Nükleer Füzyon – Ufukta En Üst Düzey Temiz Enerji Çözümü

Yıldızların Gücü

Nükleer enerji, birçok insan tarafından kötü bir üne sahiptir. Bu kısmen, Çernobil veya Fukushima gibi felaketlerin itibarını lekeleyerek haklıdır.

Diğer insanlar ise tam ters bir görüşe sahiptir; atomları bölmekten başka bir şeyin enerji üretmek için ilkel ve verimsiz bir yol olduğunu düşünürler. Ayrıca nükleer enerjinin sağladığı düşük karbon emisyonları ve son derece istikrarlı temel yük gücüne işaret ederler.

Gelecek enerji karışımımızın bir parçası olması muhtemeldir, özellikle gelecek enerji karışımımız nükleer reaktörlerin 4^ünc nesli devreye girmeye başlıyor, bu reaktörler daha temiz, daha güvenli ve daha verimli olacaktır.

Ancak, tüm bu reaktörler nükleer fisyon kavramına dayanır. Uranyum, toryum veya plütonyum gibi çok ağır atomları alır ve daha hafif elementlere bölündüklerinde enerji toplarlar.

Nükleer enerjinin bir diğer biçimi nükleer füzyondur. Çok hafif elementleri alıp daha ağır elementlere kaynaştırmayı temel alır.

Nükleer füzyon, evreni güçlendiren şeydir; her yıldız devasa bir nükleer füzyon reaktörüdür. Her saniye, güneş 600 milyon ton hidrojen tüketir. Referans olarak, bu, güneşin her 70.000 yılda Dünya’nın tüm kütlesine eşdeğer bir hidrojen miktarı tükettiği anlamına gelir.

Komik bir şekilde, bu, güneş enerjisinin (ve aynı zamanda rüzgar, biyokütle ve hatta nihayetinde fosil yakıtların) aslında sadece nükleer füzyon gücü (güneşten) olduğu, sadece ek adımlarla gerçekleştiği anlamına gelir.

Dolayısıyla, bunu Dünya’da sadece küçük bir miktar da olsa taklit edebilirsek, neredeyse sınırsız bir enerji kaynağına erişebiliriz. Uranyum veya toryum gibi nispeten nadir elementlerin aksine, hidrojen evrendeki mevcut tüm maddenin %74’ünü oluşturur.

Fisyon vs. Füzyon

Doğal gaz veya petrol gibi molekülleri yaktığımızda, molekülün kimyasal bağlarında depolanan enerjiyi serbest bırakırız. Bu oldukça yüksek bir enerji seviyesidir, ancak atomların içinde bulunan enerjiyle aynı seviyede değildir.

Bu yüzden 1 kg uranyum, 2,7 milyon kg kömürle aynı miktarda enerji içerir. Hidrojen, füzyon geçirdiğinde daha da güçlüdür.

Nükleer enerji tartışılırken, hem füzyondan hem de fisyondan enerji elde edilebileceğini anlamak kafa karıştırıcı olabilir.

Bunun nedeni, bir atomun çekirdeğinde depolanan enerjinin elementin ağırlığına bağlı olarak değişmesidir. Ağır elementlerin çekirdekleri, orta ağırlıktakilere göre daha fazla enerji içerir; bu yüzden bölündüklerinde bu enerjinin bir kısmını ısı ve radyasyon olarak serbest bırakırlar. Bu ısı, nükleer santrallerde güç üretmek için topladığımız şeydir.

Ancak çok hafif elementler daha da enerjiktir. Bu yüzden onları orta ağırlıktaki elementlere birleştirdiğimizde, çok daha fazla enerji serbest bırakırlar.

Kaynak: Nature

Sonuç olarak, nükleer füzyon, atomları bölmekten 3-10 kat daha fazla enerji üretebilir.

En hafif element olan hidrojenin aşırı bolluğu ile birleştirildiğinde, bu teorik olarak nükleer füzyonu sınırsız bir güç kaynağı yapar; tek sınırlama, evrendeki toplam madde miktarıdır.

