Sercan ÖZTÜRK, Yrd. Doç. Dr. Yelda KARATEPE MUMCU

Marmara Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Elektrik ve Enerji Bölümü

Özet;Füzyon enerjisi Güneşteki patlamalarda Güneşe ve yıldızlara güç veren süreçtir. Füzyon enerjisi Dünya açısından ve insanlık açısından tamamen temiz ve güvenilir bir enerji kaynağıdır. Füzyon enerjisi gelecekte Dünya enerji piyasasını tamamen kontrol altına alacaktır. Ancak Füzyon enerjisini üretmek kolay değildir. Maliyeti oldukça yüksektir (maliyet yalnızca reaktör ve plazma teknolojisi kurmada yüksektir). Önümüzdeki 40 yıla kadar Füzyon enerjisinin Demo’sunun kurulması planlatılıyor. Füzyon enerjisi tamamen Dünyadaki enerji tekelini elinde tutacak potansiyele sahip bir enerji kaynağıdır. Gelecek vadeden bir enerji kaynağıdır. Füzyon enerjisi üretiminde Helyum gazı yanı sıra sıfır sera gazı emisyonu üretir ve uzun süreli bir atık yoktur. Gezegenimizde milyonlarca yıl yetecek Füzyon enerjisine güç sağlayacak kaynaklar vardır. Füzyon enerjisi üretiminde herhangi bir olumsuz hava şartlarından etkilenmez. Bu makalede Füzyon enerjisinin önemi vurgulanarak,  dünyadaki ve ülkemizdeki yapılan araştırmalar bahsedilmiştir.

1. Füzyon (Fusion) Nedir?Füzyon Güneş’e ve Yıldızlara güç veren süreçtir. Bu yer yüzündeki tüm yaşamı ilgili kılan bir enerjidir. Günümüzde enerji talebindeki artış artan şehirleşme ve tükenen enerji kaynakları farklı çeşitlerde enerji kaynakları gibi projelerle amaçlanmaktadır. Füzyon enerjisi de onlardan biridir. Füzyon bu yüzyılın ortalarına kadar gelecekte kullanılacak enerji kaynağı olarak durmaktadır. Füzyon enerjisi Güneşte 15 milyon derece kadar sıcak ve yüksek basınçla meydana gelen bir enerjidir. Güneşte yaşanan yoğun sıcaklıktan dolayı gaz plazma oluşur buda maddenin 4.halidir. Füzyon enerjisi Hidrojen gibi hafif atomları bir araya getirerek oluşur. Füzyon enerjisi tamamen tüm Dünya’yı etkisi altına aldığı zaman günümüzde enerji elde etmek için kullandığımız bazı enerji kaynaklarının çevreye verdiği zararları vardır. Füzyon enerjisinin çevreye verdiği atık sadece helyum gazı ve nötrondur. Füzyon enerjisi sınırsız temiz enerji sürecinde bulunuyor.

1. Füzyon (Fusion) Enerjisi Nasıl Üretilir?

Füzyon Hidrojen atomunun izotoplarının birleşmesiyle enerji elde edilir. Füzyon enerjisi için en önemli ve en verimli birleşme, (Döteryum D -Trityum T) [1] Döteryum ve Trityum birleşmesi sonucu Helyum ve nötron ve 17.6 MV oluşur. Bir Döteryum Trityum reaksiyonunda net füzyon gücü çıkışı elde etmek için üç koşul yerine getirilmelidir: 100 milyon ° C’den yüksek birçok yüksek sıcaklık; metre küp başına en az 1022 partikül içeren bir plazma parçacık yoğunluğu ve 1 saniyelik reaktör için bir enerji sınırlama zamanı. Plazmayı kontrol edebilmek için özelliklerini tam olarak anlamamız gerekir(Şekil 1). [2] Füzyon enerjisinde kullanılan Döteryum (D), Dünya’da deniz suyundan elde edilir. Trityum (T) nükleer reaktörlerde Lityum-6 izotopunun nötronla bombardımanında elde edilir. DT Füzyon reaksiyonunda en düşük sıcaklıklarda yüksek enerji üretilebilir. 150.000.000 derece sıcaklığa ihtiyaç vardır.

