Kore'nin füzyon reaktörü yeni rekor kırdı

     KSTAR ( Kore Superconducting Tokamak Advanced Research ) deneyinin bulunduğu nükleer reaktörün bulunduğu Kore Füzyon Enerjisi Enstitüsü'ndeki bilim adamları, bir plazmayı 100 milyon derecede 30 saniye tutmayı başardıklarını duyurdular. Bu çok yüksek sıcaklıktaki plazma kararlılığı, yaşayabilir bir füzyon reaktörüne yakın olabileceğimizi gösteriyor.

    Nükleer füzyon, sera gazı emisyonlarının olmadığı bir enerji geleceği için en umut verici teknolojilerden biri gibi görünüyor. "Temiz", güvenli (tepki kaçırma riski olmayan) ve sürdürülebilir enerji (gerekli yakıtlar neredeyse sınırsızdır) olarak nükleer füzyon enerjisi, sektörde gerçekten devrim yaratabilir ve iklim değişikliğine karşı mücadeleye olumlu katkıda bulunabilir. Yine de, yıldızların kalbinde meydana gelen reaksiyonu Dünya'da yeniden yaratmak o kadar kolay değil…

    Onlarca yıllık araştırmaya rağmen, en modern tesisler bile iyonize maddeyi 100 milyon derecenin üzerindeki bir sıcaklıkta birkaç on saniye boyunca tutmak için mücadele ediyor - füzyon reaksiyonunun gerçekleşmesi ve enerji üretmesi için olmazsa olmaz koşul. KSTAR deney ekibi bu alanda yeni bir atılım gerçekleştirdiklerini duyurdu: " Merkezi plazmanın türbülansını stabilize eden bol hızlı iyonlar sayesinde, plazma kenar kararsızlığı olmadan 20 saniyeye kadar sürebilen 100 milyon kelvin sıcaklıkta plazmalar üretiyoruz. veya kirlilik birikimi ”, araştırmacılar Nature'da özetliyor .

Kararlılığı artırmak için manyetik alanı manipüle edin

     KSTAR deneyi, bir plazmayı 50 milyon derecede 70 saniye boyunca tutmayı başardığı 2016 yılında ilk dünya rekorunu kırdı. 2018'de 100 milyon derece sınırı aşıldı: o zaman deneyim sadece 1,5 saniye sürdü. Ancak ekip, plazmayı 2019'da 8 saniye, ardından 2020'de 20 saniye boyunca aynı sıcaklıkta tutarak sürekli olarak bu süreyi artırmaya çalışıyor . Geliştirilmiş plazma kontrol teknolojisi ve optimize edilmiş manyetik alan koşulları, sonunda plazmayı 30 saniye boyunca aşırı sıcak tutmalarına izin verdi.

    Plazmayı tutmak için çeşitli teknikler kullanılır (çünkü ikincisi reaktörün duvarlarıyla temas ederse, soğur ve reaksiyon durur). Deneysel kurulumların çoğu, bir tokamak içinde gerçekleştirilen manyetik hapsetme üzerine kuruludur; diğerleri atalet hapsi ile ilerler. İnşaatı 2007 yılında tamamlanan KSTAR, manyetik sınırlama kullanıyor - aynı zamanda toroidal ve poloidal süper iletken mıknatısları kullanan ilk tokamaklardan biri.

    Farklı manyetik alan biçimleri kullanılabilir. Bazı deneyler , plazmanın her tarafında reaktör duvarının yakınında basınçta keskin bir kırılmaya neden olan bir "bariyer" olan ve ısı ve plazmanın "kaçmasını" önleyen kenar taşıma bariyeri (ETB) olarak adlandırılan şeyi kullanır. Diğerleri , plazmanın merkezine yakın bir yerde daha yüksek basınç oluşturan bir dahili taşıma bariyeri (ITB) kullanır. Bu iki yaklaşım yine de birçok istikrarsızlık yaratabilir.

    Güney Koreli ekip, plazma yoğunluğunun çok daha düşük olması için ITB'yi değiştirerek yeni bir tekniği test etti. Bu yaklaşım, plazma çekirdeğindeki sıcaklıkları yükseltme ve çevrede düşürme etkisine sahipti - bu da muhtemelen reaktör bileşenlerinin ömrünü uzatacaktır. Araştırmacılar, " Bu rejim nadiren bozulmalara maruz kalıyor ve karmaşık kontroller olmadan bile güvenilir bir şekilde korunabiliyor ve bu nedenle ticari füzyon reaktörlerine giden umut verici bir yolu temsil ediyor " diye yazdı.

2026'da 300 saniyelik bir hedef

    Plazmanın yoğunluğu, diğer füzyon reaksiyonu deneylerinde elde edilenden daha düşüktür, ancak çekirdeğindeki daha yüksek sıcaklıklarla telafi edilir. Ekibe göre, düşük plazma yoğunluğu ve orta düzeyde giriş gücü, plazmayı stabilize etmeye yardımcı olan "hızlı" (veya daha enerjik) iyonların yüksek bir kısmını koruyarak istenen rejimi oluşturmanın anahtarıdır - " hızlı iyon " olarak adlandırılan bir yaklaşım -düzenlenmiş geliştirme ”(YANGIN).

    Reaksiyon, donanım sınırlamaları nedeniyle 30 saniye sonra durduruldu, ancak gelecekte bu süreyi uzatmak mümkün olmalıdır. Business Korea raporlarına göre hedef, plazmayı 2026 yılına kadar 300 saniye boyunca 100 milyon derecede tutmak . Bunu yapmak için, iç duvarın sıcaklığındaki bir artışı önlemek için güç kaynağının iyileştirilmesi ve duvarın karbon bileşenlerinin tungsten ile değiştirilmesi planlanmaktadır.

    Plazma bakım süresi kaydının şu anda Çin tokamak EAST ( Experimental Advanced Superconducting Tokamak ) tarafından tutulduğu ve Aralık 2021'de plazmayı 70 milyon derecede 17 dakikadan (1056 saniye) fazla koruduğu belirtilmelidir. Daha yakın zamanlarda, Oxford'da kurulan Avrupa tokamak ( Ortak Avrupa Torus veya JET), eşi görülmemiş miktarda enerji üreterek bir rekor kırdı: beş saniye boyunca 59 megajul.

    Bu gelişmelere rağmen, bu fiziğin enerji santralleri gibi daha büyük cihazlara nasıl uyarlanacağı konusunda hala büyük belirsizlikler var. Özellikle, ısıyı reaktörden verimli bir şekilde çıkarmanın bir yolunu bulmak gerekli olacaktır, aksi takdirde bu bitkiler basitçe işe yaramaz olacaktır.