Çin'in 'yapay güneş' olarak adlandırılan nükleer füzyon reaktörü, plazmayı alışılmışın dışına çıkararak önemli bir füzyon sınırını aştı. Bu gelişme, sınırsız temiz enerjiye ulaşma yolunda insanlığın ilerleyişine katkı sağlıyor.
Bilim insanları tarafından yapılan açıklamaya göre, Deneysel Gelişmiş Süperiletken Tokamak (EAST) adlı reaktör, plazmayı -maddenin dördüncü hali- daha önce nükleer füzyon gelişiminde büyük bir engel olarak görülen yüksek yoğunluklarda kararlı bir şekilde tutmayı başardı.
Bu bulguların, tokamak cihazları ve yeni nesil plazma füzyon cihazlarında yoğunluk sınırlarını genişletmek için pratik ve ölçeklenebilir bir yol sunduğu belirtiliyor.
Nükleer füzyon, az miktarda radyoaktif atık üreterek ve fosil yakıtların aksine iklim değişikliğine neden olan sera gazı salımı yapmayarak, potansiyel olarak sınırsız temiz enerji kaynağı sunuyor. Bu yeni bulgular, bu enerji kaynağını kullanıma sunma yolunda önemli bir adım olarak görülüyor ve bazı araştırmacılar bu kaynağın on yıllar içinde devreye alınabileceğini öne sürüyor.
Ancak, nükleer füzyon teknolojisi 70 yılı aşkın süredir geliştirilme aşamasında ve hala büyük ölçüde deneysel bir bilim olarak kalıyor. Reaktörler genellikle ürettiklerinden daha fazla enerji tüketiyor. Bu sırada iklim bilimcileri, küresel ısınmanın etkileri şimdiden hissedilirken, sera gazı emisyonlarının derhal azaltılması çağrısında bulunuyor. Bu nedenle nükleer füzyon, mevcut iklim krizi için acil bir çözüm sunmasa da gelecekte dünyayı besleyebilecek bir kaynak olabilir.
Füzyon reaktörleri, ısı ve basınç yoluyla iki hafif atomu birleştirerek tek bir ağır atom oluşturmak üzere tasarlanmıştır. Bu işlem, Güneş'in enerji üretme şekline benzer bir şekilde enerji açığa çıkarır. Ancak Güneş'in sahip olduğu basınç, Dünya'daki reaktörlerden çok daha fazladır. Bu nedenle bilim insanları, plazmayı Güneş'ten çok daha yüksek sıcaklıklarda kontrol altında tutmaya çalışır.
Çin'in EAST reaktörü, plazmayı uzun süreler boyunca sürekli olarak yakacak şekilde tasarlanmış bir manyetik hapsetme reaktörü, yani bir tokamak'tır. Reaktör, plazmayı ısıtarak güçlü manyetik alanlar aracılığıyla donut şeklindeki bir haznenin içinde hapseder. Tokamak reaktörleri henüz füzyon tutuşmasını, yani füzyon sürecinin kendi kendini sürdürmeye başladığı noktayı başaramamış olsa da, EAST reaktörü sabit ve yüksek oranda hapsedilmiş bir plazma döngüsünü sürdürme süresini artırmayı başardı.
Füzyon araştırmacılarının karşılaştığı bir zorluk, plazmanın genellikle kararsız hale geldiği 'Greenwald Limiti' olarak bilinen bir yoğunluk sınırıdır. Bu sınır önemlidir çünkü daha yüksek plazma yoğunlukları, birbirine çarpan atom sayısını artırarak tutuşmanın enerji maliyetini düşürmesine olanak tanır, ancak kararsızlık füzyon reaksiyonunu sona erdirir.
Greenwald Limitini aşmak için, EAST'teki bilim insanları reaktörü başlatırken iki ana parametreyi kontrol ederek plazmanın reaktör duvarlarıyla etkileşimini dikkatlice yönetti: ilk yakıt gazı basıncı ve elektronların plazmadaki mikrodalgaları emdiği frekans olan elektron siklotron rezonans ısınması. Bu yöntemle, çalışmanın belirttiğine göre tokamak'ın normal operasyonel aralığı olan 1'in 0.8 ila 1 katına kıyasla, Greenwald Limitinin 1.3 ila 1.65 katı arasında aşırı yoğunluklarda plazma kararlı kaldı.
Greenwald Limiti'nin daha önce de aşıldığı oluyor. Örneğin, ABD Enerji Bakanlığı'na ait San Diego'daki DIII-D Ulusal Füzyon Tesisi tokamak'ı 2022'de bu sınırı aşmıştı. Ayrıca 2024'te Wisconsin-Madison Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, deneysel bir cihaz kullanarak yaklaşık 10 katı Greenwald Limiti'nde kararlı bir tokamak plazması sürdürmeyi başardıklarını duyurdular.
Ancak EAST'teki bu atılım, araştırmacıların ilk kez 'yoğunluksuz rejim' olarak teorileştirilen bir duruma plazmayı ısıtmasını sağladı; bu rejimde plazma, yoğunluk arttıkça kararlı kaldı. Araştırma, plazma ve reaktör duvarları arasındaki etkileşimin dikkatlice dengelenmiş bir durumda olması halinde yoğunluksuz bir rejimin mümkün olabileceğini öne süren 'plazma-duvar kendi kendine organizasyonu' (PWSO) adlı bir teoriye dayanıyor.
EAST ve ABD'deki ilerlemeler, yeni reaktörlerin geliştirilmesine ışık tutacak. Çin ve ABD, Fransa'da dünyanın en büyük tokamak'ını inşa etmek amacıyla onlarca ülkenin katıldığı Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) programının bir parçasıdır.
ITER, araştırma amaçlı sürekli füzyon oluşturmak üzere tasarlanmış deneysel bir reaktör olacak ve füzyon santrallerine giden yolu açabilir. ITER reaktörünün 2039'da tam ölçekli füzyon reaksiyonları üretmeye başlaması bekleniyor.
