ABD Enerji Bakanlığı’nın Perşembe günü bildirdiğine göre, Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı geçen hafta net bir enerji kazancıyla füzyon elde etti. Yani, 192 dev lazeri bir parça donmuş döteryum ve trityum üzerine odaklayarak, laboratuvarın Ulusal Ateşleme Tesisi, kullandığından daha fazla enerji üreten bir reaksiyon yarattı, “ateşleme” adı verilen bir eşik. Uzun zamandır aranan sonuç, nükleer füzyonda, yenilenebilir enerji için hala çok uzak olsa da heyecan verici etkileri olan büyük bir atılımdır. Kimya, kimyasal biyoloji ve fizik profesörü Adam E. Cohen’den ne olduğunu ve neden önemli olduğunu açıklamasını istedik. Röportaj netlik ve uzunluk için düzenlendi.
GAZETE: füzyon nedir?
Hayır. Füzyon, daha ağır çekirdekler oluşturmak için hafif çekirdeklerin birbiriyle çarpışması işlemidir. Bu süreç, çekirdekler birleşirken büyük miktarda enerji açığa çıkarabilir.
GAZETE: Görünüşe göre bilim adamlarının yaptığı şey, biraz daha az kütleye sahip olan helyumu yapmak için iki hidrojen izotopunu parçalamaktı. Ama bu nasıl enerji yaratır?
Hayır. Einstein bize bir asırdan fazla bir süre önce ünlü e = mc2 formülüyle kütleyi enerjiye dönüştürebileceğinizi öğretti. Böylece, birbirine kaynaşan hidrojen izotoplarının kütlesinin bir kısmı, bu reaksiyondan çıkan enerjiye dönüşür.
GAZETE: Neden kütle olarak kalmıyor? Neden etrafta uçan fazladan kütle parçaları yok?
Hayır. Kütle ayrı parçalar halinde gelir ve helyumun kütlesini ve bu süreçte uçarak çıkan nötronu toplarsanız, biraz fark vardır. Bunu düşünmenin başka bir yolu, helyumun iki protonu ve iki nötronu olduğu ve bu protonlar ve nötronların birbirine bağlı olduğudur. Birbirlerine çok sıkı, çok güçlü bir şekilde yapışırlar. Ve hidrojen izotopları, helyum çekirdeğini oluşturmak için birleşerek birbirlerine yapıştıklarında, bu çok fazla enerji açığa çıkarır. Tıpkı bir mıknatısın kuzey ve güney kutbunun birbirini çekmesi gibi birbirlerini çekerler. Ve birbirlerine çarptıklarında çok fazla enerji açığa çıkarırlar.
GAZETE: Güneş böyle mi çalışır?
Hayır. Güneşte biraz farklı bir reaksiyon ama bu aynı zamanda bir füzyon reaksiyonu. Güneşin temelidir ve termonükleer silahların – hidrojen bombalarının – temelidir. Umut, bu tepkimeyi insanlar için faydalı olacak kadar kontrol edilebilir bir ölçekte gerçekleştirebilmemizdir.
“Bu çekimde salınan enerji yaklaşık üç megajoule idi. Üç megajoule enerji, reçelli çörek yemekten elde edeceğiniz enerjiyle ilgilidir.”
GAZETE: Bu tür deneylerde tehlikeler yok mu?
Hayır. Deneyin kendisi gerçekten tehlikeli değil. Nükleer fisyondan farklı olarak, füzyonu yapmak zordur. Yeterince radyoaktif maddeyi bir yerde bir araya getirirseniz, kendiliğinden bölünür ve kontrolden çıkmış reaksiyonlar alabilirsiniz. Füzyonu gerçekleştirmek çok zordur: Hidrojen izotoplarının atom çekirdekleri pozitif yüklüdür ve benzer yüklerin birbirini ittiğini biliyoruz. Ve bu çekirdekleri, çekici etkileşimlerin devreye girebileceği ve gerçekten bu reaksiyona girebilecekleri kadar birbirine yaklaştırmak çok zordur. Füzyonun başlaması için herhangi bir şans olması için onları yüksek basınçlarda gerçekten çok, çok sert bir şekilde sıkmanız ve yüksek sıcaklıklarda gerçekten hızlı hareket ettirmeniz gerekir. Sürücüyü, lazerleri ortadan kaldırırsanız, her şey durur.
Öte yandan, bir füzyon reaksiyonundan çıkan nötronlar, çarptıkları malzemelerle reaksiyona girerek düşük seviyeli artık radyoaktivite üretebilirler. Tamamen temiz bir teknoloji değil. Üretilen bir miktar radyoaktif atık var.
GAZETE: Ancak bu yine de ezici bir çoğunlukla olumlu bir gelişme, değil mi?
Hayır. Bu harika bir tane. Bu inanılmaz bir fizik parçası ve bir topluluk olarak füzyon fiziğine ilişkin anlayışımızın, Ulusal Ateşleme Tesisinin kontrollü koşulları altında bu reaksiyonları tahmin edip gerçekleştirebileceğimiz kadar gelişmiş olduğunu gösteriyor.