Güneş sisteminde bile, gaz devleri ve kuyruklu yıldız bulutları o kadar çok hidrojen içerir ki, Dünya’nın tüm kütlesini gölgeler.

Gerçekçi olarak, mevcut enerji tüketimimizin 1.000 katını kullanan bir insan medeniyeti bile yakıt tükenmez.

Dahası, hidrojen füzyonunun ortaya çıkan ürünü helyum, toksik olmayan, hafif ve kimyasal olarak tepkimeye girmeyen bir gazdır. Bu yüzden süreç bittiğinde uğraşılacak kötü nükleer atık yoktur.

Füzyon Zordur

Neden henüz insan medeniyetini nükleer füzyonla güçlendiremedik?

Şey şu ki, nükleer füzyonu gerçekleştirmek zordur. Hidrojen atomlarının çekirdekleri pozitif elektrik yüküne sahiptir ve doğal olarak birbirlerini iter. Bu yüzden, iki ultra güçlü manyet gibi, füzyon için birbirlerine yeterince yaklaşmaları çok zor olabilir.

Doğada, sadece bir yıldızın ezici yerçekimi, hidrojen atomlarını füzyonu tetikleyecek kadar yaklaştırmak için yeterlidir. Jüpiter gibi dev bir gezegen bile bunu başarmak için “çok küçük” kalır.

Dolayısıyla, Dünya’da hidrojen atomlarını birbirine yaklaştırmak çok, çok zordur.

Bununla birlikte, bu daha önce yapılmıştır ve ilk kez 1950’lerde bir füzyon makinesiyle başarılmıştır. Bu makineler füzyon oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdi ancak füzyonu tetiklemek için harcanan enerjiye kıyasla yeterli enerji geri kazanamadı.

(Teknik olarak, büyük ölçekli nükleer füzyon 1952’de ilk termonükleer bomba ile elde edildi, ancak bu güvenli bir enerji kaynağı oluşturmak için pek kullanılabilir bir teknik değildir).

Füzyonla ilgili bir diğer sorun, nükleer füzyon plazmasının son derece sıcak olmasıdır; genellikle 100 milyon derece Celsius’un üzerindedir. Bu yüzden mükemmel bir şekilde tutulması gerekir, aksi takdirde reaktörü eritir.

Bu, füzyon reaksiyonundan elde edilen enerji ile füzyonu tetiklemek için harcanan enerji arasındaki sorun, alanda tekrarlanan bir konudur. Füzyon çok zor olduğu için, sadece birkaç hidrojen atomunu sıkıştırmak bile son derece enerji yoğun bir süreçtir. Bu yüzden, “Füzyon her zaman 30 yıl gelecekte” şeklinde alaycı bir yorum yapılmaktadır.

Yerçekimini Değiştirmek

Bu, füzyon reaksiyonundan elde edilen enerji ile füzyonu tetiklemek için harcanan enerji arasındaki sorun, alanda tekrarlanan bir konudur. Füzyon çok zor olduğu için, sadece birkaç hidrojen atomunu sıkıştırmak bile son derece enerji yoğun bir süreçtir.

Şimdiye kadar birkaç yöntem önerildi.

Her biri “çalıştığı” gösterildi; yani hidrojen ya da diğer hafif elementlerin daha ağır elementlere kaynaşarak enerji serbest bırakmasını sağlıyor.

Tokamaklar

Füzyon reaktörleri, nükleer füzyon plazmasının tutulabildiği manyetik alanlarla donatılmış halka (donut) şeklinde bir alan oluşturur.

Bu, şu anda ticari bir füzyon reaktörüne dönüştürülme şansı en yüksek tasarımlardan biri olarak görülüyor. İlk tokamak 1958’de inşa edildi ve ITER (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör) için temel konsepttir; ticari füzyonu geliştirmek için en büyük araştırma çabasıdır ve neredeyse tüm teknolojik açıdan gelişmiş ülkeler projeye katılmaktadır.

