Füzyon Paradoksunun Çözümü Neden Daha Fazla Gücün Bazen Daha Az Isı Anlamına Geldiğini Açıklıyor

70 yıldır füzyon, enerji krizine nihai çözüm olarak tanıtılıyor, ancak bunu gereken ölçüde başarmanın zor olduğu kanıtlandı. Bunun bir nedeni, küresel tokamak test reaktörlerindeki  bir anormalliğin, ek giriş gücünün, sıcaklıkların istendiği gibi yükselmesi yerine düşmesine veya daha yaygın olarak statik kalmasına sebep olabilmesidir. Yeni araştırma olası bir açıklama sağlıyor, bu da ticari füzyonun önündeki daha az engel anlamına geliyor.

Füzyon gücü, küçük atomları (hidrojen gibi) bir araya getirerek daha büyük atomlar haline gelmelerini, e=mc2 formülünün tanımladığı gibi muazzam miktarda enerjiye dönüşen süreçte küçük miktarlarda kütle kaybetmeyi içerir. Bunun mümkün olduğunu biliyoruz çünkü her gün dev bir füzyon reaktörü göklerimizden geçiyor ve geceleri daha uzak binlercesini görebiliyoruz.

Girilmesi gerekenden daha fazla gücü serbest bırakan sürdürülebilir füzyon farklı bir konudur. Bunun için Güneş'in kalbindekine benzer koşullara ihtiyacımız var. Muazzam sıcaklıklar bir bileşendir; Physical Review Letters'daki bir makale, üretimlerini engelleyen bir etkenin açıklamasını sunar.

Şimdiye kadar, sürekli füzyon üretmenin en popüler fikri, plazmayı hiçbir katı kabın hayatta kalamayacağı sıcaklıklarda ve eşit derecede büyük basınçlarda sınırlamak için manyetik alanların kullanılmasını içerir.

Bunun için en yaygın tasarım bir toroidal tokamak, yani halka şekli, içerir. Bu cihazların yavaş ilerlemesinden bıkan bazı füzyon bilim insanları bunun yerine küresel tokamaklara döndü. Bunların merkezinde hala silindirik bir delik vardır, ancak bunun yerine bir top ile çevrelenir. Hangi tasarımın daha iyi olduğu konusunda tartışmalar devam ediyor. Bununla birlikte, yeterli sayıda insan, küresel tokamakları daha uygun maliyetli olarak görmektedir ki, bir problemin ilk karşılaşıldığı Ulusal Küresel Torus Deneyi dahil, birçoğu bu biçimde inşa edilmiştir.

Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndan Dr. Stephen Jardin yaptığı açıklamada, "Normalde, ne kadar fazla ışın gücü koyarsanız, sıcaklık o kadar yükselir." dedi. Bu sağduyu gibi görünüyor - doğrusal bir ilişki beklemeyebiliriz, ancak kesinlikle daha fazla ışın gücünün sıcaklıkları en azından biraz yükseltmesi gerekir. Ancak, on yıldan fazla bir süredir fizikçiler bunun tam tersini bildiriyor ve önerilen açıklamaların gözlemleri açıklamak için yetersiz olduğu kanıtlandı.

Jardin ve ortak yazarlar, belirli bir seviyenin üzerindeki güç girişinin sınırlayıcı manyetik “yüzeyleri” parçalamayı artırdığını, kısıtlı plazmayı kararsız hale getirdiğini ve artan harekete yol açtığını gösteren bilgisayar modellemesi yaptılar. Plazma yer değiştirirken, enerji yayar ve bazen girilen fazladan gücün üstesinden gelir.

Jardin, "Sonuçlar, küresel tokamak deneylerini tasarlarken ve çalıştırırken, plazma basıncının [tesisteki] belirli konumlarda belirli kritik değerleri aşmamasını sağlamak için özen gösterilmesi gerektiğini gösteriyor." dedi. "Artık bu değerleri bilgisayar simülasyonları yoluyla ölçmenin bir yolu var."

Dr. Stephen Jardin, daha fazla gücün neden bazı durumlarda daha düşük sıcaklıklar anlamına gelebileceği paradoksunu çözmek için kullandığı bazı modellemelerle.

 

Gerekli gücün bu sorunlar ortaya çıkmadan uygulanıp uygulanmayacağı – ve uygulanamazsa, nasıl çözülebileceği – zamanla görülecektir, ancak en azından nedenini bilmek, çözme ihtimali olduğu anlamına gelir.

Sorun, geleneksel şekilli tokamaklarda net olarak görülmese de, yazarlar, toroid şekilli en az beş araştırma tokamakında ilgili sorunların neler olabileceğine dair raporlar olduğunu belirtiyorlar.

Bu, inşa etmek ve çalıştırmak için gerekenden daha fazla güç üreten füzyon reaktörlerinin önündeki birçok engelden sadece biridir. Onlarca yıldır süregelen heyecana rağmen, bırakın uygun maliyetli olanları, çalışan reaktörler çok uzaklarda, ancak bu, önümüzde daha az engel olduğu anlamına gelebilir.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.