Füzyon programlarının tarihçesi ve bugünü

Eğer son yıllarda teknoloji yatırım haberlerini takip ettiyseniz, büyük yatırım fonlarının, Jeff Bezos ve Bill Gates gibi etkili iş insanlarının, gelecekte enerji üretiminde devrim potansiyeli olduğu düşünülen bazı füzyon start-uplarına ciddi yatırımlar yapmakta olduğunu farketmiş olabilirsiniz. Evet, bu çeşit, daha ortada çalışan ve enerji üreten bir prototipin olmadığı teknolojiler, yatırımcı açısından yüksek risk oluştursa da, vaat ettikleri atılımın önemi ve büyüklüğü açısından özellikle böyle riskli girişimlere para yatırma lüksüne sahip büyük yatırımcılar için ilginç bir perspektif sunabilir. Uzun yıllardır sadece devlet desteğiyle gelişip ilerleyen, bu neredeyse temel bilim alanı da, bu sayede yeni bir bahar yaşıyor.

 

İki bölüm olarak hazırladığımız bu yazının ilk bölümünde füzyonun fiziği anlatılıyor ve füzyonla enerji üretmenin avantajlarına ve zorluklarına değiniliyor. Aşağıda sunduğumuz ikinci bölüm ise füzyonun tarihçesiyle başlayıp devlet destekli reaktör çalışmalarını, bunların en büyüğü olan ITER’i, füzyona yatırım yapan şirketlerin çalışmalarını anlatıyor ve füzyondan enerji üretmeye ne kadar yakın olduğumuzu değerlendiriyor.

Bombayla başlayan serüven

İlk füzyon bombası, yani hidrojen bombası, Amerikalılar tarafından 31 Ekim 1952’de Marshall adalarının Elugelab Adası’nda patlatılmış. Patlama Nagasaki’ye atılan klasik atom bombasının 450 katı kadar enerji açığa çıkarmış ve Elugelab Adası’nı tümüyle yok etmiş.^[1]Campbell, C. (1998) Destroying the Village: Eisenhower and Thermonuclear War. Columbia University Press, New York. Buna karşı Sovyetler, 12 Ağustos 1953’te ünlü sovyet fizikçi Andrei Sakharov tarafından geliştirilen termonükleer bombayı denemiş ve başarılı olmuşlar.^[2]Bethe, H. (1991) Sakharov’s H-Bomb. American Institute of Physics, New York.

Füzyon reaksiyonun enerji üretimi amacıyla kullanılması fikri de bu iki denemeden hemen sonra hem Sovyetler Birliği hem de ABD tarafından aynı zamanlarda gizli projeler altında çalışılmaya başlanmış. 1955’te Uluslararası Atom Enerjisi Kurumunun (International Atomic Energy Agency – IAEA)  Birinci Cenevre Konferansı’nda kontrollü füzyon enerjisinin yakın bir zamanda mümkün olabileceği tartışılmış. 1958’de yapılan İkinci Cenevre Konferansı’nda ise bütün ülkelerin o ana dek gizli olarak yürüttükleri füzyon programları üstündeki gizlilik resmen kaldırılmış. Füzyon programlarının barışçıl amaçlarla kullanılması için ABD, Sovyetler, Avrupa ve diğer ülkeler arasındaki bilimsel yardımlaşmanın önü açılmış.

1958 Konferansıyla gizli belgeler tüm bilim insanlarının kullanımına açıldığında ABD’nin Lyman Spitzer önderliğinde Matterhorn projesi adı altında “stellarator” denilen bir plazma hapsetme aparatı üstünde çalıştığı, Sovyetlerin ise buna karşı “tokamak” adını verdikleri ^[3]Rusça “torus şeklinde manyetik bobinli oda” diye çevrilebilecek bir adlandırmanın kısaltması bir aparat üstünde çalışmakta oldukları görülmüş.^[4]Bromberg, J.L., (1982) Fusion: Science, Politics, and the Invention of a New Energy Sourves, The MIT Press, ABD Bu iki fikir de bugün hâlâ geliştirilmekle birlikte tokamak biraz daha avantajlı görülüyor.