Kaynak: DOE

Ancak, ITER önemli gecikmeler yaşayan sorunlu bir projedir. Yakın zamanda, enerji üreten reaksiyonların 2039’dan önce gerçekleşmeyeceği duyuruldu.

Diğer Mıknatıslı Füzyon Reaktörleri

Tokamakların yanı sıra, diğer tasarımlar da plazmayı sıkıştırmak ve tutmak için manyetik alanlar kullanır. Bu tasarımlar arasında stellaratorlar, sferomaklar ve kompakt toriler bulunur.

Stellaraktörde, halka şekli düzensiz/dönmüş bir yapıya sahiptir. Teorik olarak, daha uzun süren füzyon reaksiyonları ve daha stabil bir plazma sağlayabilir. Pratikte ise inşa edilmesi çok zordur ve tokamaklardan daha zor kabul edilmiştir. Bu ek karmaşıklık, bilgisayarda modellemesini de çok zorlaştırmış, tahmin etmeyi zorlaştırmış ve inşa maliyetini artırmıştır.

Sferomaklar tokamaklara benzer, ancak manyetik alanı indükleme şekilleri biraz farklıdır.

Kompakt toroidler torusun (donut şekli) merkezinde bir manyetik bobin olmadan füzyon yaratmaya çalışır, bu da karmaşık manyetklere olan ihtiyacı azaltır.

Lazerler

Manyetikle hidrojen atomlarını sıkıştırmak yerine, lazer kullanan başka bir yaklaşım, atomları o kadar ısıtmayı hedefler ki birbirleriyle çarpışırlar ve bu da anında şok dalgaları oluşturarak hidrojen atomlarını birbirine iter.

İyi bir örnek, ABD Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF)’dir; bu tesis 192 güçlü lazer ışınını bir kurşun kalemi silindiri büyüklüğündeki bir hedefe yönlendirir, yükseltir, yansıtır ve odaklar. Bu, tek bir noktada 500 trilyon wattlık zirve gücü sağlar.

Kaynak: Britannica

Bu, bir gün uygulanabilir ticari füzyon sağlayabileceği düşünülen diğer ana tasarımdır.

Manyetik tabanlı füzyon, karmaşık matematik ve süperiletken malzeme bilimiyle mücadele eder. Lazerle indüklenen füzyon ise enerjiyi doğru şekilde iletmek ve yakıtı füzyon gerçekleşecek kadar yoğun ve homojen tutmakta zorlanır.

Elektrik İtmesi

Füzyonu yapay olarak elde etmenin son bir olası yöntemi, plazmayı daha sıkı sıkıştıran manyetik alanı oluşturmak için elektrik akımları kullanmak ya da Manyetize Hedef Füzyonu (MTF) yöntemidir.

Böyle bir yöntem Z-pinch’tir, bir diğer yöntem pnömatik pistonlar ve plazma enjeksiyonu kullanır. Bir parçacık hızlandırıcı da aynı prensibi gerçekleştirebilir.

Kaynak: IEEE

Genel olarak, bu tasarımlar tokamak veya lazer tabanlı füzyondan çok daha kompakt olma eğilimindedir.

Özellikle, General Fusion ve Helion gibi özel füzyon şirketleri tarafından tercih edilen yaklaşımdır.

Ticari Füzyona Giden Adımlar

Verimler

Yukarıda açıklandığı gibi, füzyon hâlâ büyük ölçüde deneysel bir alandır ve henüz ticari olarak uygulanabilir bir tasarıma net bir yol yoktur.

Genel olarak, füzyon reaktörlerinin verimi artmaktadır; bu, füzyonu tetiklemek için enjekte edilen enerjiden daha fazla füzyon enerjisi üretmeye başladıkları anlamına gelir.

2022’de, ABD Ulusal Ateşleme Tesisi’ndeki araştırmacılar “girdikleri enerjiden daha fazla enerji üreten bir reaksiyon yarattıklarını” duyurdu.

Pratikte, bu iddia biraz yanıltıcıdır: lazerle çalışan tasarım gerçekten 2,05 megajoule enerji sağladı ve füzyon yoluyla 3 megajoule enerji üretti.

