Tokamak, yeni teknolojiler ile gelişmiş, yapay güneş oluşumu ile birlikte bilim insanların üretimi olan bir yapıttır. Yüksek enerji düzeylerine ulaşabilen bu çalışmanın ne olduğunu hep birlikte inceleyelim.
Tokamak Nedir?
Tokamak şimdiye kadar yapılmış en başarılı manyetik muhafaza sistemidir. Toroidal biçimli yapıya sahip olan bu makinalar, uygun manyetik alan altında kararlı, yüksek yoğunluk ve sıcaklığa sahip plazma oluşturabilmektedir. Ayrıca füzyon çalışmalarında sıkça kullanılan araçlardır.
Küçük boyutlu tokamaklar araştırma ve deneylerde kullanılır. Büyük boyutlu tokamaklar ise füzyon enerjisi çalışmalarında kullanılır. Tokamakların boyutlarının büyümesiyle enerji verimlilikleri artmaktadır.
İlk olarak 1960’lı yıllarda Sovyetler Birliği tarafından icat edilmişlerdir. Kısa zaman sonra tokamaklar dünyanın çeşitli yerlerindeki bilim insanları tarafından kullanılmaya başlandı.
The Joint European Torus (JET) olarak bilinen ve İngiltere’de yer alan tokamak, dünyanın en büyük ve en güçlü çalışan tokamağıdır.
Tokamaklar hakkında sizler için önerdiğimiz bir video. İyi seyirler;
Tokamakların Temel Bileşenleri ve Fonksiyonları Şu Şekilde Sıralanır:
- Plazma vakumlanmış bir boruda tutulur. Plazma, küçük bir miktar gazın boruya salınması ve bu gazın içinden bir akım geçirilerek ısıtılmasıyla oluşturulur.
- Sıcak plazma, kendisini duvarlardan uzak tutan bir manyetik alan içerisinde muhafaza edilir. Toroidal ve poloidal bobinlerden oluşan iki manyetik bobin seti, hem dikey hem de yatay yönlerde manyetik alan oluşturur. Bu durum plazmayı bir manyetik kafes gibi muhafaza eder.
- Plazma akımını ve manyetik alanları oluşturmak için büyük güç kaynakları kullanılır.
- Plazma akımı bir transformatör tarafından oluşturulur. Bu transformatörde merkez manyetik halka birincil sarmal ve plazma ikincil sarmal olarak kullanılır. Isı plazma akımı tarafından sağlanır ve füzyonun oluşması için gereken 33.33 milyon santigrat derece elde edilene kadar ısı sağlanır.
- Nötr ışın enjeksiyonu sayesinde plazmada ek bir ısı oluşturulur. Bu işlemde, nötr hidrojen atomları yüksek hızlarda plazmaya enjekte edilir ve bunlar iyonize edildikten sonra manyetik alan tarafından tuzaklanır. Atomlar yavaşladıklarında, enerjilerini plazmaya transfer ederek ısı oluştururlar.
- Radyo frekansı yardımıyla ayrıca ek bir ısı oluşturulur.
Füzyon Nedir?
Füzyon enerjisi aslında yeryüzünü tümüyle ilgilendiren bir konudur çünkü yıllardır güneşte ve yıldızlarda süregelen bir süreç. Buradaki amacımız bunu yeryüzünde gerçekleştirmek, yani bir nevi yapay güneş.
Günümüzde artan enerji ihtiyacı ve diğer enerji üretim şekillerinin dünyamızı kirletmesine karşın füzyon enerjisi, gerçek bir çözüm olarak görülüyor.
Peki Füzyon Enerjisi Nasıl Üretilir?
Füzyon reaksiyonunda ise hafif olan iki atom bir araya gelerek daha ağır bir elementi oluşturur. Bu reaksiyon çok daha az miktarda madde kullanarak çok daha yüksek miktarda enerji açığa çıkartır.
Füzyon Hidrojen atomunun izotoplarının birleşmesiyle enerji elde edilir. Füzyon enerjisi için en önemli ve en verimli birleşme, Döteryum ve Trityumdur. Bir hidrojen atomu pozitif yüklü bir proton ve negatif yüklü bir elektrondan oluşur.
Hidrojen atomunun iki varyantı ve izotopu vardır bunlar; döteryum bir proton ve bir nötron içerir, trityum ise iki nötron içerir.
