Enerji Bilim Adamları Bölümü Gelecek Vaat Eden Yeni Plazma Kaçış Mekanizması ile Füzyon Dönüm Noktasına Ulaştı

Füzyon enerjisinde bir dönüm noktası olan yeni araştırmalar, plazma füzyon ısısının tokamak reaktörlerinde daha eşit bir şekilde yayıldığını gösteriyor ve hasar potansiyelini azaltırken reaktör verimliliğini ve genel ömrünü artırmanın yeni yollarını öneriyor.

Yeni bulgular ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı (PPPL) araştırmacıları tarafından, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve İTERŞu anda dünyanın en büyük füzyon deneyi, ticari ölçekli reaktörlerin plazma füzyonu sırasında büyük miktarlarda çok yoğun ısı egzozu ürettiğinde, bunun reaktörün iç kısmına inanıldığı kadar potansiyel olarak zarar vermeyebileceğini ortaya koyuyor.

Yeni araştırma, füzyon reaktörlerinin operasyonel ömrünü uzatmak için yeni fırsatlara izin verebilir ve füzyon işlemi sırasında ısının ve parçacıkların plazmanın kenarındaki iki kritik bölge arasındaki hareketi hakkındaki önceki algıları altüst edebilir. Yeni araştırma, PPPL Yönetici Baş Araştırma Fizikçisi Choongseok Chang tarafından yönetildi.

Tokamaklar, bilim adamlarının üretmek için kullandıkları büyük toroidal (yani çörek şeklinde) cihazlardır. Sıcak plazmalardan kontrollü füzyon reaksiyonları. Çalışırken, bir tokamak içindeki sıcaklıklar, Güneş’te doğal olarak meydana gelen süreçleri taklit eden ve bu güneş sıcaklıklarını yaklaşık on kat aşan füzyonu sağlamak için genellikle 150 milyon santigrat dereceyi aşabilir.

Tokamaklar, plazmaları cihazın çekirdeği içinde sınırlamak için manyetik alanlara ihtiyaç duyuyor, ancak birkaç parçacık ve aşırı ısı kaçacak ve iç duvarlara çarpacak.

Ancak Chang ve ekibinin bulgularına göre, kaçan bu parçacıklar önceki bulguların öne sürdüğünden daha geniş bir alana dağılıyor ve böylece ciddi hasar potansiyeli sınırlanıyor.

Geçmişte, füzyon reaksiyonları sırasında egzoz ısısının, saptırma plakaları adı verilen şeye daha dar bir şekilde odaklanacağı kabul ediliyordu. Tokamak iç duvarının bu kısmı, egzoz ısısının ve parçacıkların tokamak içindeki sıcak plazmalardan uzaklaştırılmasına yardımcı olmak açısından çok önemlidir. Bununla birlikte, saptırıcı plakalar boyunca oluşan konsantrasyonlar bazen hasara neden olabilir ve bu da ticari ölçekli kullanım potansiyelini sınırlandırır.

Chang ve ekibi tarafından gerçekleştirilen ve X-Noktası İçeren Gyrokinetic Code (XGC) olarak bilinen bir bilgisayar kodunu içeren yeni simülasyonlarda, plazma parçacıkları esas olarak manyetik alanın yüzeyi boyunca bir yol tutarak, içindeki sınırlı plazmayı ayıran sınır alanını bozar. saptırıcı bölgeye gelen plazmayı içeren serbest plazmadan tokamak.

Zamanla, Chang’ın araştırması iyonların sınırı geçiyor gibi göründüğünü, ısı yükünü saptırıcı plakanın çok odaklanmış bir bölgesine odakladığını ve plazma türbülansının negatif yüklü elektronların sınırı geçmesine yol açtığını ve bunun da saptırıcı üzerindeki ısı çarpma bölgesini büyük ölçüde genişlettiğini gösterdi. Plakalar şu anda Fransa’da montajı devam eden çok uluslu füzyon tesisi ITER’de.

Ancak Chang ve uluslararası ekibin son araştırması, daha önce sabit olduğuna inanılan son sınırlama yüzeyinin füzyon sırasındaki plazma türbülansından rahatsız olduğunu ve bunun araştırmacıların “homoklinik düğümler” olarak tanımladığı duruma yol açtığını ortaya çıkardı.

Homoklinik düğümlerin, ısı çarpması bölgesinin genişliğini, yalnızca türbülansa dayalı olarak gösterilen geçmiş tahminlerden yüzde 30 kadar daha fazla arttırdığı bulundu. Chang ve ekip, simülasyonlarında keşfettikleri daha geniş ısı dağılımının, saptırıcı plazmasına yabancı madde enjeksiyonundan kaynaklanan ışınımsal soğutma ile eşleştirildiğinde dalgıç yüzeyinin hasar görme ihtimalini çok daha az hale getirdiğini söylüyor.

Her ne kadar bir tokamak içindeki son hapsetme yüzeyine tamamen güvenilmese de, yeni araştırma yine de bu kararsızlığın aslında füzyon performansını artırabileceğini ve kararlı durum çalışması sırasında saptırıcı yüzey hasarı olasılığını azaltabileceğini gösteriyor.

Ani plazma enerjisi salınımı riski de azalır. Bu bulgular, füzyon enerjisi araştırmacılarının, tokamak reaktörlerinin gelecekteki ticari kullanımıyla ilgili olarak karşılaştığı, performansı sınırlayan başlıca iki soruna değiniyor.

Micah Hanks, The Debrief’in Genel Yayın Yönetmeni ve Kurucu Ortağıdır. Kendisine şu adresten e-posta yoluyla ulaşılabilir: micah@thedebrief.org. Çalışmalarını şu adreste takip edin: micahhanks.com ve X’te: @MicahHanks.



Kaynak