise, D-T yakıt genellikle minik bir kapsül şeklindedir.  Kapsülün iç yüzeyi yakıtın katı haliyle kaplı olup, içi gazıyla doludur.  Her kapsül 1 varil petrole eşdeğer enerji içerir.  Kapsül ilk aşamada, bir tepkime odasında, terawatt düzeyindeki bir dizi yüksek güçlü lazer ışını ile aynı anda vurulur.  Dışı yüksek sıcaklıklara ulaşan kapsülün etrafında, bir plazma zarfı oluşur.  İkinci aşamada kapsül; hızla buharlaşmakta olan yüzey malzemesinin, kalkış halindeki roketler gibi geriye doğru uyguladığı itkiyle sıkışarak, merkeze doğru göçmeye başlar.  Kapsülün merkezine doğru ilerleyen küresel bir şok dalgası oluşmuştur.  Üçüncü aşamada, şok dalgasının zıt yönlerden gelen cepheleri merkezde buluştuğunda, buradaki kütle yoğunluğu kurşununkinin 20 katına (220 g/cm3) ulaşır.  Sıcaklık 100.000.000 °C’yi aşar.  Bu koşullar, merkezde füsyon tepkimelerini tetikler.  Füsyonlar, sıcaklığı daha da arttırır.  Dolayısıyla, son aşamada; yanma hızla dışarıya doğru yayılır ve kapsülün tümünü kaplayarak, büyük miktarda enerjinin açığa çıkmasını sağlar.  Bu plazma da keza, oluştuktan kısa bir süre sonra, saniyenin kesrinde soğuyacaktır.  Sürecin yeni bir kapsülle tekrarlanması gerekir.  Dolayısıyla, yöntem atımlı, yani dura kalka çalışmak zorundadır.  Önemli olan, bu kısa süreli atımlar sırasında füsyon tepkimelerinden, plazmayı ısıtmak için harcanandan daha fazla enerji elde ederek kara geçmek ve bu enerjiyi elektrik enerjisine çevirmektir.  Şimdiye kadarki çalışmalarda bu hedefin gerisinde kalındı.
Ekonomikliği başarıldığında, insanlık füsyon sayesinde, nispeten çok daha temiz ve neredeyse sınırsız bir enerji kaynağına kavuşmuş olacak.  Fakat halen, nükleer enerji dendiğinde, fisyon santralları kastedilir.

Paylaşım İçin teşekkürler

teşekkürler..