Almanya'daki Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü (IPP) bünyesinde bulunan Wendelstein 7-X (W7-X) stellaratöründe yürütülen deneysel çalışmalar, nükleer füzyon alanında daha önceki rekorları geride bırakarak reaktör performansı için yeni bir standart belirledi.
Nükleer füzyon, neredeyse sınırsız temiz enerji potansiyeli sunuyor. Bu işlemde, hidrojen izotopları aşırı yüksek sıcaklıklarda bir araya getirilerek kaynaştırılır. Oluşan süper sıcak plazma, daha ağır atomlara dönüşürken muazzam miktarda enerji açığa çıkarır.
Ancak, bu füzyon reaksiyonu yıldızların içindeki olağanüstü sıcaklık ve basınç altında kendiliğinden sürerken, bu koşulları Dünya üzerinde yeniden yaratmak büyük bir teknik zorluktur. Mevcut reaktör konseptleri hala ürettiklerinden daha fazla enerji tüketmektedir.
Stellaratörler, güneşteki reaksiyonları taklit etme amaçlı tasarımlarıyla en umut verici reaktör türlerinden biridir. Bunlar, halka şeklindeki bir vakum odası içinde yüksek enerjili plazmayı kontrol etmek ve kararlı, yüksek basıncı sürdürmek için güçlü harici mıknatıslar kullanır. Plazmadan yüksek akım geçirerek gerekli manyetik alanı üreten daha basit tokamak reaktörlerinin aksine, stellaratörlerin harici mıknatısları, füzyon reaksiyonları sırasında plazmayı daha iyi stabilize eder. Bu özellik, teknolojinin ticari enerji santrallerine aktarılması açısından önemlidir.
Son deneylerde W7-X stellaratörü, daha önceki reaktörler tarafından belirlenen ölçütleri aştı. Özellikle plazmanın ne kadar süreyle sürdürülebildiği konusunda önemli ilerleme kaydedildi.
Uluslararası bir bilim insanları ekibi, reaktörün füzyon gücü jeneratörlerinin başarısı için temel bir ölçüt olan "üçlü çarpım" değerinde yeni bir rekor kırdığını açıkladı. Üçlü çarpım; plazmadaki parçacık yoğunluğu, parçacıkların kaynaşması için gereken sıcaklık ve enerji tutma süresinin (ısıl enerjinin sistem tarafından ne kadar iyi korunduğunun bir ölçüsü) birleşimidir. Lawson kriteri adı verilen minimum bir değer, reaksiyonun kullandığından daha fazla enerji ürettiği ve kendi kendini idame ettirdiği noktayı işaret eder. Dolayısıyla daha yüksek bir üçlü çarpım, daha verimli bir reaksiyon anlamına gelir.
Bu son başarının temelinde, reaktöre sürekli yakıt ikmalini darbeli ısıtmayla birleştiren yeni bir yakıt peleti enjektörünün geliştirilmesi yatıyor. 43 saniyelik bir süre boyunca, donmuş haldeki 90 hidrojen peleti, saniyede 800 metreye (yaklaşık bir mermi hızı) varan hızlarda plazmaya fırlatıldı. Önceden programlanmış güçlü mikrodalga darbeleri plazmayı 30 milyon dereceye kadar ısıttı. Mikrodalga darbeleri ve pelet enjeksiyonu arasındaki bu koordinasyon, plazmanın kararlı bir şekilde ne kadar süreyle sürdürülebileceğini kritik derecede uzattı.
Aynı deney kampanyasında reaksiyonun enerji cirosu da artırıldı. Altı dakikalık bir çalışma sırasında 1.8 gigajoule'e ulaşıldı. Bu değer, reaktörün Şubat 2023'teki 1.3 gigajoule olan önceki rekorunu geride bıraktı. Enerji cirosu, bir füzyon reaktörünün ısıtma gücü ve plazma süresinin birleşimidir ve reaktörün yüksek enerjili plazmayı sürdürme yeteneğinin bir göstergesidir. Bu nedenle, gelecekteki enerji santrali operasyonları için bir diğer önemli parametredir. Bu yeni değer, stellaratörlerin potansiyelini daha da ortaya koymaktadır.
IPP bilim insanları, bu deneysel kampanya sonuçlarının sadece sayılardan ibaret olmadığını, stellaratör konseptini doğrulamada ileriye doğru atılmış önemli bir adım olduğunu ve olağanüstü uluslararası işbirliği sayesinde mümkün hale geldiğini belirtti.
