Füzyon Enerji Çağı: ITER Montajı Başlıyor
Güneşin Füzyon Gücünü Kopyalamak İçin Dünyanın En Büyük Bilim Projesi
Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: İbrahim Öksüz
Özet: Dünyanın en büyük füzyon nükleer güç üreteci olan ITER projesinin montajı başlıyor.
Füzyon: Gelecekteki karbon salımsız, bol, güvenli ve ekonomik enerji kaynağı; AB, Fransa, Çin, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve ABD liderleri birlikte açıklama yapıyor.
Fransa Cumhurbaşkanı Emmanuel Macron AB, Çin, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve ABD liderleri ile birlikte Güney Fransa’daki ITER’de dünyanın en büyük füzyon cihazının resmi olarak montajının başlatılmasıyla yeni bir enerji döneminin başlangıcını ilan ettiler.
Dünyanın en büyük bilim projesi olan ITER makinesi ışık ve sıcaklık sağlayan ve Dünyada yaşamı olanaklı kılan Güneş’in füzyon gücünü kopyalamak için bir araya getiriliyor.
ITER kurulum aşamasının başlatılması, son aylarda dünyanın dört bir yanından bileşenlerin gelmesiyle mümkün hale geldi. ITER uluslararası araştırma projesinin 35 ortak ülkesi iklim değişikliğine karşı ortak mücadelelerinde kalıcı bir şekilde bir araya gelme istekliliğini göstermektedir.
Japonya Başbakanı Shinzo Abe, “ITER Projesini yürekten kutluyorum.” diyor. “Yıkıcı yenileşimin[1] (inovasyonun) iklim değişikliği ve sürdürülebilir karbonsuz bir toplum yaratma gibi küresel sorunların ele alınmasında kilit bir rol oynayacağına inanıyorum.”
Füzyon, karbon salımı olmadan temiz ve güvenilir enerji sağlar. Füzyon güvenlidir, çok az miktarda yakıta ihtiyaç duyar ve çekirdek erimesiyle kontrolden çıkan fiziksel bir kaza olasılığı yoktur.
Füzyon yakıtı deniz suyu ve lityumda bulunur. Bu da milyonlarca yıl insanlığa kaynak tedarik etmek için yeterince bol olduğu anlamına geliyor. Bu yakıtın ananas büyüklüğünde bir miktarı 10.000 ton kömüre eşdeğerdir.
Bir füzyon tesisi kurma ve işletme maliyetinin, nükleer fisyon tesisinin maliyetine benzer olması beklenir ancak atıkların güvenli şekilde saklanmasındaki uzun süreç ve yüksek maliyetler görülmez.
ITER tamamlandığında, füzyon gücünün ticari ölçekte sürdürülebilir bir şekilde üretilebileceğini göstermesi bekleniyor.
Vaat
ITER projesinin doğuşu füzyonun olağanüstü vaadi nedeniyledir. Bu projeye 35 ortak ülke AB (ek olarak İngiltere ve İsviçre), Çin, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve ABD dahildir.
Dünya nüfusunun %50’sinden fazlasını ve küresel gayri safi yurtiçi hasılanın %80’inden fazlasını temsil eden bu ülkeler, sanayi ölçeğinde ilk araştırma füzyon cihazını oluşturmak için geniş uzmanlık bilgilerini ve kaynaklarını bir araya getirdiler.
Ev sahibi ülke Fransa’dır. İngiltere ve İsviçre ile AB, ITER maliyetinin %45’ini finanse eden ev sahibi üyedir. Diğer üyelerin her biri; ABD, Çin, Japonya, Rusya, Hindistan ve Kore %9 mali destek sağlıyor.
ITER üye katkılarının yaklaşık %90’ı parça bazında yapılıyor ve bu “manyetik Torus” için tokamak diye adlandırılan halihazırda bu çok yönlü makineye uluslararası bir komplekslik sağlıyor. Tokamak tamamlandığında 1 milyondan fazla bileşenden oluşacak.
