Nükleer Füzyon Laboratuvarı ‘Ateşleme’ Gerçekleştirdi: Bu Ne Anlama Geliyor?



Nükleer Füzyon Laboratuvarı 'Ateşleme' Gerçekleştirdi: Bu Ne Anlama Geliyor?

Dünyanın en büyük nükleer füzyon tesisindeki bilim adamları, tutuşma olarak bilinen fenomeni başardılar; bu, tükettiğinden daha fazla enerji üreten bir nükleer reaksiyon yarattı. ABD Başkanı Joe Biden yönetimi tarafından 5 Aralık’ta gerçekleştirilen ve bugün açıklanan ABD Ulusal Ateşleme Tesisinde (NIF) atılımın sonuçları, küresel füzyon araştırma camiasını heyecanlandırdı. Bu araştırma, Dünya’da neredeyse sınırsız bir temiz enerji kaynağı sağlamak için Güneş’e güç veren fenomen olan nükleer füzyondan yararlanmayı amaçlıyor.

Füzyon laboratuvarına ev sahipliği yapan Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda temel silah fiziği müdür yardımcısı Mark Herrmann, “Bu inanılmaz bir başarı” diyor. Herrmann, dönüm noktası niteliğindeki deneyin, lazerler ve optiklerden hedeflere ve bilgisayar modellerine kadar her konuda çok sayıda ekibin yıllarca süren çalışmasını takip ettiğini söylüyor. “Elbette kutladığımız şey bu.”

ABD Enerji Bakanlığı’nın nükleer silah programının bu tür silahların yarattığı reaksiyonları incelemek için tasarlanan amiral gemisi deneysel tesisi olan NIF, başlangıçta 2012’ye kadar ateşlemeyi hedefliyordu ve gecikmeler ve maliyet aşımları nedeniyle eleştirilere maruz kaldı. Ağustos 2021’de NIF bilim adamları, tutuşma yolunda kritik bir eşiği aşan rekor bir reaksiyon elde etmek için yüksek güçlü lazer cihazlarını kullandıklarını, ancak sonraki aylarda bu deneyi veya atışları tekrarlama çabalarının yetersiz kaldığını duyurdu. Nihayetinde, bilim adamları bu çekimi tekrarlama ve deneysel tasarımı yeniden düşünme çabalarını rafa kaldırdı – geçen hafta meyvesini veren bir çaba.

New York’taki Rochester Üniversitesi’nde füzyon laboratuvarının eski yöneticisi ve erken dönem bir araştırmacı olan Michael Campbell, “Bunun mümkün olmadığını düşünen pek çok insan vardı, ancak ben ve inancını koruyan diğerleri biraz haklı çıktık” diyor. Lawrence Livermore laboratuvarındayken NIF’in savunucusu. “Kutlamak için bir kozmo yaşıyorum.”

Doğa NIF’in en son deneyine ve bunun füzyon bilimi için ne anlama geldiğine bakar.

NIF neyi başardı?

Tesis, donmuş hidrojen izotopları döteryum ve trityum peleti içeren bezelye büyüklüğünde bir altın silindire 2,05 megajoule enerji iletmek için 192 lazer setini kullandı. Enerji darbesi, kapsülün çökmesine neden olarak, yalnızca yıldızlarda ve termonükleer silahlarda görülen sıcaklıkları yarattı ve hidrojen izotopları helyuma kaynaşarak ek enerji açığa çıkardı ve bir dizi füzyon reaksiyonu yarattı. Laboratuvarın analizi, yaklaşık 3,15 megajul enerjinin açığa çıktığını gösteriyor; bu, reaksiyona giren enerjiden kabaca %54 daha fazla ve önceki rekor olan 1,3 megajulün iki katından fazla.

Campbell, “Füzyon araştırmaları 50’li yılların başından beri devam ediyor ve laboratuvarda ilk kez füzyonun tükettiğinden daha fazla enerji ürettiği görülüyor” diyor.