Reaksiyonda döteryum ve trityum birleşerek bir helyum ve yüksek hızlı bir nötron oluşturur. Güneşin ışıma enerjisinde ortaya çıkan reaksiyonun aynısıdır.
Biz Füzyon Enerjisini Neden Üretemiyoruz?
Bahsettiğimiz bu reaksiyonun yıllardır evrende süregeldiğini söylemiştik. Fakat bunun bizim yaptığımız deney ortamlarında kendiliğinden gerçekleşmesi zor görünüyor.
Örneğin güneş için konuşursak çekirdeğindeki basınç o kadar yüksek ki bu reaksiyonları 15 milyon derecede gerçekleştirebiliyor. Yani bizim bu reaksiyon için çok daha yüksek sıcaklıklara ulaşmamız gerekiyor (100 milyon derece).
Aynı zamanda da tükettiğimiz enerjinin üretilenden daha az olması gerekiyor ki işlem verimli olsun. Bunu yanı sıra diğer bir sorun ise reaksiyonun sürekliliği. Yaptığım araştırmalarda bunun ancak saniyeler sürdüğünü görüyorum.
100 milyon derecelik plazmada yanma odasının sağlam kalması zor. Bu nedenle büyük miktarda elektrik tüketerek güçlü manyetik alanlar üretmeliyiz. Hidrojen plazmasını bu alanlara hapsedip reaktöre değerek duvarı delmesini önlemeliyiz.
Yani biz plazmayı uzun süre kontrol edemediğimizden sürekliliği sağlayamıyoruz. Kısacası reaktörlerimiz harcadığından daha fazla enerji üretmeye zaman olmadan aşınarak bozuluyor.
Neden Füzyon?
Gezegenimizde bize milyarlarca sene yetecek kadar füzyon enerji yakıtı var. Dünya’da D deniz suyundan elde edilir T ise lityum atomuyla birleşerek elde edilir. Oldukça temiz bir birleşmedir. Nükleer kazaya yol açmaz.
Füzyon enerjisi kesintisiz bir enerji kaynağıdır. Bununla birlikte insanoğlunun yaşamını olumsuz etkilemeyecek ve çevre kirliliğine yol açmayacak bir enerji kaynağıdır. Füzyon enerjisinde diğer nükleer güç santralleri gibi atık vs. yoktur sadece Helyum gazı ve nötronlardır. Bunlar da uzun süren atıklar değillerdir.
Bu atıklar herhangi bir patlamaya sebep olmaz ve radyasyon tehlikesi yoktur. Yani Füzyon enerjisi sınırsız temiz enerji kaynağı olarak geleceğimizin kurtuluş yoludur.
Tokamaklar hakkında sizler için önerdiğimiz bir diğer video. İyi seyirler;
Sonuç Olarak
Birçok ülke bu konu hakkında kapsamlı araştırmalarını sürdürmekte. Sonuçlar hakkında pek fazla bilgi paylaşımı olmasa da son birkaç yılda yol kat edildiği görülüyor. Füzyon enerjisindeki ilk hedef, plazma yakıtının sıcaklığını, yoğunluğunu ve ömrünü kontrol etmektir.
Bunları başardığımızda sınırsız temiz enerji bizi bekliyor olacak. Türkiye’de de birtakım çalışmaların olmasıyla birlikte bunların daha da artmasını ve gelişmesini umut ediyorum.
Çin EAST nükleer füzyon reaktörünün Dünya gezegeninde ilk kez 100 milyon derece sıcaklığa eriştiği an;
Kaynakça
- https://www.electricityturkey.com/fuzyon-fusion-enerjisinin-incelenmesi-ve-dunyadaki-ve-turkiyedeki-yeri/
- https://www.muhendisbeyinler.net/fuzyon-nedir/
- https://khosann.com/cin-fuzyon-reaktoru-east-100-milyon/
- https://www.taek.gov.tr/tr/sik-sorulan-sorular/136-nukleer-enerji-ve-nukleer-reaktorler-sss/923-tokamak-nedir.html
- https://fizikakademisi.com/2015/12/03/tokamak-nedir/
Sistemin bu kadar yuksek sicakliktan zarar gormemesi için bilinen alternatif bir madde ya da teknoloji var mi. Eğer yok ise bunu nasil elde edebiliriz. Bunun yöntemleri nelerdir. Eminim bununla ilgili calişmalar yapiliyordur. Bu çalismalara dair bilgi verebilirmisiniz.