Füzyon enerjisinin önündeki en büyük soru onlarca yıldır aynı ve değişmedi: Füzyon tepkimesini başlatmanın maliyeti, üretilen elektriğin satış fiyatının altında tutulabilir mi? Bugüne kadar pek çok şirket bu denklemi çözmeye çalıştı, ancak henüz ticari ölçekte net bir yanıt verilebilmiş değil. Yüz milyonlarca dolarlık dev bir reaktör inşa eden Commonwealth Fusion Systems gibi şirketler umutlu olsa da bu sistemler henüz çalıştırılmadığı için sonuçlar belirsizliğini koruyor.
Daha yeni girişimler ise daha düşük maliyetli bir yol bulabileceklerine inanıyor. Bu şirketlerden biri olan Pacific Fusion, Sandia National Laboratories’te dünyanın en güçlü darbeli güç tesisi olan Z Machine üzerinde yürüttüğü deneylerin sonuçlarını açıkladı. Şirketin paylaştığı bu sonuçlar, füzyon reaktörlerinde bugüne kadar zorunlu görülen bazı pahalı bileşenlerin tamamen devre dışı bırakılabileceğini gösteriyor.
Elektrik darbeleriyle çalışan farklı bir füzyon yaklaşımı
Füzyon enerjisi, teorik olarak günün her saati kesintisiz elektrik üretme ve bunu mevcut elektrik şebekelerine uyumlu şekilde sunma potansiyeline sahip. Pek çok füzyon girişimi ilk ticari santralleri için 2030’lu yılları hedefliyor. Bu reaktörler genellikle lazer, tokamak veya yıldızlaştırıcı olarak tanımlanan tasarımlara dayanıyor.
Pacific Fusion ise “pulser-driven inertial confinement fusion” olarak bilinen, darbe temelli atalet hapsi (ICF) füzyonu yaklaşımını benimsiyor. Bu yöntem, ABD’deki National Ignition Facility’de (NIF) yapılan deneylerle benzer bir prensibe dayanıyor. Sistem, küçük yakıt peletlerini art arda çok hızlı şekilde sıkıştırıyor. Bu sıkıştırma sırasında yakıtın içindeki atomlar kaynaşarak enerji açığa çıkarıyor.
Ancak NIF bu sıkıştırmayı lazerlerle başlatırken Pacific Fusion lazer yerine son derece güçlü elektrik darbeleri kullanmayı planlıyor. Bu elektrik darbeleri, kalem silgi başı büyüklüğündeki yakıt peletinin etrafında yoğun bir manyetik alan oluşturuyor ve pelet 100 milyarda bir saniyeden daha kısa bir sürede sıkıştırılıyor.
Bu darbe temelli yaklaşımın en büyük zorluklarından biri, füzyon koşullarına ulaşabilmek için yakıtın genellikle önceden ısıtılmasının gerekmesiydi. Bugüne kadar araştırmacılar, bu ön ısıtmayı sağlamak için lazerler ve ek manyetik sistemler kullanıyordu. Toplam enerjinin yalnızca yüzde 5 ila 10’u seviyesinde olsa da bu “ilk itme” füzyon tepkimesinin başlaması için kritik kabul ediliyordu.
Ancak bu ek sistemler, makinenin karmaşıklığını artırıyor, ilk yatırım maliyetlerini ve bakım gereksinimlerini ciddi şekilde yükseltiyordu. NIF’in sergilediği lazer tabanlı sistemde her atışta bazı sistemler tamamen yok oluyordu. Ticari bir füzyon santralinde bu sürecin yaklaşık saniyede bir tekrarlanması gerektiği düşünüldüğünde, üretilen enerjinin maliyet avantajı büyük ölçüde ortadan kalkıyordu.
Küçük bir değişim büyük fark yarattı
Hayatta her şeyde olduğu gibi füzyon reaktörlerindeki küçük bir değişimin sistemin genelinde büyük bir etki yapması mümkün. Şirket, yakıt peletini çevreleyen silindirin tasarımında küçük ama kritik değişiklikler yaptı ve silindire verilen elektrik akımını yeniden ayarladı. Füzyon tepkimesini başlatan ana elektrik darbesinden önce manyetik alanın çok küçük bir kısmının yakıta sızmasına izin verildi. Bu sızıntı, sıkıştırma öncesinde yakıtın ısınmasını sağladı. Haliyle herhangi bir ön ısıtma sistemine gerek kalmamış oluyor.
Z Machine üzerinde yapılan deneylerde, silgi başı büyüklüğündeki metal silindir hedeflerden her birine 120 nanosaniye içinde 22 milyon amperlik elektrik akımı gönderildi. Bu süre, insan göz kırpmasının yaklaşık bir milyon kat daha kısa.
Pacific Fusion’ın yakıtı, plastik bir hedefin içine yerleştiriliyor ve alüminyum bir kaplama ile sarılıyor. Alüminyumun kalınlığı değiştirilerek manyetik alanın yakıta ne kadar nüfuz edeceği hassas biçimde ayarlanabiliyor. Bu parçaların belirli bir hassasiyetle üretilmesi gerekiyor bu işlem çok zor değil. Gerekli toleranslar, .22 kalibrelik bir mermi kovanının üretiminde gereken hassasiyet seviyesinde. Dolayısıyla mevcut endüstri için herhangi bir zorluk oyk.
En dikkat çekici noktalardan biri de, bu yöntemin enerji tüketimini neredeyse hiç artırmaması. Manyetik alanın yakıtın merkezine sızmasını sağlamak için gereken ek enerji, toplam enerjinin yüzde 1’inden bile az.
Lazerler devreden çıkıyor
Bu yaklaşım, manyetik ön ısıtma sistemlerinin tamamen kaldırılmasını mümkün kılabilir. Bu da bakım ve işletme açısından sistemi basitleştirerek toplam maliyette sınırlı bir düşüş sağlayabilir. Asıl büyük fark ise lazerlerin ortadan kalkmasıyla ortaya çıkıyor.
Yüksek kazançlı bu tür füzyon sistemlerinde kullanılan lazer altyapısının maliyetinin 100 milyon doların üzerinde olduğunu belirtiyor. Lazerlerin devre dışı bırakılması, füzyon santrallerinin ekonomik fizibilitesini kökten değiştirebilecek bir adım olarak görülüyor. Pacific Fusion’a göre bu deneyler yalnızca donanımı sadeleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda şirketin simülasyonlarını da daha güvenilir hale getiriyor.
Şirket halihazırda ilk gösterim sistemi üzerinde çalışıyor. Hedef, 2030 yılına kadar tesis genelinde net enerji kazancı, yani sistemde depolanan tüm enerjiden daha fazlasını füzyondan elde etmek. Manyetik bobinler ve potansiyel olarak lazerlerin devre dışı bırakılması, tekrarlanabilir ve düşük maliyetli füzyon atışlarının önündeki en büyük engelleri kaldırabilir. Pacific Fusion, bu gelişmelerle birlikte 2030’ların ortasında ilk ticari füzyon sistemini devreye alma hedefini koruduğunu belirtiyor.
Kaynak : https://www.donanimhaber.com/fuzyon-reaktorunu-calistirmanin-daha-ucuz-bir-yolu-bulundu–201768
