Nükleer Füzyon, Bizim Tahmin Ettiğimizden Çok Daha Fazla Gücü Ortaya Çıkarabilir

Çığır açan yeni bir araştırma, tokamakların içindeki füzyon reaksiyonlarının, önceden düşünülenden çok daha fazla enerji üretebileceğini gösteriyor.

École Polytechnique Fédérale de Lausanne'deki (EFPL) İsviçre Plazma Merkezi'nden fizikçiler tarafından yürütülen araştırma, maksimum hidrojen yakıt yoğunluğunun "Greenwald Sınırı"nın yaklaşık iki katı olduğunu belirledi.

Füzyon reaktörlerinin aslında inşa edildikleri Greenwald Limitinden çok daha yüksek hidrojen plazma yoğunlukları ile çalışabileceklerinin keşfi, güney Fransa'da inşa edilen devasa ITER tokamak'ın çalışmasını etkileyecek ve ITER'in haleflerinin tasarımlarını büyük ölçüde etkileyecektir.

Ricci, teorik çalışmayı Avrupa çapında üç farklı füzyon reaktöründe - EPFL'nin Tokamak à Konfigürasyon Değişkeni (TCV), Culham'daki Ortak Avrupa Torusu (JET) ile Eksenel Simetrik Saptırıcı Deneyi (ASDEX)  verilerinin sonuçlarıyla birleştiren araştırma projesinin liderlerinden biridir. Ayrıca, Physical Review Letters dergisinde 6 Mayıs'ta yayınlanan bir araştırmanın baş yazarlarından biridir.

Simit şeklindeki tokamaklar, bir gün elektrik şebekeleri için elektrik üretmek için kullanılabilecek nükleer füzyon reaktörleri arasında en umut verici tasarımlardan biridir.

Bilim insanları, kontrollü füzyonu gerçeğe dönüştürmek için 50 yıldan fazla çalıştı; Çok büyük atom çekirdeklerini parçalayarak enerji üreten nükleer fisyonun aksine, nükleer füzyon çok küçük çekirdekleri bir araya getirerek daha da fazla enerji üretebilir.

Füzyon işlemi, fisyondan çok daha az radyoaktif atık yaratır ve yakıtı için kullandığı nötronca zengin hidrojeni elde etmek nispeten kolaydır.

Aynı süreç Güneş gibi yıldızlara da güç verir, bu nedenle kontrollü füzyon "kavanozdaki yıldıza" benzetilir; ancak bir yıldızın kalbindeki çok yüksek basınç Dünya'da mümkün olmadığı için, buradaki füzyon reaksiyonlarının çalışması için Güneş'ten çok daha yüksek sıcaklıklar gerekir.

Örneğin, TCV tokamak içindeki sıcaklık, 120 milyon santigrat derece olabilir. Buna kıyasla Güneşin çekirdeği, yaklaşık 15 milyon Santigrat derecedir.

Birkaç füzyon enerjisi projesi şu anda ileri bir aşamada ve bazı araştırmacılar, şebeke için elektrik üreten ilk tokamak'ın 2030 yılına kadar çalışabileceğini düşünüyor.

Dünya çapında 30'dan fazla hükümet, 2025'te ilk deneysel plazmalarını üretecek olan ITER tokamak'ını (Latince'de "Iter" "yol" anlamına gelir) finanse ediyor.

Ancak ITER, elektrik üretmek için tasarlanmamıştır; ancak DEMO reaktörleri olarak adlandırılan ITER'ye dayalı tokamaklar 2051 yılına kadar çalışıyor olabilir.

Yeni hesaplamaların merkezinde, 1988'de limiti belirleyen MIT fizikçisi Martin Greenwald'ın adını taşıyan Greenwald Limiti yer alıyor.

Araştırmacılar, yakıt yoğunluğunu belirli bir noktayı aştıklarında füzyon plazmalarının neden kontrol edilemez hale geldiğini bulmaya çalışıyorlardı ve Greenwald bir tokamak'a dayalı deneysel bir sınır elde etti.

Bilim insanları, Greenwald Sınırının iyileştirilebileceğinden uzun süredir şüphelenseler de, Ricci, 30 yıldan fazla bir süredir füzyon araştırmasının temel bir kuralı olduğunu söyledi.

Bununla birlikte, en son çalışma, Greenwald'ın limitini elde etmek için kullandığı hem deneyleri hem de teoriyi genişleterek, ITER'nin kapasitesini artıracak ve DEMO reaktörlerinin tasarımlarını etkileyecek çok daha yüksek bir yakıt yoğunluğu limiti ile sonuçlanıyor.

Anahtar, bir füzyon reaksiyonunun güç çıkışı arttıkça bir plazmanın daha yüksek bir yakıt yoğunluğunu sürdürebileceğinin keşfiydi.

Ricci, yakıt yoğunluğundaki bu kadar büyük bir artışın tokamakların güç çıkışını nasıl etkileyeceğini henüz bilmenin mümkün olmadığını, ancak bunun sorunsuz gerçekleşmesinin olası olduğunu söyledi ve araştırmalar, daha fazla yakıt yoğunluğunun füzyon reaktörlerini çalıştırmayı kolaylaştıracağını gösteriyor.