Bu, 2,05 megajoule lazer oluşturmak için toplam 322 megajoule enerjiye eşdeğer bir elektrik miktarının tüketildiği gerçeğini göz ardı eder. Bu yüzden pratikte, toplam enerji geri dönüşü hâlâ 100 kat yetersizdir ve bu modelle “gerçek” pozitif bir geri dönüş sağlanamaz. Ayrıca, üretilen ısının tamamının geri güç olarak dönüştürülemeyeceği kesin olduğundan bu oran daha da düşüktür.

Buna rağmen bu, önemli bir kilometre taşı ve etkileyici bir başarıdır.

Plazma Stabilitesi ve Reaksiyon Süresi

Ana kısım, önceki enerji salınımının daha fazla füzyonu tetikleyecek kadar yeterli olduğu kendi kendini sürdüren bir füzyon reaksiyonunun durumunu değerlendirmek olacaktır. Yakın zamana kadar, füzyon reaksiyonları en fazla birkaç on saniye sürmüştür. Gelecekte ticari olarak uygulanabilir bir reaktörde, daha stabil plazma sayesinde bu reaksiyonlar onlarca dakika hatta saatler sürebilir.

Bu, birçok kişinin beklediğinden daha yakın olabilir; Fransa’da WEST (Sabit Durum Tokamak’ta Tungsten (W) Ortamı) cihazı tarafından gerçekleştirilen tam 6 dakikalık bir füzyonun yeni rekoru.

Bu, tungsten gibi ileri malzemelerin yenilikçi kullanımının klasik füzyon reaktör tasarımlarına göre büyük bir iyileşme sağlayabileceğini gösterir. Tungsten ve bu sektördeki zor bulunan yatırım fırsatları hakkında daha fazla bilgi için “Tungsten – Gizli Yüksek Teknoloji Metalı” makalemizi okuyabilirsiniz.

Uygun Fiyatlı Süperiletkenler

Bu adım, özellikle manyetik tabanlı füzyon reaktör tasarımları için, ancak diğerleri için de gereklidir; çünkü güç seviyeleri genellikle sistemde bir yerde süperiletken malzemeler kullanılmasını gerektirir.

Neyse ki, daha iyi süperiletkenler ya da hatta oda sıcaklığında süperiletken teknoloji hızla ilerliyor. Bu konunun detaylarını “Süperiletkenlikte İlerleme Yeni Teknolojik Devrime Yol Açıyor” makalemizde okuyabilirsiniz.

Yapay Zeka

Plazma, diğer üç halden (katı, sıvı, gaz) çok farklı, son derece karmaşık bir madde halidir. Çok yüksek sıcaklıktadır ve genel olarak çok çabuk kararsız hâle gelir.

Kararsız plazma, reaktörde uzun süre hapsedilemez ve nükleer füzyon sürecini kesintiye uğratır.

Buna karşılık, nükleer reaktör manyetikleri plazmayı sürekli stabilize etmeye çalışır, manyetik alanı gerçek zamanlı olarak ayarlar. Bununla ilişkili matematik son derece karmaşıktır ve süper bilgisayarlar bile bunlarla zorlanabilir, özellikle doğru reaksiyonu reaktör manyetiğine yönlendirmek için hızlı bir şekilde işlemeleri gerekiyorsa.

Bu, AI’daki ilerlemeler sayesinde değişebilir, yakın zamanda bir makalede bildirdiğimiz gibi. Orada, AI’nın plazmadaki kararsızlıkların ortaya çıkmasını 300 ms önceden tahmin etmeyi öğrendiğini açıkladık.

“Artık kararsızlıkların ortaya çıkmasını beklemek zorunda değiliz ve plazma bozulmadan önce hızlı bir düzeltici eylem alabiliyoruz.”

Güvenlik

Nükleer füzyon, doğası gereği nükleer fisyondan çok daha güvenlidir. Füzyon reaksiyonu, plazma genişlediğinde otomatik olarak durur, bu da kontrol dışı bir zincir reaksiyon riski olmadığını gösterir.