Şekil 1.Füzyon elementleri

Füzyon reaksiyonu için maddenin 4. Hali olan plazmanın ısıtılmasıyla açığa çıkar.        Günümüz de JET Tokamak adı verilen Güneş ve Yıldızların enerji kaynağı olan Füzyon Enerjisinin yapay olarak Dünya’da oluşturulabilecek deney için tasarlanmış makinadır. Şu anda günümüz de bulunan en güçlü Tokamaktır(Şekil 2). Dünyada ki bilim adamları tarafından benimsenmiştir.

Şekil 2. Tokamak

Reaksiyon nasıl gerçekleşir; Aşırı sıcaklıklarda, elektron çekirdeklerden ayrılır ve bir gaz bir plazma haline gelir bir gaza benzer şekilde maddenin iyonize bir hali (4. Hali) Plazma bir vakum teknesinde bulunur. Plazma küçük bir gaz püskürterek yaratıldı ve bu gaz daha sonra içine bir akım sürerek ısıtıldı, daha sonra Döteryum Ve Trityum atomları ve elektron eklenerek sonucunda Helyum, Nötron ve 17.6 MV enerji açığa çıkar. Sıcak plazmayı makinenin duvarlarından uzak tutmak için manyetik alan tarafından yapılır. Bu manyetik alan plazmayı içermek için kullanılır. Bu manyetik bobin kombinasyonu Toroidal ve Poloidal alan bobinleri olarak bilinir. Plazmayı tutmak ve şekillendirmek için manyetik bir “kafes” gibi davranan dikey ve yatay yönde bir alan yaratır. Manyetik alanları ve plazma akımlarını oluşturmak için büyük güç kaynakları kullanılır. Plazma akımı, merkezi manyetik bobin birincil sargısı ve plazmayı sekonder sargı olarak görev yapan bir transformatör tarafından tetiklenir. Plazma akımının sağladığı ısıtma (Omik ısıtma olarak bilinir) füzyonun gerçekleşmesi için gerekli olan 100 milyon

Şekil 3. Plazma reaktörü [5]

derece sıcaklığın üçte birine kadarını sağlar. Plazmayı ısıtmak için birçok yöntem vardır; Radyo-Frekans yöntemi de bunlardan biridir. Füzyon üretilirken bir miktar kütle kaybolur ve oldukça yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Fakat birleşme sırasında atomlar açısından kütle kaybı açığa çıkar. Bu ünlü Einstein formülü E=mc² (m kütle kaybı) (c² ışık hızının karesi) (E Füzyon reaksiyonunun ürettiği enerjinin % ‘si) olarak ifade edilir. [3] Füzyon enerjisi sırasında oluşan Helyum gazını tüplerde biriktirilebilir ve oluşan yüksek ısıyı Eşanjörler yardımı ile Buhar generatörlerine iletilir, buradan ise türbinlerine ve bu türbinler vasıtasıyla generatör dönmeye başlayarak elektrik enerjisi üretir. Üretilen enerjiyi transformatörlere aktarır. Transformatörler de yükseltme veya alçaltma yapılarak tüketicilere aktarılır. Füzyon enerjisinin üretimi Şekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 4. Füzyon Enerjisinin Üretimi[7]

3 çeşit Füzyon vardır;

• Manyetik Konfinmanlık Füzyonu
• Manyetize Hedef Füzyonu
• Koruyucu Konfinmanlık Füzyonu

Her Birinin üretim aşamaları farklıdır. [8]

1. Füzyon (Fusion) Dünyadaki ve Ülkemizdeki Yapılan Araştırmalar;

Füzyon enerjisi üzerine yapılan çalışmalar sonuç verdi. LLNL ULUSAL ATEŞLEME TESİS ’indeki araştırmacılar DT reaksiyonu sonucunda 1mm’lik kapsülde 1.8MJ enerji üretildi. [6]

Hükümetler ve özel şirketler Füzyon enerjisinin sınırsız gücünü ve temiz enerjinin geleceğine yatırım yapıyorlar. Füzyon enerjisi Dünyanın ve insanlığın geleceği açısından temiz bir geleceğe sahip olduğunu gösteriyor. Gezegenimizde Milyonlarca yıl yetecek Füzyon enerji yakıtı vardır. Füzyon üretilirken herhangi bir nükleer atık vs. yoktur sadece Helyum gazı ve nötronlardır uzun süren atık yoktur. Füzyon enerjisinin avantajları şöyledir;

-Bol enerji

-Sürdürebilirlik

– CO₂ Yok

-Uzun ömürlü, radyoaktif atık yok

-Erime riski yok

-Sınırlı yayılma riski  [4]

