..

..
..

17 Mart 2019 Pazar


ELEKTRİK ÜRETİMİNDE ‘ŞİŞEDEN ÇIKACAK CİN !?’: NÜKLEER FÜZYON
Bin ton kömür ve CO2 salınması yerine, iki kova sudan elektrik üretimi!!
Giriş
Hidrojen(H1), dötöron(H2) ve trityum (H3) gibi hafif elementlerin atom çekirdeklerinin,  çok yüksek basınç ve sıcaklıkta birbirleriyle kaynaşmasıyla,  yeni bir atom çekirdeğinin (örrneğin helyum) oluşmasına ‘nükleer füzyon’ deniyor ki, bu, milyarlarca yıldır  güneşte olagelen bir nükleer tepkime. Dünyamızdaki yaşamın ve her türlü enerjinin (fosil yakıtlar, biyokütle, rüzgar, güneş ve su enerjilerinin) ana kaynağı,  füzyon sonucu ortaya çıkan güneş ışınlarıyla sürebiliyor. Kaynaşan dötöron ve trityumun toplam kütlesi, bir nötronla birlikte ortaya çıkan helyum atom çekirdeğinin kütlesinden daha fazla olduğundan, bu kütle fazlalığı, Einstein’ın  E=mc2 bağıntısıyla gösterilebileceği gibi, enerjiye dönüşüyor (Bkz.Şekil 1). Güneşin merkezinde füzyon, 200 milyar bar’lık çok yüksek bir basınçta ve 15 milyon derece (C) sıcaklıkta ortaya çkıyor.
Şekil 1:                                                                      


Yeryüzünde füzyon enerjisi, hidrojen bombası yapımında kullanılabildığı gibi, son yarım yüzyıldır  gelişmiş ülkelerin araştırma merkezlerinde bundan elektrik üretilebilmesi amacıyla yoğun araştırmalar yapılıyor. Füzyonda bir anda patlamalar şeklinde ortaya çıkacak büyük enerjinin, kontrollu olarak, zamana yayılarak dağılımı ve bunun yıl boyunca elektrik enerjisine dönüştürülebilmesi büyük zorluklar içeriyor. Bu nedenle, örneğin AB’de planlanan bütçenin 3 katını bulan 15 milyar Avro gibi büyük paralar harcanmasına rağmen, nükleer füzyon’dan elde edilecek elektriğin, şebekelere büyük miktarda verilebilmesinin 2050’den önce olamayacağını ilgili araştırıcılar açıklıyorlar.
Her ne kadar Lockheed şirketi,  füzyon enerjisinden 5-10 yıl içinde elektrik üretebileceklerini ya da ‘şişeden cini !’ çıkaracaklarını geçen Ekim ayında açıklamışlarsa /1/  da bunun, henüz uygulanabilirliği olamayacak bir kuram (teori) olabileceğini ve belki de, Lockheed’in araştırmaları için daha fazla destek sağlayabilmeyi amaçladıklarını, ilgili bilim adamları belirtiyorlar. Lockheed, ileride elektrik enerjisi üretimi için kimsenin kaygılanmasına gerek olmadığını, yılda 20 kg kadar deniz suyu yakıtıyla!! (trityum karışımlı), 1 milyon kg petrolden elde edilebilecek kadar enerji elde edilebileceğini web sitelerinde duyuruyor. Ancak Lockheed, 1 yıl sonra, 1 kamyon büyüklüğündeki ilk deneme reaktörünü ve 5 yıl sonra da elektrik üretimine geçebilecek 100 MW’lık bir ’prototip füzyon reaktörü’nü işletmeye açabileceğini açıklarken, füzyon reaktörlerinin, nükleer santrallar gibi, temel elektrik üretim reaktörü olarak devreye (şebekeye) alınabilmelerinin ancak 2050’de  gerçekleşebileceğini de belirtiyor/1/.
‘Nükleer füzyon’, nükleer santrallardaki ‘Nükleer Fisyon (ya da çekirdek bölünmesi)’ ile karıştırılmamalı. Nükleer fisyonda, uranyum 235 gibi ağır bir atom çekirdeğinin bölünerek ortaya iki farklı kütlede atom çekirdeğiyle birlikte enerji açığa çıkarken, nükleer füzyonda bunun tersi, hafif atom çekirdeklerinin kaynaşması sırasında enerji açığa çıkıyor /2/. Füzyon’la ortaya çıkan enerji, nükleer santrallarda fisyon’la ortaya çıkandan 3-4 kat daha fazla.
Güneşte, ancak 200 milyar bar’lık basınçta oluşan proton/proton kaynaşması, bu büyüklükte çok yüksek bir basınç yeryüzünde sağlanamayacağından, yapılmakta olan araştırmalarda, hidrojenin sırasıyla 1 ve 2 nötron fazlalığı olan döteron (H2)  ve trityum (H3) kullanılıyor. Bunun nedeni, bunların birbirleriyle kaynaşabilmesi için 2 bar’lık basınç yeterli oluyor, ancak 100 milyon derecelik sıcaklığın da sağlanması gerekiyor. Atom çekirdeklerinden oluşan ‘Plazma’, genellikle bir kap içinde, manyetik bir alanda tutularak, yüksek sıcaklıktaki plazmanın kaba değmesi önleniyor (Şekil 2).
Döteron özellikle deniz suyunda tükenmeyecek kadar çok var. Trityum ise, yerkabuğunda binlerce yıl yetebilecek kadar bulunan lityum’dan nükleer tepkimeyle elde edilebiliyor.
Şekil 2:


Şeklin açıklanması: Füzyon reaktörüne, döteron ve trityum’dan oluşan gaz enjekte ediliyor, mikro dalgalarla 100 milyon dereceye (C) yükseltilen sıcaklıktaki plazmada (mor) kaynaşan atom çekirdeklerinden helyum oluşurken, ortaya çıkan hızlı nötronlar enerjilerini, battaniyeye aktararak bunu ısıtıyorlar. Isı enerjisi, battaniyeyi çevreleyen borulardaki suya aktarılarak suyu buharlaştırıyor. Her çeşit elektrik santralında olduğu gibi buhar, türbinleri çeviriyor, türbinler de elektrik üretecini (jeneratör, dinamo) çevirerek elektrik üretiliyor.
Nükleer füzyonda, nükleer santrallarda ortaya çıkan radyoaktif maddelere oranla çok daha az ve çok daha kısa yarılanma süreli radyoaktif maddeler açığa çıkıyor. Bir füzyon reaktörünün radyoaktifliğinin 100 ile 500 yıl arasında giderilebileceği hesaplanıyor.
Sonuç
Bugün dünyada 1,3 milyar kişi herhangi bir enerjiden yararlanamıyor. 2050 yılında dünyanın enerji gereksiniminin bugünkünün iki katına çıkacağı kestiriliyor. Bugün dünyadaki 50.000 kömür santralına 1.200 adet yeni kömürlü santralın eklenmesi planlanıyor.Her yıl salınan 10 milyar ton!! CO2 ve diğer gazların iklimi gitgide olumsuz etkilediği ise biliniyor. Yenilenebilir enerjiler (güneş, rüzgar, su) ileride de artan enerji gereksinimini, ne yazık ki, karşılayabilecek kapasitede ve günün her saatinde hazır değil. Bu nedenle, nükleerden çıkan Almanya’da bir dizi, kömürlü elektrik santralı yapılıyor /3/. Geliştirilen nükleer santralların da sayısının gitgide artmasına rağmen, uzun ömürlü radyoaktif atıklar ve kaza olasılığı sorunları ise gündemde.. Sonuç olarak, elektrik enerjisinin üretiminde bugün çıkmazda olan dünyada,  ileride füzyon reaktörleri düşünüldüğü gibi geliştirilebilirse, elektrik gereksinimine kalıcı bir çözüm getirilmiş olacaktır.  ITER bilimsel çalışmalarıyla ilgili olarak  yeni yayınlara bkz /örneğin 4 , 5/.
Not: 18.yüzyılda yaşamış, büyük fizikçi Newton’a ışıkla ilgili araştırmalar yaparken, güneş ışığının kaynağı sorulduğunda – onu Tanrı bilir, ben bilemem demiş! Zaten insanlık tarihi boyunca fiziğin henüz açıklayamadığı doğa olayları hep tanrılara havale edilmemiş midir? sonra da bunları fizik açıkladıkça, tanrıların sorumluluk alanlarından çıkarılarak, fiziğe aktarılmamış mıdır?