Bunun bir şekilde Dünya’daki insan enerji arzı ile ilgili olacağı umutları hala gerçekten çok uzak. Ulusal Ateşleme Tesisinin birincil amacı aslında yenilenebilir enerji değil; stok idaresi etrafında. Hidrojen bombaları cephaneliğimizi nasıl koruduğumuz ve takip ettiğimizle ilgili. Artık onları test etmediğimize göre, güvenli olduklarından ve nasıl çalıştıklarını anladığımızdan emin olmalıyız. Yani tesisin asıl amacı aslında o bombalardaki koşulları simüle etmek ve oradaki fiziği anlamak.
GAZETE: Bu araştırmanın uygulanabilirliğine yakın mıyız?
Hayır. Kısa cevap hayır. Şu anda uygulandığı şekliyle ölçeklenebilir değildir. Size ölçek hakkında bir fikir vermek için – bu çekimde salınan enerji yaklaşık üç megajoule idi. Üç megajoule enerji, yaklaşık 500 kilokalori olan jöleli çörek yemekten elde edeceğiniz enerjiyle ilgilidir. Yani, 500 kilokalori çok ama bu multi milyar dolarlık bir tesis ve her sekiz saatte bir bu iğnelerden birini atabiliyor. Bu, gerçekten faydalı miktarlarda enerji üretmek için ihtiyaç duyacağınız verimin yakınından bile geçmiyor.
GAZETE: Bu, bilim adamlarının bir füzyon reaksiyonundan net bir enerji kazancı – yani “ateşleme” – ürettikleri ilk sefer, değil mi?
Hayır. İnsanlar, bu reaksiyonun ilk kez nasıl girenden daha fazla enerji ürettiğinden bahsediyor. Ancak bu gerçekten muhasebeyi nasıl yaptığınıza bağlıdır. Bu biraz, suyu elden ele geçirmek gibidir – yol boyunca her adımda biraz kaybedersiniz. Bu durumda, bu kapsülü sıkıştırmaya ve ısıtmaya giden ışıktaki fotonlardan daha fazla enerji açığa çıktı.
Ama o ışığı üretmek için lazerleri harekete geçirmek için kullanılan elektrik enerjisine bakarsanız, bu, reaksiyonda açığa çıkan enerjiden çok daha fazlaydı ve gerçek bir enerji santrali kurmaya çalıştığınızı hayal ederseniz, o zaman bu reaksiyondan salınan ısıyı ve nötronları alıp buhar yapmak için kullanmak ve bu buharı türbinlere güç sağlamak için kullanmak. Orada da yol boyunca kayıplar yaşarsın. Bu nedenle, yalnızca yerel olarak reaksiyonun etrafına bakmak yerine tüm sisteme baktığınızda, reaksiyonun gerçekten net pozitif olması için reaksiyonun çıktısında birkaç yüz kat daha büyük artışlara ihtiyacınız olacaktır.
Günlük Gazete
En son Bilim haberlerini almak için günlük e-postalara kaydolun.
GAZETE: füzyon nedir?
Hayır. Füzyon, daha ağır çekirdekler oluşturmak için hafif çekirdeklerin birbiriyle çarpışması işlemidir. Bu süreç, çekirdekler birleşirken büyük miktarda enerji açığa çıkarabilir.
GAZETE: Görünüşe göre bilim adamlarının yaptığı şey, biraz daha az kütleye sahip olan helyumu yapmak için iki hidrojen izotopunu parçalamaktı. Ama bu nasıl enerji yaratır?
Hayır. Einstein bize bir asırdan fazla bir süre önce ünlü e = mc2 formülüyle kütleyi enerjiye dönüştürebileceğinizi öğretti. Böylece, birbirine kaynaşan hidrojen izotoplarının kütlesinin bir kısmı, bu reaksiyondan çıkan enerjiye dönüşür.
GAZETE: Neden kütle olarak kalmıyor? Neden etrafta uçan fazladan kütle parçaları yok?
Hayır. Kütle ayrı parçalar halinde gelir ve helyumun kütlesini ve bu süreçte uçarak çıkan nötronu toplarsanız, biraz fark vardır. Bunu düşünmenin başka bir yolu, helyumun iki protonu ve iki nötronu olduğu ve bu protonlar ve nötronların birbirine bağlı olduğudur. Birbirlerine çok sıkı, çok güçlü bir şekilde yapışırlar. Ve hidrojen izotopları, helyum çekirdeğini oluşturmak için birleşerek birbirlerine yapıştıklarında, bu çok fazla enerji açığa çıkarır. Tıpkı bir mıknatısın kuzey ve güney kutbunun birbirini çekmesi gibi birbirlerini çekerler. Ve birbirlerine çarptıklarında çok fazla enerji açığa çıkarırlar.
GAZETE: Güneş böyle mi çalışır?
Hayır. Güneşte biraz farklı bir reaksiyon ama bu aynı zamanda bir füzyon reaksiyonu. Güneşin temelidir ve termonükleer silahların – hidrojen bombalarının – temelidir. Umut, bu tepkimeyi insanlar için faydalı olacak kadar kontrol edilebilir bir ölçekte gerçekleştirebilmemizdir.
