Hapislemeli Füzyon (Inertial Confinement Fusion – ICF)

Hapislemeli Füzyon (Inertial Confinement Fusion – ICF)

Bu yöntem ile yakıt yüksek enerjili lazerler ile ısıtılır ve sıkıştırılır. Alttaki şekilde gördüğünüz gibi, ısıtılan dış katman dışarı doğru genişlerken içeriye doğru şok dalgası göndererek yakıtı sıkıştırır. Bu sıkıştırma yeterli güçte olursa füzyon reaksiyonları oluşur. Bu reaksiyonlar yakıtın geri kalanını da füzyon reaksiyonlarına sokabilir. Böylesi yakıt parçaları yaklaşık 10 miligram yakıt içerir ve bu 10 miligram yakıt bir varil petrol ile aynı miktarda enerji açığa çıkarır(159.000.000 miligram petrol = 10 miligram D-T). ICF, manyetik hapislemeye göre daha yeni bir alandır ve 1970’lerde öne sürülmüştür. Öne sürüldüğü yıllardan bu yana reaktör modelleri büyümüş ve gelişmiştir. 

Bugün bu yöntemin en önemli örneği ABD’deki National Ignition Facility’de (NIF) bulunan reaktördür. Bu yöntemin uygulanışında; hedefe gönderilen enerji seviyesi, şok dalgaları ile içe çöken yakıtın simetrisini korumak ve maksimum yoğunluğa erişilmeden yakıtın fazla ısınması gibi birçok problemin geçen on yıllar içerisinde az ya da çok üstesinden gelinmiş olsa bile, hedefe gönderilen lazerler arasındaki güç eşitsizliğinden doğan Rayleigh-Taylor instabilitesi bugün aşılması gereken en önemli sorundur. Bu yöntemin en büyük temsilcisi NIF, 2009’da tamamlanmış ve deneylere 2010’da başlamıştır. NIF reaktöründe, 192 yüksek enerjili lazeri tek bir noktada kesiştirerek 500 terawattlık bir enerji odağı yaratma amacına 2012’de erişilmiş olsa da, ateşleme (ignition) sağlanamamıştır. Ancak 29 Eylül 2013’te 5×1015 nötron salınımı ile önceki deneylerden 75% daha fazla nötron üretilmiş, Alfa ısıtması (füzyon sonucu oluşan helyum izotoplarının salınımı) sağlanmış ve reaksiyon, ateşleme için harcanandan daha fazla enerji üreterek tarihi bir rekor kırmıştır. Ancak bu reaksiyon için kullanılan lazerlerin enerjisinin bir kısmı yakıtı tutan “hohlarum” denen dış tabaka tarafından soğurulmuştur. 

Yani lazerleri ateşlemek için daha yüksek enerji harcanmış, ancak yakıta ulaşan soğurulmuş enerji daha düşük olmuştur. Yakıt bu soğurulmuş enerjiden daha fazla füzyon enerjisi açığa çıkarmıştır. Günümüzde NIF’de, ödeneğin kesilmesi ile birlikte füzyon yerine materyal araştırmalarına odaklanılmaktadır. NIF dışında, Fransa’daki Laser Mégajoule tesisi de Ekim 2014’te ICF deneylerine başlamıştır. Japonya’da Osaka Üniversitesi de GEKKO XII ICF lazer aygıtıyla 1983’ten beri ICF testleri sürdürmektedir.

Kütle Çekimsel Hapisleme FÜZYON REAKSİYONLARI

“Füzyon enerjisi 20 yıl ötede”, “10 yıl sonra Füzyon” gibi başlıklar neredeyse 50 yıldır gazeteleri, haberleri süslüyor. Kimi çevreler için bu artık bir espri kaynağı olmuş durumda. Evet füzyon ile henüz verimli şekilde, harcanandan daha fazla enerji üretemiyoruz ama füzyon reaksiyonları yaratabiliyoruz 

Avrupa Birliği, Amerika, Rusya, Japonya, Çin, Brezilya, Kanada ve Güneş Kore’deki çok sayıda füzyon reaktöründe araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılıyor. İlk füzyon araştırmaları ABD ve Sovyetler’in nükleer silah araştırmaları ile beraber yürütüldü ve 1958’de Cenevreki “Atoms for Peace” konferansına kadar gizli kaldı. Birçok ulus uzun yıllar kendi başlarına füzyon çalışmalarını yürütmüş olsa da, artan araştırma masrafları ve kullanılan aygıtların karmaşıklığı uluslararası işbirliğini zorunlu kılmıştır. maintenance_du_tokamak Son 50 yıldır, çok sayıda ülkede, binlerce bilim insanı füzyon reaktörleri üzerinde çalışıyor. Günümüzde bir çok farklı metot ile deneylerini sürdüren araştırma tessisleri ve reaktörler mevcuttur, biraz da metotlardan ve önemli arge çalışmalarından bahsedelim. Kütleçekimsel Hapislemeli Füzyon (Gravitational Confinement Fusion – GCF) Yıldızlarda füzyon reaksiyonları oluşmasını sağlayan şeydir kütleçekimsel hapisleme. Bunu yapay olarak yaratmanın teorik veya pratik bir yolunu henüz bilmiyoruz. Doğada dahi füzyon reaksiyonlarının oluşması için yıldızlar en az 75 Jüpiter kütlesi alt sınırında olmak zorundadır. 

13 Jüpiter kütleli kahverengi cücelerde de döteryum füzyonu ve 65 jüpiter kütleli olanlarda da lityum füzyonu gerçekleşebileceğini bildiğimiz için kütleçekimsel hapislemeyi sadece izlemekle yetinebiliriz. Not: Kahverengi cücelerde bu reaksiyonlar çok nadir ve çok az miktarda gerçekleşir. Yani asla bu cisimleri ısıtıp parlatacak kadar değildir. Manyetik Hapislemeli Füzyon (Magnetic Confinement Fusion – MCF) Bu yöntem ile yüzlerce metreküp yakıt (birçok araştırmada tercihen D-T) manyetik alanlar ile, çok daha küçük bir alana sıkıştırılır. Bunun için manyetik alanlar idealdir çünkü iyonlar ve elektronlar yüklü parçacıklar olduklarından manyetik alanları takip edeceklerdir. 

Buradaki esas amaç, parçacıkların reaktör duvarlarıyla temas edip ısı kaybetmelerini ve yavaşlamalarını önlemektir. Zaten manyetik alanlar ile korunmayan hiç bir malzeme füzyon sıcaklıklarına dayanamaz. Toroid denen donut biçimli reaktör tasarımı manyetik alanlar için en verimli olanıdır, böyle reaktörlerde plazma, spiral yollar izleyen manyetik alanlar ile hapsedilir. Aşağıda Toroid biçimli reaktörlerin üç ana modeli olan Tokamak, Stellarator, Reversed Field Pinch (RFP) ve birkaç diğer MCF modelinden bahsedeceğiz.