1968’de Novosibirsk’teki Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu Konferansı’nda Lev Artsimovich liderliğindeki Sovyet bilim insanları T-3 adlı tokamak aparatında electron sıcaklığının 1000 eV ’u geçtiğini açıkladılar.  1000 eV yani 1 KeV yaklaşık 10 milyon $^{\circ} C$’ye – yani yaklaşık Güneş’in merkezinin sıcaklığına denktir. Bu rakama henüz yaklaşamamış olan Amerika ve Avrupalı bilim insanları bunun Sovyet propagandası olabileceği gerekçesiyle ve ölçüm teknikleri yeterli bulunmadığı için bu açıklamaya şüpheyle yaklaştılar. Bu toplantıdan bir yıl sonra, İngiliz bir ekip kendi ölçüm aparatlarıyla Sovyetler birliğine gidip, Sovyet bilim insanlarının gözlemlerini doğruladı.^[5]Peacock, N.J.,Robinson, D.C., Forest, M.J., Wilcock, P.D. ve Sannikov, V.V. (1969) Nature, 224:488–490 Bunun üzerine Princeton’daki Stellerator acilen bozularak tokamaka dönüştürüldü.^[6]Bromberg, J.L., (1982) Fusion: Science, Politics, and the Invention of a New Energy Sourves, The MIT Press, ABD

Bundan sonra füzyon programı pek çok alternatif fikri denemekle birlikte,^[7]Bu fikirler arasında mirror machine, theta pinch, bumpy torus vb. sayılabilir. esas olarak tokamak üzerine yoğunlaştı. 1970’li yıllarda, özellikle enerji krizi sonucu, uzun vadeli çözüm olarak füzyon enerjisinin geliştirilmesi için batıda büyük bir irade oluşmuştu. Bu nedenle ABD ve Avrupa Birliğinde temel plazma fiziği ve manyetik füzyon enerji konularına büyük bütçeler ayrılmaya başlandı. Bu yıllarda örneğin MIT’de (Massachussets Institute of Technology) Alcator adlı tokamak, Princeton’da 1975’te PLT ve 1978’de PDX adlı yeni tokamaklar yapıldı. Fransa da 1973- 1976 yılları arasında zamanın en ileri tokamakı olan TFR’ı (Tokamak de Fontenay aux Roses) yaparak füzyon araştırmasına dahil oldu. Bu sırada San Diego’da General Atomics adlı devlet destekli özel şirket, Doublet, Doublet-II, Doublet-IIA adlı modelleri geliştirdi. Japonya’da JFT, Almanya’da Pulsator, Italya’da TTF ve FT, İngiltere’de CLEO ve Sovyetler Birliğinde T-4, T-5, T-6 adlı tokamaklar hep 70’li yıllarda yapıldı.^[8]Freeman, M. (Kış 2009-2010) The True History of the US Fusion Program – and Who Tried to Kill It. 21st Century Science & Technology, 15–29, https://21sci-tech.com/Articles_2010/Winter_2009/Who_Killed_Fusion.pdf

70’li yılların sonunda füzyon bütçelerindeki büyük artış sonucu orta boy birçok tokamakın yapımına girişildi. Özellikle plazma geometrisi, divertor (saptırıcı) teknolojileri ve yüksek manyetik alan ve yüksek yoğunluk rejimlerini araştırmak amacıyla, DIII, DIVA, PDX, Alcator C, ASDEX, JFT-M gibi tokamaklar tasarlandı ve yapım aşamasına geçildi. Aynı dönemde TFTR, JET, JT-60 ve T-15 gibi büyük tokamakların da yapımına başlandı ve bu aparatlar ilk yapılan tokamaklara göre boyut ve içinden geçen akım olarak 10 katı, ısıtma sistemleri açısından 20-30 katı kadar bir artış gösterdi.^[9]Meade, D. (2010) 50 years of fusion research. Nuclear Fusion, 50(1):014004, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/50/1/014004/pdf 1983’te çalışmaya başlayan JET (Joint European Torus) bugüne kadar yapılmış olan en büyük tokamaktır ve hacmi 100 m³ civarındadır. 