Bununla birlikte, büyük ölçekli bir enerji kaynağı olmadan önce, nükleer füzyon hâlâ birkaç güvenlik sorunuyla başa çıkmak zorunda kalacaktır:

• Birçok reaktör tasarımı, deuterium-deuterium füzyonundan daha kolay tetiklenebildiği için trityum kullanır. Ancak trityum radyoaktiftir, bu yüzden bir reaktör arızası (küçük) radyoaktif kontaminasyona yol açabilir.
• Plazma kararsızlığı ve yüksek enerjili fizik doğal bir risk taşır. Operatörlerin güvenliğini sağlamak ve reaktörün sürekli enerji üretimi sırasında zarar görmemesini temin etmek iyi güvenlik prosedürleri ve muhtemelen tasarım optimizasyonu gerektirecektir.
• Nükleer füzyon zaman zaman nötron üretir; bu nötronlar reaktör duvarını yavaşça radyoaktif atığa dönüştürür. Hacim olarak minimal olsa da, bu atıkların bileşenlerin ya da reaktörlerin ömrünün sonunda uygun şekilde işlenmesi gerekir.

İlgili Konular

Uzay Füzyon İtisi

Şu anda, nükleer füzyon öncelikle Dünya’da enerji üretme potansiyeli için araştırılmaktadır. Füzyonu ustalaştırmanın büyük fayda sağlayacağı bir diğer sektör ise uzay keşfi ve kolonizasyonudur.

Yakıt kütlesine kıyasla çok yüksek verimliliği ve son derece yüksek sıcaklıkları sayesinde, nükleer füzyon reaktörleri derin uzay itiş sistemleri için mükemmel bir seçenek oluşturur.

Teorik olarak, kimyasal ya da nükleer fisyon motorları gibi alternatiflere kıyasla düşük yakıt gereksinimi ve artırılmış mürettebat güvenliği ile çok hızlı ivmelenme ve seyahat süresi sağlayabilir. Uzaydaki hidrojenin kolay erişilebilirliği ve bolluğu ekstra bir avantajdır.

Pratikte, bir uzay gemisine sığacak kadar küçük ve hafif bir füzyon reaktörü yapmak, Dünya’da tasarımı ustalaştıktan sonra bile zorlayıcı olabilir.

Nükleer füzyon ticari olarak uygulanabilir hale gelirse, bu, uzay tabanlı bir ekonomi (bu konuyu füzyonlu ve füzyonsuz olarak makalemizde tartışıyoruz) perspektifini tamamen devrim niteliğinde değiştirecek ve insanlığı anında uzayda seyahat edebilen bir tür haline getirecektir.

Soğuk Füzyon

Soğuk füzyon tartışmalı bir konudur. Kavram olarak, nükleer füzyonun düşük sıcaklıklarda plazma olmadan gerçekleştirilebileceği fikridir.

Önerilen bir yöntem, hidrojen atomlarını hapseden ve birleştiren şekilde şekil değiştiren malzemeler kullanmaktır. Paladyum, erbiyum ve titanyum gibi hidrojenle zenginleştirilmiş metaller bu hedef için önerilmiştir.

1989’da araştırmacılar Stanley Pons ve Martin Fleischmann, böyle bir füzyona ulaştıklarını iddia ettiler. Ne yazık ki, bilim topluluğunun bulguları tekrarlamaya çalıştığı yıllar başarısız oldu ve bu durum düşük kaliteli bilim suçlamalarına ya da açık sahtekârlığa yol açtı.

Bu tartışma, bu konseptin imajına kalıcı zarar verecekti. Yine de, az sayıda bilim insanı tarafından hâlâ çalışılmaktadır; genellikle Düşük Enerjili Nükleer Reaksiyonlar (LENR), Yoğun Madde Nükleer Bilimi (CMNS) veya Kimyasal Yardımlı Nükleer Reaksiyonlar (CANR) adı altında.