Füzyon olmadan Dünya’da hayat kalmayacaktı. Füzyon enerjisi Fukushima nükleer kazası bir Füzyon reaktöründe oluşamaz. Nedeni Füzyon enerjisi atığı sadece helyum ve nötronlardır buda herhangi bir patlamaya sebep olmaz herhangi bir radyasyon tehlikesi yoktur.  Füzyon saf bilimin değil gelecek için bir enerji kaynağı üretmek onunla refah sağlayacak bir enerji kaynağı oluşturmaktadır. Füzyon enerjisi ile şuan Fransa’da yapılan İter (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör) yapım aşamasında olup birçok ülke bu reaktörün kurulması için iş birliği yapmaktadır. (AB, Fransa, ABD, İngiltere; Güney Kore, Hindistan, Çin, Rusya, Japonya) bunlardan birkaçıdır.

Ülkemizde ise plazma üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmakta beraberinde Füzyon enerjisi ile araştırma ve geliştirmeler üniversite ortamındaki laboratuvarlarda yapılmaktadır. 2016 yılından beri devam eden İTÜ (İstanbul Teknik Üniversitesi) TRIGA mark 2 reaktörü yapım aşamasındadır. Marmara Üniversitesinde ise Plazma Fiziği ile çeşitli araştırmalar ve geliştirmeler yapılmıştır.

1. Sonuç;

Günümüzde enerji talebine olan artış nedeniyle çeşitli enerji kaynakları ortaya çıkmıştır, fakat bunların çevreye verdiği kirlilik ve devamlılığının olmamasından dolayı alternatif enerji kaynaklarına yönelmiştir. Füzyon enerjisi kesintisiz bir enerji kaynağı olmakla birlikte insanoğlunun yaşamını olumsuz etkilemeyecek ve çevre kirliliğine yol açmayacak bir enerji kaynağıdır. Çünkü Füzyon enerjisi Güneşe ve Yıldızlara güç veren süreçtir.

Gelişmeye açık ülkelerin enerji piyasasındaki gelişimi ve insanoğlunun kesintisiz bir enerjiye sahip olmasında Füzyon enerjisi önemli bir yer tutacaktır. Füzyon enerjisi dünya enerji tekelini kontrol edecektir. Füzyon enerjisindeki ilk hedef, plazma yakıtının sıcaklığını, yoğunluğunu ve ömrünü kontrol etmektir. Füzyon reaksiyonu 150 milyon santigrat derecede gerçekleştiğinden dolayı Füzyon üretmek üzere kontrol edilebilen iki değişken plazma yoğunluğu ve ömrü kontrol altında tutulmalıdır. Füzyon enerjisinin kaynakları evrenimizde sınırsız bir şekilde bulunmaktadır. D ve T reaksiyonuyla gerçekleşir en verimli enerji bu birleşmede açığa çıkar. Dünya’da D deniz suyundan elde edilir T ise lityum atomuyla birleşerek elde edilir. Oldukça temiz bir birleşmedir. Nükleer kazaya yol açmaz. Ülkemizde, Füzyon enerjisi ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır ve gelişmeye açıktır. Bu çalışma; füzyon enerjisinin önemini vurgularken, Türkiye’de yapılan çalışmaların artışına destek olması amaçlanmıştır.

1. Kaynaklar;

[1]  http://www.ccfe.ac.uk/How_fusion_works.aspx (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)

[2] http://fusionforenergy.europa.eu/understandingfusion/technology.aspx (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)

[3] http://www.ccfe.ac.uk/Tokamak.aspx (Erişim tarihi08.03.2018 erişilebilir durumda)

[4] https://www.iter.org/sci/Fusion (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)

[5] http://bigthink.com/ideafeed/mit-to-build-portable-fusion-reactor-nearly-infinite-amounts-of-energy-within-a-decade  (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)

[6] http://www.elektrikport.com/haber-roportaj/fuzyon-enerjisinin-kullanimi-icin-yapilan-calismalar-sonuc-verdi/11577#ad-image-0 (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)

[7] http://www.ccfe.ac.uk/Fusion_power.aspx  (Erişim tarihi08.03.2018 erişilebilir durumda)

[8] http://generalfusion.com/approaches-to-fusion-energy-technology/ (Erişim tarihi 08.03.2018 erişilebilir durumda)