Tokamak reaktörünün belki de en önemli özelliği, içindeki plazmayı hapsedebilme kapasitesinin, boyutuyla orantılı olmasıdır. Bu yüzden yapılan aparat ne kadar büyük olursa plazmayı hapsetme süresi de o kadar artacaktır.

1982’de Almanya’nın Münih kenti yakınlarındaki Max Planck Enstitüsünde yapımı birkaç yıl önce tamamlanmış olan ASDEX tokamakında H-modu (high confinement modu) denilen bir işleyiş modu keşfedildi.^[10]Wagner, G. ve diğ. (1982) Regime of improved confinement and high beta in neutral-beam-heated divertor discharges of the asdex tokamak. Phys. Rev. Lett., 49:1408–1412. H-mode, L-mode denilen (low confinement mode) standart hapsetme işleyişine göre pek çok avantajı olan, plazmanın çeperlerini ısıtmadan, merkezini çok daha yüksek bir sıcaklık ve yoğunluğa ulaştırmayı sağlayan bir işleyiş şekli. Gelecekte yapılacak bir reaktörün H-modunda çalışması, teknik problemler çözüldüğü durumda, çok büyük bir avantaj olacaktır.

Bu bulgu ışığında ve üzerine yapılan detaylı teorik çalışmalar sonrası geliştirilen yeni tasarımlar kullanılarak var olan tokamaklar, 80’li yıllarda, optimize tokamaklara dönüştürüldü. Bu projeler kapsamında bugün hâlâ kullanımda olan DIII-D, ASDEX-Upgrade, JT- 60U ve Alcator C-Mod adlı tokamaklar inşa edildi. Bunlara ek olarak, Fransa’da ilk olarak süperiletken bobinler kullanılarak, Tore Supra adlı tokamak hayata geçirildi. Bu tokamak yakın zamana kadar plazmayı en uzun süre hapsetme rekoruna sahipti. Bu rekor ancak Çin’in yeni nesil EAST tokamakı tarafından 2023’de kırılmıştı. Ancak Tore Supra’nin yenilenmis hali olarak devreye giren WEST tokamakı bu rekoru 2025’in başında 22
dakikayla tekrar kırdı.^[11]Lea, R. (21 Şubat 2025) French WEST reactor breaks record in nuclear fusion, https://www.advancedsciencenews.com/french-west-reactor-breaks-record-in-nuclear-fusion/

1991’de JET ilk olarak D-T reaksiyonunu denedi ve ümit verici sonuçlar elde etti. Daha sonra, 1994’te ABD’de Princeton Plazma fiziği Laboratuvarındaki TFTR adlı tokamakta da D-T deneyi yapıldı ve ilk olarak 10 MW seviyesi geçildi. 1997’te tekrar 100 kadar farklı JET deneyinde D-T reaksiyonu kullanıldı. Füzyon gücü yaklaşık 1 saniye boyunca 16MW seviyelerine kadar çıktı. Elde edilen füzyon enerjisi, maddeyi ısıtmak ve hapsetmek için harcanan enerjinin %65’i seviyesine ulaştı ($Q ≈ 0,65$).^[12]Meade, D. (2010) 50 years of fusion research. Nuclear Fusion, 50(1):014004, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/50/1/014004/pdf

Son yıllarda özellikle devamlı işleyişin getirdiği sorunları araştırmak amacıyla, yeni orta boy ve büyük süperiletken tokamaklar yapılıyor. Çin’in Hefei şehrinde 2006’da çalışmaya başlayan EAST,^[13]Wan, Y., Li, J., Weng, P. (2006) Overview progress and future plan of EAST Project.  https://fire.pppl.gov/iaea06_ov1_1_wan.pdf Güney Kore’nin Daejon şehrinde 2008’de çalışmaya başlayan KSTAR^[14]Bak, J.S. (2008) Overview of revent commissioning results of KSTAR, https://inis.iaea.org/records/e4c50-9qg21  ve Japonya’nın Naka şehrinde 2020’de JT-60U’nun yenilenerek tekrar inşasıyla çalışmaya başlayan JT-60SA^[15]Fujita,  H.T. (2007) Design optimization for plasma performance and assessment of operation regimes in JT-60sa. Nuclear Fusion, 47(11):1512. bu tokamakların belli başlıları.^[16]Meade, D. (2010) 50 years of fusion research. Nuclear Fusion, 50(1):014004, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/50/1/014004/pdf

