Füzyon reaktöründe litin 16.000 kare/saniyede izlendi: Isıtma sorunu çözülüyor.
İngiltere merkezli Tokamak Energy'nin ST40 küresel tokamak reaktörü içine yerleştirilen 16.000 kare/saniye hızında bir renkli kamera, plazma kenarında litin atomlarının nasıl davrandığını ve manyetik alan çizgilerini takip ederek ısının nasıl yönetilebileceğini gösteren görüntüler yakaladı.
İngiltere merkezli Tokamak Energy şirketi, ST40 adlı küresel tokamak füzyon reaktörünün içine 16.000 kare/saniye (fps) hızında çekim yapabilen bir renkli yüksek hız kamerası yerleştirdi.
Kamera, reaktördeki manyetik alan çizgileri boyunca hareket eden plazmanın pembe parlaklığını ve bu bölgeye enjekte edilen litin granüllerinin oluşturduğu kızıl ile yeşil-sarı ışık izlerini ayrıntılı şekilde kayıt altına aldı.
Bu görüntüler, sadece göz alıcı bir gösteri değil; fizikçilerin füzyon enerjisinin ticari kullanımına giden yoldaki en zor engellerden biri olan ısı tahliyesini nasıl kontrol edeceklerini anlamaları için kritik bir veri kaynağı oluşturuyor.
Görsel verilerin kritik önemi
Bir tokamak reaktöründe atom çekirdeklerinin birleşmesi (füzyon) için plazma milyonlarca dereceye ısıtılır. Bu aşırı sıcaklıkta hiçbir malzeme dayanamaz; bu nedenle plazma, manyetik alan çizgileriyle yönlendirilerek reaktör duvarlarından uzak tutulur.
Yine de bu konfineman mükemmel olamaz. Kaçan ısı, reaktörün alt kısmında yer alan ve ısının büyük kısmını üzerlerine çeken "divertör" bileşenlerine çarpar.
ST40 deneylerinde araştırmacılar, divertör yüzeyine gelen ısı akısının metre kare başına 150 megawatt seviyelerine ulaştığını ölçmüşlerdi. Bu, gelecekte sürekli çalışacak bir füzyon santralinde divertörlerin hızla eriyip çökmesi demekti.
Divertör ısı yükü, gelecekteki küresel tokamak santral tasarımını belirleyen ana faktörlerden biri olarak kabul ediliyor.
Litin ve X-nokta radyatörü stratejisi
Fizikçiler bu soruna karşı plazmanın kendi kenarını soğutarak divertöre giden ısığı azaltma yollarını arıyor. Bu yaklaşımda deneysel bir çalışma rejimi olan "X-nokta radyatörü" (X-point radiator, XPR) öne çıkıyor.
Manyetik alandaki, divertöre yakın bir yerde X şeklinde kesişen bir yapı (X-noktası) etrafında kirletici maddelerin enerji saçılmasını sağlayarak, plazma çekirdeğini sıcak tutarken kenarını soğutmak hedefleniyor.
Lit, bu stratejide test edilen malzemelerden yalnızca biri. ST40 kamerasının saniyede 16.000 kare hızda kaydettiği renkli parlaklıklar, bu atomların plazma içinde izlediği rotayı ve sergilediği davranış biçimini gözler önüne seriyor:
Pembe parlaklık: Reaktöre beslenen deuteryum gazının yaydığı kırmızı ve mavi dalga boyu kombinasyonundan oluşuyor.
Parlak kızıl (crimson) ışık: Kum tanesi büyüklüğündeki litin granülleri plazmanın soğuk kenar bölgelerine girdiğinde, nötr litin atomları uyarılıp kızıl ışık yayar.
Yeşil-sarı streakler: Litin plazmanın daha sıcak ve yoğun iç kısımlarına girdiğinde elektron kaybederek pozitif yüklü Li⁺ ionlarına dönüşür. Bu iyonlar manyetik alan çizgilerini takip eder ve yeşil-sarı ışık yayarak, görünmez manyetik alanın haritasını çizer.
Renkli kamera fark yaratıyor mu?
Yüksek hızlı kameralar tokamaklerde uzun süredir kullanılıyordu. Rusya'nın T-11M tokamakında 2014 yılında bir renk kamerası da kullanılmış, 2016 yılında yayımlanan bir makalede litin damlacıklarının saniyede yaklaşık 100 metre hızla uçtuğu kaydedilmişti.
Ancak o dönem kullanılan kamera saniyede yalnızca 1.000 kare hızında kayda sahipti. Araştırmacılar, bu hızın litin filamentlerinin değişimini izlemek için yetmediğini, bu amaçla saniyede 10.000 kare hızını aşan bir sisteme ihtiyaç duyulduğunu belirtmişti.
ST40'daki kamera 16.000 fps ile bu eşiğin üzerinde çalışıyor.
Spektroskopi (ışığın dalga boyu analizi) ile birleştirildiğinde, bu yüksek hızlı renkli görüntüler fizikçilere hangi atom ve iyonun, hangi plazma koşulunda, nerede ışık yaydığını gösteriyor.
Böylece kirletici maddelerin istenen yerde (X-noktası çevresinde) radyasyon yapıp yapmadığı, çekirdek performansını bozmadan divertör ısığını yeterince düşürüp düşürmediği test edilebiliyor.
Renkli kamera, sıcaklık haritasının aksine, farklı atom ve iyonları farklı plazma koşullarında izleyerek litin nereye gittiğini ve ne derinliğe girdiğini ortaya koyuyor.
Kamera tarafından kaydedilen renkli plazma görselleri, aslında ST40'in en sıcak bölgesini temsil etmiyor. Füzyon sıcaklığındaki çekirdek, gözle görülür ışık üretmek için çok fazla sıcaklıkta; bu görüntüler, çekirdeğin çevresindeki daha soğuk plazma kenarında nelerin gerçekleştiğini ortaya koyuyor.
İlk bulgular ve sonraki adımlar
ST40'da yapılan ön deneylerde, X-noktasının üzerine giden ve plazma kenarını belirgin soğutan bir radyasyon bölgesi oluşturulduğu rapor edildi. Bu gerçekleştiğinde divertöre ulaşan ısının düştüğü ölçüldü.
Araştırmacılar bu radyasyonun büyük kısmının, kasıtla eklenen litinden değil, tokamak duvarlarından çözelen karbon kaynaklı olduğunu düşünüyor.
Şu an litin ve neon kullanarak ısı yükünü daha da azaltmak yönünde yeni deneyler sürüyor.
Bilgisayar modellemeleri, litiin divertör çevresinde yoğunlaştırılarak soğutma etkisi istenen yerde oluşturulabilse de, plazma çekirdeğine yeterince karışmadan performansı bozmadan kullanılabileceğini öngörüyor.
Tokamak Energy, ST40'ı şu an kapsamlı bir yükseltme sürecinden geçiriyor. Reaktörün karbon zırhı molibdenla değiştiriliyor, plazma ile temas eden bileşenlerin litin kaplanması sistemleri kuruluyor ve plazma kenarını incelemek için yeni tanılama araçları ekleniyor.
Bu yükseltme tamamlandığında, fizike ışık tutan o büyüleyici renklerin ötesinde, ticari füzyon enerjisine giden yolu aydınlatacak yeni veriler bekleniyor.
Bu haber işinize yaradı mı?
İlgili haberler Tümünü gör
