MIT'nin kompakt füzyon reaktörü umut vadediyor: 'Yapay güneşe' ne kadar yakınız?

Bilim dünyasının belki de en büyük hayallerinden birisi olan nükleer füzyonda heyecan verici gelişmeler yaşanmaya devam ediyor. Şimdi de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) yeni nesil bir füzyon reaktörü için umut vadeden büyük bir proje başladı. New York Times'ın haberine göre, bilim insanları MIT'nin 'kompakt' reaktörünün verimli bir şekilde enerji üretme ihtimalini oldukça yüksek görüyor. SPARC ismi verilen reaktör füzyon hayalini gerçeğe dönüştürme yolunda çok büyük bir adım olabilir.

Güneş'i Dünya'ya getirmek

Füzyon, günümüzdeki klasik nükleer santrallerde gerçekleşen fisyon reaksiyonlarının tam tersi. Yani atomları parçalamak yerine atomları birleştirerek (genellikle iki hidrojen atomu) enerji üretmeye dayanıyor. Yıldızımız Güneş'in de yakıt kaynağı olan bu reaksiyonlar, hem herhangi bir radyoaktif atık oluşturmuyor hem de fisyon reaksiyonlarına göre çok çok daha fazla enerji ortaya çıkarıyor.

Tabi ancak Güneş ve Güneş gibi diğer yıldızların çekirdeklerinde ekstrem şartlar altında gerçekleşebilen bu reaksiyonları Yeryüzü'nde ortaya çıkarmak ve muhafaza etmek tahmin edebileceğiniz üzere pek de kolay bir iş değil. Zira füzyonun Yeryüzü'nde gerçekleşmesi için yaklaşık 100 milyon santigrat derece sıcaklığa ihtiyaç duyulurken aynı füzyon reaksiyonları Güneş'in çekirdeğinde 14.6 milyon santigrat derece sıcaklıkta ortaya çıkabiliyor(yüksek basınç sayesinde).

Füzyon reaksiyonunu dünyada taklit etmek çok ama çok zor, ancak bunu başarırsak dünyanın enerji sorununun neredeyse tamamıyla çözülme ihtimali var. Bu nedenle şu anda ABD, Çin, Almanya, Fransa ve Güney Kore gibi dev ülkeler bu alana büyük yatırımlar yapıyor. Hatta Google ve Jeff Bezos gibi şirket ve milyarderlerin de on milyonlarca dolarlık yatırımları var.

Nükleer füzyon ayrıca şu anda dünyanın en büyük uluslararası iş birliklerinden birisine de sahne oluyor: ITER (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör). 35 farklı ülke ve tam 65 milyar dolarlık bütçeyle geliştirilen ITER projesinde şu anda füzyon reaktörünün inşaa sürecinde önemli bir aşama kat edilmiş durumda. ITER 2025 yılında ilk plazma deneylerine, 2035 yılında ise tam ölçekli döteryum-trityum deneylerine start verecek. 

ITER'ın nükleer füzyondan verimli bir şekilde enerji elde ederek tarihte bunu başaran ilk reaktör olması bekleniyordu. Ancak MIT'nin yeni SPARC projesinin bu alanda ITER'ı dahi geride bırakabileceği belirtiliyor.

SPARC: ITER'dan çok daha küçük, ancak potansiyeli büyük

MIT'nin yeni kompakt füzyon reaktörü SPARC'ın bazı büyük avantajları var. Bilim insanları özellikle de SPARC'te dizaynında kullanılan yeni nesil mıknatıslara dikkat çekmiş. New York Times'ta yer alan ifadelere göre SPARC, füzyon reaksiyonunu muhafaza etmek için, henüz geçtiğimiz yıllarda kullanıma hazır hale gelen yüksek-sıcaklık süperiletken mıknatıslardan faydalanıyor. Bu mıknatısların ITER'da kullanılan mıknatıslardan yaklaşık iki kat daha güçlü olduğu ve 21 tesla seviyesinde maksimum manyetik alan üretebildiği belirtilmiş (Dünya'nın manyetik alan kuvveti 1/30 milyon-1/60 milyon tesla arasında). 

Bu güçlü mıknatıslar ayrıca SPARC'ın çok daha kompakt bir yapıda tasarlanabilmesine olanak sağlamış. Sadece 6 metre genişliğinde ve ITER'ın kalbinde yer alan reaktörden yaklaşık 70 kat daha küçük bir hacime sahip olacak. Konuyla ilgili LiveScience'a konuşan MIT'li plazma fizikçisi Martin Greenwald,"Boyutlardaki bu dramatik küçülme aynı zamanda maliyetin de küçüleceği anlamına geliyor. Bu, füzyonda her şeyi değiştiren bir gelişme olacak." ifadelerini kullandı.

SPARC'ın inşaa süreci henüz başlamış değil. Projenin temelleri ilk olarak 2018'de atılmıştı. Araştırmacılar geride bıraktığımız iki yıllık süreçte reaktörün tasarımını tamamladıklarını ve bilgisayar ortamında simülasyonları gerçekleştirdiklerini söylüyor. MIT önümüzdeki yıl Haziran ayında reaktörün inşaasını da resmen başlatacak.

MIT'li araştırmacılar simülasyonlarda elde ettikleri verileri geçtiğimiz hafta Journal of Plasma Physics'te yedi farklı makale halinde yayınladı. Akran denetiminden geçen makalelerde araştırmacılar, SPARC reaktörünün harcadığı enerjinin 10 katı seviyesinde bir enerji üretebileceğini gösteren kanıtlar ortaya koydu. Konuyla ilgili konuşan Greenwald,"Araştırmalar SPARC reaktörünün büyük bir ihtimalle çalışacağını gösteriyor." ifadelerini kullandı.

SPARC'ın kalbinde, diğer çoğu füzyon reaktöründe de kullanılan 'tokamak' isimli cihaz var. Füzyon reaksiyonlarındaki plazma bulutu inanılmaz sıcak olduğu için (Güneş'ten bile daha sıcak) bunun bir manyetik alanla muhafaza edilmesi gerekiyor. Tokamak toroidal bir manyetik alan üreterek bu plazmayı hapsediyor. ITER ve SPARC'ta temel anlamıyla aynı sistem var ancak kullanılan yöntem biraz daha farklı. SPARC'ın yeni nesil mıknatısları daha güçlü ve verimli manyetik alan üretimine olanak sağlıyor.

MIT araştırmacıları SPARC'ı ITER'dan çok daha önce tamamlayıp enerji üretimine başlama hedefinde. Burada 2025 hedefi konulmuş ancak elbette bu tarz büyük bilim projelerinde işler her zaman beklendiği gibi gitmeyebiliyor. 

MIT'nin projesi umut vadediyor olsa da yine de çok heyecanlanmamak da fayda var. Füzyon çalışmaları neredeyse 60 yıllık bir geçmişe sahip ancak bu alanda maalesef hala çok büyük sıçramalar gerçekleştirebilmiş değiliz. Bilim insanları füzyonu, 'Mars'a insan göndermekten bile çok daha zor' şeklinde ifade ediyor.

Tabi SPARC ve ITER gibi projeler bizleri bu hayale her geçen yıl bir adım daha yaklaştıracak. Bakalım Yeryüzü'nde yapay bir yıldızın üretildiği günleri görebilecek miyiz.