“Bu çekimde salınan enerji yaklaşık üç megajoule idi. Üç megajoule enerji, reçelli çörek yemekten elde edeceğiniz enerjiyle ilgilidir.”
GAZETE: Bu tür deneylerde tehlikeler yok mu?
Hayır. Deneyin kendisi gerçekten tehlikeli değil. Nükleer fisyondan farklı olarak, füzyonu yapmak zordur. Yeterince radyoaktif maddeyi bir yerde bir araya getirirseniz, kendiliğinden bölünür ve kontrolden çıkmış reaksiyonlar alabilirsiniz. Füzyonu gerçekleştirmek çok zordur: Hidrojen izotoplarının atom çekirdekleri pozitif yüklüdür ve benzer yüklerin birbirini ittiğini biliyoruz. Ve bu çekirdekleri, çekici etkileşimlerin devreye girebileceği ve gerçekten bu reaksiyona girebilecekleri kadar birbirine yaklaştırmak çok zordur. Füzyonun başlaması için herhangi bir şans olması için onları yüksek basınçlarda gerçekten çok, çok sert bir şekilde sıkmanız ve yüksek sıcaklıklarda gerçekten hızlı hareket ettirmeniz gerekir. Sürücüyü, lazerleri ortadan kaldırırsanız, her şey durur.
Öte yandan, bir füzyon reaksiyonundan çıkan nötronlar, çarptıkları malzemelerle reaksiyona girerek düşük seviyeli artık radyoaktivite üretebilirler. Tamamen temiz bir teknoloji değil. Üretilen bir miktar radyoaktif atık var.
GAZETE: Ancak bu yine de ezici bir çoğunlukla olumlu bir gelişme, değil mi?
Hayır. Bu harika bir tane. Bu inanılmaz bir fizik parçası ve bir topluluk olarak füzyon fiziğine ilişkin anlayışımızın, Ulusal Ateşleme Tesisinin kontrollü koşulları altında bu reaksiyonları tahmin edip gerçekleştirebileceğimiz kadar gelişmiş olduğunu gösteriyor.
Bunun bir şekilde Dünya’daki insan enerji arzı ile ilgili olacağı umutları hala gerçekten çok uzak. Ulusal Ateşleme Tesisinin birincil amacı aslında yenilenebilir enerji değil; stok idaresi etrafında. Hidrojen bombaları cephaneliğimizi nasıl koruduğumuz ve takip ettiğimizle ilgili. Artık onları test etmediğimize göre, güvenli olduklarından ve nasıl çalıştıklarını anladığımızdan emin olmalıyız. Yani tesisin asıl amacı aslında o bombalardaki koşulları simüle etmek ve oradaki fiziği anlamak.
GAZETE: Bu araştırmanın uygulanabilirliğine yakın mıyız?
Hayır. Kısa cevap hayır. Şu anda uygulandığı şekliyle ölçeklenebilir değildir. Size ölçek hakkında bir fikir vermek için – bu çekimde salınan enerji yaklaşık üç megajoule idi. Üç megajoule enerji, yaklaşık 500 kilokalori olan jöleli çörek yemekten elde edeceğiniz enerjiyle ilgilidir. Yani, 500 kilokalori çok ama bu multi milyar dolarlık bir tesis ve her sekiz saatte bir bu iğnelerden birini atabiliyor. Bu, gerçekten faydalı miktarlarda enerji üretmek için ihtiyaç duyacağınız verimin yakınından bile geçmiyor.
GAZETE: Bu, bilim adamlarının bir füzyon reaksiyonundan net bir enerji kazancı – yani “ateşleme” – ürettikleri ilk sefer, değil mi?
Hayır. İnsanlar, bu reaksiyonun ilk kez nasıl girenden daha fazla enerji ürettiğinden bahsediyor. Ancak bu gerçekten muhasebeyi nasıl yaptığınıza bağlıdır. Bu biraz, suyu elden ele geçirmek gibidir – yol boyunca her adımda biraz kaybedersiniz. Bu durumda, bu kapsülü sıkıştırmaya ve ısıtmaya giden ışıktaki fotonlardan daha fazla enerji açığa çıktı.
Ama o ışığı üretmek için lazerleri harekete geçirmek için kullanılan elektrik enerjisine bakarsanız, bu, reaksiyonda açığa çıkan enerjiden çok daha fazlaydı ve gerçek bir enerji santrali kurmaya çalıştığınızı hayal ederseniz, o zaman bu reaksiyondan salınan ısıyı ve nötronları alıp buhar yapmak için kullanmak ve bu buharı türbinlere güç sağlamak için kullanmak. Orada da yol boyunca kayıplar yaşarsın. Bu nedenle, yalnızca yerel olarak reaksiyonun etrafına bakmak yerine tüm sisteme baktığınızda, reaksiyonun gerçekten net pozitif olması için reaksiyonun çıktısında birkaç yüz kat daha büyük artışlara ihtiyacınız olacaktır.
Günlük Gazete
En son Bilim haberlerini almak için günlük e-postalara kaydolun.