Yerkürede temiz enerji kaynağı güneşin elde edilmesi insanoğlunun en büyük düşleri arasında sayılmaktadır. Güneşin dünyada meydana getirilmesi hayalinin gerçekleşmesi halinde ise karbonsuz temel yük kaynağı füzyon tepkimeleri kökenli termonükleer elektrik üretimi kompleksleri kurulacaktır.

Küresel enerji arz güvenliği zafiyetleri, global nükleer atık idaresi ve radyoaktif atıkların bertaraf edilmesi sorunları bağlamında gelecek yüz yıl içerisinde kesin bir çözüm yolu da sağlanacaktır. Ayrıca, baz enerji kaynağı karbonsuz füzyon santralleri küresel ısınma ve dünya iklim değişiklikleri mekanizmaları problemleri yönünden de çok önemli katkı temin edecektir. Global enerji kaynakları dönüşüm süreci kapsamında karbonsuz uranyum ve toryum menşeli nükleer güç santralleri NGS yönetimler tarafından şimdilik gerekli görülmektedir. Ancak, küresel nükleer atık yönetimi içeriğinde global radyoaktif atıkların yok edilmesi ve iyonlaştırıcı radyasyonların biyolojik etkileri, kamuoyunda nükleer nefret ve nükleer korku havası estirmektedir. Bu yazıda termonükleer füzyon reaktörü tasarımı safhasından inşaat ve montaj safhasına doğru bir geçiş süreci yaşayan yeşil, doğa dostu ve çevreci perspektifler aynı zamanda küresel elektrik arz güvenliği temini açısından can alıcı öneme sahip dev temiz enerji kaynağı yatırımı karbonsuz nükleer füzyon projesi ITER santrali yapımı sorunları ele alınmaktadır. 

Güneşin yeryüzünde oluşturulması çalışmaları, bilimsel düzeyde doğa dostu nükleer füzyon (nükleer birleşme – nükleer kaynaşma) enerjisi ya da çevreci termonükleer enerji araştırmaları olarak adlandırılmaktadır. Fizik biliminin önemli dallarından biri olan yüksek enerji fiziği ve parçacık fiziği içeriğinde bilim insanları, karbonsuz nükleer füzyon enerjisi kaynaklı güç reaktörleri elektrik üretimi yoluyla hem dünya enerji arz güvenliği zafiyeti sorunlarına hem de global ısınma ve küresel değişikliği mekanizmaları problemlerine yenilikçi evrimsel teknolojik çözümler bulmaya çalışmaktadır. Karbonsuz nükleer füzyon santralleri kurulması ile birlikte gelecekte çok daha tehlikeli olacak küresel karbon emisyonları ve global karbondioksit salınımlarının limitlendirilmesi projeksiyonları büyük oranda sağlanacaktır. Söz konusu çevre dostu karbonsuz nükleer füzyon elektrik santralleri bilimsel araştırmaları doğrultusunda atom fizikçileri, plazma fizikçileri ve parçacık fizikçileri tarafından Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (International Thermonuclear Experimental Reactor – ITER) geliştirilmektedir. Fransa, Avrupa Birliği AB, Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Hindistan, Japonya, Rusya Federasyonu ve Güney Kore’nin de finansal katkılarıyla inşa edilecek nükleer füzyon reaktörü ITER maliyeti 22 milyar dolar civarındadır. Fransa’nın güneyinde Cadarache kenti yakınlarında kurulmakta olan ITER termonükleer kompleksi, geleneksel nükleer fisyon reaktörleri işletilmesi sonucu hâsıl olan ve dünya kamuoyunun yoğun tepkisine yol açan yüksek aktiviteli uzun yarı ömürlü radyoaktif atıklar üretmeyecektir. Termonükleer reaktörler, konvansiyonel uranyum yakıtlı nükleer güç santralleri NGS elektrik üretimleri sırasında oluşan nükleer atıklara kıyasla radyoaktif atık yönetimi kapsamına girmeyen sadece çok kısa yarı ömürlü nükleer maddeler meydana getirmektedir. Böylece, nükleer güvenlik ve radyasyon güvenliği kriterleri yönünden halkın iyonlaştırıcı radyasyonlardan korunması kendiliğinden sağlanmaktadır. 