1950’lerden bu yana Sovyetler Birliği’nde Tokamak (manyetik hapsetme füzyonu) kavramının ilk defa geliştirilmesiyle füzyon enerjisi araştırmaları geniş bir uluslararası iş birliği alanı olmuştur.
Son aylarda, makine kurulumunun başlangıcı için, çoğu zaman her biri birkaç yüz ton ağırlığında ve 15 metreden uzun devasa bileşenler Fransa’ya ulaşmaya başladı. Parçalar, tüm dünyadaki fabrikalarda, üniversitelerde ve ulusal laboratuvarlarda 5 yıldan fazla sürede üretildi.
Tokamak bileşenleri çok katı özellikleri karşılamalıdır. Oldukça karışık bir programa göre Fransa’ya zamanında varmaları gerekiyor.
Bigot, “Makineyi parça parça inşa etmek, karmaşık bir zaman çizelgesine 3 boyutlu bir bulmaca monte etmek gibi olacak.” diyor.
“Proje yönetimi, sistem mühendisliği, risk yönetimi ve makine montajının lojistiği her açıdan bir İsviçre saatinin hassasiyetinde birlikte çalışmalıdır.” diyor Dr. Bigot. “Önümüzdeki birkaç yıl boyunca takip etmemiz gereken karmaşık bir programımız var.”
Bu dönemin sonunda, Aralık 2025’te ITER bilim insanları ve mühendisleri, makine işlevselliğini gösteren ilk etkinlik olan “İlk Plazma”yı oluşturacaklar.
ITER Tokamak Ne Kadar Güç Sağlayacak?
ITER’deki tesis yaklaşık 500 megawatt termal güç üretecek. Sürekli çalıştırılırsa ve elektrik şebekesine bağlanırsa, bu yaklaşık 200 megawatt elektrik gücüne karşılık gelecek ve yaklaşık 200.000 ev için yeterli olacaktır.
Ticari bir füzyon tesisi, 10-15 kat daha fazla elektrik gücü için biraz daha büyük bir plazma odası ile tasarlanacaktır. Örneğin 2.000 megavatlık bir füzyon enerji santrali, 2 milyon ev için elektrik sağlayacak.
Füzyon Atmosfere Giren CO2 Miktarında Fark Yaratır mı?
Füzyon enerji santralleri karbonsuzdur; CO2 salmazlar. Ancak iklim değişikliğiyle mücadelede füzyonun yararı, bu füzyon tesislerinin ne kadar hızlı kurulduğuna bağlıdır.
Karbon salımlarının %70’inden fazlası enerji kullanımından kaynaklanmaktadır; enerji tüketiminin %80’inden fazlası taşıl yakıtlardan geliyor.
Dr. Bigot, “Füzyon gücü yenilenebilir enerjilerin tamamlayıcısı olarak evrensel hale gelirse ulaşım, binalar ve endüstriden kaynaklanan sera gazı salımlarını azaltmak için elektrik kullanımı büyük ölçüde genişletilebilir.” diyor. “Temiz enerjinin özel kullanımını sağlamak gezegenimiz için bir mucize olacaktır.”
Dr. Bigot, “Füzyon gücü yenilenebilir enerjilerin tamamlayıcısı olarak evrensel hale gelirse ulaşım, binalar ve endüstriden kaynaklanan sera gazı salımlarını azaltmak için elektrik kullanımı büyük ölçüde genişletilebilir.” diyor. “Temiz enerjinin özel kullanımını sağlamak gezegenimiz için bir mucize olacaktır.”
Füzyon: Nasıl Çalışır?
- Birkaç gram döteryum ve trityum (hidrojen) gazı Tokamak adı verilen dev, halka şekilli bir odaya zerk edilir.
- Hidrojen, bulut benzeri iyonize bir plazma haline gelene kadar ısıtılır (yukarıdaki videoya bakınız).
- İyonize plazma 10.000 ton süper iletken mıknatıs tarafından şekillendirilir ve kontrol edilir.
- Plazma 150 milyon santigrat dereceye ulaştığında füzyon gerçekleşir -Güneş’in çekirdeğinden on kat daha sıcak.
- Füzyon tepkimesinde, az miktarda kütle büyük miktarda enerjiye dönüştürülür.
