Rekor Kıran Nükleer Füzyon Deneyi

Bir saniyede 10 katrilyon wattlık güç yayarak rekor kıran bir nükleer füzyon deneyinin arkasındaki sır ortaya çıktı. Bu sır, kullanılan yakıt kapsülünün içindeki "kendiliğinden ısınan" veya "yanan" bir nötron-ağır hidrojen plazması.

Geçen yıl, Kuzey Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları, Ulusal Ateşleme Tesisi'nde (NIF) saniyenin 100 trilyonda biri için 1,3 megajul enerji ile rekor bir salınımı duyurdular.

İki yeni araştırma makalesinde, NIF bilim insanları, başarının, füzyonun gerçekleştiği dünyanın en güçlü lazer sisteminin kalbindeki küçük boşluk ve yakıt kapsülünün hassas mühendisliğinden kaynaklandığını belirtiyor.

Araştırmacılar, yakıt kapsülünün yalnızca yaklaşık bir milimetre çapında olmasına ve füzyon reaksiyonu çok kısa sürmesine rağmen, enerji çıkışının Dünya'ya çarpan güneş ışığından gelen tüm enerjinin yaklaşık yüzde 10'una eşit olduğunu bildirdi.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndan (LLNL) bir fizikçi olan Annie Kritcher, "Yanan bir plazma, füzyon reaksiyonlarından gelen ısıtmanın plazmadaki baskın ısıtma kaynağı haline gelmesidir, bu da füzyonu başlatmak için gerekenden daha fazladır" dedi.

Kritcher, 26 Ocak'ta Nature Physics'te yayınlanan ve NIF'nin yanan plazmayı elde etmek için nasıl optimize edildiğini açıklayan bir çalışmanın baş yazarı ve aynı gün Nature'da yayınlanan ve NIF'deki ilk yanan plazma deneylerini detaylandıran başka bir çalışmanın ortak yazarıdır.

Nükleer füzyon, güneş gibi yıldızlara güç veren süreçtir. Plütonyum gibi ağır atom çekirdeklerini daha küçük atom çekirdeklerine bölerek enerji üretmek için Dünya'daki enerji santrallerinde kullanılan nükleer fisyondan farklıdır.

Nükleer füzyon, atom çekirdekleri bir araya geldiğinde, daha büyük çekirdekler halinde büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

En basit füzyon türleri hidrojenle beslenir ve araştırmacılar nükleer füzyonun bir gün Dünya okyanuslarındaki bol hidrojeni kullanarak nispeten "temiz" bir güç kaynağına dönüştürülebileceğini umuyorlar.

Yıldızlar çok büyük olduklarından, güçlü yerçekimleri, füzyon reaksiyonlarının çok yüksek basınçlarda gerçekleştiği anlamına gelir. Ancak burada, Dünya'da bu tür basınçlar mümkün değildir ve bu nedenle füzyon reaksiyonları bunun yerine çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmelidir.

(Gay-Lussac yasasına göre, belirli bir hacimde, bir gazın sıcaklığı arttıkça basınç da artar ve bunun tersi de geçerlidir.)

Farklı deneyciler, yüksek sıcaklıklarda bir füzyon reaksiyonunu sürdürmek için farklı yöntemler önerir ve Ulusal Ateşleme Tesisi, "atalet hapsi" adı verilen bir yaklaşımda uzmanlaşmıştır. Atalet hapsi yaklaşımı, termonükleer silahların test edilmesi için öncülük etmiştir ve uygulanabilir bir güç kaynağı olmaktan çok uzaktır. Böyle bir güç kaynağının, faydalı miktarlarda enerji üretmek için yeterince büyük bir enerji çıkışına sahip olması için her saniye bu tür birkaç yakıt peletini buharlaştırması gerekir.

Ancak NIF, yalnızca çok kısa anlar için de olsa, son zamanlarda olağanüstü yüksek enerji çıktıları elde etmede başarı göstermiştir. Ağustos ayındaki deney, yakıt peletinden içine konulduğu kadar enerji üretmeye yaklaştı ve araştırmacılar, gelecekteki deneylerin daha da güçlü olmasını bekliyorlar.

Bu çalışma, hem yakıt kapsülünü (peleti çevreleyen polikarbonat elmastan yapılmış küçük bir küresel kabuk) hem de onu içeren boşluğu- hohlraum olarak bilinen altınla kaplı küçük bir tükenmiş (çok radyoaktif olmayan) uranyum silindirini dikkatlice şekillendirerek elde edildi.

Yeni tasarımlar, peleti ısıtan NIF lazerlerinin hohlraum içinde daha verimli çalışmasına ve yakıt peleti "patlarken" kapsülün sıcak kabuğunun hızla dışa doğru genişlemesine izin verdi.

Fizikçi Alex Zylstra, "Bu, koyduğumuz enerjiye göre füzyondan büyük miktarda enerji üretme yolunda gerekli bir adım olduğu için önemlidir" dedi. Zylstra, ilk yanan plazma deneylerine öncülük etti ve bunlarla ilgili Nature çalışmasının baş yazarıdır.

Atalet hapsi füzyonunun bir güç kaynağı olarak kullanılabilmesi için daha birçok bilimsel kilometre taşına ihtiyaç duyulacak olsa da "yanan" bir plazma elde etme adımı, bilim insanlarının süreç hakkında daha fazla bilgi edinmelerini sağlayacaktır, dedi.

Zylstra, "NIF'de yanan plazmalar artık bu tür koşulları bilimsel olarak inceleyebildiğimiz yeni bir rejimde" dedi.

Kritcher, atılımın, yalnızca atalet hapsi füzyonu yoluyla elde edilen reaksiyonlarda değil, diğer füzyon reaksiyonlarında da (tokamaklarda meydana gelenler gibi) kullanılabileceğini ve nükleer füzyonun eskisinden daha iyi anlaşılmasını sağlayacağını belirtti.

Bu çalışma, tüm füzyon topluluğu için zengin bir anlayış sağlayacak yeni bir plazma fiziği rejimine erişim sağladığı için önemlidir.