Günümüzde dünyanın farklı ülkelerinde, füzyon alanına yoğunlaşmış, irili ufaklı pek çok farklı laboratuvar, enstitü ve bunların bağlı oldukları ulusal ve uluslararası füzyon programları mevcut. Ticari amaçlı nükleer enerji konusunda yardımlaşmaları hayal bile edilemeyecek ülkelerden (Çin, Rusya, ABD, İran gibi) bilim insanları bu programlar bağlamında gerek birlikte çalışmalar gerçekleştiriyor gerekse bilgi ve teknoloji alışverişinde bulunuyor. Füzyon programları 1958’de devlet sırrı statüsünden çıkıp açık bilim aşamasına geldiğinden beri bu serbest bilgi alışverişi devam edegelmekte.

ITER hem en büyük tokamak hem de uluslararası iş birliklerinin en büyüğü 

ITER, uluslararası düzeyde dev bir projedir ve deneysel bir termonükleer füzyon reaktörüdür.^[17]ITER kelimesi en başta Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktörü (International Thermonuclear Experimental Reactor) ifadesinin kısaltması alarak düşünülmüş olmasına karşın,  Latince’de “yol” anlamına gelen iter kelimesiyle örtüşmektedir ve günümüzde bu kullanım benimsenmiştir. Projenin temel taşı Fransa’nın güneyinde, St. Paul Lez-Durance yakınındaki Cadarache nükleer tesisinin hemen yanında yapılmakta olan, şimdiye kadar yapılmış olan en büyük tokamak füzyon tesisidir. Avrupa Birliği liderliğinde, Çin, ABD, Güney Kore, Japonya, Hindistan ve Rusya Federasyonundan oluşan bir konsorsiyum tarafından yapılmakta olan ITER tesislerinde 1000’den fazla mühendis ve bilim insanına ek olarak, 500 kadar da taşeron işçi ve mühendis görev almaktadır.

Hacmi 100 m3 olan ve bugüne kadar yapılan en büyük tokamak olan JET’i hatırlayalım, ITER’in hacmi 830 m³ olarak planlanmıştır.

ITER bütçesi, ITER organizasyonunun üyesi olan 7 ülke tarafından karşılanmaktadır. Projeye ev sahipliği yapan Avrupa Birliği maliyetin %45’ini, geri kalan 6 ülke de her biri yaklaşık %9’u olmak üzere maliyetin geri kalanını karşılamayı taahüt etmişlerdir. ITER’in toplam inşa maliyeti 25 milyar euro olarak hesaplanmıştır, ancak ABD Enerji Bakanlığının hesabına göre bu rakam 65 milyar dolara kadar çıkabilir.^[18]Kramer, D. (Ağustos 2023) Iter appears unstoppable despite recent setbacks. Physics Today, 76(8):18–22. Bunun üstüne, çalışmaya başladığında bir de operasyon maliyeti eklenecektir. Bu ülkelerin ITER projesine bu kadar büyük bir maliyetle yatırım yapmasının çeşitli sebepleri vardır. Bunlar şu şekilde sıralanabilir.

1. Plazma fiziği ve füzyon konusunda uzman bilim insanları ve teknisyenlerin yetiştirilmesi.
2. ITER projesinin çeşitli parçalarının üretimi için, ileri teknoloji ve yüksek kalite isteyen endüstri birimlerinin üye ülkelerde kurulması, var olan ileri teknoloji üretebilen özel şirket ve organizasyonların proje aracılığıyla desteklenmesi.
3. Daha alt düzey lojistik ve hammadde konularındaki özel şirketlerin ITER projesinden ihale alabilmesi.
4. Ortaya çıkacak yan buluş, patent vs. gibi konularda üye ülkelerin sahip olacağı ayrıcalık.
5. Tabii ki eğer füzyon enerjisi üretimi ticari hale gelirse, bundan üye ülkelerin öncelikle faydalanması.

