Enerjinin Kutsal Kasesi Peşinde

Tamam, bunu bir perspektife oturtmama izin verin. Füzyon enerjisi, temel olarak temiz gücün kutsal kasesidir. Güneşi besleyen, sıfır karbon emisyonu üreten, minimum düzeyde radyoaktif atık oluşturan ve yakıt olarak pratik olarak sınırsız olan (sudan elde edilebilen hidrojen) bir kaynaktır. Eğer füzyonu Dünya'da dizginleyebilseydik, medeniyeti binlerce yıl boyunca çalıştırabilecek sınırsız ve temiz bir enerji kaynağına sahip olurdun.

Peki, neden henüz füzyon santrallerine sahip değiliz? Çünkü dostlar, bunu başarmak inanılmaz derecede zor.

70 yılı aşkın süredir bilim insanları, Lawson kriteri denilen şey üzerinde çalışıyorlar; bu, plazmanın (füzyonun gerçekleştiği süper sıcak madde hali) sürekli dışarıdan ısıtmaya ihtiyaç duymadan füzyon reaksiyonlarını sürdürebilmesi için yeterince sıcak ve yoğun kalıp kalamayacağını söyleyen matematiksel bir kuraldır. Bunu, inanılmaz derecede sert koşullar altında bir kamp ateşini yanmaya devam ettirmeye çalışmak gibi düşünün. Hedef, ateşi kendi kendini besleyecek kadar sıcak hale getirmektir.

Ancak mesele şu ki: bu kriter bilim insanlarına hangi koşullara ihtiyaç duyduklarını söyledi, ancak oraya nasıl en verimli şekilde ulaşacaklarını söylemedi.

Gerçekten Yardımcı Olan Dağ Analojisi

İşte işlerin ilginçleştiği yer burası. Gerçekten de hak ettiklerinden çok daha fazla ilgi görmelerini düşündüğüm Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı bilim insanları, bu soruna farklı bir açıdan bakmaya karar verdiler.

Füzyon ateşlemesine giden yolun bir dağ sırası gibi olduğunu hayal edin. Hedef (sürdürülebilir füzyon) diğer tarafta. Geleneksel yaklaşım, esasen en yüksek zirvenin üzerinden doğrudan tırmanmaya çalışmak oldu: önce plazmayı süper yoğun hale getirmek, ardından ateşleme gerçekleşene kadar içeriye devasa miktarda ısı pompalamak.

Ancak bu araştırmacılar, "Ya bir dağ geçidi varsa? Etrafından dolanmanın bir yolu?" dediler.

Yeni hesaplamaları, kesinlikle bir yol olduğunu gösteriyor. Yoğunluğu önce artırmak yerine, plazmayı sıkıştırmadan önce ısıtsak ne olur? Bu, zirvenin üzerinden tırmanmak yerine bir dağ geçidından geçmeyi seçmek gibidir. Yine aynı hedefe ulaşırsınız ama oraya ulaşmak için çok daha az enerji harcarsınız.

Dr. Luis Delgado-Aparicio bunu çok güzel ifade etti: "Pek çok şirket dağa doğrudan tırmanmak ve oraya ulaşmak için devasa enerji harcamak istiyor. Bunun yerine zirvenin etrafından dolanın. Aynı yere çok daha akıllıca bir şekilde ulaşırsınız ve çok daha az enerji kullanırsınız."

"Cordey Edeği" Nedir?

Şimdi, gerçekten havalı olduğu için bundan bahsetmem gerekiyor. Araştırmacılar, matematiksel manzaralarında "Cordey edeği" (Cordey saddle) denilen bir şey tanımladılar.

Coğrafyada "ede" (saddle), iki dağ zirvesi arasındaki alçak noktadır; yani temel olarak dağların arasından geçen doğal bir geçittir. Füzyon fiziğinde ise Cordey edeği, dışarıdan ısıtmaya ihtiyaç duyan plazma ile füzyon yoluyla kendi kendini sürdürebilen plazma arasındaki sınırın en verimli geçiş yolunu temsil eder.

Bunu düşünmenin kolay bir yolu var: Bilim insanları füzyon verimliliğini "Q" denilen bir değerle ölçerler. 5 değerindeki bir Q, füzyon reaksiyonlarının verdiğiniz enerjinin beş katı kadar enerji ürettiği anlamına gelir. İdealize edilmiş bir sistemde Cordey edeği Q=5 civarında bulunur; bu kulağa çok gibi gelse de aslında karşıya geçmek için kolay olan yoldur. Sorun şu ki, gerçek füzyon sistemleri, bu edeğin nerede durduğunu kaydıran karmaşıklıklara (safsızlıklar, yoğun manyetik alanlar) sahiptir.

Herhangi bir reaksiyon tasarımı için bu edeğin gerçekte nerede olduğunu anlamak, tüm sistemin uygulanabilir olup olmadığını bilmek için çok önemlidir.

Bu Gelecek İçin Neden Önemli?

Bu araştırma, gelecekteki füzyon reaktörlerinin, özellikle de plazmayı güneşin çekirdeğinden daha sıcak sıcaklıklarda tutmak için güçlü manyetik alanlar kullanan simit şeklindeki cihazlar olan tokamaklar ve stellaratorlar için devasa sonuçlar doğurabilir.

Beni heyecanlandıran şey şu: füzyon araştırmaları için gerçekten olağanüstü bir zamanda yaşıyoruz. Bu Princeton keşfi, Ulusal Ateşleme Tesisi'nin (National Ignition Ignition Facility) tarihi lazer füzyon başarısı ve özel füzyon şirketlerine akan milyarlarca dolar arasında, pratik füzyon enerjisine hiç olmadığımız kadar yakınız.

Füzyon bizi yarın iklim değişikliğinden kurtaracak mı? Hayır. Bunlar hala karmaşık, pahalı ve yıllar sonrasının teknolojileri. Ancak Princeton'daki bu kestirme yol gibi keşifler, yolculuğun son aşamasını çok daha kısa ve ucuz hale getirebilir.

Yetmiş yıllık dağa tırmanma çabasından sonra, meğer başından beri manzaralı bir yol varmış. Ve şahsen ben, bu yola bayıldım.

Kaynak: ScienceDaily