Gerçekten de geçen yılın sonlarında dünyanın en yoğun lazerinde füzyon ateşlemesinin ve enerji kazanımının başarılması önemli bir bilimsel başarıydı. Yine de pratik bir enerji kaynağı olarak füzyon, bir çıkmaz sokak değilse bile, çok uzakta olacaktır. Bilim insanlarının çoğunluğu, füzyonun dönüm noktasının gerçekleştiği Ulusal Ateşleme Tesisi’nde (NIF) kullanılan strateji ile lazer güdümlü bir füzyon enerji santralinin inşa edilmesinin, sonunda gerçeğe dönüşse bile, mümkün olmadığı konusunda hemfikirdir.
Döteryum-Trityum Yakıtı
Aralık ayında gerçekleştirilen atışta, döteryum-trityum yakıtından oluşan küçük kapsüllere lazerle vurularak ateşlemenin asla sağlanamayacağını söyleyen kuşkucuları susturdu ve füzyon yakıtına ateşlenen 2 MJ’lük enerjinin 1,5 katını üretti.
ABD Donanma Araştırma Laboratuarı’nın lazer füzyon şubesinin emekli şefi ve NIF’in stratejisinin eski kararlı muhaliflerinden Stephen Bodner, ateşleme ve yanmayı gösterdiklerine ve bunun çok önemli bir başarı olduğuna inanıyor.
Duyuruyu çevreleyen abartıya rağmen başarılı atıştan elde edilen füzyon enerjisi verimi, NIF’in 192 ışınını çalıştırmak için elektrik şebekesinden kullanılan 300 MJ’nin %1’inden daha azdı. Ve açığa çıkan enerji on çaydanlığı ısıtmaya yetecek kadardı. Birçok bilim adamına göre, füzyonun ekonomik olarak uygulanabilir olması için, füzyon reaksiyonlarından elde edilen enerji kazancının yakıt kapsülünde biriken enerjiden en az 100 kat daha fazla olması gerekir (ya da NIF atışından iki kat daha fazla).
Üç ulusal laboratuvarda füzyon Ar-Ge’si alanında çalışmış bir danışman olan Bedros Afeyan’a göre, NIF’in başarısı sonucunda IFE şu anda ticarileşme yolunun %10’unu kat etmiş durumda.
NIF atışları arasındaki birkaç saatin aksine, bir IFE enerji santralinin en az birkaç saniyede bir lazer atışı yapması gerekecektir. Makinenin kendi yakıtını üretmesi de gerekecektir; bu yakıt daha sonra son derece sıcak bir reaktör odasına pompalandıktan sonra bir şekilde kısa bir süre için kriyojenik sıcaklıklarda muhafaza edilmesi gereken son derece küçük kapsüllere yüklenecektir. Dahası, tesis maliyet açısından rekabetçi bir şekilde hidrojen, elektrik veya endüstriyel proses ısısı üretmelidir.
IFE geliştiricileri, enerji üretiminden ziyade nükleer silah operasyonlarını modellemek için oluşturulan NIF’ten uzaklaşırken, en az üç temel sorunun yanıtlanması gerekiyor. Birincisi, NIF tarafından kullanılan ve ışığın önce x ışınlarına dönüştürülerek peletleri ezdiği dolaylı tahrik yöntemi mi taklit edilmeli yoksa lazerin ışığı yakıt kapsüllerini doğrudan mı patlatmalı? İkinci olarak ne tür bir lazer bu işi en iyi şekilde yapabilir? D-T yakıtını taşıyan hedefleri tasarlamanın ve büyük miktarlarda üretmenin en uygun maliyetli yolu nedir? Lazer füzyonu ekonomik hale getirilebilirse, bu endişelere verilecek yanıtlar çok önemli olacaktır.
Doğrudan tahrik, çeşitli lazer türleri kullanan Focused Energy ve LaserFusionX adlı iki ABD’li girişim tarafından sürdürülmektedir. Orinda, Kaliforniya merkezli Longview Fusion Energy Systems, NIF tarzı, tamamen dolaylı tahrik stratejisi oluşturuyor. Redwood City, Kaliforniya merkezli Xcimer Energy tarafından dolaylı-doğrudan hibrit bir strateji geliştirilmiştir.
Birçok lazer uzmanına göre dolaylı tahrik, makul bir maliyetle güç yaratmak için gereken kazanç derecesine ulaşmak için yeterince verimli hale getirilemez. Rochester Üniversitesi Lazer Enerjetik Laboratuvarı’nın emekli müdürü Michael Campbell’a göre, füzyon yakıtı kapsülünü çevreleyen içi boş silindir ya da hohlraum içinde UV ışınları emiliyor ve x ışınları yayılıyor, ancak çok fazla lazer enerjisi kaybediliyor.
Dolaylı tahrik daha sofistike hedefler gerektirir ve bunlar muhtemelen doğrudan tahrikin önerdiği temel küresel yakıt kapsüllerinden daha pahalıdır. NIF hedeflerinin her biri en az 10.000 dolara mal olmaktadır ve seri üretilmemektedir. Her gün patlatılacak yüz binlerce benzersiz hedefin her birinin ekonomik olarak uygulanabilir olması için 1 dolardan daha ucuza mal olması gerekir. Afeyan hedef tasarımının mümkün olduğunca basit tutulmasını tavsiye ediyor. “Dolaylı sürücüyü atlayın. Bu mümkün değil” diyor.
Kriyojenik D-T yakıtı taşıyan kapsüller, hedef odaya hızlı bir şekilde enjekte edilirken, dolaylı tahrikin hohlraumlarından belli bir düzeyde korunabilir. Yine de hohlraum patlamalarının geride bıraktığı enkaz hızla birikebilir ve bir temizlik sorunu oluşturabilir.
Doğrudan tahrik araştırmalarının çoğu, Omega lazerine de ev sahipliği yapan Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen Lazer Enerjetiği Laboratuvarı’nda yapılmıştır. Doğrudan sürücülerle çalışan araştırmacılar şimdiye kadar ateşleme için gereken tam simetriye sahip patlamalar yaratamadılar. Campbell’a göre, lazer ne kadar güçlü olursa ateşleme ve kazançla sonuçlanacak doğrudan tahrikli patlamalar için daha az hassasiyet gerekecektir.
Sadece 25 KJ’lik bir ışık çıkışına sahip olan Campbell, Omega’nın her durumda yetersiz olduğunu iddia ediyor. Plazmaların doğrudan tahrik modunda ateşlenmesini sağlamak için yeterli enerjiye sahip başka bir araştırma tesisi inşa edilmelidir.
Kaynak ve İleri Okuma: Physics Today – physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.5195
Günceleme: 13/03/2023 16:29