Deney güvenli bir şekilde, ne kadar enerjinin salındığına kıyasla hedefe ne kadar enerji gittiğine odaklanan füzyon reaksiyonları için bir ölçüt olan ateşleme olarak nitelendirilir. Bununla birlikte, füzyon reaksiyonları 3 megajulden fazla enerji üretmiş olsa da (hedefe verilenden daha fazla) NIF’in 192 lazeri bu süreçte 322 megajul enerji tüketti.

New York, Ithaca’daki Cornell Üniversitesi’nde nükleer mühendis olan Dave Hammer, “Bu büyük bir kilometre taşı, ancak NIF bir füzyon enerjisi cihazı değil” diyor.

Herrmann, lazer füzyon enerjisine giden yolda birçok adım olduğunu söyleyerek bunu kabul ediyor. “NIF verimli olacak şekilde tasarlanmadı” diyor. “İhtiyaç duyduğumuz verileri bize vermek için inşa edebileceğimiz en büyük lazer olacak şekilde tasarlandı. [nuclear] stok araştırma programı.”

NIF bilim adamları, tutuşmayı sağlamak için, kısmen geçen yıl gerçekleştirilen deneylerin analizine ve bilgisayar modellemesine dayanan en son lazer atışından önce çok sayıda değişiklik yaptı. Bilim adamları, lazer gücünü yaklaşık %8 artırmanın yanı sıra, daha az kusurlu yeni bir hedef oluşturdular ve daha küresel bir iç patlama yaratmak için lazer enerjisinin hedefe nasıl iletildiğini ayarladılar. Bilim adamları, füzyon ateşlemesinin zirvesinde çalıştıklarını biliyorlardı ve bu rejimde Herrmann, “küçük değişiklikler büyük fark yaratabilir” diyor.

Bu sonuçlar neden önemli?

Bir düzeyde, neyin mümkün olduğunu kanıtlamakla ilgili ve bu cephede birçok bilim adamı, sonucu füzyon biliminde bir kilometre taşı olarak selamladı. Ancak sonuçlar NIF’de özel bir önem taşıyor: tesis, nükleer silah bilim adamlarının termonükleer patlamalarda meydana gelen yoğun ısı ve basınçları incelemelerine yardımcı olmak için tasarlandı ve bu, yalnızca tesisin yüksek verimli füzyon reaksiyonları üretmesi durumunda mümkün.

Daha önce Washington DC’deki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’nda lazer füzyon programına başkanlık etmiş bir fizikçi olan Stephen Bodner, on yıldan fazla sürdü, “ancak hedeflerine ulaştıkları için takdir edilebilirler” diyor. Bodner, şimdi büyük sorunun Enerji Bakanlığı’nın bundan sonra ne yapacağı olduğunu söylüyor: NIF’deki silah araştırmalarını ikiye katlayın veya özellikle füzyon enerjisi araştırmalarına yönelik bir lazer programına dönün.

Füzyon enerjisi için bu ne anlama geliyor?

En son sonuçlar, temiz füzyon enerjisiyle güçlendirilmiş bir gelecek hakkındaki söylentileri şimdiden tazeledi, ancak uzmanlar önlerinde uzun bir yol olduğu konusunda uyarıyorlar.

NIF bilim adamları, tesisin ticari füzyon enerjisi düşünülerek tasarlanmadığını kolayca kabul ediyor ve birçok araştırmacı, lazerle çalışan füzyonun, nihayetinde füzyon enerjisi sağlayan yaklaşım olacağından şüphe ediyor. Ancak Campbell, en son başarısının lazer füzyon gücü vaadine olan güveni artırabileceğine ve nihayetinde enerji uygulamalarına odaklanan yeni bir programın kapısını açabileceğine inanıyor. “Bir enerji programını satma güvenilirliğine sahip olmak için bu kesinlikle gerekli” diyor.

Lawrence Livermore laboratuvar direktörü Kim Budil, başarıyı bir kavram kanıtı olarak nitelendirdi. Washington, DC’de düzenlediği basın toplantısında, “Size NIF’i şebekeye bağlayacağımız hissini vermek istemiyorum: bu kesinlikle böyle çalışmıyor” dedi. “Fakat bu, atalet hapsi füzyon güç planının temel yapı taşıdır.”

