Nükleer Füzyonda Büyük Kırılma: “Yoğunluk Sınırı” Aşıldı

Çin’in tamamen süper iletken Deneysel Gelişmiş Süper İletken Tokamak’ı (EAST) ile çalışan bilim insanları, füzyon plazmasının geleneksel sınırların çok üzerinde yoğunluklarda kararlı kaldığı, uzun zamandır tahmin edilen “yoğunluksuz rejim” olarak bilinen bir duruma ulaştılar.

Bu başarı,füzyon enerjisinin en kalıcı fiziksel zorluklarından birini çözmeye yönelik önemli bir adımı işaret ediyor. Bulgular 1 Ocak’ta Science Advances dergisinde yayınlandı.

Yeni Bir Yüksek Yoğunluklu İşletme Stratejisi
Araştırma, Prof. Ping Zhu ve Doç. Ning Yan’ın ortak liderliğinde gerçekleştirildi. Ekip, EAST’te yeni geliştirilen yüksek yoğunluklu bir işletme yaklaşımı kullanarak, tokamak deneylerini tipik olarak durduran şiddetli kararsızlıkları tetiklemeden, uzun zamandır kabul edilen ampirik sınırların çok ötesine çıkarılabileceğini gösterdi.

Nükleer Füzyon Enerjisi İçin Plazma Yoğunluğu Neden Önemlidir?
Nükleer füzyon, temiz ve güvenilir bir enerji kaynağı olarak kabul görmektedir. Döteryum-trityum füzyonunda, optimum reaksiyonlar üretmek için yakıtın yaklaşık 13 keV’e (150 milyon Kelvin)kadar ısıtılması gerekir. Bu aşırı sıcaklıklarda, füzyon güç çıkışı plazma yoğunluğunun karesiyle artar. Bununla birlikte, on yıllardır tokamak deneyleri bir üst yoğunluk sınırı ile kısıtlanmıştır. Bu sınırın aşılması genellikle plazma hapsine zarar veren ve cihazın kararlılığını tehdit eden bozulmalara yol açarak daha yüksek füzyon performansına ulaşmayı zorlaştırır.

Plazma Duvarı Kendiliğinden Organizasyon Teorisi
Plazma duvarı kendiliğinden organizasyonu (PWSO) olarak bilinen daha yeni bir teorik çerçeve, bu sınırları anlamanın farklı bir yolunu sunmaktadır. Bu kavram ilk olarak D.F. Escande ve arkadaşları tarafından önerilmiştir. Teoriye göre, özellikle fiziksel püskürtmenin plazma-duvar etkileşimlerine hakim olduğu sistemlerde, reaktörün plazma ve metal duvarları hassas bir dengeye ulaştığında yoğunluksuz bir rejim mümkün hale gelir.

EAST, Yoğunluksuz Rejime Nasıl Ulaştı?
EAST deneyleri bu fikrin ilk deneysel doğrulamasını sağladı. Araştırmacılar, başlangıçtaki yakıt gazı basıncını dikkatlice kontrol ettiler ve her plazma deşarjının başlangıç aşamasında elektron siklotron rezonans ısıtmasını uyguladılar. Bu erken aşama kontrolü, plazma-duvar etkileşimlerini en başından itibaren optimize etmeye yardımcı oldu. Sonuç olarak, safsızlık birikimi ve enerji kayıpları önemli ölçüde azaldı ve plazma yoğunluğunun başlangıç ​​aşamasının sonunda istikrarlı bir şekilde artmasına olanak sağladı. EAST, PWSO tarafından tahmin edilen yoğunluksuz rejime başarıyla girdi ve geleneksel sınırların çok üzerindeki yoğunluklarda bile kararlı çalışma sürdürüldü.

Füzyon Ateşlemesi İçin Çıkarımlar
Bu sonuçlar füzyon ateşlemesine giden yolda, tokamak işletiminde uzun süredir var olan yoğunluk bariyerinin nasıl aşılabileceğine dair yeni bir bakış açısı sunuyor.

Prof. Zhu, bulguların tokamaklarda ve yeni nesil yanan plazma füzyon cihazlarında yoğunluk sınırlarını genişletmek için pratik ve ölçeklenebilir bir yol önerdiğini söyledi.

Associate Pro. Yan, ekibin yakın gelecekte EAST’teki yüksek tecrit operasyonu sırasında aynı yöntemi uygulamayı planladığını ve daha da yüksek performanslı plazma koşulları altında yoğunluksuz rejime ulaşma hedefini ekledi.

Haberin Kaynağı: scitechdaily.com/china-advances-toward-fusion-ignition-with-major-plasma-breakthrough/

Haberi Derleyen: Elif Gül Türkmen / Eskişehir Teknik Üniversitesi / Yüksek Lisans Öğrencisi