Çorak ve samanlarla dolu bir arazide bir ateş yaktığınızı hayal edin. Bu yangına kontrolü elden bırakmadan ne kadar yakıt ekleyebilirdiniz? ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı‘ndaki (PPPL) araştırmacılar mecazi anlamda tam bu soruyu sordu. Ekip, soğumaya başlamadan önce plazmanın kenarındaki yüksüz veya nötr parçacıkların maksimum yoğunluğunu belirlemeyi başardı. Bir füzyon plazmasının kenarındaki nötr parçacıklar için maksimum yoğunluğu bilmek oldukça önemli çünkü bu, araştırmacılara füzyon reaksiyonunu nasıl ve ne kadar besleyecekleri konusunda değerli veriler verir. En nihayetinde ise daha kararlı reaksiyonlar için bu bilgiler kullanılabilir.
Nuclear Fusion’da sonuçları paylaşılan çalışmada Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) adı verilen bir füzyon plazma kabı içindeki deneylerden elde edilen gözlemlere, sayısal simülasyonlara ve analizlere yer veriliyor.
Lityum tokamak nedir?
Araştırmacılar genellikle füzyon deneylerinde hidrojen plazmasını tokamak adı verilen çörek şeklindeki kapların içinde tutmak için güçlü manyetik alanlar kullanırlar. Ancak bu tokamaklarda yaklaşımlar farklı olabiliyor. Bazılarında yönlendiriciler için karbon kullanılırken KSTAR gibi olanlarda tungsten kullanılabiliyor. PPPL’deki tokamakı özel kılan şey ise iç duvarlarının neredeyse tamamen lityumla kaplanmış olması.
Lityum, plazmadan çıkan hidrojen atomlarının çok yüksek bir yüzdesini tuttuğu için duvarın davranışında temel düzeyde bir değişime neden oluyor. Zira lityum olmasaydı reaksiyon esnasında çok daha fazla hidrojen duvarlardan sekerek plazmaya geri dönecekti. Araştırma ekibi, hidrojen için bu düşük geri dönüşüm ortamının plazmanın en uç noktasını sıcak tuttuğunu, plazmayı daha kararlı hale getirdiğini ve daha büyük bir plazma hacmi için alan açtığını bildirdi.
Peki buradaki amaç ne? En basit ifadeyle; lityum duvarlar sayesinde daha küçük bir füzyon reaktörü elde etmek ve böylece daha yüksek bir güç yoğunluğuna ulaşmak isteniyor. Nihayetinde bu araştırma, dünyanın ihtiyaç duyduğu uygun maliyetli füzyon güç kaynağına dönüşebilir. Araştırma ekibi, yaptıkları testlerde reaktör içindeki plazmanın uç kısmındaki nötr parçacıkların maksimum yoğunluğunu bu kısım daha soğumaya başlamadan önce belirledi. Ekip, bu alandaki plazma yoğunluğunun spesifik bir değerin (1 x 1019 m-3) altında kalması gerektiğini tespit etti. Bu önemli, çünkü LTX-β için ilk kez böyle bir seviye belirleniyor.
Stabil reaksiyonu sürdürmek
Lityum tokamakta yakıt iki şekilde eklenebilir: kenardan hidrojen gazı püskürtülerek veya nötr parçacıklar göndererek. Araştırmacılar, gelecekteki füzyon reaktörlerinde füzyonu uzun süre devam ettirecek ve aynı zamanda elektrik şebekesi özelinde pratik hale getirecek kadar enerji üretecek kararlı bir plazma oluşturmak için her iki yöntemi birlikte nasıl kullanabileceklerini araştırıyor.
Araştırmacılar füzyon reaksiyonunda iç çekirdek ile plazmanın dış kenarındaki sıcaklığı olabildiğinde birbirine yakın ve eş tutmayı amaçlıyor. Böylelikle kararlı bir reaksiyon elde edilebilecek ve reaktörün dengesizleşmesi önlenebilecek.