Temel temiz enerji kaynakları yatırımları arasından değerlendirilen nükleer füzyon ile nükleer enerji elde edilmesi için nükleer plazma olarak tanımlanan iyonize hidrojen atomlarının bulunduğu karmaşık ortamı sınırlamak aynı zamanda söz konusu plazmayı güneşin kor sıcaklığının on katına kadar ısıtmak gerekmektedir. Nükleer ısınma sırasında bazı çok yüksek hızla hareket eden ve çarpışan atom çekirdekleri ise nükleer kaynaşma ve nükleer birleşme tepkimeleri için yeterli nükleer enerji ortamına erişecektir. Hızlı hareket eden parçacıkların çarpışmaları sonucu biriken nükleer güç sayesinde ise hidrojen atomları bol olan sınırsız ve doğa dostu bir enerjiye ulaşılacaktır. Ortaya çıkan muazzam nükleer güç, füzyon enerjisi, termonükleer enerji, nükleer birleşme enerjisi ve nükleer kaynaşma enerjisi şeklinde çeşitli adlarla anılmaktadır. Yarım asrı aşkın süredir termonükleer reaksiyonlar ile ilgili ileri sürülen bilimsel görüşler ancak günümüzde laboratuvar çalışmaları düzeyine gelmektedir. ABD, AB ülkeleri, Çin, Hindistan, Japonya, Rusya Federasyonu ve Güney Kore’nin ekonomik desteği ile oluşturulan nükleer füzyon enerjisi yanlısı uluslararası konsorsiyum tarafından başlatılan proje ile beraber küresel termonükleer güç bilimsel araştırmaları hız kazanmaktadır. Füzyon enerjisini sürekli elde etmeyi hedefleyen nükleer proje kapsamında 80000 kilometre uzunluğundaki süperiletken tel ile halka halinde sargılanan 23000 ton ağırlığındaki kap nükleer tokamak olarak adlandırılmaktadır. Halka içindeki süperiletken teller kanalıyla sağlanan uygun geometri sayesinde manyetik olarak nükleer plazma sınırlanmakta, böylece düzenli ve devamlı karbonsuz füzyon enerjisi temin edilmektedir. Çok uluslu füzyon enerjisi projesine de Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (International Thermonuclear Experimental Reactor – ITER) ve kısaca ITER adı verilmiştir. Ayrıca, 7 adet ortağa da sorumluluk yüklenen nükleer proje çerçevesinde satın alma ve üretim konularında iş bölümü yapılmıştır. Teknolojik ilerlemelere uğraması kaçınılmaz olan ve yeni muhtemel gelişmeler karşısında dev nükleer füzyon projesi teknolojik dizaynı ile proje tasarım değişiklikleri de ilgili tüm taraflarca kabul edilecektir. Termonükleer reaktör projesi ekonomik destekçilerine eşitlikçi bir yaklaşım sergilemektedir. Ancak, nükleer füzyon projesinin süreci ve programı tam olarak belirlenememesi nedeniyle ise gecikmeler vuku bulacak ve bu arada termonükleer santral yatırım maliyetleri artacaktır. Söz konusu sorunlar birbirini tetikleyerek karbonsuz termonükleer füzyon projesi bitiş tarihi de uzayacaktır. Ayrıca, geçen süre zarfında nükleer projeden ayrılmalar ve politik temelli değişen koşullar bağlamında uluslararası füzyon enerjisi projesi yatırımına katılımlar da öngörülmektedir. İfade edilen olumsuz projeksiyonlar ve zafiyetlere rağmen Eylül 2014 ‘dün ilk haftasından itibaren Fransa’nın güneyinde Cadarache kenti yakınlarındaki nükleer kompleksin inşaat temelleri bitmek üzere iken çevreci ITER füzyon tesisi sahası içerisine rektörün ilk parçaları da gelmeye başlamıştır. Ekim 2014’de duvarların ve nükleer füzyon tesisi projesinin nüvesi sayılan halka (doughnut) şeklinde olan nükleer füzyon vakum kabı ünitesi komponentleri montajları ve inşaatları sürdürülmektedir. 

