Kimilerine göre insanlığın kurtuluşu, kimilerine göre yok oluşumuzun başlangıcı… Nükleer enerji, keşfedilip kullanılmaya başladığı günden beri her zaman tartışmaların odak noktasında yer aldı. Belli bir dönemde öylesine popülerdi ki uçaklara, tanklara hatta ve hatta arabalara dahi nükleer enerji sistemleri konmaya çalışıldı. Geldiğimiz noktada ise karanlık geçmişi sebebiyle nükleer enerjiye karşı şüpheyle yaklaşılıyor. Peki nükleer enerjiye karşı oluşan önyargı doğru mu? Gelecekte nükleer enerji alanında bizi neler bekliyor? Gelin nükleer enerjinin kökenlerini ve geleceğini inceleyelim…
“Çekirdek” Enerjisi
Fotoğraf: Geralt
İsterseniz nükleer kelimesinin anlamıyla başlayalım. Latince’deki nux kelimesinden türetilen nucleus kelimesi, çekirdek anlamına geliyor. Burada bahsedilen çekirdek, elbette atomların çekirdeği.
Nötron ve protonlardan oluşan çekirdek, maddenin yapı taşı olan atomların merkezinde yer alır. Atomların davranışının belirlendiği, sizin, benim ve tüm evrenin yapı örüntüsünün oluşturulduğu yegane yerler atom çekirdekleridir.
Şimdi isterseniz fiziğin en heyecanlı olduğu dönemlere atlayalım. İlk defa Rutherford tarafından 1913 yılında ünlü Geiger-Marsden deneyleri ile atomun bir çekirdeğe sahip olduğu kanıtlandı. Yunan filozofu Demokritos’tan bu yana süregelen atomun parçalanamayacağı düşüncesi böylece yerle bir oldu. Bu sırada teorik fizik alanında ise olağanüstü gelişmeler yaşanıyordu. 1905 yılında kimsenin tanımadığı genç bir patent memuru, evrende bulunan her şeyin enerjiden oluştuğuna dair delice bir fikir ortaya attı. İleride yıllardır en korunaklı kalemiz olan “sabit” zaman kavramına karşı bile savaş açıp onun tanımını değiştirecek olan çılgın bir genç…
Fotoğraf: Maxpixel
Tahmin edeceğiniz üzere bahsi geçen kişi Albert Einstein. Dahi genç, daha 1905 yılında atomların muazzam bir enerjiye sahip olduğunu ortaya çıkarmıştı. Peki ama nasıl?
Bilime ilgisi olan ya da olmayan herkesin bildiği efsanevi formül, bu yolda bize ışık tutacak. Enerji eşittir kütle çarpı ışık hızının karesi…
Bu formül kütlesi olan tüm maddelerin aslında bir çeşit enerji olduğunu gösteriyordu. Yıllardır kimyacıların bir türlü keşfedemeği kütle-enerji ilişkisi böylece ortaya çıktı. Bu formül bizlere atomların muazzam enerjiye sahip olduğunu gösterdi. Bu eşitliğe dayanarak bir kilogram maddenin 25 Terawatt’lık bir enerjiye sahip olduğunu görüyoruz. Belki size komik gelecek ama 2019 yılında tüm dünya saatte 24 Terawatt enerji üretebildi.
Nükleer Enerjinin Kanlı Tarihi
Fotoğraf: Wikimedia Commons
Atomun taşıdığı potansiyel keşfedildikten sonra fizik ve kimya dallarındaki tüm bilim insanları atomun sırlarını araştırmaya başladı. Radyasyon ise o yıllarda bilinen bir kavramdı. Atomik kütlesi yüksek, kararsız elementler, radyoaktivite adını verdiğimiz bir enerji ışıması yapar. Çekirdeklerinde tuttukları muazzam enerjiyi zamana bağlı olarak yavaş yavaş dışarıya verirler. Başıboş atom altı parçacıklar ve enerji paketleri, diğer atomların da yapısını etkileyebilir.