- Füzyondan kaynaklanan ultra yüksek enerjili nötronlar manyetik kafesten kaçar ve enerjiyi ısı olarak iletir.
- Tokamak’ın duvarlarında dolaşan su, kaçan ısıyı emer ve buhar yapar. Ticari bir tesiste, bir buhar türbini elektrik üretecektir.
- Yüzlerce Tokamak inşa edildi ancak ITER, “yanan” veya kendiliğinden ısınan bir plazmaya ilk kez ulaşacak.
Projenin Başlaması
Kriyostat
Hindistan tarafından üretilen Kriyostat, Tokamak Vakum Boyunduruk ve süper sıcak plazmayı hapseden süper iletken mıknatısları çevreleyen tıpkı bir “termos” gibidir.
30 metre yüksekliğinde ve 30 metre çapındadır. Şimdiye kadar yapılmış en büyük paslanmaz çelik vakum odasıdır.
Dört ana parçası vardır: taban, alt silindir, üst silindir ve üst kapak.
Alt silindir kabaca Stonehenge -Yaklaşık 35 metre yarıçap ve 4 metre yükseklik- ile aynı boyutlardadır.
Kriyostat taban bölümü 1.250 ton ağırlığındadır. (Aşağıdaki videoya bakınız.) En ağır ITER bileşenidir. Mayıs ayında Tokamak Çukuru’na yerleştirilen ilk büyük parça oldu. 3 milimetrenin altında bir hassasiyetle yerine oturtulmuştur.
ITER’in Mıknatısları
ITER, 150 milyon santigratlık plazmayı zapt etmek, kontrol etmek, şekillendirmek ve vurulamak için birbirine yakın üç tip mıknatıs kullanır.
Süper iletken halde olabilmek için mıknatıslar dahili olarak −269 °C derece sıvı helyum ile yıldızlararası boşluk sıcaklığına soğutulur.
Toroidal Alan (TF) Bobinleri
Bileşenlerinin Çin, Kore ve Rusya’dan gelip Japonya ve Avrupa tarafından imal edilen 18 Torodial Alan (TF) Bobininin imalatında 40’tan fazla şirket yer almaktadır. (Yukarıdaki videoya bakınız.)
TF bobinlerinin işlevi, iyonize olmuş plazma parçacıklarını hapsetmektedir. Her mıknatıs dört katlı bir binanın yüksekliğindedir ve 360 ton ağırlığındadır.
İlk iki TF bobini nisan ayında Japonya ve İtalya’dan ITER sahasına geldi.
Poloidal Alan (PF) Bobinleri
Çin, Avrupa ve Rusya tarafından üretilen bu mıknatıslar halka şeklindedir ve TF bobin sisteminin dışında yer alacaktır. PF bobinleri plazmayı şekillendirir ve duvarlardan uzak tutar.
Çapı 10 ila 24 metre arasında değişen ve 400 tona kadar olan altı PF bobini vardır.
İlk PF bobini Çin’den mayıs ayında ITER’e geldi. Avrupa tarafından yapılan ikincisi ise yerinde üretildi.
Merkezi Solenoid (CS)
ITER’in mıknatıslarının en güçlüsü olan bu yapı ABD tarafından üretilmiştir. Bazen ITER’in “atan kalbi” olarak adlandırılır, çünkü uzun vurularda plazmada güçlü bir akım başlatacaktır.
Merkezi Solenoid altı birim (modül) halinde üretilmektedir. Birleştirildiğinde, 13 metre veya destek yapısıyla 18 metre olacak ve bin ton ağırlığında olacak.
Bu güç ile bir uçak gemisini kaldırabilecek manyetik güce sahip olacaktır.
Bağımsız çalışan CS bobin paketleri, farklı yönlerde çekilen büyük elektromanyetik kuvvetler yaratacaktır. Destek yapıları, bir Uzay Mekiği havalanmasının itme kuvvetinin iki katına eşit kuvvetlere dayanmak zorunda kalacak.
İlk CS birimi 2020 Güz döneminde ITER’e gelecek.
