Nükleer füzyon yöntemi nedir?
Her gün nükleer füzyon reaksiyonlarına tanık oluyoruz. Nükleer füzyon reaksiyonları, yıldızların ve güneşin enerji kaynağıdır.
Nükleer Füzyon reaksiyonun sonucunda iki hafif atom çekirdeği birleşir ve daha ağır bir çekirdek oluşur. Oluşan tek bir çekirdeğin kütlesi iki önceki çekirdeğin kütlesinden daha küçük olduğu için enerji açığa çıkıyor. Güneş’in dev kütlesinin yerçekiminin ve milyonlarca dereceye ulaşan sıcaklığının neden olduğu basınç, normalde birbirini itmesi beklenen atomların birleşmesine neden oluyor.
Aslında, bilim adamları 1930’lu yıllardan beri kontrollü bir şekilde nükleer reaksiyonları taklit etmeye çalışıyorlar. Bununla birlikte, bu reaksiyonu başlatmak için harcanan enerji, reaksiyondan elde edilen enerjiden daha fazla olduğu için verimli bir kaynak olarak dönüştürülemedi. Fakat yeni yapılan çalışmalarla artık bu sorunun da önüne geçilebilmektedir. Fakat içerdeki enerji miktarı arttıkça ortaya farklı sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bunlardan biri de plazma-malzeme etkileşimlerdir.
Plazma Malzeme Etkileşimleri
Bir füzyon santralinin içindeki plazma asla mükemmel bir şekilde sınırlandırılmaz; bir kısmı duvarlarla etkileşime girerek hem plazmayı hem de duvar malzemelerini değiştirir. Sıcak plazma ile plazmaya bakan duvar arasındaki etkileşim, çok sayıda zararlı sonuç üretebilir.
- Enerjik bir plazmaya maruz kalmak, bir malzeme duvarının malzemesini aşındırabilir ve santralin ömrünü kısaltabilir;
- Plazma yakıtı duvarlara yerleştirilebilir ve orada hapsolabilir, böylece füzyon yakıt döngüsünden çıkarılabilir;
- Füzyon reaksiyonu sonucunda nötronlar duvar malzemelerinin termal ve mekanik özelliklerini değiştirebilir;
- Aynı zamanda belirli plazma koşullarına maruz kalma, karmaşık nano ölçekli yüzey yapılarının büyümesine ve gelişmesine neden olabilir. Duvar malzemesi seçimi ayrıca plazma performansını önemli ölçüde etkiler çünkü duvardan aşınan veya dışarı atılan malzeme plazmaya kirletecek ve onu soğutacaktır. Bu karmaşık plazma-duvar etkileşimlerinin ardındaki fiziği anlamak, ticari olarak uygulanabilir bir füzyon enerji santralinde bu zararlı etkileri en aza indirebilmek, hafifletebilmek veya önleyebilmek için önemlidir.
Plazma-malzeme etkileşimleri, MIT’de bulunan CSTAR iyon hızlandırıcı tesisindeki özel deneylerde ve Alcator C-Mod tokamak üzerinde incelenmektedir. CSTAR’da iyon hızlandırıcılar, malzemeleri teşhis etmek ve plazma maruziyetinin bir sonucu olarak değişen özellikleri ölçmek için yüksek enerjili iyonlar kullanır. Yüksek enerjili iyonlar ayrıca bir füzyon reaktörü ortamından beklenen nötron hasarını simüle etmek için de kullanılabilir. Alcator C-Mod tokamak, metalik tungsten ve molibden duvar malzemelerini reaktör benzeri koşullara maruz bırakarak duvardaki ve plazmadaki değişiklikleri teşhis eder ve azaltma stratejileri geliştirir. Alcator C-Mod’daki deneyim, MIT ekibini tamamen metalik duvarlara sahip tokamakları çalıştırma ve bu ortamda karşılık gelen plazma-malzeme etkileşimlerini anlama konusunda dünya lideri yapar.
Max Planck Institute for Plasma Physics’te yapılan çalışmalar ise şu şekildedir:
- Gelişmiş tungsten bazlı malzemeler
- Gelişmiş tungsten malzemelerde döteryum tutulması
- Taramalı elektron mikroskobu
- GLADIS’te erozyon araştırmaları
- Tungsten, elyaf takviyeli tungsten
- Kendi kendini pasifleştiren tungsten alaşımları
Kaynak:
psfc.mit.edu/
ipp.mpg.de/en
Derleyen: Atalay Bozdoğan – Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Öğrencisi