Aşağıdaki haritada Fransa Akdeniz kıyısındaki Marsilya şehrine yakın Cadarache kenti civarında inşa edilen karbondioksit emisyonları olmayan temiz enerji kaynağı yeşil ve çevre dostu ITER termonükleer reaktör tesisi kırmızı nokta ile işaret edilmektedir.

Dev ITER reaktörü ünitesi montaj ve inşaat sahası hem yakın hem de uzak cepheden olmak üzere aşağıdaki resimler ile görüntülenmektedir.

Her şeye rağmen yetkili hiç kimse çevreci ITER füzyon enerjisi kompleksi montaj ve inşaat süresi hakkında kesin bir tarih ve periyot verememektedir. Nükleer reaktör vakum kabı imalatının gecikmesi nedeniyle daha şimdiden projede 30 aylık bir tehir söz konusudur. En son yayımlanan termonükleer reaktör projesi zamanlaması kapsamında 2020’de nükleer füzyon santrali vakum kabı içinde ilk nükleer plazma ortamının oluşturulacağı açıklanmıştır. Ancak, termonükleer reaktör vakum kabı üretimi sürecindeki aksaklıklar nükleer plazma oluşumu için açıklanan tarihi 2023 ya da 2024 yıllarına doğru kaydıracaktır. Bununla beraber revize edilmiş çevre dostu ITER nükleer füzyon santrali inşaat ve montaj programı, 2015 yılı ortalarına kadar yayımlanmayacaktır. Son gelişmeler ile beraber ITER nükleer füzyon reaktörü projesi maliyetleri üzerindeki tartışmalar da gündeme taşınmaktadır. Hâlihazırda 20 milyar dolar hesaplanan toplam termonükleer füzyon kompleksi maliyeti rakamlarının ise yükseleceği öngörülmektedir. ITER nükleerreaktör projesi başladığından beri ağır aksak yürümesi aslında nükleer fizik ya da çok geniş boyutlu mühendislik dallarının bilimsel ve teknolojik endişelerinden kaynaklanmamaktadır. Sorunların gerçek nedeni olarak üst düzey nükleer proje yönetimi gösterilmektedir. Projenin ilk tasarımının yeterliliği ve nükleer projenin denetimi konusunda 7 ortaklı nükleer tesis sahipleri de tam yetkili kılındığı takdirde aksaklıkların giderileceği beklenmektedir. Projedeki gecikmeler ile birlikte nükleer tesis ortakları arasında hüküm süren anlaşmazlıklar da su yüzüne çıkarken ITER yönetimi, nükleer projeye destek veren diğer kuruluşları bilgilendirmemiş ve hem son derece uygunsuz hem de çok uzun olan nükleer proje zaman çizelgesine saplanıp kalmıştır. Projede çok daha sıkıcı gelişmelerin yaşanması da sürüp gitmektedir. Bu yılın başlarında kamuoyuna sızan haberde Ekim 2013’de tesis yönetimi tarafından reaktörün eksik görülen nükleer güvenlik kültürü felsefesi ilkesinin projeye dâhil edilmesi de alay konusu olmuştur.  Öte yandan, Amerika Birleşik Devletleri 2014 yılı ITER füzyon projesi yatırım fonlarının %12’sini elinde bulundurmaktadır. Her yıl Amerika ITER yatırım tahsisatları değerlendirmeye tabi tutulmakta ve ITER projesi ile ilgili gerekli görülen öneriler açıklanmaktadır. Amerikan Senatosu alt komisyonu, ITER bütçe müzakereleri sırasında 2015 yılında Amerika’nın füzyon projesinden tamamen ayrılması teklif edilmiştir. Birleşik Devletler 1999 yılında da projeden ayrılmasına rağmen 2003’de ITER füzyon projesine yeniden katılmıştır. Maliyet artışları ve gecikmeler ile eleştiri yağmuruna tutulan termonükleer proje kapsamında füzyon enerjisi sorunlarını aşmak suretiyle ülkeler arası riskleri, bilimsel çabaları ve ödülleri paylaşmak ise ITER’in ana doktrini olarak değerlendirilmektedir. Projeye destek veren kuruluşların eşgüdümü ile erişilen bilgilerin uygulamaya konulması halinde söz konusu doktrin de doğrulanacaktır. ITER nükleer tesisi, devamlı nükleer füzyon plazması kanalıyla harcanan enerjiye kıyasla yaklaşık 10 kat daha yüksek olan 500 megawatt’lık güce eriştiği takdirde projenin başarısı kanıtlanacaktır. Reaktörün sözü edilen güce ulaşması açısından bilimsel olarak hiçbir engel de görülmemektedir. Bununla beraber talihsiz Amerikan çabası olarak nitelendirilen ve National Ignition Facility – NIF tarafından geliştirilen nükleer füzyon oluşturmak için manyetik alanlar yerine laser kullanımı da dikkate alınmaktadır. Konu ile ilgili yayımlanan bilimsel makalede, mühendisler belirli büyüklükte aynı zamanda uygun şekil ve kompozisyondaki hedefe odaklanan laser kullandıkları takdirde net enerji kazanımı sağlanacağı ifade edilmektedir. Bazı bilim insanları kullanılacak laser cihazının dünyanın en büyükleri arasında olması gerektiğini vurgulamaktadır. Laser ve hedefleri uygun biçimde seçilmesine rağmen yeterli verimlilikte nükleer füzyon enerjisi temin edilememiştir. NIF çalışmalarını şimdilik nükleer bombalar modelleme araştırmaları kapsamındaki atom silahları stoku yönetimi ve idaresi projelerine doğru odaklamaktadır. Her şey iyi görünse de gerçek durumlar farklı görüntü sergilemektedir. Sonuçta, ITER’in bilimsel düzeyde geleceğini test etmek için öncelikle yönetim ve insan kaynakları sorunları çerçevesinde düzenlemelerin gerçekleştirilmesi zorunluluk arz etmektedir. Çevre dostu karbonsuz ITER nükleer füzyon elektrik santrali dizaynı şematik iç görünümü aşağıda taslak şekilde gösterilmektedir. Taslakta soldan sağa ve yukarıdan aşağıya doğru sırasıyla, 