ITER’in bir tokamak “reaktörü” olarak teknik özellikleri oldukça etkileyici.  Öncelikle ITER’in ısıtma için harcanan 50MW enerjiye karşılık 500 MW civarında füzyon enerjisi açığa çıkarması bekleniyor (yani verilen enerjiyi 10 katına çıkaracaktır, bunu Q=10 diye ifade ediyoruz).  Kesintisiz çalışma süresinin maksimum enerji üretimi durumunda (yani Q=10), 5-8 dakika, düşük enerji üretimi durumunda (yani Q=5), 15-50 dakika olması bekleniyor.

ITER’in yapılmasının temel amaçlarında gerçek bir füzyon reaktörünün yapılması için gerekli teknolojilerin varlığının gösterilmesi, reaktörde kullanımı planlanan parçaların gerçek koşullar altında test edilmesi, gelecekte yapılacak bir reaktörün trityum açısından kendi kendisine yetmesini sağlamak amaçlı trityum üretimi modüllerinin denenmesi olarak belirlenmiş durumda.^[19]Shimada,  M. ve diğ. (2007)  Chapter 1: Overview and summary. Nuclear Fusion, 47(6):S1

İlk basta 2025’te çalışmaya başlaması planlanan proje 2020’de başlayan bir araya getirilme fazında, Covid-19 pandemisi dolayısıyla ortaya çıkan gecikmeler, manyetik bobinlerdeki çatlakların tamiri ve yeniden üretilmesi gereken parçalar nedeniyle şu an için “ilk plazma” tarihi 2035’e atılmış durumda. Deuterium-tritium operasyonu için verilen tarihse şu an için 2039.

Füzyon için çalışan özel şirketler

Girişte bahsettiğim gibi, son yıllarda, özellikle de son 10 yılda, füzyon kullanarak enerji üretmeye çalışan pek çok start-up,  özel yatırım fonlarından ve etkili işadamlarından ciddi yatırımlar çekmeyi başardılar. Henüz herhangi birinin ciddi bir atılım yaptığı söylenemese de bu durum füzyonla ilgili ciddi bir dinamizm ve beklenti oluşturdu. Sonunun nasıl biteceğini hep birlikte göreceğimiz bu girişimlerin 2024 itibariyle yayınlanan Füzyon Endüstri Derneği yayınına göre sadece 2024’te yaklaşık 900 Milyon dolar olmak üzere, toplamda 7,1 milyar dolar civarı resmen açıklanmış yatırım çekmiş olduğu, açıklanmayan yatırımlarla toplam yatırımın bu rakamın ciddi bir oranda üstünde olabileceğini tahmin ediliyor. Aşağıda kısaca öne çıkan bazı şirketleri tanıtmaya çalışacağım.

1. Commonwealth Füzyon Sistemleri

Amerikan devletinin 2016 yılında MIT’in Plazma Bilim ve Teknoloji Merkezindeki^[20]MIT Plasma Science and Fusion Center, https://www.psfc.mit.edu/ Alcator C-Mod tokamakını kapatması sonucu, burdan ayrılan bir grup bilim insanının 2018’de kurduğu, yeni geliştirilen yüksek sıcaklıkta manyetizma teknolojisine dayanan ve kompakt bir tokamak tasarımı kullanarak füzyon yapmayı hedefleyen Commonwealth füzyon sistemleri adlı şirket 2 Milyar dolar civarı yatırım çekmiş. Şirket 2030’ların başında devreye girip, 400 megawatt enerji üreteceğini ve dünyanın ilk enerji üreten füzyon reaktörü olacağını iddia ettiği ARC adındaki reaktörü, Virginia eyaletinde, Richmond şehrinin güneyinde inşa etmek için Dominion Enerji şirketiyle kontrat imzalamış. Reaktörden önce de, şu anda Massachusetts eyaletinin Devens şehrinde inşa ettiği SPARC adındaki tokamakı tamamlamaya çalışıyor. Bu yıl içerisinde 32 dev mıknatısını yerleştirerek bir araya getirdikleri tokamakı, 2026 yılında çalıştırmaya başlayıp, 2027 yılında da net enerji üretimini gösterebileceklerini düşünüyorlar.