Vakum Tankı
Kore (dört sektör) ve Avrupa (beş) sektör tarafından üretilen ve Rusya tarafından tedarik edilen çıkıntılı port saplamaları ile Vakum Tankı, hava sızdırmaz olarak kapatılmış, halka şeklinde paslanmaz çelik bir haznedir. İçeride, plazma parçacıkları duvarlara dokunmadan sürekli olarak kıvrılarak dolanır.
Vakum tankındaki kırk dört açıklık veya bağlantı noktası, uzaktan taşıma operasyonları, teşhis, ısıtma ve vakum sistemleri için erişim sağlar.
Tankın iç yüzeylerini kaplayan battaniye birimleri, füzyon tepkimeleri tarafından üretilen yüksek enerjili nötronlardan koruma sağlayacaktır.
ITER vakum tankının merkezinde bulunan plazmanın hacmi (840 m³) önceki herhangi bir tokamaktan on kat daha büyüktür.
İlk vakum tankı sektörü 21 Temmuz’da Fransa’ya geldi ve makine montajının başlamasını sağladı.
Avrupa tarafından inşa edilen ITER çalışma sahasındaki binalar ve inşaat işleri yaklaşık %75 oranında tamamlanmıştır. İşte üç örnek.
Bileşenleri taşıyacak ve konumlandıracak iki adet 750 tonluk vinci destekleyen 170 metrelik bir havai vinç rayı içeren Tokamak Yapı ve Montaj Binası tamamlandı.
Dünyadaki en büyük merkezi kriyoplant olan kriyojenik tesis %60 oranında tamamlandı. Bu tesis süper iletken mıknatısların çalışması için son derece düşük sıcaklıklar için sıvı helyum sağlar. Ekipman Çin, Hindistan, İsveç, Çek Cumhuriyeti, Finlandiya, İtalya, Japonya ve Fransa’dan geliyor. Kriyolinler ise esas olarak Hindistan’dan geliyor.
ITER’in mıknatıslarına tam olarak doğru voltaj ve amperde güç sağlayan mıknatıs dönüşüm binaları Çin, Hindistan, Kore ve Rusya’dan özel olarak tasarlanmış ekipmanlar kullanıyor.
Dünyanın dört bir yanından teslim edilen bileşenleri bütünleştirmek ve ITER’in montajını tamamlamak merkezi ITER Organizasyonunun sorumluluğundadır. Bu, Tokamak’ın montajının yanı sıra radyo frekanslı ısıtma, yakıt çevrimi, kriyojenikler, soğutma suyu, vakum, kontrol ve yüksek gerilim elektrik sistemleri gibi destek sistemlerinin paralel kurulumunu içerir.
Ana montaj faaliyetleri, ITER cihazının kısmen gömülü bir beton biyozırha kurulacağı Tokamak Binası’nda gerçekleştirilecektir. Montaj aşaması için, bu bina temiz bir alan olarak çalışacak ve en büyük bileşenlerde en ufak bir bozulmayı önlemek için sabit bir sıcaklıkta tutulacaktır.
Tokamak bileşenlerini monte etmek, desteklemek ve konumlandırmak için bazıları 800 tona kadar olan 150’den fazla özel alet kullanılacaktır.
Dairesel Tokamak, bitişikteki Montaj Binasında dokuz alt projede önceden monte edilecek. Her 40 derecelik bölüm bir vakum tankı sektörü, koruyucu gümüş kaplı bir termal zırh ve iki toroidal alan bobini içerecektir.
Büyük Tokamak bileşenlerinin boyutu ve ağırlığı, küçük toleranslar, üreticilerin çeşitliliği ve sıkı program, ITER’i muazzam bir mühendislik ve lojistik sorunu haline getirmek için bir araya geliyor.
ITER makinesinin montajı 4,5 yıl sürecektir.
[1] İş teorisinde yıkıcı yenileşim, yeni bir pazar ve değer ağı yaratan ve en nihayetinde yerleşik pazar ve değer ağını bozan, piyasaya öncülük eden firmaları, ürünleri ve ortaklıkları yerinden eden bir yenileşimdir.