Dünyanın kaynadığı 1938 yılında Alman fizikçi Otto Hahn ve Fritz Strassman, ağır elementlerle yaptıkları çalışmada radyoaktif uranyum atomunu nötronlar ile bombaladı. Bu bombalama sonucu çekirdeklerinin yapısı değişen uranyum atomları, baryum ve kripton elementlerine ayrıldı.
Benzer bir çalışmayı, Hitler’in gazabından İsveç’e kaçan fizikçi Lise Meitner de yapıyordu. Fakat Meitner’in bu deneyde keşfettiği diğer önemli bir nokta, nötron bombardımanı sırasında enerji ortaya çıkabileceği oldu.
Fizikçiler bunun ne anlama geldiğini hemen kavradı. Çünkü uranyum atomunun parçalanması sırasında etrafa nötron saçılıyordu. Saçılan bu nötronlar diğer uranyum atomlarına çarpabiliyordu. Böylece oluşturulan zincirleme reaksiyon, ufak bir başlangıç enerjisini devasa enerjilere taşıyabiliyordu. Bunun keşfedilmesinin ardından henüz İkinci Dünya Savaşı’nın başında, Albert Einstein ve Leo Szilard tarafından hazırlanan bir mektup, ABD başkanı Franklin Roosevelt’e gönderildi. Mektupta keşfedilen yeni yöntem ile daha önce hiç görülmemiş büyüklükte bir bomba yapılabileceği uyarısı yapılıyordu. Almanlara karşı yeni teknolojide geri kalmak istemeyen ABD, ünlü Manhattan Projesi’ni başlattı.
Fizikçi Robert Oppenheimer başkanlığında toplanan Amerika’nın en ünlü bilim insanları, Manhattan Projesi’nde atom bombası üretmek üzere çalışmalara başladı. Başarıyla sonuçlanan bu çalışmalar, bugün insanlık tarihimizin kara lekesi olan Hiroşima ve Nagazaki katliamlarına sebep oldu.
Atom bombasında kullanılan yöntem, sonradan fisyon reaksiyonu olarak adlandırıldı. Daha önce de bahsettiğimiz üzere bu yöntemde yüksek radyoaktiviteye sahip elementler uranyum ile bombalanarak zincirleme bir reaksiyon oluşturuluyor. Parçalanmalar sırasında ise kontrol edilemez, devasa enerjiler ortaya çıkıyor. İlk defa 1942 yılında Manhattan Projesi’nde de çalışan ünlü fizikçi Enrico Fermi tarafından kontrollü fisyon reaksiyonu üretildi. Kanlı bir başlangıcı olsa da insanlığın enerji ile olan serüvenindeki bir sonraki durak fisyon olacaktı.
Nükleere Hücum
Fotoğraf: Wikimedia Commons
50 yıldır kağıtlarda, sayılarda saklı olan devasa atom enerjisi, ilk defa atom bombası ile pratiğe dökülmüştü. Savaş sonrası insanlığın teknolojisi büyük bir hızla gelişmeye başlamışken haliyle yeni bir enerji kaynağına gözler dikildi. Enrico Fermi’nin deneyleri ile atom bombasıyla benzer bir konsepte sahip olan nükleer fisyon enerjisinin kontrol edilebileceği keşfetti. Böylece 1951 yılında ilk defa enerji üretimine yönelik nükleer santraller Amerika’da açılmaya başladı. 1956 yılında ise resmen elektrik üretme amacıyla ticari nükleer santraller açıldı.
Amerika’da bu gelişmeler yaşanırken dönemin diğer büyük gücü SSCB de yarışta geri kalmak istemiyordu. 1954 yılında açtıkları nükleer reaktör ile yarışa dahil olan Sovyetler, nükleer enerjiyi teknolojinin ve medeniyetin göstergesi olarak görüyordu.
Nükleer enerji yalnızca Sovyetler için değil, tüm dünya için kurtarıcı teknoloji olarak düşünülüyordu. Nükleer enerjiye kavuşan ülkeler her yerde bunun kampanyalarını yapıyor, nükleer enerjinin ne kadar temiz ve verimli olduğunu halka anlatıyordu. İkinci Dünya Savaşı’ndan Çernobil Faciası’na kadar geçen bu kısa dönemde tam anlamıyla bir “nükleere hücum” anlayışı hakimdi.