Yüksel Atakan, Dr.Fizik Y.Müh.,
 Almanya,
ybatakan@gmail.com

-------------------------
www.lockheedmartin.com/us/products/compact-fusion.html 
/2/ Radyasyon ve Sağlığımız? Nobel Yayınları, 2014, Y.Atakan, Syf:99 http://nobelyayin.com/detay.asp?u=4025  
/3/ Güneş, rüzgar, kömür ve nükleerden enerji üretiminde gerçek sorunlar, Y.Atakan,
 Bilim ve Gelecek, Ekim 2014
/5/ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920379613007448 (Lessons learnt from ITER safety & licensing for DEMO and future nuclear fusion facilities)



28 Şubat 2019 Perşembe

FİZİĞİN KRİZİ – LEE SMOLIN



(Siz değerli okuyucularım için Lee Smolin’in kitabından hazırladığım özeti sunuyorum)
Elinizdeki kitabın temel fikri, deneysel desteği olmamasına rağmen baskın hale gelmiş bir araştırma programının kuramsal fiziğin temel ilkeleri üzerine yoğunlaşan kısmının ilerlemesini yavaşlatmış ve kitabın sloganını kullanırsak krize sokmuş olduğu iddiasıdır. Smolin bir bütün olarak bilim camiası için yazıyor ve bunun bir sosyolojisi olduğunu ifade etse de bu sosyolojinin coğrafi ayrımlarına değinmiyor. Bir hiyerarşiden bahsediyor, ama hiyerarşilerin de yine çoğunlukla coğrafi bir iç hiyerarşisi olduğunu irdelemiyor.(Sayfa 8 ve 9)
Son 25 yıl boyunca, malzemelerin özellikleri, moleküler fiziğin biyolojinin temelleri üzerindeki etkisi, engin yıldız kümelerinin dinamiği üzerine yapılan bulgular çok önemlidir. Ama doğanın temel yasaları üzerine gözle görülür yol katedemedik. Neden birdenbire fiziğin başı derde girdi? Mark Wise, standart model ötesi fizik üzerine çalışan kuramcıların önde gelenlerindendir. Perimeter Teorik Fizik Enstitüsünde, Ontario’da, temel parçacıkların kütlesinin kökeni üzerine yaptığı konuşmada: “Bu problemi çözmekte dikkate değer şekilde başarısız olduk demişti. İlave ediyor, John Preskill’le Caltech’te konuşurlarken fermion kütlesi hakkında konuşma yapsam 1980’lerde söyleyeceklerimi tekrar ederdim” diyor. Parçacık fiziği dünyasında, Technicolor’ı, preon modellerini ve süpersimetriyi, uzay zaman konusunda da twistor kuramı, nedensel kümeler, süper kütle çekim, dinamik üçgenlemeler ve ilmik kuantum kütle çekim yaklaşımlarını sayabiliriz. Diğerlerinden daha çok ilgi çekmiş sicim kuramı (string theory) var. Hem kütle çekimi hem de temel parçacıkları kapsadığını  iddia ediyor. Uzayın daha görülmemiş boyutları olduğunu ve bildiğimizden çok daha parçacık tipinin varlığını öne sürüyor. Aynı zamanda, bütün temel parçacıkların, basit ve güzel yasalara uyan tek bir varlığın, sicimin, değişik titreşimleri olduğunu öneriyor. Kendini bütün parçacıkları ve bütün kuvvetleri birleştiren bir kuram olarak ortaya koyuyor. Son 20 yılda bunca gayretlere rağmen kuramın doğru olup olmadığını bilmiyoruz. (Titreşim bir parçacık olabilir mi?) Sicim kuramının neredeyse sonsuz sayıda değişik çeşidi vardır. Evrenin genişlemesini, ivmelenmesini gözönüne alarak kısıtlarsak 10500 (evrendeki bütün atomların sayısından fazla) kuram kalıyor. Anladığımız az sayıdaki sicim kuramlarının herbiri şu andaki deneysel verilerle, genelde en az iki şekilde uyumsuz.
Yani bir çatışma ile karşı karşıyayız. Bu kuramın temel prensiplerini bilmiyoruz. Ne tür bir matematiksel dille ifade bulacağını bilmiyoruz.
Sicim kuramcısı Brian Greene son kitabı “Evrenin Dokusu”nda “birçok sicim kuramcısı bugün, yani ilk öne sürülmesinden otuz yıl sonra, sicim kuramı nedir? gibi basit bir soruya anlaşılır bir cevabımız olmadığına inanıyor.” Aslında elimizde fazladan boyutların varlığı hakkında ne kuramsal ne de deneysel bir delil var. Bazı uzmanlar kesin olarak ne olduğunu bilmedikleri sicim kuramının bir alternatifi olmadığı hakkında nasıl emin olabiliyorlar?
Sicim kuramının yükselişinin bir sonucu da temel fizik üzerine çalışanların ayrışmış olmasıdır. Birçok bilimci sicim kuramı üzerine çalışmaya devam ediyor ve bu alanda belki de 50 kadar doktora tezi kabul ediliyor. Ama derin kuşkular içerisinde olanlar da var; ya kuramın temel kavramına hiç rağbet etmeyenler ya da kuramın tutarlı bir yapıya oturtulmasını ve deneysel öngörülerde bulunmasını beklemekten bıkmış olanlar. Bu ayrışma her zaman arkadaşça değildir. Taraflar birbirlerinin bilimsel yeterliliği ve ahlaki standartları üzerine sürekli kuşkular dile getiriyor ve bu ayrışmanın içinde arkadaşlıkları sadece gerçek bilimsel çalışma koruyabiliyor.
Bazı genç sicim kuramcıları bana eğer böyle yapmazlarsa bir üniversitede profesörlük almaları çok zor olacağından, inansalar da inanmasalar da sicim kuramı üzerinde çalışmak zorunda kaldıklarını söylemişlerdi. Ve hakları var; Amerika Birleşik Devletleri’nde temel fiziğe sicim kuramı dışındaki fikirlerle yaklaşanların hemen hiçbir kariyer fırsatı yoktur. Amerikan üniversitelerinde, son 15 yıl boyunca kuantum kütleçekim hakkında sicim kuramı dışındaki yaklaşımlar üzerinde çalışan sadece üç bilim insanına yardımcı doçentlik ünvanı verildi ve bunların hepsi de tek bir araştırma grubuna gittiler. Bilimsel gerçeklilik açısından sicim kuramı zorluklar yaşasa da akademik dünyada tam bir zafer kazandı. Bu bilime zarar veriyor, çünkü bazıları gerçekten de gelecek vaadeden alternatif fikirlerin önünü tıkıyor.
İnsanların inandıkları alanda araştırma yapma haklarını savunanların en başında ben yer alırdım. Ama tek bir alanın çok iyi destek alması ve diğerlerinin gözardı edilmesi eğiliminden son derece endişeliyim.
Eğer gerçeğin keşfi uzay, zaman ve kuantum dünyası hakkındaki fikirlerimizi kökten bir şekilde yeniden düşünmemizi gerektiriyorsa bu eğilim trajik sonuçlara gebedir.
Nano teknoloji ile elektronun sadece bizim hazırladığımız bir kanalda dümdüz gittiğini düşünelim. A noktası ile B noktasına vardığı andaki hızını ölçelim. Hem bulunduğu yeri, hem hızını (momentumunu) aynı anda istediğimiz hassasiyetle çözebiliyoruz demektir. Elektrona ışıkla yaklaşıp hızını ölçmeye çalışmıyoruz. Zamanı ölçtük yolu elektrona biz dikte ediyoruz. Heisenberg belirsizlik prensibi uçtu gitti. Zaten prensipti, kanun değil !!! Bizim varlığımızla veya müdahalemizle olay nasıl etkileniyor? Makro iletişimde makro fizik; mikro iletişimde mikro fizik olmaz. Kanun fizik kanunudur. (Coulomb kanunu gibi) Her zaman her yerde aynı şekilde uygulanır! Kara delik içinde bildiğimiz fizik kanunlarının hepsi geçersizse demek ki bunlar fizik kanunu değilmişler!!! Kuantum kuramı ile genel görelilik ilkesel kuramlardır. Durum böyle olunca mantıksal olarak birleştirilmeleri gerekir. Mikrodan makroya, makrodan mikroya aynı kanunlarla geçebilmeliyiz. Orada başka kanun, aynı olayda burada başka kanun olamaz.  Zaman kristalinde (Harvard ve Maryland Üniversitesi Laboratuarlarında) 10 atom yterbium ve elmas kristalleri ile ayrı yerlerde ayrı deneyler nasıl oluyor da aynı şeyi veriyorlar? Zaman kristali olayı nedir? Çekim kuvveti maddenin içinden çıkar (Erik Verlinde, Amsterdam Üniversitesi, 7  seneden beri üzerinde çalışıyor) universal bir kuvvet değildir. Entropi bulanıklığından meydana gelir, lazerle atomların spinleri karıştırılır, entropi karışıklığından gravite meydana gelir!!! Kuantum mekaniğindeki eksiklik nedir? Kuantum mekaniğinin bir eksikliği varsa, sorunun fizikteki diğer problemlerle bağlantısı hakkındaki bilgi eksikliğinden ileri gelmektedir. Büyük ihtimalle kuantum mekaniği problemi tek başına çözülemeyecek, bunun yerine cevap, fiziği birleştirmek için yaptığımız çabalar sonucunda ortaya çıkacak. 1867’de Maxwell elektrik ve manyetizmayı tek bir kuram altında birleştirmişti ve bir asır sonra fizikçiler elektromanyetik alanın ve zayıf çekirdek kuvvetinin (radyoaktif bozunmadan sorumlu kuvvet) birleştirilebileceğini fark ettiler. Bunun sonucunda, öngörüleri son 30 yıldır defalarca doğrulanmış olan elektrozayıf kuram doğdu.
