70 yıllık füzyon enerjisi bilmecesi çözüldü

Pak, bol ve düşük maliyetli güç üretiminin önündeki en büyük pürüzlerden biri daha aşıldı. Teksas Üniversitesi, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı ve Type One Energy Group’tan bilim insanları, neredeyse 70 yıldır tahlil bekleyen bir füzyon enerjisi meselesini tahlile kavuşturarak geleceğin güç kaynakları için kıymetli bir eşiği daha aştı.

70 yıllık çözüm

Füzyon reaktörlerinin en büyük sıkıntılarından biri, yüksek güçlü parçacıkların reaktör içinde gereğince uzun mühlet tutulamamasıydı. Bu parçacıklar — bilhassa alfa parçacıkları — reaktörden sızdığında, plazmanın gereken sıcaklık ve yoğunluğa ulaşması engelleniyor. Bu da füzyon tepkisinin sürdürülebilirliğini sekteye uğratıyor. Mühendisler bu sorunu çözmek için karmaşık manyetik hapsedici sistemler tasarlıyor, lakin bu sistemlerde de çoklukla sızıntıya neden olan “manyetik delikler” bulunuyor. Bu deliklerin yerini tespit etmekse son derece zaman alıcı ve maliyetli hesaplamalar gerektiriyor.

Yeni bir çalışmaya nazaran, araştırma takımı bu sorunu 10 kat daha süratli ve birebir doğrulukla çözebilen yeni bir metot geliştirdi. Bu yol, bilhassa 1950’lerden beri teorik olarak önerilen fakat uygulanmasında önemli zorluklar yaşanan “stellarator” yahut “yıldızlaştırıcı” olarak isimlendirilen füzyon reaktörleri için büyük bir dönüm noktası niteliğinde.

Simetri temelli yaklaşım

Stellarator tipi reaktörler, plazmayı — yani yüksek sıcaklıkta iyonize olmuş gazı — direkt fizikî temas olmadan denetim altında tutmak için büsbütün dıştan yerleştirilmiş, karmaşık biçimli elektromanyetik bobinler kullanır. Bu bobinler, üç boyutlu kıvrımlı bir geometriye sahip manyetik alanlar oluşturarak plazmayı “manyetik bir kafes” içinde fiyat. Böylelikle yüksek güçlü parçacıkların reaktör duvarlarına çarparak güç kaybına ya da yapısal hasara yol açması önlenir. Stellarator’ün en değerli özelliği, bu manyetik alanı büsbütün dıştan sağladığı için daima çalışmaya daha uygun olmasıdır; bu da onu, plazmanın sabit olarak hapsedilebildiği ve teorik olarak kesintisiz güç üretiminin mümkün olduğu bir sistem haline getirir.

Bu reaktörde oluşan manyetik delikleri Newton’un hareket kanunlarıyla son derece hassas bir formda tespit etmek mümkün olsa da bu, son derece vakit alıcı ve haliyle maliyetlidir. Stellarator tasarımı yapılırken binlerce farklı varyasyonun test edilmesi gerektiğinden, bunu yapmak temelinde neredeyse imkansız hale geliyor.

Bu yüzden araştırmacılar ekseriyetle daha kolay lakin daha az hassas bir metot olan pertürbasyon teorisine başvuruyordu. Fakat bu da yanlışlara yol açıyor ve gelişmeleri yavaşlatıyordu. Araştırmacıların geliştirdiği yeni sistem ise simetri teorisine dayanıyor. Bu yaklaşım, hem doğruluk hem de hesaplama mühleti açısından mevcut teknikleri geride bırakıyor.

Yeni formülün sırf yıldızlaştırıcı tipi reaktörlerde değil, daha yaygın olan tokamak dizaynlarında da değerli bir sorunu çözebileceği belirtiliyor. Tokamaklarda yüksek güçlü elektronların duvarlara ziyan vermesi, yani “kaçak elektron” sorunu yaşanıyor. Yeni simetri temelli yaklaşım, bu kaçakların oluşabileceği manyetik alan açıklarını da evvelce tespit etme potansiyeline sahip.