2. TAE Teknolojileri

Norman Rostoker’in Trialpha Energy olarak kurduğu bu şirket bir nötr hüzme (neutral beam) ile dengeledikleri (stabilize ettikleri) bir ters alan konfigurasyonu (field reversed configuration – FRC) kullanarak, anötronik (yani nötron çıktısı olmayan) füzyon yapmayı amaçlıyor. İsmini, kullanmayı planladıkları, hidrojen-ağır boron (11B) etkileşimiyle oluşan birkaç aşamalı reaksiyonda ortaya çıkan üç alfa parçacığından almış.  90’lardan beri teknoloji geliştiren, ve pek çok deneysel prototip ortaya koymuş olan şirket yaklaşık 1,2 milyar dolar civarı yatırım çekmiş olmasına rağmen 2026’da tamamlamak istediği, enerji üretimini göstermeyi amaçlayan Copernicus deneysel prototipi için yatırım arıyor. Genel olarak hidrojen-boron kullanımı ortaya nötron çıkarmadığı için daha temiz (D-T reaksiyonunda ortaya çıkan nötronlar etrafa konulan onları yakalamaya yarayan yüzeylere çarpıp radyoaktif hale getirirler, ancak bunlar uranyum gibi değil, daha hafif, ömrü çok daha kısa radyoaktif ürünlerdir), ancak füzyonda enerji üretimi açısından daha şüpheyle yaklaşılan bir reaksiyon.

3. Helion Energy

Seattle’ın kuzeyinde yer alan bu şirket de iki ayrı FRC plazmoidi hızlandırıp, fokuslayıp çarpıştırarak bunu da tekrar tekrar yaparak füzyonu gerçekleştirmeyi amaçlıyor.  Döteryum ve helyumun çarpışmasıyla olan büyük oranda anötronik bir reaksiyonu kullanmayı planlayan şirket, şimdiye kadar 600 milyon dolar civarı resmi yatırım çekmiş ve belli aşamalarda ilerlemeler olmasına bağlı olarak aktive olacak 1,7 milyar dolar ekstra yatırıma da sahip.  Bu yatırımı esasen OpenAI’ın CEO’su aynı zamanda Helion Enerji’nin İcra Başkanı (executive president) Sam Altman garantilemiş. Şirket ayrıca Microsoft’la 2028 yılında enerji üretimine başlamak için anlaşma imzalamış.

4. General Fusion

Seattle’dan Kuzeye doğru gidip Kanada sınırını geçince, Vancouver’da yine bir FRC plazmoid’i alıp bu sefer mekanik olarak sıkıştırma tekniğiyle füzyon yapmaya çalışan, pek çok deneysel prototip tamamlamış olan General Fusion şirketi, Jeff Bezos’dan dahil olmak üzere 350 milyon civarı yatırım çekmiş durumda. Yapmayı planladıkları iki adet 150 MW enerji kapasitesine sahip tandem çalışan 300 MW’lık reaktör planlarıyla 2030’larda elektrik üretmeye başlayacaklarını iddia ediyorlar.

5. Tokamak Energy

Atlantiğin öbür yakasında, İngiltere’de, Oxford yakınlarında, esas olarak devlet laboratuvarı olan Culham Füzyon Enerji Merkezinden ayrılan bir ekibin kurduğu Tokamak Energy de, son yıllarda geliştirilen, yüksek sıcaklıkta manyetizma teknolojisini, klasik manyetik hapisleme (confinement) ve D-T füzyon reaksiyonu kullanarak enerji üretmeye çalışıyor. Şirketin geliştirip işlettiği ST40 adındaki yüksek manyetki alanlı kompakt küresel tokamak[13] 2022’de 100 milyon derece sıcaklığa ulaşmış. Farklı kaynaklardan 300 milyon dolar civarı yatırım toplayan şirket, aynı zamanda Birleşik Krallık Atom Enerjisi Ajansıyla yakın işbirliği yapıyor.