Nükleer reaktörlerin kontrolü hakkında bildiklerimiz arttıkça hareketli araçlarda da nükleer enerji kullanılmaya karar verildi. Önce tank, tren ve uçaklarda kullanılan nükleer enerji, daha sonrasında ünlü otomobil fabrikası Ford’un tasarımları ile halk arabaları için bile kullanılmaya çalışıldı.
Tabii ki de bu durumda Soğuk Savaş havasının etkisi büyüktü. Sovyetler ve Amerika arasında gerilen ipler, o dönemki en güçlü silahlar olan atom bombalarının gelişimini, haliyle nükleer enerjinin gelişimini körüklemişti.
Çernobil Faciası
Fotoğraf: Sergiiasvn
Nükleer santraller, başta Amerika ve SSCB olmak üzere dünyanın büyük ülkelerinde yaygınlaşmıştı. Sovyetlerde elektrik ihtiyacının büyük bir kısmı nükler santrallerden karşılanıyordu. O dönemde birliğe üye olan neredeyse her devlette en az bir adet nükleer santral bulunuyordu. Ukrayna’nın kuzeyinde, Kiev’e yakın bir mesafede bulunan Pripyat şehri, nükleer santralin etrafına kurulmuştu. O dönemde Sovyetlerin dünyaya tanıtmak istediği medeni, uygar ve gelişmiş halk tasavvuru, Pripyat şehri ve Çernobil Nükleer Santrali ile şekilleniyordu.
Pripyat, SSCB’nin kalanına göre daha gelişmiş, insani imkanlar açısından Batı’nın seviyesine daha yakın bir şehirdi. Sovyetler için bir podyum olarak tasarlanan Pripyat, insanlık tarihindeki en korkunç olaylardan birine şahit oldu.
Şehrin yakınındaki Çernobil Nükleer Santrali’nde 26 Nisan 1986 yılında rutin faaliyetler devam ediyordu. 26 Nisan’ın erken saatlerinde başlamak üzere planlanan güvenlik testine göre oluşturulan acil durum senaryosunda dördüncü reaktörün elektriği kesilecek ve güvenlik sisteminin kesintiye reaksiyonu incelenecekti. İlk 36 saniye boyunca herhangi bir sorun gözlemlenmedi, sonrasında ise kesintinin daha büyük sorunlara yol açmaması için testi bitirmek amacıyla reaksiyonunun acil durum düğmesine basıldı. Fakat yolunda gitmeyen bir şeyler vardı. Acil durum düğmesi, basıldığı anda reaksiyonu tamamiyle söndürmek için oluşturulmuştu. Radyoaktif elementlerden oluşan yakıt çubukları açıkta kaldı ve nükleer reaksiyon kontrol edilemez bir şekilde devam etti. Artan sıcaklıkla birlikte nükleer santralde büyük bir patlama yaşandı.
Olayın ilk yaşandığı günlerde SSCB elinden geldiğince felaketi gizlemeye çalıştı. Fakat felaketin boyutları öyle büyüktü ki nükleer kirlenme komşu ülkelerde dahi tespit edilebiliyordu. Temelde bir mühendislik hatası ve ihmalkarlık olan bu facia, binlerce insanın ölümüne ve gelecek nesillerin mutasyonuna sebep olduğu gibi nükleer enerjiye olan hücumu da yavaşlattı.
Nükleer Enerjinin Geleceği ve Çin Füzyon Deneyleri
Fotoğraf: Wikimedia Commons
Çernobil ve Fukuşima gibi diğer felaketlerle birlikte nükleer enerjiye sırt dönüldü. Bilim insanları ise atomun enerjisini kullanmanın farklı bir yolunu bulmaya çalışıyordu.
