Soğuk Füzyon, Sıcak Plazma Olmadan Temiz Enerji Hayallerini Yeniden Canlandırıyor

Nükleer Füzyon Sadece Sıcak Füzyon Mu?

Nükleer füzyon, enerji araştırmalarının Kutsal Kâsesi’dir. Temiz enerji üretir, nükleer atık ya da karbon emisyonu oluşturmaz ve evrendeki maddenin büyük çoğunluğunu oluşturan son derece bol bir yakıt kullanır.

Bu aynı zamanda son derece zor bir hedeftir; çünkü nükleer füzyonun gerçekleştiği tek yolu bildiğimiz, yıldızların içindeki koşulları, yani on milyonlarca ya da yüz milyonlarca derece sıcaklık ve hayal bile edilemeyecek basınçları yeniden yaratmaktır.

Bu, ultra sıcak plazmayı tutmak ve sıkıştırmak için güçlü manyetik alanlar kullanılarak ya da aynı noktaya odaklanacak şekilde senkronize edilen yüzlerce güçlü lazerle elde edilebilir. Ancak bu yöntemlerin tümü, nükleer füzyonu başlatmak için harcanan enerjiyi “geri ödeyecek” kadar uzun süre reaksiyonu sürdüremekte zorlanır.

Kaynak: IEEE

Nükleer füzyon teknolojisinin karmaşıklığı ve enerji sorunumuzu çözme potansiyeli, “Nükleer Füzyon – Ufukta Son Temiz Enerji Çözümü” başlıklı makalemizde daha ayrıntılı olarak ele alındı.

Peki nükleer füzyon, yüksek güçlü plazma fiziği yerine malzeme bilimi, nadir metaller ve kimya kullanılarak farklı koşullarda gerçekleşebilir mi?

Bu, uzun süre bilim dışı ve bilim camiası tarafından alay konusu olarak görülen “soğuk füzyon” vaatidir. Bu durum, Nature dergisinde yayımlanan “Deuterasyonlu titanyum tozunun akustik kavitatasyonu sırasında nötron yayılımının gözlemlenmesi” başlıklı bilimsel makaleye kadar değişmedi.

Soğuk Füzyon Tarihi

1989’da araştırmacılar Stanley Pons ve Martin Fleischmann, soğuk füzyona ulaşmış olduklarını iddia ettiler. Ne yazık ki, bilim camiasının bu bulguları tekrarlamaya çalıştığı yıllar hâlâ başarısızlıkla sonuçlandı, kalitesiz bilim ya da açıkça sahtekârlık suçlamalarına yol açtı.

Bu tartışma, kavramın itibarını kalıcı olarak zedeledi. Aynı zamanda, amatörler, dolandırıcılar ve “keşiflerini” hakem incelemesine ve bilimsel denetime maruz bırakmak istemeyen ciddiyetsiz “mucitlerin” popülerliğini artırdı.

Yine de, az sayıda bilim insanı, genellikle Düşük Enerjili Nükleer Reaksiyonlar (LENR), Yoğun Madde Nükleer Bilimi (CMNS) ya da Kimyasal Yardımlı Nükleer Reaksiyonlar (CANR) gibi daha az tartışmalı isimler altında çalışmaya devam ediyor.

2020’lerde, alandaki damga izi yeniden ortaya çıktı; araştırmacılar amatör araştırma damgasını silmek istiyor. Özellikle, ABD hükümet ajansı ARPA‑E, 2023’te düşük enerjili nükleer reaksiyonlar (LENR) üzerine çalışan araştırma gruplarına bir dizi hibe verdi, bu da 2020’de NASA araştırmacılarının elde ettiği ilgi çekici sonuçların ardından gerçekleşti.

NASA ekibi yöntemine “kafes sıkıştırma füzyonu” adını verdi. Yaptıklarının soğuk füzyon değil, özel bir sıcak füzyon biçimi olduğunu ısrarla savundular.

Yine de, plazma olmadan füzyon üretmek, nükleer füzyonun önceki düşüncelerden çok daha farklı yollarla gerçekleştirilebileceğini gösterdi ve gerçek bir soğuk füzyon hâlâ bir olasılık olabilir.