• Toroidal Halka veya Toroidal Bobin (Toroidal Coil): Akan elektrik akımları ile nükleer plazma ortamını kontrol altında tutar.
• Merkezi Solenoid Halkası veya Bobini (Center Solenoid Coil): Akan elektrik akımları vasıtasıyla nükleer füzyon plazması çevresini kontrol eder.
• Vakum Kabı (Vacuum Vessel)
• Nükleer Plazma (Plasma)
• Nükleer Plazma Ünitesi Isıtma Donanımı (Heating Apparatus Plasma)
• Poloidal Halka veya Poloidal Bobin (Poloidal Coil): Akan elektrik akımları yoluyla nükleer plazma ortamını sınırlayan manyetik alanı oluşturur.
• Divertor: Tüketilen ve kullanılan yakıtın atıklarını ve küllerini tahliye eder.
• Üretken Alan (Blanket): Nükleer plazma ortamının kontrol ve denetim altına alınması sırasında nükleer tepkimeler sonucu oluşan yüksek sıcaklık sayesinde çok hızlı trityumun üretildiği kabın duvarı.

Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi

Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)

Kaynaklar: 

-Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri, Ahmet Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği Yayınları, 2013.

-Radyoaktif Atıkların Nihai Depolanması, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2013.

-Nukleer Atık Yönetimi (İdaresi), Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2013.

-Kâinat, İnsan ve İyonlaştırıcı Radyasyonlar, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

-Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve İyonlaştırıcı Radyasyon Çeşitleri, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

-İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

-Dünya Toryum Rezervleri ile Küresel Karbonsuz Toryum Kaynaklı Nükleer Elektrik Reaktörleri Geliştirilmesi için Yapılan Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

- Dünya Elektrik Arz Güvenliği Sıkıntıları Çözümü Perspektifleri Kapsamında Yüzer Karbonsuz Yeni Nesil Nükleer Enerji Santralleri Kurulması Çalışmaları, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

-Çin Nükleer Güç Programı ve Nükleer Enerji Planlaması Kapsamında Karbonsuz Baz Yük Kaynağı Nükleer Güç Santralleri NGS Nükleer Güvenlik Kıstasları ve Nükleer Radyasyon Güvenliği Zafiyetleri, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, 2014.

-The Economist Dergisi (20 Eylül 2014 – 26 Eylül 2014).