6. Çin Şirketleri

Çin’in füzyon konusuna hem devlet eliyle hem özel şirketler üzerinden büyük yatırım yaptığı bir gerçek. Ancak kendine has ekonomik modeli ve saydamlıktan uzak yapısıyla, bu ülkedeki yatırımların ne kadar gerçek ve gerçekten özel sektöre ait olduğunu dışardan anlamak pek kolay değil. Örneğin 800 milyon dolar yatırım çektiği söylenen ENN adlı şirket, Tokamak Energy şirketinin yaptığı gibi küresel kompakt bir tokamak kullanarak TAE’nin planı olan Hidrojen-Ağır Boron reaksiyonunu kullanarak füzyon yapacağını iddia ediyor.^[21]Liu, M. ve diğ. (2024) ENN’s roadmap for proton-boron fusion based on spherical torus. Physics of Plasmas, 31(6):062507, 06.

Aynı şekilde 65 milyon dolar bütçesiyle Startorus füzyon adlı şirket de, küresel kompakt tokamak seçimi yapmış, ancak onlar klasik D-T reaksiyonu kullanmayı planlıyorlar. Belli başlı Çin şirketleri arasında Energy Singularity Fusion Power Technology adlı şirketi de sayabiliriz. Bunlar da yüksek sıcalık mıknatıslar kullanarak, standard bir tokamak dizaynı üzerinde çalışıyorlar.

Çin’le ilgili not edebileceğimiz ilginç bir nokta, belki de büyük endüstriyel kapasiteye sahip olduğu için bunu yapabildiğinden dolayı, bu ülkedeki füzyon yatırımlarının çoğu gerçekçi şekilde tokamak tasarımına yönelmiş.

7. Marvel Fusion

Bir Alman şirketi olan Marvel Fusion, “inertial confinement” yani eylemsizlik hapsiyle füzyon dediğimiz bir tasarım kullanmayı amaçlamış. Eylemsizlik hapsiyle füzyon, önceden hazırlanmış özel bir hedefin üzerine çok güçlü lazerlerin uygulanıyor ve hedefin dış katmanlarının aniden buharlaşması ile yakıtın büyük bir hızla içine çökerek füzyonu başlatması prensibine dayanıyor. Hedef olarak TAE tarafından da kullanılan hidrojen ve ağır borondan oluşan nano-yapılı bir bileşen kullanmayı planlıyorlar. Şirket şu ana kadar 200 milyon dolar yatırım çekmiş durumda.

8. Proxima Fusion, Gauss Fusion, Rennaissance Fusion 

Orta boy Alman firmaları olan Proxima Fusion ve Gauss Fusion ve bir Fransız firması olan Renaissance Fusion şirketleri de sırasıyla 40 milyon, 20 milyon ve 30 milyon dolar bütçeleriyle, 2030-2040’lı yıllarda net enerji üretecek farklı “stellarator”ler yapmayı planlıyorlar. Üç şirket de klasik D-T reaksiyonu kullanmayı tercih ediyor.

Özel şirketlerden ümit var mı?

Bütün bu şirketlere baktığımızda, Çin ve aslında devletle çalışan birkaç büyük şirket dışında (belki Commonwealth Fusion buna tek istisna), çoğu şirketin, başarı olasılığı nispeten düşük alternatif yöntemlere yoğunlaştıklarını görüyoruz. Neredeyse hepsinin 2030 bilemedin 2040 gibi enerji üretimine söz verdiğini, hatta bazılarının 2020’lerin sonlarında enerji satmaya başlamayı planladıkları, bunun için büyük firmalarla kontrat falan imzaladıklarını görüyoruz.  Bunlar bizce pek gerçekçi değil, ve büyük ihtimalle start-up furyasının, kapitalizmin zorlamasıyla yapabileceğinden çok daha fazlasına söz vermesinin örnekleri. Özel şirketlerin anötronik füzyona yönlenmesinin sebebi de, nükleer atık olmaması durumunun hem güvenlik hem dolayısıyla ekonomik açıdan çok daha kolay kontrol edilebileceği fikri. Radyoaktif atık üretmek zorunda olan bir reaktörün devlet tarafından uyması gereken güvenlik kurallarının çok daha sıkı olacağını tahmin etmek zor değil.