Dünya çapında farklı yaklaşımlar kullanarak enerji uygulamaları için füzyon elde etmeye çalışan birçok başka füzyon deneyi vardır. Ancak, füzyon tarafından üretilen ısıyı çıkarabilen ve onu kullanılabilir elektriğe dönüştürülebilen önemli miktarda enerji üretmek için kullanabilen tesislerin tasarımı ve inşası da dahil olmak üzere mühendislik zorlukları devam etmektedir.

İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nde nükleer enerji araştırmacısı olan Tony Roulstone, Science Media Center’a yaptığı açıklamada, “Olumlu haber olmasına rağmen, bu sonuç elektrik üretimi için gerekli olan gerçek enerji kazanımından hala çok uzak” dedi. .

Yine de Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’de plazma fizikçisi olan Anne White, “Füzyon enerjisine odaklanan NIF deneyleri, ticari füzyon gücüne giden yolda kesinlikle değerlidir” diyor.

Füzyonda sonraki önemli kilometre taşları nelerdir?

NIF’de incelenen füzyon türünün enerji üretmenin uygun bir yolu olabileceğini göstermek için, verimin etkinliğinin (lazer atımlarını üretmeye giden enerjiye kıyasla salınan enerji) en az iki kat artması gerekir. .

Uluslararası nükleer füzyon projesi ITER’de bilim ve operasyon başkanı Time Luce, araştırmacıların ayrıca lazerlerin darbeleri üretme hızını ve hedef odayı başka bir yanığa hazırlamak için ne kadar hızlı temizleyebileceklerini önemli ölçüde artırmaları gerekeceğini söylüyor. St-Paul-lez-Durance, Fransa’da yapım aşamasında olan .

White, “Tekrarlanan performansta yeterli füzyon enerjisi üreten olaylar, önemli bir dönüm noktası olacaktır” diyor.

Çin, Avrupa Birliği, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve Amerika Birleşik Devletleri arasındaki bir işbirliği olan 22 milyar ABD Doları tutarındaki ITER projesi, kendi kendini idame ettiren füzyona ulaşmayı hedefliyor; NIF’in ‘atalet hapsi füzyonu’ yaklaşımından teknik. ITER, bir döteryum ve trityum plazmasını toroidal bir vakum odası veya tokamak içinde tutacak ve çekirdekler birleşene kadar ısıtacaktır. 2035’te bunu yapmaya başladığında ‘yanma’ aşamasına ulaşmayı hedefleyecek, diye açıklıyor Luce, “kendi kendini ısıtma gücünün, ısıtmanın baskın kaynağı olduğu yer”. Bu tür kendi kendini idame ettiren füzyon, konulandan daha fazla enerji üretmenin anahtarıdır.

Diğer füzyon deneyleri için ne anlama geliyor?

NIF ve ITER, dünyanın dört bir yanındaki hükümetler tarafından takip edilen pek çok kavram arasında iki füzyon teknolojisi konseptidir. Yaklaşımlar, tokamaklar ve yıldızlayıcılar tarafından kullanılan plazmanın manyetik hapsedilmesini ve NIF tarafından kullanılan atalet hapsini ve diğerlerinin yanı sıra ikisinin bir melezini içerir.

Füzyondan elektrik elde etmek için gereken teknoloji, konseptten büyük ölçüde bağımsızdır ve, diyor White ve en son dönüm noktası, araştırmacıların kavramları terk etmesine veya birleştirmelerine yol açmayabilir.

NIF’in karşılaştığı mühendislik zorlukları, ITER ve diğer tesislerdekinden farklıdır. Ancak sembolik başarının yaygın etkileri olabilir. Luce, “Bunun gibi bir sonuç, tüm füzyon türlerinin ilerlemesine olan ilgiyi artıracak, bu nedenle genel olarak füzyon araştırmaları üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacaktır” diyor.

Bu makale izin alınarak çoğaltılmıştır ve ilk yayınlanan 13 Aralık 2022’de.



Kaynak : https://www.scientificamerican.com/article/nuclear-fusion-lab-achieves-ignition-what-does-it-mean/

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir