Güneşimiz gibi yıldızlara güç veren reaksiyon olan nükleer füzyon, halihazırda kullanılan fisyonun aksine atomları bölerek değil, birleştirerek büyük miktarda enerji açığa çıkartıyor. Ancak tarihi gelişimlere rağmen bilim insanları henüz bir enerji kaynağı olarak nükleer füzyonun şifrelerini çözebilmiş değiller. Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı‘ndaki bilim insanları ise kalıcı mıknatıslar kullanan ve “stellarator” olarak bilinen bir füzyon reaktörü inşa ettiler. Bu reaktör ile türünün ilk örneği olan deneye imza atan araştırmacılar ileriye doğru önemi bir adım atmayı başardılar. Nükleer füzyona çığır açıcı bir yaklaşım
ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı’nda (PPPL) çalışan ekip, yıldızlaştırıcı olarak da bilinen stellarator adı verilen bir tür füzyon cihazı için yeni bir tasarıma imza attılar.
Solda: MUSE’un yenilikçi konseptini mümkün kılan kalıcı mıknatıslardan bazıları. Sağda: MUSE’un 3D yazıcı ile üretilmiş kabuğu. Geleneksel olarak stellaratorler karmaşık manyetik alanlarını son derece hassas bir şekilde inşa edilmiş elektromıknatıslarla oluşturuyorlar. Ancak bu sistemler ciddi derecede pahalı oldukları için füzyon özelinde reaktörler tasarımlarında pek kullanılmıyor. Princeton ekibinin dokunuşu da aslında burada devreye giriyor. Ekibin MUSE adlı yenilikçi cihazı deyim yerindeyse kalıpları kırıyor. İnşa edilen stellaratorda elektromıknatıslar yerine kalıcı mıknatıslara yer veriliyor. Bilmeyenler için kalıcı mıknatıslar, buzdolaplarında da kullanılan son derece yaygın ve ucuz mıknatıslardır.
Araştırma ekibine göre MUSE’da kalıcı mıknatıslar kullanmak, yeni plazma hapsetme fikirlerini hızla test etmeyi ve yeni cihazları kolayca inşa etmeyi mümkün kılıyor. Aslında kalıcı mıknatısların stellaratorlerde kullanılabileceği daha önceden teorize edilmişti, ancak teoriyi inşa etmek yaklaşık 10 yıl sürdü.
Stellarator nedir?
Stellarator veya yıldızlaştırıcılar, Güneş ve yıldızlara güç veren füzyon reaksiyonlarını beslemek için gerekli olan maddenin aşırı ısınmış hali olan plazmayı hapsetmek için karmaşık manyetik alanlar kullanan füzyon cihazlarıdır. Dışarıdan bakıldığında acemi gözler bu cihazları son dönemlerde sıkça duyduğumuz tokamak cihazları ile karıştırabilir. Ancak aralarında ciddi ve temel farklar bulunmaktadır. Stellarator ve tokamaklar arasındaki temel fark, plazmayı hapseden manyetik alanın nasıl oluşturulduğunda yatıyor. Tokamaklar donut şeklindedir ve plazmayı kontrol etmek için hem toroidal (halkalı) hem de poloidal (yukarıdan aşağıya) akımlar kullanarak çalışırlar. Bu akımlar, plazmanın içinde kendiliğinden oluşurken tokamakların tasarımı ve işletilmesi görece daha basittir. Öte yandan akımlar kararsız olabilir ve füzyon reaksiyonlarının sürdürülmesini zorlaştırabilirler.
Stellarator ise karmaşık şekilli bobinler aracılığıyla plazmayı hapseden toroidal bir cihaz. Bu bobinler, plazmayı tutan manyetik alanların oluşturulmasında kullanılıyor. Stellaratorlarda akım, plazmanın içinde değil, bobinlerden gelir. Bu da daha kararlı bir plazmayı mümkün kılıyor. Buraya ilginç bir not daha düşelim: Stellaratorler ilk olarak 1950’lerde ABD’de ve Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı’nda keşfedildi.
PPPL’nin kurucusu Lyman Spitzer, kendi icadı olan ve PPPL’de inşa edilen ilk stellarator olan Model A. Princeton ekibi şimdi MUSE’un eşsiz tasarımı analiz etmek için çeşitli deneylere hazırlanıyor. Nihayetinde MUSE ile elde edilen başarı, füzyon enerji santrallerinin daha uygun fiyatlı ve erişilebilir olduğu, kalıcı mıknatısların bu temiz enerji devriminde başrol oynayabileceği bir geleceğe göz kırpıyor.