2020’lerde alana yenilenmiş bir ilgi oluştu; ciddiyetsiz araştırma damgasını aşmayı hedefliyor. Özellikle, ABD hükümet ajansı ARPA-E, 2023’te düşük enerjili nükleer reaksiyonları (LENR) araştıran gruplara birkaç hibe duyurdu, bu, 2020’de NASA araştırmacılarının elde ettiği ilginç sonuçların ardından geldi.

Soğuk füzyon şu anda çok belirsiz ve spekülatiftir. Ancak, alana ciddi ve iyi finanse edilmiş araştırmaların geri dönmesi durumu netleştirebilir ve bunun nükleer füzyona ulaşmak için uygulanabilir bir yol olup olmayacağını belirleyebilir.

Baloncuk Füzyonu

Başka bir fikir, nükleer füzyonun baloncukların çökmesi sırasında gerçekleşebileceğidir; örneğin, ultrason uygulandığında su içinde baloncuklar oluşabilir; bu fikir bazen sonolüminesans olarak da adlandırılır.

Teorik olarak, bir sıvı içinde baloncuğun çökmesiyle oluşan şok dalgaları, lazerin indüklediği şok dalgalarına benzer şekilde, füzyona yol açacak kadar güçlü olabilir. Bu, baloncuğun çökmesi sırasında ışık yayılımı (henüz tam anlaşılmamış bir fenomen) olan sonolüminesansı açıklayabilir.

Fikir, ana destekçisi geniş çapta eleştirildiği için soğuk füzyon kadar tartışmalıdır.

Bununla birlikte, fikir son iki on yıldır süren tartışma nedeniyle ölü gibi görünse de, belki de ölmüştür demek doğru olmayabilir.

Mayıs 2024’te, ultra prestijli “Deuterasyonlu titanyum tozu akustik kavite sırasında nötron yayılımının gözlemlenmesi” başlıklı bir bilimsel makale, ağır su ile titanyum parçacıklarının karıştığı baloncuklarda potansiyel füzyon olayları tespit edildiğini iddia etti.

“Nötron üretimini birkaç saat sürdürebildik ve deneyi çeşitli koşullar altında birden çok kez tekrarladık. Gözlemlenen nötronların, çarpan kavite jetlerinin mekanik etkisi nedeniyle titanyum kafesinde çözünen deuterium iyonlarının nükleer füzyonundan kaynaklandığını varsayıyoruz.”

Özel Sektörün Girişi

Başlangıcından beri, plazma fiziği ve nükleer füzyon alanları büyük ölçüde kamu fonlu devlet araştırmaları tarafından yönlendirilmiştir.

Bu mantıklıdır; çünkü bu alanlar nükleer silah geliştirme programları için son derece faydalıydı; örneğin ABD Ulusal Ateşleme Tesisi, nükleer füzyonu araştırmaktan çok nükleer silah testlerini değiştirmek amacıyla geliştirilmiştir.

Doğrudan ticari uygulamaları olmayan bir bilim dalı olarak, füzyon için finansman çoğunlukla kamu ve akademik sektörlerden gelmek zorundaydı.

Bu, üç faktörün birleşmesi sayesinde değişiyor:

1. Sektördeki on yıllık deneyim, ücretsiz erişilebilen geniş bir bilgi birikimi ve ticari şirketlerde çalışabilecek eğitimli bilim insanları oluşturdu.
2. Nükleer füzyon, ticari olarak elde edilmeye her zamankinden daha yakın görünüyor, bu da yatırımcıların heyecanını artırıyor. Ve “moonshot” tarzı yatırımlar artık popüler; nükleer füzyon, asteroit madenciliğiyle birlikte, enerji ve ham madde kıtlığı sorunlarını kalıcı olarak çözebilecek nihai moonshot olabilir.
3. İklim değişikliği, jeopolitik faktörler ve kaynak tükenmesi, bol miktarda karbon nötr enerji kaynağı talebini artırmak için birleşiyor.