Soğuk Füzyon İçin İki Ana Kavram

Metal Tabanlı Füzyon

1989’da Pons & Fleischmann tarafından önerilen bir soğuk füzyon yöntemi, hidrojen atomlarının hapsolup bir araya zorlanması için şekil değiştiren malzemeler kullanmayı içeriyordu. Bu amaçla palladyum, erbiyum ve titanyum gibi hidrojenle doymuş metaller önerildi.

Genel kavram, metal kafesin hidrojen atomlarını absorbe edip birbirlerine yaklaştırmasıyla şekil değiştirmesi ve bu sayede hidrojen atomlarının helyuma dönüşmesini kolaylaştırmasıdır.

Tamamen imkânsız olmasa da, fizikçiler bu fikre baştan şüpheyle yaklaştı; çünkü hidrojen çekirdeklerinin birbirini itme eğilimini yenmek için gereken enerji seviyeleri devasa boyutlardadır.

Baloncuk Füzyonu

Bir diğer fikir, baloncukların çökmesi sırasında nükleer füzyonun gerçekleşebileceğidir; örneğin, ultrasonik dalgalara maruz kalan suda baloncuklar oluşabilir; bu fikir bazen “sonofüzyon” olarak da adlandırılır.

Teorik olarak, bir sıvı içinde balonun çökmesiyle oluşan şok dalgaları, lazer kaynaklı şok dalgalarına benzer şekilde füzyonu tetikleyebilecek kadar güçlü olabilir.

Ayrıca, kavitatörün çok güçlü bir kuvvet olabildiği bilinmektedir; örneğin, balon çöküşünün gücüyle tekne pervanelerinin metalini çiğneyebilecek kadar bir etki yaratabilir.

Kaynak: Britannica

Güncel bir araştırma konusu, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalga tarafından oluşturulan boşluğun çökmesi sırasında ışık yayılımını incelemektir. “sonolüminesans” adı verilen bu etki, Güneş yüzeyinden daha sıcak anlık sıcaklıklar yaratabilir.

Eğer sonolüminesans “Güneş yüzeyinden daha sıcak sıcaklıklardan” doğabiliyorsa, teorik olarak nükleer füzyon da aynı şekilde gerçekleşebilir.

Bu fikir, “klasik” kafes soğuk füzyonuyla aynı derecede tartışmalı ve ana savunucusu geniş çapta eleştiriliyor. 2013’te ise tartışma yeniden alevlendi:

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı kayıtlarına yönelik yeni bir araştırma raporuna göre, 2002’de yüksek sesli bir şekilde duyurulan bulgu, tartışmalı masaüstü nükleer füzyon deneyini şüpheye düşüren bir bulgu, kendisi de şüpheye düşürülmüştür.

Aslında, Oak Ridge belge dökümünü inceleyen muhabir, Rusi Taleyarkhan gibi tartışmalı araştırmacılara destek olabilecek olası kanıtlar da buldu; Taleyarkhan şu anda Purdue Üniversitesi’nde.

Spectrum IEEE

Yine de, 2013’teki yeniden ilgi pek çok yeni sonuç getiremedi ve fikir “iyi olurdu ama işe yaramaz” bilim tarihinin bir köşesine geri döndü.

2024 Keşfi

Bu, ABD’deki Maximus Energy Corporation başkanı Max Fomitchev‑Zamilov’un, daha önce bahsedilen Nature makalesini yayımlayana kadar gerçekleşmedi.

Şirket, nötron dedektörleri, gama dedektörleri, X‑ray spektrometreleri, dijital darbe işlemcileri, çok kanallı analizörler ve spektroskopi yazılımları gibi nükleer fizik deneyleri için araçlar satmaktadır.

Mayıs 2024’te Dr. Fomitchev‑Zamilov, ağır su (normal hidrojen yerine döteryum kullanılan) baloncukları ile titanyum parçacıklarının karışımında potansiyel füzyon olayları tespit ettiğini iddia etti.