Yüksek sıcaklık mıknatıs teknolojisi devrim niteliğinde olabilir

Klasik yöntemle, mesela tokamak veya küresel tokamak ile füzyon yapmayı planlayan şirketlere bakarsak, istisnasız hepsinin yeni geliştirilen yüksek sıcaklık mıknatıs teknolojisini bir şekilde kullanmayı hedeflemesi önemli. Bu teknoloji gerçekten füzyon için devrim niteliğinde olma potansiyeline sahip ve eğer teknik açıdan sorunsuz kullanılabildiği ispatlanırsa, aynı zamanda ITER için büyük bir şanssızlık ifade ediyor. Zira ITER bu teknoloji geliştirilmeden tasarlandığı için standart mıknatıslar kullanmayı planlamış, bunlar hem bir servete mal olup, hem -269 derece Celsius’a soğutulması gerektiği ve bu soğutma sistemi de çok yüksek sıcaklıktaki plazmayla yan yana çalıştığında duvar materyallerinde ciddi stres yarattığı için bir çok soruna yok açma potansiyeline sahip. Ayrıca makinenin bu düzeyde ağır materyal kullanması, montajı zorlaştırdığı gibi zaman geçtikçe materyallerde pas dolayısıyla mikro çatlaklar oluşmasına yol açmakta.

Sonuç

Füzyon enerjisi, soğuk savaş yıllarından beri devletler, son yıllarda da özel yatırımcılar tarafından temiz, sürdürülebilir ve neredeyse sınırsız bir enerji kaynağı olma potansiyeli sebebiyle büyük ilgi görüyor. Ancak, bu teknolojinin ticari olarak kullanılabilir hale gelmesi önünde önemli ekonomik ve teknik engeller var. Bu engellerin başında, reaksiyonun başlatılması ve sürdürülmesi için gereken yüksek sıcaklık ve basınç koşullarının sağlanması, daha sonra da bu yüksek sıcaklıktaki plazmanın kontrol altında tutulması geliyor. Ayrıca, trityum gibi, füzyon reaksiyonları için gerekli olan bazı hammaddelerin elde edilmesi ve depolanması da büyük bir zorluk teşkil ediyor. Daha sonra enerjinin maliyeti, diğer enerji üretim şekilleriyle rekabeti vb. piyasa problemleri de bu teknolojinin pratikte başarılı olup olmayacağını belirleyen unsurlar.

Bu konudaki çalışmaların temelini plazma dediğimiz yüksek sıcaklıktaki iyonize gazın davranışlarını anlamaya çalışan temel bilim dalı olan plazma fiziği oluşturuyor. Bu alanda yapılan çalışmalar yeni fikirler ve zorluklara yeni çözümler getirebilir.

Füzyon kullanarak enerji üretimi alanında devletlerin yatırımlarıyla yapılan onlarca tokamakın sağladığı bilgi ve on milyarlarca dolar maliyetiyle amiral gemisi ITER tokamakının bazı tasarım problemleri dolayısıyla ortaya çıkan sorunlar nedeniyle gecikmesi, bunun üstüne de yüksek sıcaklıkta çalışan mıknatıslardaki gelişmeler pek çok startup’ın bu konuda atılım yapmak amacıyla yatırım çekmesine sebep oldu. Bu start-uplar, devlet laboratuvarlarından farklı olarak 3-5 yıl içinde füzyon enerjisi sözü verdikleri için, bunun sonucunu hep birlikte yaşayarak göreceğiz. Ancak olası ki, füzyon enerjisinin ürettiği elektrikle şehirlerimizin ışıklandırıldığını görmemize bundan çok daha fazla zaman var.

Füzyonun fiziğini, füzyonla enerji üretmenin avantajlarını ve zorluklarına yer verdiğimiz ilk yazıyı buradan okuyabilirsiniz.

Özgür D. Gürcan
Plazma Fiziği Laboratuvarı, Ecole Polytechnique

---

Bu metin Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.  Görseller için altyazılarda belirtilen lisanslar geçerlidir.  Metin kullanım koşulları için tıklayınız.