Doğada elektromanyetik ve zayıf kuvvetlerin birleşmesinin dışında kalan (bildiğimiz) iki kuvvet var. Bunlar kütleçekim kuvvetli çekirdek kuvvetleridir. Bu kuvvet kuarkları birarada tutarak, proton ve nötronları oluşturan kuvvettir. Acaba bu dört kuvveti birleştirebilir miyiz? Dünyada sadece iki tür parçacık olduğunu biliyoruz: kuarklar ve leptonlar. Kuarklar proton ve nötronların keşfettiğimiz diğer birçok parçacığın yapıtaşlarıdır. Leptonlar, elektron ve nötrino gibi, kuark olmayan bütün diğer parçacıklardır. Bildiğimiz kadarıyla dünya altı tip kuark ve altı tip leptondan oluşmuştur. Bu temel parçacıklar birbirleriyle, kütleçekim, elektromanyetizma, zayıf ve kuvvetli çekirdek kuvvetleri aracılığı ile etkileşirler. Oniki parçacık ve dört kuvvet, bilinen evrendeki herşeyi açıklamak için ihtiyacımız olan yegane unsurlardır. Kütleçekim ihmal edildiğinde bahsettiğimiz bütün parçacıkları ve kuvvetleri açıklayabilen kuramı temel parçacıklar fiziğinin standart modeli olarak adlandırıyoruz. Geçen 30 yılda bu kurama dayanarak birçok öngörüde bulunduk ve bunların hepsi de deneysel olarak kontrol edildi ve doğrulandı. Standart model 1970’lerin başında kurgulanmıştı. Nötrinoların kütleli olduğunun gözlemi dışında hiçbir düzeltmeye gerek duyulmadı. O zaman fizik neden 1975’te nihai bir bütünselliğe erişemedi? Geriye ne kalmıştı?
Bütün kullanılışlığına rağmen standart modelin büyük bir kusuru var. Ayarlanabilir çok sayıda sabit içeriyor. Bildiğimiz kadarı ile kuram bu değerler hakkında seçici değil: Hangi değerleri seçersek seçelim tutarlı bir kuram olarak kalmaya devam ediyor. Bu sabitler parçacıkların özelliklerini belirliyor: Bazıları kuarkların ve leptonların kütlesini, diğerleri kuvvetlerin şiddetini. Bu sayıların gözlenen değerinin neden böyle olduğu hakkında bir bilgimiz yok; sadece deneyler aracılığı ile onları belirleyip kuramda yerlerine koyuyoruz. Eğer standart modeli bir hesap makinesi gibi görürsek, bu sabitler de makinanın üzerinde yer alan ayar düğmelerine benziyor. Bu sabitlerden yaklaşık 20 adet var. Bu kadar çok serbestçe ayarlanabilir sabit olmasını temel bir kuram olma iddiasındaki standart model için bir utanç kaynağı olarak görüyoruz, diyor Lee Smolin. Ertek de diyor ki, madem bu sabitler sadece deneyler aracılığı ile bulunuyor, hepsini bul koy, iş bitsin!!! Deneyle bulunamıyorsa kuram ne yapsın?!!! Smolin’le devam ediyoruz. Bu sabitlerden herbiri bilgilerimizdeki eksikliklere işaret ediyor: Gözlenen değerlerin fiziksel sebeplerini ya da buna yol açan mekanizmaları anlamıyoruz.
Proton ve nötronun her ikisi de üçer kuarktan oluşur. Mezon denilen diğer parçacıkların içinde ise kuark ve anti kuark vardır. Bu buluş 1960’ların başında Caltech’teki Gell-Mann ve Cenevre’deki CERN laboratuarında çalışan Zweig tarafından yapılmıştır. Caltech fizikçisi Richard Feynman, protonun ve nötronun kuarklardan yapılmış olup olmadığını gösterebilecek deneyler önerdi. Bu deneyler daha sonra SLAC sisteminde gerçekleştirildi. 1967’de Weinberg ve Pakistanlı fizikçi Abdus Salam birbirlerinden bağımsız olarak, kendiliğinden simetri kırılmasını kullanarak elektromanyetik ve çekirdek kuvvetlerini birleştiren somut bir kurama vardılar. (Elektro zayıf kuvvetlerin Weinberg-Salam modeli) Çekirdek kuvvetlerini iletmekle yükümlü olan ve fotona benzeyen parçacıklar W+, W- ve Z öngörülen özelliklere sahip olacak şekilde keşfedildiler. CERN’de bulunan Higgs bozonunun kütlesi 120 proton kütlesindedir. Bir fermiyonu bir bozonla değiş tokuş etmek ve sonunda da kararlı bir dünya resmine ulaşmak, ilk bakışta çılgınca gözükebilecek bir fikirdir. Buna rağmen, dört Rus bilimci Likthman, Yuri Golfand (1971’de), Vladimir Akulov ve  Dimitri Volkov (1972’de) tarafından oluşturulmuştur. O günlerde batı bilimcileri Sovyetler Birliği’ndekilerle iletişim içinde değildi. Sovyet bilimcilerinin seyahat etmesine çok ender durumlarda izin veriliyordu ve Sovyet kökenli olmayan dergilerde yayın yapmalarına da engel olunuyordu. Bu sebepten SSCB’de gerçekleştirilen birçok keşif batı tarafından takdir edilemiyordu. Süpersimetri fikrinin de akibeti böyle oldu. 1973’te Avrupalı fizikçiler Julius Wess ve Bruno Zumino farklı birçok süpersimetrik kuram buldular. Bir elektron protondan 1800 kat daha hafiftir. İki proton arasındaki elektrik itme kuvveti aralarındaki kütle çekim kuvvetinden 1038 kat daha büyüktür. Richard Feynman, süpersimetri ve fazladan boyutların gerçek olup olmadığına dair şöyle diyor: “Hiçbir şey hesaplamıyor olmalarını beğenmiyorum. Deneylerle uyuşmayan herşey hakkında hep –iyi de, hala doğru olabilir- demelerine yarayan bir açıklama, bir tertip uydurmalarını beğenmiyorum. Yeni birşey üretmiyor, neredeyse hep mazur görülmesi gerekiyor. Doğru gözükmüyor.” diyor. Diğer bir muhalif, standart model üzerine olan çalışmalarıyla Nobel ödülüne layık görülmüş Sheldon Glashow: “Ama süper sicim fizikçileri kuramlarının gerçekten de çalıştığını daha gösteremediler ki, standart modelin sicim kuramının mantıksal bir sonucu olduğunu ispatlayamadılar.” diyor. “Resimlerinde proton ve elektronlar gibi şeylere yer olup olmadığından bile emin değiller.” deyip ilave ediyor, “Ne hala daha deneyler için ufacık da olsa bir öngörüde bulunabilmiş değiller. Daha da kötüsü, süper sicim kuramı doğa hakkında ikna edici temel birtakım varsayımların mantıksal bir sonucuymuş gibi gözükmüyor.”
Birinci süpersicim devrimi: Dönüm noktası Green ve Schwarz’ın yaptığı ve sonucu sicim kuramının sonsuzluklar içermeyen ve tutarlı bir kuram olduğu hakkında güçlü kanıtlar sunan bir hesaptı. Princeton Üniversitesi ve İleri Araştırmalar Enstitüsü’ndeki herkes bütün kuramsal fizikçiler konu üzerinde çalışmaya başladılar. Kısa sürede sicim kuramının biricik olmadığı anlaşıldı. Tutarlı tek bir kuram yerine, on boyutlu uzay-zamanda beş tutarlı süpersicim kuramı kurulabiliyordu. Bu gelecek 10 yıl boyunca çözülemeyecek bir bilmece yarattı. Zaman geçtikçe sicim kuramının da bir birleştirmeye ihtiyacı olduğu anlaşıldı. 1995’te gerçekleşen süpersicim devrimi tam olarak da bunu sağladı. Bu devrimin doğuşu genellikle Edward Witten’in mart ayında Los Angeles’ta düzenlenen bir sicim konferansında yaptığı konuşmaya bağlanır. Evrenin başlangıcında çok uzun sicimlerin yaratıldığı ve bunların hala varlıklarını sürdürdükleri sonucuna varılabilir. Evrenin genişlemesi bu sicimleri milyonlarca ışık yolu uzunluğuna getirmiştir. Onları süper iletkenlerde gerçekleşen kuantumlanmış manyetik akı çizgilerine benzetebiliriz.
Evrenin hayatının başlarında soğuması sonucu gerçekleşen faz dönüşümü esnasında yaratılırlar. Eğer uzak bir galaksi ile aramızda kozmik bir sicim varsa sicimin oluşturduğu kütleçekim alanı bir mercek gibi davranacak ve galaksinin görüntüsünü kendine has bir şekilde çoğaltacaktır. Ama aynı gözlem Hubble uzay teleskopu aracılığı ile tekrarlanınca bunun aslında birbirine çok yakın iki galaksiden oluştuğu anlaşıldı. Chicago’daki Enrico Fermi Enstitüsü’nde çalışan Friedan, “sicim kuramı bir fizik kuramı olarak başarısızlığa uğramıştır. Uzun mesafeler fiziği üzerine hiçbir şey söyleyememektedir, söyleyemez de. Gerçek dünyanın bilinen özellikleri üzerine hiçbir açıklama getiremediği gibi öngörüde de bulunamaz, hiçbir inandırıcılığı yoktur.” diyor.  
23.02.2019
Doç.Dr.Çetin ERTEK


