Plazma yüksek enerjili halde dolaşırken, tokamak duvarlarına doğru itildiğinde içteki bileşenlere zarar verebilir.
Füzyon araştırmacıları, reaktörlerdeki plazmaların enerjisini yükselterek daha küçük tokamak ekipmanı kullanır ve daha fazla güç üretmiş olurlar.
Kore’de yapılan yeni çalışmada, manyetik kontrollerin bu patlamaları başarılı bir şekilde yönetilebileceğini, bunun sonucunda düzgün akış ve daha az bakım gerektiğini gösterir.
Nükleer füzyon reaksiyonlarını içeren halka şeklindeki cihazlar olan tokamakların içindeki plazmaları yönetmek zor olabilir.
Güneş yüzeyinden püsküren güneş patlamalarına benzer çok sıcak plazma fışkırmaları, yüksek enerji seviyesinde çalışan sistemden kaynaklanır. Bu sıçramalar tokamak’ın iç bileşenlerini çok fazla ısıtabilir.
Uluslararası fizik araştırmacıları ekibi, tokamaklara zarar verebilecek bu plazma patlamalarını azaltmak için manyetik kontrol kombinasyonunu geliştirdi. Çalışmalar, bu yılın başlarında Physics of Plasmas dergisinde yayınlandı.
Plazma Kararsızlıkları Nedir?
Bir tokamak içinde, hidrojenin izotopu olan döteryum çok yüksek sıcaklıkta ve düşük yoğunlukta dolaşır. Aynı maddenin ikinci bir izotopu olan trityum da orada olabilir. Bir elementin izotoplarının çekirdeklerindeki nötron sayıları birbirinden farklıdır, ancak proton sayıları aynıdır.
Princeton Üniversitesinden Egemen Kolemen, bir tokamak içindeki plazmanın çekirdeğinin 100 milyon santigrat derece olabileceğini söylüyor. Duvar sıcaklığı 400 ila 1.260 santigrat derece arasındadır.
Torus, güçlü bir şekilde inşa edilmiş dış kabın içindedir. Döteryum halka şeklindeki torusun etrafında dolaşır. Elektromanyetik kuvvetler, döteryumu bu süreç boyunca yönlendirir. Plazmada, kenarda lokalize olmuş modlar gibi kararsızlıklar meydana gelirse, iyonlar torusa zarar verebilir.
Kolemen, kenarda lokalize olmuş modların plazmanın sonunda ortaya çıkan ve duvara çarpan ‘enerji patlamaları’ olduğunu açıklıyor. “Bu patlamalar makine duvarındaki ısı yükünde büyük artışlara yol açar.”
İlk füzyon araştırmalarında, plazma daha düşük enerjili bir durumda olduğu için kenar lokalize modlar oluşmuyordu. Son yıllarda füzyon araştırmacıları, tokamakları “H modu” olarak bilinen daha yüksek enerjili bir modda çalıştırmanın verimli olduğunu, çünkü küçük bir hacimde daha iyi performans sağladığını keşfettiler. Fakat H modunda döteryumun kontrol edilmesi daha zordur.
Kolemen, “Bu yüksek modu istiyoruz, ancak ısıyı artıran ve duvarı eritecek bu enerji patlamasına yol açan istikrarsızlığı istemiyoruz.” dedi.
Füzyon araştırmacıları kenarda lokalize olmuş modların sakinleşmesini sağlamak için çeşitli yollar denemişlerdir. Kolemen, bunların arasına diğer gazların da eklenmesini söylüyor. Makalede bilim insanları, süpersonik moleküler ışınlar enjekte etmeyi, küçük periyodik dikey denge yer değiştirmeleri kullanmayı açıkladılar.
Kolemen ve ortakları “3D bobinleri kullanmayı düşünüyoruz” diyor. Plazmanın enine kesitine göre simetrik olmayan elektrik ve manyetik alanlar oluşturuyorlar ve bunlar torusun reaktör etrafındaki pencereleri gibidir. Bu 3D bozulmayla yapılan şey, kenarın kararlılığını değiştirmektir. Ne yazık ki bu bozulmalar plazmayı sınırlamaktadır. Dinamik kontroller tam bu noktada devreye girer ve manyetik alanların ayarlaması yapılarak basıncın %10 ila %20 ‘sinin kaybını sağlar.
Kolemen şöyle açıklıyor: “Kullandığımız plazma simülasyonları var.”
“Temel olarak en uygun noktayı tanımlamaya ve ardından plazmayı ayarlamaya çalışıyoruz. Sonuç olarak, plazmanın mümkün olduğunca en yüksek basıncına ulaşmasını sağlamak, ancak kenardaki kararsızlıkların hiçbirinin olmaması… Kararsızlıklardan kurtulduk, yine de yüksek sınırlamayı koruduk.”
Makalede, deneyler sırasında dedektörün birkaç yanlış pozitif ve negatif sonuç verdiği, bu yüzden kalibrasyona özgü ayarlamaya dayanmayan dedektörle değiştirilmelidir.
SHINE Technologies’den Greg Piefer “Temel olarak, insanların teknik zorlukları çözeceklerine inanıyorum.” diyor. En azından günümüz teknolojisiyle pahalı makineler olacak. Çok sayıda egzotik malzemeyle karmaşık bir makine inşa edilmesi gerekiyorsa, maliyeti düşürmek biraz zaman alabilir” şeklinde açıklamada bulundu.
Piefer, füzyonun elektrik şebekelerine güç sağlaması gelecekteki yeteneği konusunda iyimser olacağını söyledi.
“Uzun vadede, insanların enerji üretme şeklinin bu olacağını düşünüyorum. Şu anda bir dönüm noktasındayız. Füzyon çağı dediğimiz şeyin başlamasına yardımcı olmak heyecan verici.”
Kaynak: popularmechanics.com/science/energy/a41094317/fusion-plasma/
Haberi Derleyen: Elif Gül Türkmen- Eskişehir Teknik Üniversitesi – Yüksek Lisans Öğrencisi