Bu, teorik olarak, titanyum metal kafesinin ve sonofüzyonun birleşimini içerir.

Neutron üretimini birkaç saat boyunca sürdürebildik ve deneyi çeşitli koşullar altında birden çok kez tekrarladık.

Neutronların, titanyum kafesinde çözünen döteryum iyonlarının mekanik kavitatör jetleri etkisiyle gerçekleşen nükleer füzyondan kaynaklandığını varsayıyoruz.

Kafes Soğuk Sonofüzyonuna Bakış

Deney sonuçları çok ilginç. En yüksek nötron sayısı “10.000x arka planın çok üzerinde, ancak sadece ikincil akustik dalgalar yapıcı bir şekilde giriştiğinde birkaç bin psi seviyesinde devasa, keskin basınç zirvelerine yol açar“.

Nötron üretimi aynı zamanda birkaç saat boyunca sürdürülebildi.

Deney kurulumunun son derece kompakt olması ve nükleer fizik dedektörleri ve araçlarının “olağan” bileşenlerini kullanması, diğer araştırmacıların tekrarlamasını ve test etmesini bir ölçüde kolaylaştırıyor.

Kaynak: Nature

Bu bağlamda, Dr. Fomitchev‑Zamilov’un ham verilerini ve deney kurulumunu paylaşma isteği, “gizli tariflerin” hâkim olduğu bir alanda ferahlatıcı bir adım olarak görülüyor.

Yavaş Bir İlerleme

Belki daha değerli olan, yayımlanan makalede neyin işe yaramadığına dair çok sayıda itirafın bulunması; bu, soğuk füzyon tutkunlarının nadiren yaptığı bir şeydir.

Döteryum baloncuklarının mineral yağ içinde kavitatör etkisi, baloncuk boyutları, basınç genliği, frekans ya da ek surfaktanlar ne olursa olsun işe yaramadı. Döteryum damlacıkları da işe yaramadı.

Bu “başarısızlıklar”, nötron tespitinin sadece bir hata ya da deneysel kurulumun ölçüm artefaktı olduğunu gösterdiği için önemlidir. Ancak, döteryumlu titanyum parçacıkları ve döteryumlu su (ağır su) eklendiğinde bir nötron akısı tespit edildi.

Daha da ilginç olan, nötron sıçramasının düzenli olarak, akustik dalgalarla senkronize bir şekilde gerçekleşmesiydi.

Kaynak: Nature

Benzer şekilde, nötron sıçraması, arka plan gürültüsü ve diğer sinyallerden farklı olarak, 5 saatlik bir örnekleme ve ardından akustik dalgaların başlatılmasıyla net bir şekilde görülür.

Kaynak: Nature

Bu sonuçlar sürekli olarak tekrarlandı ve 6 ay boyunca daha da analiz edildi; bu da tesadüfi bir durum ya da tekrarlanamayan bir vaka olasılığını azaltıyor.

Henüz Kesin Bir Kanıt Değil

Yayımlanan makale, soğuk füzyonun nötron akısını açıklamak için tek olası açıklama olmadığını kabul ediyor.

Gösterilen ve çığır açan keşif, döteryumlu titanyum parçacıkları + döteryumlu su + ses dalgaları/kavitatör ile nötronların yayılmasıdır.

Örneğin, deney koşulları spalasyon adı verilen bir fenomen yaratabilir. Bu, yüksek enerjili bir girişimin (örneğin yüksek enerjili parçacıklar) bir çekirdeği bileşenlerine ayırmasıdır ve teorik olarak nötronların tespitine yol açabilir.

Kaynak: Springer

Dolayısıyla, reaksiyonların daha fazla analizi gereklidir; muhtemelen ek spektroskopik çalışmalar yapılması gerekir.

Tasarımın İyileştirilmesi

Elbette, bu sonuçların diğer araştırmacılar tarafından tekrarlanması, tam güvenilirlik için şarttır.

Daha fazla veri toplanmalı; nötron üretimini ve potansiyel füzyon reaksiyonunu nasıl optimize edeceğimiz anlaşılmalı.