21 Şubat 2019 Perşembe

16 OCAK 2019’DA FİGES A.Ş.’DEN DR. REŞAT UZMEN’LE TELEFON GÖRÜŞMESİ



Tarık Bey’e ve Reşat Bey’e gönderilecek notlar double (copy) fission chamber, on-line olarak, toryumlu ergimiş tuz reaktöründe (TETR):
1) U-235 fisyonlarını,
2) U-238 fast fisyonlarını ,
3) 232Th+1nà 233U fisyonlarını
10 lt.lik bir fisyon odası aletinde devamlı olarak ölçme kabiliyetine sahiptir. Bu son derece önemlidir. TETR’lerde fisyon olaylarının anında kontrolü en az malzeme ile en yüksek güce çıkma optimumunu bize gösterecektir. Sıcak karışımdan fisyon ürünlerini çektiğimizde durum reaktör operatörü tarafından bilinçli olarak takip edilebilecektir. Ergimiş tuz içine U-233 veya U-235 zerk edilebilecektir. Durum daha yakından daha etkili kontrol edilebilecektir. Ölçme işi kazan içinde veya dışında gerçekleştirilebilir. 650o-700o C’de ölçü yapabilecek kapasitede pompa ve yapı gerektirir. Fisyon odası (double-fission chamber) kovensiyonel reaktörlerde, U-238’in hızlı nötronlarla yaptığı hızlı fisyon miktarını ölçmek için hızlı fisyon faktörü tarif edilir. Çifte fisyon odası ile de hem U-235 fisyonları, hem de U-238 fisyonları aynı anda bu aletle ölçülür. Bu faktör daima pozitiftir ve birden büyüktür.
Toryum ergimiş tuz reaktörlerinde bu aletten faydalanmak imkanı vardır. Eski tip reaktörlerde sistem heterojen olduğu için, yakıt çubuklarından alınan ince uranyum diskleri aletin içine monte edilir. Ölçülecek foil (örnek) katı haldedir. Fisyon odası içindedir. Alet alüminyumdan yapılmıştır. Aletin alüminyumdan çıkan gazları alınır. Alete 1 atmosfer basınç uygulanır, içi argon gazı ile doldurulur. 700 Volt’luk voltaj tatbik edilir. U-235 ve U-238 iki katodu vardır. Fisyonlar ölçülerek, hızlı fisyon faktörü bulunur. Bu alet ve dizaynı 1955 yılına kadar çok gizli olmak şartı ile kullanılmıştır. 1955-58 nükleer enerjinin sulhçu gayelerle sivil sektöre açılmak kararından sonra (Amerika ve Rusya tarafından) elektrik üreten güç reaktörlerinde kullanılmaya başlamıştır. Toryum ergimiş tuz reaktörlerinde alet, hemen kazan dışında, ince levha halinde yakıtın aletin ortasından laminer bir akış ile geçişi ile çalışır. Kazan reaktör operatörünün fisyonların sayısına ve nereden geldiğine (U-235, U-238 ve U-233) hakim olmasını sağlar. Sistemi, puls şekillerinin (coinsidance) ve elektronik imkanlarla yakıtın dinamiğini derinlemesine anlamak için kullanabiliriz. Alüminyum yerine nikeli bol paslanmaz çelik, alet yapımı için elverişli olabilir. (İçerde veya dışarda çalışma şartlarına göre)
Kazanın dışında, sıcaklık tedbirleri alınmış, izoleli gama sintilasyon sayıcıları uygun yerlere yerleştirilmelidir. Alınan enerjiye bağlı spektrumlar sistem dinamiği, radyasyon seviyeleri, negatif sıcaklık katsayıları hakkında gerekli bilgiyi verecektir. Türkiye ergimiş tuz toryum reaktörünün pilot planı üzerinde, gerek simulatörlerle, gerek deneysel düzeneklerle çalışmalarını ileri düzeyde yapmalıdır. Karışım toryum florür mü? Toryum klorür mü olacak? Uranyum için optimum konsantrasyon şartları ne olmalı? Toryum her enerjideki nötronlarla çarpıştığında fisyon yapan U-233 meydana getirdiği için optimizasyon şartları uranyum kadar keskin değildir. Burada optimizasyon yani en az yakıtla maksimum güç eldesi heterojen reaktörlere nazaran tamamen farklı bir durum arzetmektedir. Sistem modülerdir. Toryum ergimiş tuz reaktörlerinde pompa ile kazan içinden örnek almak sistemin sıcaklığına göre değişir. Reaktör kalbindeki madde 300, 350o C’de katılaşır. 650o C’de çalışırken sıvı örnek alıp analizine başlamak özel tedbirleri gerektirir. 20-25o C’ a kadar örneği indirebilirseniz solvent extraction yapabilirsiniz. Aksi takdirde 650-700o C’da fisyon gazlarının sistem içinden alınışı habbecikleri kullanılarak yapılabilir. (Bu hususta Dr. Reşat Uzmen’in uzmanlığından istifade etmek gerekir.) Ergimiş bizmutla redox olayını kullanarak platin ayrıştırılması vs. Tirityumdan kurtulmak vs. Sistemde basınç zaten çok düşüktür. Dış basınçtan çok az daha düşük olacaktır, partikül yayılmasına bu şekilde mani olunur. Soğutma işlemleri levha şeklinde laminer soğutmalarla ısı değiştiriciler vasıtasıyla (heat exchangers) yapılır.
Soğutmada araştırmalar, nano teknoloji ile elde edilen parçacıkların %4 sisteme ilavesiyle (volume fraksiyonu) konveksion akışında, heat transfer coefficient (ısı transfer katsayısı) %8.3 bir yükselme görülür. Reynolds sayısı yükselir, Darcy friction faktörü alçalır. Soğutucu yağ veya glikol içine TiO2, Al2O3 gibi nano parçacıklar katılarak sistemin verimi yükseltilir. Nano soğutucular, tribology, kimya, çevre durumlarında ve kaplamada kullanılır.
Toryum ergimiş tuz reaktörlerinde toryumklorür veya toryumflorür yakıt olarak kullanılır. Sistemin içine fisyonu başlatmak için U-235 konur. Kozmik nötronlarla veya Am-Be gibi nötron kaynakları ile kazan içinde fisyon olayı gerçekleştirilir. Fisyondan fisyon ürünleri çıkar, toplam enerjisi 162 MeV’tur. Bu fisyon parçalarının kinetik enerjisidir. Fisyondan 5 MeV ile Beta parçacıkları da çıkar. 5 MeV luk gama ışınları da çıkar. Bunların toplam enerjisi 6 MeV’tur. Grand total fisyondan çıkan enerji 195 MeV tur. Fisyon ürünlerinin enerjisi sıcaklık olarak ortaya çıkar, nötron enerjileri ve ani gama ışınları enerjisi çok kısa zamanda enerjilerini ortama verirler. Fisyon ürünlerinin beta ve gama enerjileri yavaş yavaş ortaya çıkar. Bundan dolayı atom reaktörünün çalışmasının ilk durumlarında 174 MeV fisyon başına elde edilir. Bu yavaş yavaş artar, 184 MeV’a çıkar. Anti nötrinoların enerjisi de 195-184 = 11 MeV’tur. 1 MeV= 1.6 10-6 erg = 1.6 x 10-13 Watt saniye. Tek bir U-235 çekirdeğinden 3.2 x 10-11 Watt saniyelik enerji çıkar. 1 Watt saniyelik enerji için 3.1 x 1010 fisyon gerekir. 1 gr uranyumda 6.02 x 1023/235= 2.6 x 1021 atom vardır. Tamamının fisyonu 8.3 x 1010 Watt saniye enerji verir. Bu da 2.3 x 104 kilowatt saat aşağı yukarı 1 megawatt günlük enerji verir. U-233’ün de fisyonu gene aynı şekildedir. Kazanda:
          Th232 + n à Uβ233 à   reaksiyonu meydana gelir.
%84 U-233 kararlı çekirdekler meydana getirir. Bu da toryum ergimiş tuz reaktörlerinin en büyük avantajıdır. Plutonyum-239 meydana gelmez. Kazanın yapı malzemesi Hastelloy N’dir. Korrozyona dayanıklıdır. Japonlar yakıt olarak kazanda Dr. Kazuo Furukawa önderliğinde ergimiş florür tuzlarıyla çalışmaktadır. Projenin adı FUJİ’dir. Düşük zenginlikte uranyum da kullanmaktadır. (Lityum, berilyumflorür karışımı içinde) FUJI tasarımı 1000 Mwe ile orta boyutta 100-300 MWe ve 7-10 Mwe düşük güçte farklı modeller üzerinde durmaktadır.
FİGES A.Ş. firmasından Dr. Reşat Uzmen, “Konvansiyonel yakıtlı nükleer reaktörlerin artık 4. Nesil reaktörlere yerlerini bırakacağı herkes tarafından ifade edilmektedir. Elbette bu değişim milyarlarca dolar yatırımın yapıldığı, binlerce mühendis, teknisyen ve işçinin çalıştığı konvansiyonel nükleer reaktör sektöründe bir anda beklenmemelidir.Türkiye’nin bu yeni ileri ve kendi imkanlarıyla yapabileceği nükleer reaktör teknolojisinde, çalışmalara henüz başında iken katılmasının önemini kavrayan ve SAMOFAR projesine katılarak farkındalık yaratan FİGES A.Ş. diğer kamu (TÜBİTAK, TAEK, Üniversiteler...) ve/veya özel kurum ve kuruluşlarla ETR teknolojisine adım atarak milli ve yerli nükleer reaktörünü gerçekleştirmede kararlı ve azimlidir.” demektedir.
