Yıldızlara güç veren süreç olan nükleer füzyon, temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak büyük umutlar vadediyor. Ancak bunu ticari ölçekte başarmak için bir reaktör içinde son derece sıcak ve yoğun plazma üretmek ve aynı zamanda bu plazmayı stabil bir şekilde hapsetmek gerekiyor. ABD Enerji Bakanlığı altında çalışan General Atomics'teki araştırmacılar, plazmayı yüksek yoğunluk seviyesine çıkarmayı ve bunu uzun süre korumayı başardı.
Yoğunluk ve hapsetme zorluğu
Füzyon enerjisinin ticari ölçekte hayata geçirilmesi için daha yoğun ve daha iyi hapsedilmiş plazma elde etmek büyük önem taşıyor. Yüklü parçacıklardan oluşan bir gaz olan bu plazmanın, parçacıklar arasındaki doğal itme kuvvetinin üstesinden gelmek ve atom çekirdeklerinin birleşerek muazzam miktarlarda enerji açığa çıkardığı süreç olan füzyonu başlatmak için yüz milyonlarca santigrat derece sıcaklığında olması gerekiyor.
Güçlü manyetik alanlardan yararlanan halka şeklindeki tokamak reaktörleri, füzyon enerjisinden yararlanmak için önde gelen teknolojilerden biri olarak araştırmalarda sıklıkla kullanılıyor. Ancak tokamak reaktörlerinin süper yoğun plazma üretme konusunda engellere sahip olduğu biliniyor. Buna Greenwald limiti deniyor.
Greenwald limiti nedir?
Greenwald limiti, spesifik olarak plazma basıncının manyetik alan basıncına oranı ile ilgili bir durum. Adını fizikçi Martin Greenwald'dan alan Greenwald limiti, manyetik olarak hapsedilmiş bir füzyon plazması boyunca sürdürülebilecek maksimum basınç miktarını tanımlayan kritik bir eşiği ifade ediyor.
Füzyon reaksiyonunda plazma basıncı, manyetik alan basıncında belirli bir eşiği aştığında tokamak içerisinde plazmanın muhafaza edilmesi ve reaksiyonun ilerletilmesi bozuluyor veya kararsızlıklara sebebiyet veriyor. Ayrıca bu limitin aşılması, tokamak'ın kendisine de büyük zararlar verebilir.
Daha önceki haberlerimizde aktardığımız gibi, tokamak’lar ve stellarator gibi nükleer füzyon reaktörlerinde amaç, füzyon reaksiyonlarının gerçekleşebileceği ve büyük miktarlarda enerji üretilebileceği koşullara ulaşmak ve bu koşulları sürdürebilmektir. Buradaki en önemli zorluklardan biri, füzyon için gerekli olan aşırı sıcak plazmayı kontrol etmek ve sürdürülebilir halde tutmaktır.
Potansiyelin kilidi açıldı
General Atomics'teki araştırmacılar ise uzun süredir devam eden bu engeli aştı. Yapılan deneylerde araştırmacılar, standart yüksek hapsetme modundan yaklaşık yüzde 50 daha iyi bir enerji hapsetme kalitesiyle Greenwald limitinden kabaca yüzde 20 daha yoğun kararlı plazma üretmeyi başardıklarını söylüyorlar.Araştırmacılar, Greenwald sınırını aşmaya yönelik önceki girişimlerin, hapsetme kalitesinde güçlü bir düşüşe ve hatta plazma enerjisinde ani veya tam bir kayba neden olduğunu söylediler.
Tokamak reaktörlerindeki bir diğer engel de plazma içindeki kararsızlıkların yönetilmesi. Bu kararsızlıklar reaktörün iç bileşenlerine zarar verebiliyor. Yeni araştırma sadece Greenwald limitini aşmakla kalmıyor, aynı zamanda bu kararsızlıkları kontrol etmek için potansiyel çözümlerin ipuçlarını da veriyor. Tokamak reaktörlerdeki bir diğer zorluk da plazmanın merkez sıcaklığıyla en dış uçlarındaki sıcaklıklar arasındaki dengeyi koruyabilmek. Füzyonu tetiklemek için çekirdeğin kavurucu derecede sıcak (yüz milyonlarca santigrat derece) olması gerekirken, reaktör duvarlarıyla temas halinde olan kenarın ise hasara yol açmayacak kadar soğuk tutulması gerekiyor. Araştırmada bu zorluğun çözümüne dair potansiyel çözümlere değiniliyor.