Malzemeler

Bu yayından, titanyum/döteryum tozunun yağ içinde en az 6 ay boyunca çürüme ve ayrışma göstermediği bilinmektedir.

Ancak, bu potansiyel soğuk füzyon ilerlemesinin pratik kullanımı hakkında herhangi bir tartışmadan önce, süreçte neyin tüketildiği bilinmelidir.

Kafes Soğuk Sonofüzyon Mekanizmaları

Çalışma hipotezi, kavitatör jetlerinin gözlemlenen nötron sıçramalarının ve varsayılan nükleer füzyonun nedeni olduğudur.

Bu jetler “titanyum kafesinde depolanan döteryum iyonlarını sıkıştıran pistonlar gibi davranabilir”. Bu durumda jetlerin malzemesi çok önemli değildir ve H₂O damlacıkları D₂O damlacıkları kadar etkili olmalıdır.

Ya da “jetlerin döteryum iyonları içermesi gerekir ve etki mekanizması, döteryumlu bir hedefe çarpan iyon ışını gibidir”.

Bu iki hipotez arasındaki farkı netleştirmek, Dr. Fomitchev‑Zamilov için bir sonraki adım olacaktır.

NASA Çalışmalarının Yankıları?

“soğuk olmayan, plazma olmayan füzyon” yöntemi, 2020’de NASA bilim insanları tarafından keşfedildi ve güçlü elektronlar kullanarak bir dizi parçacık çarpışması başlattı; bu da bir döteryum atomunun füzyonu tetiklemesi için yeterli hızlanmayı sağladı.

Bu engeli aşmak, bir dizi parçacık çarpışması gerektirir. İlk olarak, bir elektron hızlandırıcı, elektronları tungsten (volfram) hedefine doğru hızlandırır ve çarpar. Işın demeti ve hedef arasındaki çarpışma, geleneksel bir X‑ray makinesine benzer yüksek enerjili fotonlar üretir.

Fotonlar, döteryum yüklü erbiyum ya da titanyum örneğine yönlendirilir. Bir foton metal içindeki bir döteryuma çarptığında, onu enerjik bir proton ve nötrona ayırır. Ardından nötron başka bir döteryumla çarpışarak onu hızlandırır.

Kavitatörün, atom seviyesinde Güneş yüzeyinden daha sıcak anlık sıcaklıklar yaratabildiği zaten biliniyor; bu süreç bir parçacık hızlandırıcı olmadan aynı mekanizmayı taklit edebilir mi?

Temiz Enerji Çözüldü mü?

Bu keşif doğrulanıp mükemmelleştirilirse, nükleer füzyonu çözdüğümüz anlamına mı geliyor? Ve temiz, bol enerji sadece zaman meselesi mi? Belki, ancak hâlâ eksik bir veri noktası var: nötronların yayılması biliniyor, ancak sistemin ne kadar enerji yaydığı bilinmiyor.

Dolayısıyla, sıcak füzyonu şu ana kadar engelleyen, enerji tüketiminden daha fazla enerji üretme sorunu, soğuk füzyon için de geçerli olabilir.

Cesaret verici bir nokta, Dr. Fomitchev‑Zamilov’un, ABD Ulusal Tutuşturma Tesisi (NIF) gibi 192 güçlü lazer ışınıyla bir noktada 500 trilyon wattlık zirve gücü üreten tesislerden uzakta, bir laboratuvar tezgahında çalışıyor olması.

Bu yüzden enerji çıktısı mütevazı olabilir, ancak girişin de aynı ölçüde olduğu çıkarımını yapabiliriz.

Nükleer Füzyona Yatırım

Kötü bir itibar nedeniyle, bir fizikçinin kariyerini neredeyse mahveden bir bilimsel fikir olarak yeni ortaya çıkan soğuk füzyon, bugün yatırımcılar için erişilebilir değildir.