Güney Fransa’da ajanstaki arkadaşlarla gittiğimiz bilgi arttırma gezisinde, Lyon şehrinin güneyinde 1000 Mwe lik 4 atom reaktörünü gördüğümüzde dilim uçukladı. Önünde muazzam bir soğutma kanalı vardı. 10.000 işçi 4 yıl çalışarak bu su kanalını yapmışlar. Fransa, ihtiyacı olan elektriğin %80’ini nükleerden elde ederken, hemen hemen Afrika’nın kuzeyindeki bütün ülkelerin ihtiyacını nükleerden temin etmektedir. Onların herbirine konverter ve trafo binaları da inşa etmektedir. “Binlerce mühendisine çok iyi şartlarda iş imkanı sağlıyorsun” demektir. Almanya çok yakın zamanda Fransa’dan nükleer elektrik santrali alacağa benzer. Danimarka’nın deniz üstünde rüzgarla çalışan birçok santrali balıkların o bölgeye uğramaması yüzünden büyük problemler yaşamaktadır. Danimarka’nın balık yetiştirme ve balık konserve sanayiinde komşu ve diğer ülkelerden 20 sene ilerde olduğunu düşünürseniz. 1987’de Japonya’da, Japan Times’da 8 sütun üzerinden full sayfa müthiş bir makaleyi incelemiştim, (Konserve balıkların diet programları vs) hayretler içinde kalmıştım. Bakalım Danimarka bu büyük problemi nasıl halledecek? Belki o da Fransa’dan nükleer elektrik enerjisi satın alır. Ekolojik denge çok ama çok önemlidir.
Burada yeri gelmişken üzerinde durulması gerekli bir olayı irdelemek ve bu hususta önemli bir uyarıda bulunmak isterim. 26 Nisan 1986 gece saat birbuçuk. Çernobil’de nükleer santralde patlama oldu. Güzel yurdumuzun kuzeyi ve kuzeybatısı etkilendi. Bizim çaylardaki radyoaktivite, fındıktaki durum, sütteki kontaminasyon vs bizim gündemimizde haftaları hatta ayları aldı. Ankara’daki üniversitelerimizle, ÇNAEM’in ölçüleri mukayese edildi. Şunu hemen ifade edeyim ki, sakin kafayla şimdi bile ölçülenleri, yazılanları çizilenleri incelerseniz ÇNAEM’deki ölçülerin inanırlığı derhal ortaya çıkar. Panik halinde bu işi hiç yapmamış kişi ve kuruluşların yanlış sonuçları derhal ortaya çıkar. Çekmece bu ölçüleri, o zaman 26 yıldan beri yapıyordu. Müthiş bir birikimi vardı. Primer ve sekonder standart ölçü laboratuarları vardı. Çok kıymetli, yetişmiş güzide profesyonel teknisyenleri vardı. Şimdi hala var. Bu çok önemli, nötron akısı, gama alanı ölçmeleri rutin olarak, hassas bir şekilde yapılıyordu. Acele ile hiç birikiminiz olmadan, tecrübeniz olmadan, acele satın aldığnız ölçme aletleri ile ölçmelere kalkmanız ilkelliktir. Bilhassa radyasyon ölçmelerinde doğru ve hassas ölçmeler büyük emeklerden sonra elde edilebilir. (Sistemde bir sistematik hata yoksa) Ölçmelerin 3,4,5,6 koldan (bunların hepsi birbirinden bağımsız ölçme metodları) aynı sonuçları elde etmeniz gerekir. Benim uranium kadmium oranı ölçmeleri 7 yıl sürmüştür. Çekmece onun için kuvvetli bir temeldir, doğru ölçmelerin kaynağıdır. Müthiş bilgi birikimi ve ciddiyet vardır. Arkadaşlar deneyim üzerine deneyim katmışlardır. Ben BNL’den Dr. Herbert Kouts yönetiminde onların standart pilini kullanarak Çekmece’nin nötron standardını inşa ettiğim zaman, birkaç türlü bağımsız metodu da (beta-gama eşzamanlı devreler gibi) devreye sokmuştum. Sonunda Amerika’dan nötron akı standardı için altın varak kullanacakları yerde uranyum varak kullanmışlar. Bu konuda, uranyum varak ölçmelerde birçok sistematik hataya sebebiyet verir. Standardizasyon bittiğinde Dr. Herbert Kouts bana “şimdi sen bizim standardı standartlaştırıyorsun” demişti. Sonuçta parafinden yapılmış bizim standart pilimiz, belli bir noktada 4.2 x 104 n/cm2 saniye nötron akı değerini gösteriyordu. Bu sonuç sonra hastanelere dağıtılan bütün radyo-izotopların nötron kaynağı ödevini gördü. İş zor ve maliyetli idi. Dos hesapları bu değeri kullanarak yapıldı.
Çernobil kazası olduğunda, benim odamdan birkaç oda ilerde değerli Ukraynalı nükleer fizikçi arkadaşım Dr. Nikolai Kocheref oturuyordu. 15 gün içinde Çernobil’e gitti ve dönüşünde bana kısaca olayı anlattığında çok üzülmüştüm. Operatörler reaktörde hiç de önemli olmayan bir deneyi yapmayı kafalarına koymuşlardı. (Ne yazık ki!) Reaktörün birbirinden bağımsız üç tane otomatik kapatma sistemi vardı. Deneyi yapabilmek için (çok büyük hata yaparak) her üç kapatma sistemini devre dışı yaptılar. Nükleer reaktörler bu tip hataları hiç ama hiç affetmezler, ne yazık oldu.
Avusturyalı nükleerci prof arkadaşım, 27 Nisan 1986 gününü Viyana atmosferinde çok bol miktarda Çernobil’in tavanından çıkan karbon atomlarını (is) ölçüyordu. İs’in difüzyon katsayısı en yüksektir. Avusturya’nın 250 noktasında hergün belli başlı partiküller, partikül dedektörleri ile ölçülür. Bu sistemi doktor olan cumhurbaşkanlığı adayı yıllarca önce kurmuştu. Bütün uğraşılarıma rağmen, Türkiye’nin önemli noktalarına dağılmış, meteoroloji istasyonlarına konulabilecek partikül dedektörlerini koyduramadım. Radyasyona ait merkezi sistemimiz TAEK ve ÇNAEM’de başarı ile çalışmaktadır, fakat partikül dedektörleri konulamamıştır. Daha önce yazmıştım. Viyana’da üniversitenin 3 km uzağında, bir binanın bodrum katında, kaçak nikel üretildiğini derhal bulup, gereğini yaptılar. (“Üniversite dediğin böyle olur” başlığı altında yazmıştım) ÇNAEM Karadeniz Uluslararası projede balıklarda, deniz altındaki bitkilerde geniş zararlı maddeler araştırmaları yapmıştır. Çekmece gölünde de önemli çalışmaları vardır. Dr. Gül Göktepe’nin çalışmaları ÇNAEM raporları halinde basılmıştır.
Ergimiş toryum tuzlu reaktörlerde, yakıtın negatif sıcaklık katsayısına sahip olması büyük avantajdır. Kazandaki yakıtın sıcaklığı arttıkça, kazandaki yakıt molekülleri reaktörün düşük enerjilere düşmesinin (reaktivitenin düşmesinin) sebebini meydana getirirler. Yakıtın negatif sıcaklık katsayısına sahip olması sebebi ile sıcaklık daha fazla yükselmez. ETR reaktörlerinde yüksek basınç olmaması büyük avantajdır. Reaktörü soğutmak için su kullanılmaz, ergimiş yakıtın kendisi kullanılır. Kaza durumunda “reaktör kalp erimesi” veya suyun ayrışarak hidrojen patlaması riski yoktur. Yüksek basınçla değil, atmosfer basıncında çalışır. ETR’ler yüksek sıcaklıkta ısı üretirler (500-600oC). Bu tip reaktörler üstelik nükleer atıkların “yakılarak” azaltılmasına katkı sağlarlar.
Burada bazı soruları ortaya atmak istiyorum: Büyük yapısal değişiklikler oldu. Başkanlık sistemi, Atom Enerjisi Kurumu’nun lisans veren kurum haline getirilmesi, ÇNAEM’in Teknoloji ve Atık Daire Başkanlığı’na dönüştürülmesi vs. Düzenleme Kurulu oluşturulacaktı, ne oldu? Bunlar idari düşüncelerdir. Şimdi diyelim, 10 Türk firması bir proto-tip ETR reaktörü yapmakta anlaşsalar, izinleri kimden alacaklar? Aranan başlama şartları neler olacak? Bir başka Türk firmasından iş adamı, KOZY’deki konferansımın molasında “ben ETR reaktörünü gemime monte edip, limanlarda elektrik enerjisi satmak istesem olur mu?” diye sormuştu. Ben de kendisine “gereken teknik yardımı elimizden geldiğince yaparız” demiştim. 10 MWe gibi düşük güçte karar verilecek bir proto-tip üzerinde çalışmak lazım. Artık makale yazmanın zamanı geçti, birşeyler yapmalıyız. Nereden başlayacağız? TÜBİTAK sanayi yenilik ağ mekanizması (SAYEM) yeni bir teşvik ve destek mekanizması kurulması, ÇNAEM’in sağlık fiziği ve radyasyon bakımından devreye dahil edilmesi, küçük ekiplerin her ilgili konuda kurulup çalışmaya biran önce başlaması nasıl olacak? TÜBİTAK’ın kendi 3 bölümünün (metalurji, malzeme ve enerji gruplarının) müşterek verdikleri proje ne durumda?
ÇNAEM merkezindeki dışardan ithal edilmiş (!) (880.000 ton bizde varken) toryumla ve mevcut uranyumla proto-tip için yakıt derhal temin edilmiş olur. Klorür ve florür molten salt haline getirilip kullanılabilinir. % 1.143 zenginleştirilmiş U-238’ten 104 kg Çekmece’de vardır.
Doç.Dr.Çetin ERTEK
16.02.2019