Bu yüzden, nükleer füzyon çabalarının yeni bir dalgası artık özel şirketler tarafından yönlendiriliyor; bu şirketler reaktör tasarımlarını ilk prensiplerden yeniden çalışıyor, yeni yöntemleri araştırıyor ve füzyon sektöründe SpaceX gibi şirketlerin uzay uçuşunda başardıklarını (örneğin daha önce imkânsız olarak düşünülen roket yeniden kullanılabilirliğini) taklit etmeye çalışıyor.

Füzyon Şirketleri

Şu anda, nükleer füzyonu ticari olarak uygulanabilir hâle getirmeye adanmış şirketlerin hiçbiri halka açık değildir. Bunlar arasında Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy ve NEO Fusion yer alır. Dealroom’un özel sayfasında nükleer füzyon alanındaki girişimlerin kapsamlı bir listesini bulabilirsiniz.

1. General Fusion

General, füzyonu kamu fonlu bir fizik projesi yerine özel sektör girişimi haline getiren öncü start-up’lardan biridir.

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

Şirket, MTF’nin enerji pozitif füzyona daha kısa bir yol ve çok daha düşük maliyetli olmasını bekliyor. General Fusion, 2010’da dünya çapında ilk kez bir güç santrali ölçeğinde kompakt toroid plazma enjektörü inşa edip devreye almış ve o zamandan beri birçok kilometre taşı daha elde etti.

Kaynak: General Fusion

Şirket, 2025’te 100 milyon derece Celsius sıcaklıkta füzyona ulaşmayı ve 2026’da enerji eşdeğerliğine (nükleer füzyondan pozitif geri dönüş) ilerlemeyi hedefliyor. Bundan önce, 2023’te 1/5 ölçekli bir model yapıldı ve performansı bilgisayar modellerinin beklentileriyle eşleşti.

Genel olarak, General Fusion, nihai tasarımının temel teknolojilerini adım adım inşa etmek için iki on yıl harcadı, her birini test etti ve şimdiye kadar fikri başarıyla doğruladı.

Özel bir şirket olarak, ITER gibi uluslararası projelerin aksine tasarım değişikliklerini tartışmak ve müzakere etmek zorunda kalmadı. Ayrıca, teknolojiyi kendi değeri üzerinden seçebildi ve politik nedenlerden bağımsız olarak belirli bir ülkenin sözleşmeyi alıp almayacağına karar vermek zorunda kalmadı.

Kaynak: General Fusion

Bu yüzden birçok kişi, General Fusion ve birkaç rakibinin büyük devlet projelerinin başaramayabileceği şeyleri yönetebileceğini düşünüyor.

2. Lockheed Martin Corporation

Alanı hâlâ özel girişimlerin domine ettiği bir alan içinde dikkat çeken bir istisna, savunma sektörünün devlerinden biri olan halka açık şirket Lockheed Martin Corporation’dır.

Lockheed, 2010’ların başından beri 2020’lerde hazır olmasını beklediği Compact Fusion adlı nükleer füzyon reaktörü üzerinde çalışıyordu. Ancak, projenin çalışmasının 2021’de durdurulduğu duyuruldu.

Şirket, ilk çok kamuoyu önünde yapılan duyurunun ardından bu proje hakkında çok temkinli davrandı. Bugüne kadar, şirketin bu fikri neden terk ettiğine dair net bir bilgi yok.

Aynı zamanda, konsepti tamamen terk etmediği görülüyor; özellikle 2024’te füzyon motoru geliştiren bir startup olan Helicity’ye yapılan yatırımlarla.

Fikir, uzay araçlarını kısa füzyon patlamalarıyla itmek. Helicity, General Fusion’ın kullandığı aynı yaklaşım olan bir plazma silahı kullanmayı planlıyor.

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

Ancak aynı zamanda, kısa patlamalar uzaydaki itiş ihtiyacı için yeterli olabilir ve gerçek bir ürün haline gelmeye çok daha yakın olabilir mi? Bu, şirketin genel uzay ve savunma odaklı profiline de daha uygun olur.

3. TAE Technologies

Eskiden Tri Alpha Energy olarak bilinen, Kaliforniya merkezli şirket, füzyon enerji teknolojisi geliştirmeye odaklanıyor. TAE Technologies şu anda füzyon platformu Norman’ı, Copernicus adlı altıncı nesil bir makineye yükseltiyor.