Ağır su çok küçük bir pazar; küresel olarak sadece 161 Milyon $ işlem görmektedir (ve yerel olarak biraz daha fazla üretilmektedir); Kanada en büyük ihracatçıdır. Tek bir özel tedarikçi, laboratuvar ekipmanları ve sarf malzemeleri devi Sigma‑Aldrich, Merck KGaA’ (MRK.DE ) nın bir parçasıdır (MRK.DE).

Şu anda, sıcak nükleer füzyonu ticari olarak uygulanabilir hâle getirmeye çalışan şirketler de halka açık listede yer almıyor. Bu şirketler arasında Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy ve NEO Fusion bulunmaktadır.

Dealroom’un nükleer füzyon alanındaki startup listesi oldukça kapsamlıdır.

Bu alanda özel sermayeli startup’ların hâkim olduğu bir istisna, savunma endüstrisinin dev devi Lockheed Martin Corporation (LMT ) ’dır.

1. Lockheed Martin Corporation

2010’lu yılların başından itibaren Lockheed, Kompakt Füzyon üzerinde çalışıyordu; 2020’lerde hazır olmasını beklediği bir nükleer füzyon reaktörüdür. Ancak, projenin 2021’de durdurulduğu duyurulmuştur.

Şirket, bu proje hakkında ilk coşkulu duyurunun ardından çok gizli kalmıştır. Bugüne kadar, şirketin bu fikri neden bıraktığı net değildir.

Aynı zamanda, tamamen vazgeçmediği de görülüyor; 2024’te Helicity adlı bir füzyon motoru geliştiren startup’a yatırım yapması bunun bir göstergesidir.

Fikir, uzay araçlarını kısa füzyon patlamalarıyla itmek. Helicity, General Fusion’ın izlediği yaklaşımla aynı plazma silahını kullanmayı planlıyor.

Muhtemelen, Lockheed’in iç sonuçları, tasarımının enerji üretimiyle uyumlu bir füzyonu sürdüremediğini gösterdi.

Ancak belki de kısa patlamalar, uzayda itme ihtiyacı için yeterli ve şirketin genel havacılık ve savunma odaklı profiline daha uygun bir ürün haline geliyor.

2. General Fusion

General, füzyonu özel sektör girişimi haline getirmeyi amaçlayan startup’lardan biridir; kamu fonlu bir fizik projesi yerine.

Şirket, 2002 yılında Magnetize Hedef Füzyonu (MTF) teknolojisini geliştirmek amacıyla kuruldu.

MTF, şirketin enerji‑pozitif füzyona daha kısa bir yol ve daha düşük maliyet vaat ettiğini belirtiyor. General Fusion, 2010’da bir güç santrali ölçeğinde kompakt toroid plazma enjektörü inşa eden ve devreye alan ilk şirket oldu ve o zamandan beri birçok kilometre taşına ulaştı.

Kaynak: General Fusion

Şirket, 2025’te 100 milyon °C sıcaklıkta füzyona ulaşmayı ve 2026’da enerji denge noktasına (nükleer füzyondan pozitif geri dönüş) ilerlemeyi hedefliyor. Bunun öncesinde, 2023’te ölçeği 1/5’e indirilmiş bir model yapıldı ve performansı bilgisayar modellerinin beklentileriyle uyumlu çıktı.

Genel olarak, General Fusion iki on yıl boyunca temel tasarım teknolojilerini adım adım inşa etti, her aşamayı test etti ve şu ana kadar fikri başarılı bir şekilde doğruladı.

Kaynak: General Fusion

Özel bir şirket olarak, ITER gibi uluslararası projelerin tasarım değişikliklerini tartışmak ve müzakere etmek zorunda kalmadı. Teknolojiyi kendi değerine göre seçebildi ve belirli bir ülkenin politik nedenlerle sözleşme alması gibi zorunluluklarla karşılaşmadı.

Bu yüzden birçok kişi, General Fusion ve birkaç rakibini, büyük hükümet projelerinin başaramadığı şeyleri yönetebileceğini düşünüyor.

3. TAE Technologies

Eskiden Tri Alpha Energy olarak bilinen bu Kaliforniya‑ merkezli şirket, füzyon enerji teknolojileri geliştirmeye odaklanıyor. TAE Technologies, füzyon platformu Norman’ı altıncı nesil bir makine olan Copernicus’a yükseltiyor.