17 Şubat 2019 Pazar

NÜKLEER ENERJİNİN GELECEĞİ


                                       
                                                           
Giriş                        
Bilindiği üzere CO2 üretmeksizin enerji üretmenin ender yollarından biri elektrik enerjisini nükleer santrallarda üretmektir.  Ayrıca, üretim güneş ve rüzgar santrallarında olduğu gibi kesintili değildir. Bu nedenle nükleer enerjinin geleceği iklim değişikliği ile yakından ilgilidir ve bu mücadelenin en önemli elemanıdır.   Enerji ekonomisinin farklı bölge ve ülkelerdeki imkanları çok farklı olup enerji politikasını etkilemekte ve nükleer santrallardan enerji üretmek konusu zaman içersinde acil olmaktan çıkmakta ve çok geniş bir zaman aralığına yayılmaktadır.  Ayrıca, imalatçı ülkelerin  politikası alıcı ülkelerde  enerji konusunda bağımlılık yaratacak yöne evrilmekte ve bu tutum genel bir politik bağımlılığa olanak sağlayan düzeye ulaşabilmektedir.  Bu nedenle, satıcı ülke ve firmaların nükleer santral satışını arttırma gayretleri arkasında siyasi etkenleri de aramak gerekir.

İklim Değişikliği

İklim değişikliği ile savaşın hedefi, COP21 de belirlendiği üzere, atmosfer sıcaklığındaki artışın endüstri devrimi öncesi sıcaklığa göre 2C0’nin altında kalmasıdır.  Sonunda 1.5 - 2C0 aralığı daha uygun görülmüş ve 1,5C0 ‘nin üzerine çıkılmaması önemsenmiştir.  Asrın sonu için bu zor bir hedeftir.  Sıcaklık artışı zaten 1C0 civarına yaklaşmıştır.  Gelişmelere daha yakından bakılırsa: Paris anlaşması için her katılımcı ülke “Olası Ulusal Katkı”sını (INDC; İntended Nationally Determined Contribution) belirtmiş, düşük karbon emisyonu hedefini ortaya koymuştur.  Bu hedefler, anlaşmanın taraflarca onaylanmasından sonra “ Ulusal Katkı” (NDC) adını almıştır.  Paris Anlaşması öncesi iklim değişikliliğine karşı koymak için seçilen hedefler genel olarak 2100 yılında 2.7-3.0 C0 artış sınırlamasını gerçekleştirmek üzere belirlenmişlerdi.  Anlaşma sonrası, belirlenen hedefler emisyon artışının 2C0, hatta daha ileri gidilerek 1.5C0 ile sınırlandırılmak istenmesi  şeklinde yenilenmiştir.  Bu durumda, yeterli olamayacağı anlaşılan NDC’lerin yenilenmesi gerekmektedir.  Bu değişikliğin zaman kaybına neden olacağı da hesaba katılmalıdır. 

Bu durumda, rüzgar ve güneş kaynaklarını ve teknolojilerini seferber etmekten öte yeni olanaklara  gereksinme olduğu anlaşılmıştır.  Bunlar, CCS (Carbon Capture and Storage), nükleer enerji santralları ve son kullanıcıların yakıt seçimlerinde değişikliğe gitmeleridir.  Emisyon hedeflerinde bu değişiklik, her ülke için izlenmesi zor bir yol haritası ortaya koymuştur.  Evvelce izin verilen salınımların engellenmesi veya yapılmaması gerekecektir.

Bu arada, nükleer enerji karşıtlarının iklim değişikliği ile mücadelede bir geçiş planı olup bu planda nükleer enerjiye yer yoktur.  Bu durum bazı kişi ve kuruluşlarca incelenmiş ve bu karşı çıkışın bilimsel olmadığı gösterilmiştir.  Nükleer karşıtlığın teknolojik bağnazlığa dönüştüğü ortamda bu teknolojinin gelecekteki durumu ortaya konmalıdır.  Yukarıda konu edilen geçiş planı; enerji depolama tekniklerinin gelişmesine kadar ucuz doğal gaz kaynağını kullanarak iklim değişikliği ile mücadeleyi sürdürmek ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kesikli üretiminin neden olduğu dağıtım şebekesi sorunlarının üstesinden bu yöntemle gelerek söz konusu olan CO2 salınım seviyelerine nükleer santral kurmaksızın ulaşmak şeklindedir [1].  

COP 21 ve onu izleyen “Conference Of Parties” toplatılarında alınan kararlar uyarınca CO2 üretimi kısıtlanmalıdır. Detaylar konferans kayıtlarında bulunabilir.  Yukarıda belirtilen 1.5-2C0 aralığında sıcaklık artışı için halen 500 g/kWhe civarında olan CO2 üretimin, 2050 itibarıyla 10-25 g/kWhe ve 2060 itibarıyla 2 g/kWhe değerlerine düşürülmesi gerektiği anlaşılmaktadır.  Bu sınırlar güç sektörü CO2 üretim yoğunluğu için  IEA tarafından 2017 yılı değerlendirilmeleridir.  MIT tarafından yapılan son çalışmada bu değerler esas alınmıştır. Ancak, son değerin 2 yerine 1 g/kWhe  gerektiğine inanılmaktadır [2].

Birim Enerji Fiatı Hesapları

Enerji üretim fiatı hesaplarında, LCOE (Levelized Cost Of Energy) Tek seviyeye indirgenmiş Enerji Fiyatı yöntemi kullanılmaktadır.  Yöntem her teknolojiye uygulanmaktadır.  Dolayısı ile birim enerji fiyatlarının karşılaştırılmasında, eksikliklerine rağmen önemli bir yöntemdir. Ancak, burada gereken 2060 yıllarına kadar giden enerji birim fiatı hesaplarında farklı teknolojilerin enerji üretim fiatı yerine sistemin sağladığı fiyatın bilinmesidir.  Bu nedenle, öngörülen senaryolar çerçevesinde ve yıllara dağılmış enerji birim fiatının minimize edilerek sistem içesindeki üretim santrallarının çeşitliğine ve nükleer gücün yerinin olup olmadığına karar vermek üzere GenX  (a power system decision support tool) karar verme sistemi kullanılmıştır [2].  İngiltere için benzer bir örnek daha vardır [1].

Yukarıda belirtilen yıllara dağılmış CO2 salınım hedeflerini gerçekleştirecek farklı teknolojilere sahip enerji üretim sistemi ve sağladığı optimum enerji birim fiatı ($/MWhe), nükleer santralların varlığı ve yokluğu, santral birim maliyetinin yüksek ve alçak olması durumlarında ayrı ayrı incelenmişdir.  Sonuçda, optimum birim fiyatı sağlayan elektrik üretim sisteminin optimum teknolojik karışımı elde edilmiştir.  Hesaplamalarda detaylı giriş datası verilerek güvenilir sonuçlar elde edilmeye özen gösterilmiştir.  Örneğin, santral teknolojisi ile ilgili bilgilerin ötesinde üretim santrallarının saat başı değişen kapasite çarpanları ve talep değişimleri de modellenmiştir.  “Sermaye Maliyeti” nin ($/kW) ilgili yıla ait parasal değeri giriş datasına yansıtılmıştır.    