Kaynak: TAE

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

Şirket, Copernicus’un yapımında 3D baskıyı yoğun şekilde kullanıyor; bu, yeni parçaların hızlı iterasyonlarını ve daha hızlı sorun çözümünü sağlıyor. Örneğin, bazı reaktör bileşenlerini geleneksel üretimin elde edeceği ağırlığın yarısı kadar bir ağırlıkla basabildi.

Kaynak: TAE

Her şey sorunsuz giderse, şirket ilk prototip güç santralini 2030’ların başında şebekeye bağlayabileceğini ve bu ölçeği on yıl boyunca “sağlam ve güvenilir” ticari güç üretimine genişletebileceğini bekliyor. CEO’su Michl Binderbauer’a göre, füzyon bizi “bolluk paradigmasına” taşıyacak.

Son 25 yıldır şirket, “kilometre taşı başına para” modelinde çalışıyor; her fonlama turu, yatırımcılara vaat edilen kilometre taşlarını teslim etmeye dayalı olarak kazanılıyor.

2022’de Google ve Chevron, şirketin 250 milyon dolarlık fon toplama çabasının bir parçası olarak TAE Technologies’e yatırım yaptı. Google, zaten on yıldır TAE ile ortaklık yapıyor ve şirkete yapay zeka ve hesaplama gücü sağlıyor.

Şirket ayrıca yaşam bilimleri hizmetleri (Boron Nötron Yakalama Terapisi – BNCT) ve bataryalar ve e-mobilite gibi güç çözümleri sunuyor.

4. Helion

Helion, daha yaygın trityum füzyonuna odaklanmak yerine, deuterium ve helyum-3 ile füzyon yaratmayı hedefliyor.

Normalde helyum-3 bulması çok zordur. Ancak Helion, kendi reaktöründe deuteriumdan üretmek için bir yöntem geliştirdi. Aksi takdirde, Ay’da henüz kanıtlanmamış bir madencilik gibi alternatifler gerekebilirdi.

Füzyondaki çoğu özel girişim gibi, Helion da plazma enjeksiyon teknolojisini kullanıyor.

Başka bir benzersiz özellik, plazmadan doğrudan elektrik yakalamayı hedeflemesidir; Faraday Yasası ile akım indükleyerek, nükleer santrallerde yaygın olan buhar ısıtma döngüsünü doğrudan atlar.

Bu hamle oldukça cesur, ancak gelecekteki güç santrallerinin verimini 2-3 kat artırabilir; çünkü ısıdan buhara, ardından güce dönüşüm genellikle çok düşük verimlidir. Ayrıca, bu çok yüksek sermaye harcaması gerektiren bir prosedürdür.

Helion’un füzyon güç santralinin yakıt maliyetinin ihmal edilebilir, işletme maliyetinin düşük, çalışma süresinin yüksek ve sermaye maliyetinin rekabetçi olması öngörülüyor. Makinelerimiz, füzyonu bu kadar verimli yapabildiğimiz ve büyük buhar türbinleri, soğutma kuleleri veya geleneksel füzyon yaklaşımlarının diğer pahalı gereksinimlerine ihtiyaç duymadığımız için sermaye ekipman maliyetini çok daha düşük tutuyor.

Helion şu anda Trenta’yı işletiyor; bu, 6. nesil reaktör, 10.000’den fazla darbe ve 100 milyon derece Celsius sıcaklık elde etti.

Kaynak: Helion

Şu anda Polaris’e geçiyor; bu, bir sonraki modeli, Trenta’dan 100 kat daha hızlı olması bekleniyor ve bu, elektriği net kazanç sağlayan ilk nükleer füzyon olmasını sağlayacak.

Polaris’in 19 metre uzunluğunda olacağı ve diğer, daha klasik füzyon reaktör tasarımlarıyla karşılaştırıldığında devasa bir kurulum olmaktan uzak olduğu dikkat çekicidir.