Aynı fisyon enerjisi gibi teorilerde mümkün olan bir diğer enerji çeşidi ise füzyon enerjisiydi. Füzyon enerjisi de fisyon enerjisine benzer prensiplere sahipti. Ama çalışma mantığı açısından tam tersi denebilir. Çünkü füzyon enerjisinin altında atomların parçalanmasından elde edilen enerjinin işlenmesi değil, atomların birleşmesinden elde edilen enerjinin işlenmesi fikri yatıyor.
Peki, bu atomlar birleşirken de mi enerji ortaya çıkarıyorlar?
Bu sorunun cevabı, evrenin yegane enerji kaynakları olan yıldızlarda saklı. Yıldızlarda bulunan hidrojen atomları, yıldızın sahip olduğu devasa kütle çekimi ve basınç ile birlikte kaynaşarak daha kararlı atomlara dönüşüyor. Bu dönüşüm sonrasında ise ortaya enerji çıkıyor.
Füzyon enerjisinin en büyük farkı, radyoaktif elementlerle değil, evrende en çok bulunan element olan hidrojen ile yapılmasıdır. Yani fazlasıyla çevreci ve zararsız olan bu yeni yöntem geleceğimizin enerji kaynağı olabilir.
Tabii ki dünyada Güneş’in sahip olduğu devasa kütle çekimini oluşturmamız mümkün değil. Fakat kütleçekimi taklit edebilecek manyetik alanlar oluşturabiliriz. Bu yolda 1950’li yıllarda Sovyet bilim insanları tarafından tasarlanan TOKAMAK’lar bize yardımcı oluyor. TOKAMAK, Rusça’da Manyetik Bobinli Toroidal Oda anlamına geliyor. Manyetik alan içine sıkışan hidrojen atomları sonunda çarpışarak helyum atomlarına dönüştürülebiliyor. Bu sırada ortaya çıkan enerji ise muazzam
Bahsettiğimiz gibi TOKAMAK’lar ve füzyon enerjisi 1950’li yıllardan beri ülkelerin hayallerini süslüyor. Bu projeler için şimdiye kadar milyarlarca dolar yatırım yapıldı. Nükleer füzyon tepkimeleri elde edilse de bu tepkimeleri kararlı bir şekilde sürdürülebilmek çok zor. Yakın bir tarihe kadar 1-2 dakika boyunca devam edebilen tepkimeler başarı olarak sayılıyordu. Fakat 2022’nin ilk haftasında yaptıkları deneylerle Çin, bilim dünyasının ortasına bombayı koydu.
Geçtiğimiz haftalara kadar füzyon reaktörlerinin kullanımı bilim insanlarına göre fazlasıyla uzaktaydı. Çin, EAST adlı TOKAMAK’ları ile füzyon tepkimesini şimdiye kadar hiç olmadığı kadar uzun süre boyunca sürdürebildi. Tam tamına 1056 saniye boyunca çalışmaya devam eden füzyon reaktörü, Güneş’in çekirdeğindeki sıcaklıktan tam beş kat daha yüksek bir sıcaklığa ulaştı. Şimdiye kadar yapılan en başarılı füzyon deneyi ile birlikte Çin, füzyon enerjisine o kadar da uzak olmadığımızı gösterdi.
Ne yazık ki şu an füzyon reaktörleri enerji üretimi için kullanılamıyor. Çünkü Çin’in yaptığı deneyde reaksiyonu dengede tutabilmek için üretilen enerjiden daha çok enerji tüketildi.
Füzyon enerjisinin kullanımı konusuna son noktayı koymak isteyen, içlerinde ABD, Rusya, Çin’in de bulunduğu 35 ülke, ITER projesi için bir araya geldi. 2010 yılından beri Fransa’nın güneyinde kurulmaya başlanan yeni bir TOKAMAK projesi olan ITER, devreye girdiği zaman 50 Megawatt’lık enerji tüketerek 500 Megawatt’lık enerji üretecek. Şimdiye kadar tasarlanan en büyük TOKAMAK olan ITER, Çin’in yaptığı EAST deneyindeki sıcaklığı ikiye katlayarak 150 milyon santigrat derece sıcaklığa ulaşacak. Projenin 45-60 milyar dolar civarında bir maliyete sebep olacağı düşünülüyor.
Kapak Fotoğrafı: ELG21