Nükleer santral inşaat koşulları ve özellikle santral inşa birim fiatları ($/kW, overnight cost) ülkeler arasında önemli farklar gösterdiğinden Nükleer Güç’e gereksinim de ülkeler ve coğrafi bölgeler arasında büyük farklılıklar göstermektedir.  Halen 500 (g/kWhe) civarında olan CO2 salınımı ve yeni nükleer santralların pahalı olması nedeni ile salınım kısıtlamasının gevşek olduğu bu devre için Kuzey Amerika ve Avrupada yeni Nükleer santral siparişi olasılığı azdır.  Diğer yandan 2050 yılı için CO2 salınım hedefi 25-10 g/kWhe değerine düşmektedir.  Bu hedefe ulaşmada yenilenebilir kaynaklardan yararlanmada zorluk vardır. Yenilenebilir enerji  üretiminde marjinal fiat artmaktadır.  Nükleer enerjinin dahil edilmesi enerji üretim fiatının sınırlanmasında yardımcı olmaktadır.  Gelecekte nükleer santral yapımının ucuzlaması ile bu avantaj artacaktır.  Dolayısı ile CO2 üretmeyen, enerji dağıtım ağına kesintisiz (dispatchable) enerji verebilen nükleer gücün iklim değişimi ile mücadelede önemi anlaşılmış olmaktadır.  Şu olasılığı da dikkate almak gerekir; CCS (Carbon Capture and Storage) üreyen CO2 gazının atmosfere salınmasını engelleyen bir yöntem olup başarılı olma şansı pek bilinmediği gibi üreyen gazı ne oranda engelleyebileceği belirsizdir fakat önem verilmektedir.  Dolayısı ile nükleer santralların ucuzlamasının önemi artmaktadır. 

Nükleer Santral Kurulum Maliyeti

Nükleer santral sermaye maliyeti (overnight cost) incelendiğinde görülür ki batı ülkelerinden Çin’e kadar 8000 - 2800 $/kW arasında değişmektedir.  Bu nedenle Kuzey Amerika ve Batı Avrupada nükleer santral inşa etmek karlı bir yatırım değildir.  Ancak, bu maliyeti azaltmak mümkündür.  Nükleer santral inşaatı çok farklı disiplinlere ait yöntemlerin ve her kademede kişilerin kullanıldığı bir inşaat türü olup uzun bir zaman aralığına yayılmıştır. Farklı gruplar arasında daha iyi bir organizasyonun ve çalışma planının yapılarak birim fiatın düşürülebileceğine inanılmaktadır.  Kaynak-2’de bulunan sonuçlardan aşağıda kısaca bahsedilmiştir. 

a)      Özellikle yeni tip santrallarda ilgili bölümün dizaynı inşaat başlamadan tümüyle tamamlanmış olmalıdır.  Uygun nükleer buhar sağlama sistemi (NSSS) deneyimli personeli ile hazır olmalıdır.
b)      İstenen kalitenin daha kolay tutturulabilmesi için, imalatçı temsilcileri de dizayn takımına alınmalıdır.
c)      Tek ve deneyimli bir kontrat menajeri ile çalışılmalı ve tüm alt yükleniciler ona bağlı olmalıdır. Projenin başarısında tüm yüklenicilere haklar sağlanmalıdır.
d)      İnşaatın seyrinde esnek bir idari anlayış egemen olmalı talep ve değişikliklerinin sonuçlandırılması sürüncemede bırakılmamalıdır.
e)      İnşaatın yapıldığı ülke koşullarına göre inşaat alanına az iş bırakmak uygun olabilir. Bu durumda modüler çalışma değerlendirilmesi yapılmalıdır. Değişen oranlarda fiyat avantajı sağlayabilir.

Sermaye masrafını azaltmak için sadece nükleer santral ve ilgili teknolojiler üzerine odaklanmanın yetmeyeceği anlaşılmaktadır.  Tüm inşaat gidişatı dikkatle düzenlenmeli, finansman giderlerinin en aza düşürülmesi için gereken yapılmalıdır.  

Çeşitli ülke ve araştırma merkezlerinde geleceğin reaktör tipleri üzerinde çalışılmaktadır.  Örneğin, su ile soğutulan ufak moduler reaktör (SMR), Helyum gazı ile soğutulan, yüksek ve çok yüksek sıcaklık reaktörleri (HTRG), (VHTR). Helyum gazı soğutmalı hızlı reaktör (GFR).  Sıvı metal soğutmalı hızlı reaktörler, (sodyum soğutmalı SFR, kurşun soğutmalı LFR). Ergimiş tuz reaktörleri (MSR) ve Avrupa ergimiş tuz reaktörü (MSFR) üzerinde çalışılmakta olan reaktör tipleridir. 

Nükleer Enerjinin Yol Haritası

Burada sözü edilen yol haritası Kaynak 2’de yapılan çalışmada alınan sonuçlardan esinlenerek yazılmıştır.  Yukarıda bahsedilen GenX  karar verme sistemi dünyanın 6 farklı bölgesine uygulanmıştır.  İki bölge Çin’de, İki bölge Avrupada (Fransa ve UK) ve iki bölge ABD’de (Texas, New England).  Böylece, optimum birim fiatını sağlayan elektrik üretim sisteminin optimum teknolojik karışımı elde edilmiştir.  Hesaplamalarda, zaman içersinde değişen CO2 salınım değerleri ve nükleer santralların varlığı ve yokluğu parametre olarak alınmışdır.  CO2 salınım değerleri 500, 100, 50,10, 1(g/kWhe) dir.  Nükleer güç ile ilgili olarak; yokluğu dışında varlığı hesaplara Nükleer Güç Sermaye Maliyeti, pahalı, nominal, ucuz ve çok ucuz olarak dört farklı değerde yansıtılmıştır.  Pahalı değer nominal değerin %25 üzerinde, ucuz değer %25 altında, çok ucuz değer ise %50 daha ucuz olarak alınmıştır (yukarıda sözü edildiği gibi, giriş datasında kurulu gücün sermaye maliyetinin ilgili yıla ait parasal değeri kullanılmıştır) Bu parametreler özet olarak;

CO2 Salınım değerleri: 500, 100, 50,10, 1(g/kWhe),
Nükleer Güç: Yok,
                         Var (sermaye maliyeti pahalı),
                         Var (sermaye maliyeti nominal değerde),
                         Var (sermaye maliyeti ucuz), 
                         Var (sermaye maliyeti çok ucuz).
New England (USA) için sonuçlar:  CO2 salınımı 500, 100. 50 (g/kWhe) değerleri için nükleer enerjinin varlığı, ortalama sistem enerji üretim fiyatında bir avantaj sağlamamaktadır.  Ancak sermaye maliyetinin çok ucuz olması durumunda nükleer enerji avantajlı duruma geçmektedir.  Bunun anlamı, bu bölgenin 10 (g/kWhe) salınım değeri için, diğer bir deyişle 2050 yıllarına kadar sistemde nükleer santrala ihtiyaç olmayacaktır.  Gerçi ucuz nükleer santral seçeneğinin bulunması sistemde 100 (g/kWhe) salınım değerinden başlayarak belirli bir avantaj sağlamaktadır.  Bu salınım değeri ise 2040’lı yılları göstermektedir.  İklim değişikliğine engel olmak için konulan CO2 salınım hedeflerini 2050 yılından sonra nükleer enerji olmaksızın tutturmaya imkan yoktur.  Özellikle 2060 yılından sonra 1 veya 2 (g/kWhe) CO2 salınım değerleri için nükleer santral bulunmayan bir sistemin ortalama sistem enerji üretim fiyatı en az %100 daha fazla ve kurulu gücün değeri ise beş kat daha fazla olabilecektir (Almanya’nın kritik yılları olacağı anlaşılmaktadır).  Texas (USA) için sonuçlar da benzer olup mutlak değerlerde farklar vardır.  Fransa ve İngiltere için benzer sonuçlar elde edilmiştir.  Sermaye maliyeti ucuz nükleer santral seçeneği 100 ve 50 (g/kWhe) salınım değerinden başlayarak avantaj sağlamaktadır. Çin’deki iki bölge için durum farklıdır.  Üretim sisteminde nükleer seçeneğin bulunması bugün dahi ortalama sistem enerji üretim fiyatında ucuzluk sağlamaktadır ve bu avantaj  yıllar içinde, diğer bir deyişle CO2 salınım hedefi azaldıkça hızla artmaktadır.

Bir önceki bölümde sözü edilen yeni teknolojilerin üzerinde önemle durulmalı ve bugünden başlayarak uygun bir nükleer enerji politikası ile reaktör seçimi ve geliştirilmesi çalışmalarına başlanmalıdır.  CCS yöntemi, eğer başarılı olursa, nükleer güç üretiminin artmasını etkileyecek bir unsur olarak görülmelidir.  2040 yıllarına kadar Kuzey Amerika ve Batı Avrupa’da Nükleer güç üretiminin azalacağı anlaşılmaktadır.  Bu devrede nükleer güç üretimine başlayacak olan ülkelerin toplam inşaat gideri konusunda dikkatli olmaları gerekmektedir.  Asya ülkelerinde, özellikle Çin ve Rusya için durum farklıdır.  Halen inşa halinde ve planlanmış pekçok reaktör vardır.  Geliştirilmekte olan yeni tip 4. nesil reaktörlerin 2050-60 yıllarında nükleer teknolojide büyük değişimlere neden olması olasılığı yüksektir.