Kaynak: TAE

TAE teknolojisi, plazmaya enerji enjekte etmek ve “daha yönetilebilir hâle getiren bir yoğunlaştırıcı ajan” görevi gören parçacık hızlandırıcıları kullanır.

Şirket, Copernicus’un yapımında 3D baskıyı yoğun bir şekilde kullanıyor; bu sayede yeni parçaların hızlı iterasyonu ve sorunların daha çabuk çözülmesi sağlanıyor. Örneğin, reaktör bileşenlerini geleneksel üretimin yarı ağırlığında basabildi.

Kaynak: TAE

Eğer her şey sorunsuz ilerlerse, şirket 2030’ların başında şebekeye bağlanabilecek ilk prototip güç santralini inşa etmeyi ve on yılı boyunca “sağlam ve güvenilir” ticari güç üretimine ölçeklendirmeyi planlıyor.

CEO Michel Binderbauer’a göre, füzyon bizi “bolluk paradigmasına” taşıyacak.

Son 25 yıldır, şirket “kilometre taşı bazlı” bir modelle çalışıyor; her fonlama turu, yatırımcılara vaat edilen kilometre taşlarını teslim etme karşılığında elde ediliyor.

2022’de Google ve Chevron (CVX ), şirketin 250 Milyon $’lık fon toplama çabasına yatırım yaptı. Google, on yıldır TAE ile ortak çalışıyor ve şirkete yapay zeka ve hesaplama gücü sağlıyor.

Şirket ayrıca yaşam bilim hizmetleri (Boron Nötron Yakalama Terapisi – BNCT) ve batarya ve e‑mobilite gibi enerji çözümleri sunuyor.

4. Helion

Helion, trityum yerine döteryum ve helyum‑3 ile füzyon üretmeyi hedefliyor.

Normalde helyum‑3 bulmak çok zordur. Ancak Helion, kendi reaktöründe döteryumdan helyum‑3 üretme yöntemine sahiptir; aksi takdirde, Ay’da madencilik gibi kanıtlanmamış alternatifler gerekebilirdi.

Çoğu özel füzyon girişimi gibi Helion da plazma enjeksiyon teknolojisini kullanıyor.

Helion’un benzersiz bir özelliği, plazmadan doğrudan elektrik yakalaması; Faraday kanununu kullanarak akım indüklemek, bu sayede nükleer santrallerde yaygın olan buhar ısıtma döngüsünü atlıyor.

Bu hamle cesurca, ancak gelecekteki güç santrallerinin verimini 2‑3 kat artırabilir; çünkü ısı‑büyük‑buhar‑güç dönüşümü genellikle çok düşük verimlidir. Ayrıca, bu süreç sermaye yoğun bir prosedürdür.

Helion’un füzyon güç santrali, ihmal edilemez yakıt maliyeti, düşük işletme maliyeti, yüksek çalışma süresi ve rekabetçi sermaye maliyeti öngörmektedir. Makinelerimiz, füzyonu bu kadar verimli yapabildiğimiz ve büyük buhar türbinleri, soğutma kuleleri ya da geleneksel füzyon yaklaşımlarının diğer pahalı gereksinimlerine ihtiyaç duymadığımız için sermaye ekipman maliyetini çok daha düşük tutmaktadır.

Helion şu anda Trenta adlı, 6.ⁿ nesil reaktörünü işletiyor; bu reaktör 10.000’den fazla darbe ve 100 milyon °C sıcaklık elde etti.

Kaynak: Helion

Şu anda Polaris modeline geçiyor; bu model Trenta’dan 100 kat daha hızlı manyetik darbeler üretecek ve böylece ilk kez elektrik net kazancı sağlayan nükleer füzyonu gerçekleştirecek.

Polaris’in 19 m uzunluğunda olacağı ve diğer, daha klasik füzyon reaktör tasarımlarına kıyasla devasa bir kurulum olmaktan uzakta olduğu dikkat çekicidir.