Bilim Adamları Ticari Füzyon Enerjisinin Geliştirilmesi İçin İşbirliği Yapıyor

ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı (PPPL) ticari füzyon enerjisi elde etmeyi amaçlayan son teknoloji füzyon araştırmaları konusunda özel sektör ile işbirliği yapmaktadır. Bir kamu-özel DOE hibe programı aracılığıyla sağlanan bu çalışma, yüksek performanslı füzyon dereceli plazmalar geliştirme çabalarını desteklemektedir. PPPL böyle bir projede, MITPlazma Bilimi ve Füzyon Merkezi (PSFC) ve MIT’den yola çıkarak SPARC adında bir tokamak füzyon cihazı geliştiren Commonwealth Fusion Systems.

Projenin amacı, SPARC’daki füzyon reaksiyonları sırasında üretilen hızlı “alfa” partiküllerinin sızıntısını tahmin etmektir, bunu sınırlayan süper iletken mıknatısların boyutu ve potansiyel yanlış hizalamaları plazma. Bu parçacıklar, füzyon reaksiyonlarını besleyen büyük ölçüde kendi kendine ısınan veya “yanan plazma” oluşturabilir. Yanan plazmanın geliştirilmesi, füzyon enerjisi araştırmaları için önemli bir bilimsel hedeftir. Bununla birlikte, alfa parçacıklarının sızması, füzyon enerjisi üretimini yavaşlatabilir veya durdurabilir ve SPARC tesisinin iç kısmına zarar verebilir.

Yeni süper iletken mıknatıslar

SPARC makinesinin temel özellikleri arasında, kompakt boyutu ve yeni süper iletken mıknatısların mevcut süper iletken mıknatıslardan daha yüksek alanlarda ve gerilimlerde çalışabilmesinin sağladığı güçlü manyetik alanlar bulunmaktadır. Bu özellikler, SPARC ekibi tarafından son yayınlarda açıklandığı gibi daha küçük ve daha ucuz füzyon tesislerinin tasarımını ve inşasını mümkün kılacaktır – füzyon reaksiyonlarında oluşturulan hızlı alfa parçacıklarının plazmayı sıcak tutmaya yetecek kadar uzun süre tutulabileceğini varsayarsak.

Projeye DOE İnovasyon Ağı Füzyon Enerjisi (INFUSE) programı aracılığıyla katılan PPPL fizikçisi Gerrit Kramer, “Araştırmamız, onların olabileceğini gösteriyor” dedi. PPPL fizikçisi Ahmed Diallo’nun müdür yardımcısı olarak görev yaptığı iki yıllık program, ulusal laboratuvarlarla ortaklıklar yoluyla özel sektör füzyon enerjisinin gelişimini hızlandırmayı hedefliyor.

İyi hapsedilmiş

Bir makalenin yazarlarından Kramer, “Alfa parçacıklarının gerçekten de SPARC tasarımında oldukça sınırlı olduğunu bulduk” dedi. Plazma Fiziği Dergisi bulguları rapor eder. Commonwealth Fusion Systems danışmanı ve PPPL’de eski uzun süredir fizikçi olan baş yazar Steven Scott ile yakın çalıştı.

Kramer, partikül hapsolmasını doğrulamak için PPPL’de geliştirilen SPIRAL bilgisayar kodunu kullandı. Kramer, “Hızlı parçacıkların kaçmasına izin verebilecek bir manyetik alanda dalgalı deseni veya dalgalanmaları simüle eden kod, iyi bir sınırlama ve SPARC duvarlarında hasar olmadığını gösterdi” dedi. Dahası, “SPİRAL kodu Finlandiya’daki ASCOT koduyla çok iyi anlaştı. İki kod tamamen farklı olsa da sonuçlar benzerdi. ”

Bulgular Scott’ı memnun etti. “Dalgalanma kaynaklı kayıpları anlamamızın hesaplamalı geçerliliğini görmek sevindirici,” dedi, “Doktora tezim için 1980’lerin başlarında bu konuyu deneysel olarak incelediğimden beri.”

Füzyon reaksiyonları, büyük miktarlarda enerji üretmek için hafif elementleri plazma formunda birleştirir – serbest elektronlardan ve atomik çekirdeklerden veya iyonlardan oluşan maddenin sıcak, yüklü hali – muazzam miktarda enerji üretmek için. Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, elektrik üretmek için neredeyse sınırsız bir güç kaynağı olarak füzyon yaratmaya çalışıyorlar.

Anahtar rehberlik

Kramer ve meslektaşları, SPARC mıknatıslarının yanlış hizalanmasının, duvarlara çarpan gücün artmasına yol açan füzyon parçacıklarının dalgalanma kaynaklı kayıplarını artıracağını belirtti. Hesaplamaları, aşırı güç kaybını ve duvar hasarını önlemek için mıknatısların ne kadar iyi hizalanması gerektiği konusunda SPARC mühendislik ekibine temel rehberlik sağlamalıdır. Doğru şekilde hizalanmış mıknatıslar, ilk kez plazma kendi kendine ısınma çalışmalarını ve gelecekteki füzyon santrallerinde plazma kontrolü için gelişmiş tekniklerin geliştirilmesini sağlayacaktır.