KAYNAKÇA
  [1]   “The False Economy of  Abandoning Nuclear Power”, The New Nuclear Watch    Institute (NNWI) 2018.
  [2]   “The Future Nuclear Energy in a Carbon–Constrained World” An Interdisciplinary MIT Study, 2018.


Şarman Gençay
                                                      Emekli Öğretim Üyesi








13 Şubat 2019 Çarşamba

BEYİN GÖÇÜNÜ TERSİNE ÇEVİRMEK



Çeviremezsin kardeşim. 24.400 TL aylık da versen, çocuklarına burs da versen, okuma masraflarını da karşılasan gelmez kardeşim, gelmez. Lojman da verebilirsin. Dönecek olan o arkadaş, çalıştığı konuda, hemen çalışmalarına başlamak ister. Sen ona, o atmosferi büyük bir veya birkaç araştırma merkezini kurup 2000-3000 kişi çalıştırıyor musun? Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi 1960’ların başında kurulduğu zaman, içinde 220 kişi çalışıyordu. 2000 yılında içinde 2000 araştırmacının çalıştığı bir merkez olması düşünülüyordu. Sene 2019, 180 kişi çalışıyor (temizliği ile, güvenliği ile çalışanlar dahil). Hedefini niçin seçmedin Türkiyem. Türkiye olarak Toryumda dünya ikincisi olduğuna göre sen bu işe 1939 fisyon olayının keyfi ile başlamalıydın. (880.000 ton Toryum rezervin Eskişehir Sivrihisar’da seni bekliyor). Prof.Dr. Engin Arık, bu rezervin değerinin şimdiki iç ve dış borçlarının dolar toplamını al, 350 ile çarp, bu kadardır diyordu. Nur içinde yatsın. Türkiye’ye dönecek olan arkadaşa sen derhal gerekli aletleri ve imkanları hazırlayabiliyor musun?
Tam 60 yıldan beri halkımızı, talebelerimizi nükleerden uzaklaştıracak programlı, geniş çapta bir çalışmanın yürütüldüğünü gözlerimizle görmüyor muyuz? Türkiye’de yapılan deneysel çalışmalarla, kuramsal çalışmaların oranı acaba kaçlarda seyrediyor? Üniversitelerimizde fizik, kimya, biyoloji laboratuarları açılıyor mu, kapatılıyor mu? Üniversitelerimizde ne kadar çalma çarpma olayları oluyor? Fikir çalma, kaynak göstermeden bilgi apartmaları ne durumda? Bilgi paylaştıkça çoğalır. Bilgisi yoksa neyi paylaşacak? Liyakat ile işinde yükselme var mı? Yoksa eş dostlarla mı işler görülüyor? Dışardan gelecek haksızlıkları müşahade etmek için mi geliyor?
Japonya’da Türk Büyükelçiliği’nde bir resepsiyondaydık. 50 yaşlarında temiz yüzlü bir Japon arkadaş yanıma geldi. Çok güzel bir Türkçe ile konuşmaya başladı. Meğer üniversitede Türkolog imiş. Çok güzel bir sohbet oldu. Kendisi bana şunu söyledi:”Osmanlı’nın liyakata verdiği önemi inceledim, hayran kaldım. Bir insan yaptığı işi liyakatle yapıyorsa onu durduran bir engel Osmanlı’da yoktu” dedi. “Biz aynı şartlar Japonya’da olsa, ona bu sonsuz imkanı ananeli bazı gruplaşmalar yüzünden veremezdik” diye ilave etti. Viyana’da çok sevdiğim bir arkadaşımın masasının üstünde bizim ekaliyetten bir şahsın dile ait çalışmasını gösterdiği zaman şaşkına döndüm. 6 sütun üzerine binlerce sayfa pelür kağıdına basılmış ciltli bir eser, bu bir lügattı. Bunda 11 ayrı lisan incelenmişti ve bu lisanlardan ikisi artık ortadan kalkmış lisanlardı. Bu çalışmayı yapma imkanı ona liyakatından dolayı verilmişti.
İçinde 5000-6000 kişinin çalıştığı Toryum Araştırma ve Enerji Merkezi kurarsınız. 17 adet ender toprak elementlerinden ve Toryum Ergimiş Tuz kullanarak elde ettiğiniz enerji ile yurt içinde yılda sadece Toryumdan 75 milyar dolar kazanırsınız. Modüler enerji gruplarını ortaya çıkartırsınız, ihracat da yaparsınız, o zaman o arkadaş gelmek ister, liyakatlı ise işe alırsınız, değilse almazsınız. Kullanacağınız toryum size en az 400-500 yıl yeterlidir.
Doç.Dr.Çetin ERTEK
09.02.2019

BİR ÜLKENİN BÜTÜN LABORATUARLARINI KAPAT, O ÜLKEYİ KAÇ SENEDE KÖLE HALİNE GETİRİRSİN?



Deney demek laboratuar demektir. Bir rengi ortaya çıkarmak onu yapabilmek demektir. Knowhow demektir. Bilmek demektir, yapabilmek demektir. Türkiye’de projelerin, master tezlerinin, doktora tezlerinin, doktora sonrası çalışmaların yüzde kaçı deneyseldir? Yüzde kaçı kuramsaldır, teoriktir? Almanya’da meslek okullarının, yüksek meslek okullarının mezunları, lise ve üniversite mezunlarından niçin fazladır? Bu ülkenin sadece Çin’e yaptığı ihracat hacmi dudakları uçuklatır. Yedi milyonluk Avusturya 12 Nobelci çıkarır. Caterpillar’ların yağ kaçırmayan, bozulmayan keçeleri sadece bu ülkede yapılabilir. Tünel kazmadaki sivri uçların imalatı en süper şekilde Graz’da yapılır. Şehrin içindeki Atom Institüüde, benim değerli Avusturyalı arkadaşım, meslekdaşım Dr.Helmuth Böck şu anda 80 yaşında, merkeze hergün muntazaman geliyor. Dört tane de doktora talebesine doktora yaptırıyor. Onun patronu Enstitü direktörü Prof.Dr.Rauch 82 yaşında nötron difraksiyonu üzerinde deneyler yapıyor.
1970 yılında Amerika’dayım. Amerikan Nükleer Sosyetesi’nin senelik yaz toplantısındayız. Muhteşem makaleleri dikkatle dinliyoruz, notlar alıyoruz. Kalifornia’daki Bilimoth otelin çok muazzam salonlarında yüzlerce çalışmayı zor takip ediyoruz. Yüzlerce ve yüzlerce profesyonel nükleer mühendislerin bulunduğu bu mekanın hemen yanı başında gene güzel, büyük bir otelde bu sefer yüzlerce ve yüzlerce genç nükleer mühendis namzetleri kendilerine göre, kendileri toplantı yapıyorlar. Büyüklerin aynı ciddiyeti ile. Arada büyüklerin içine giriyorlar, birçok sorular hazırlamışlar, soruyorlar, öğreniyorlar, sonra arkadaşlarına gidip konuları özetliyorlar. Dört gün süren bir öğrenme, anlama cümbüşü. Ben bu toplantıda ordan oraya koşuşmaktan en az 3 kilo kaybetmişimdir. Ne güzel bir fikir değil mi? Yüzlerce ve yüzlerce profesyonel ilim insanlarının hemen yanıbaşında öğrenmek için çırpınan gençler. Bu müthiş fırsattan faydalanmak, sormak ve öğrenmek için. Bu güzel fikirden dolayı ANS’yi ne kadar takdir etsek azdır. Biz de bu fikri pekala tatbik edebiliriz.
Bundan 4000 sene geriye gidelim. Antalya civarında Perge’deyiz. Büyük stadyumun merdivenlerinin arka boşluğu yüzlerce dükkanla doluymuş o zamanlar. Sonra şehrin agorasına gittik. Tanıştığımız entellektüel bir mimar hanım agoranın özelliklerinden bahsettikten sonra, “bakın şu karşıdaki geniş yapıyı görüyor musunuz” dedi. Orası yetişkinlerin gittiği geniş bir sosyal mekanmış. Bu mekanın hemen yanında çocuklara ve gençlere ait sosyal bir mekan daha varmış. Yol o şekilde ayarlanmış ki, çocuklar kendi mekanlarına gitmeden önce yetişkinlerin sosyal tesisinin önünden geçmek zorundalarmış. Her geçişte büyüklerden birşey öğrenmek işten bile değilmiş ve bu amaçla bilerek plan ona göre yapılmış. Ne ince bir düşünce değil mi?
Oranın o zamanki belediyesi, şehre agora, çeşme, heykel, park gibi güzellikleri yapmıştı. Bu yapılanların büyüklü küçüklü toplamı tam 6400’lük bir aktiviteyi hediye etmiş, yaptırmış. (Mimar hanımın yalancısıyım)  
Doç.Dr.Çetin ERTEK
09.02.2019