Füzyonda yoğunluk engeli aşıldı

Ekip, teoride uzun süredir konuşulan “yoğunluk-serbest rejim”e ulaştı: Plazma yoğunluğu, tokamaklarda geleneksel üst sınırların çok üstüne taşınmasına rağmen plazma kararlı kaldı ve deney “şalter attıran” sert kararsızlıklara girmedi.

NEDEN ÖNEMLİ?

Füzyonun enerji üretmesi için yakıtın (özellikle döteryum-trityum karışımının) aşırı sıcaklıklara çıkarılması gerekiyor. İşin kritik kısmı şu: Plazmanın yoğunluğu arttıkça, aynı koşullarda daha fazla parçacık birbiriyle karşılaşıyor ve reaksiyonlar hızlanıyor. Bu yüzden “daha yoğun plazma”, kâğıt üzerinde daha yüksek enerji verimi demek. Ama pratikte tokamaklar, yoğunluk artınca çoğu zaman ani dalgalanmalar ve “disruption” denen sert kesintilerle yüzleşiyor; plazma hapsi bozuluyor, deney duruyor, hatta cihaz güvenliği açısından risk büyüyor.

YENİ SONUÇLAR VE YENİ YÖNTEM

Yeni sonuçların arkasında “plazma-duvar kendi kendini örgütleme” (PWSO) adı verilen yaklaşım var. Bu teori, yoğunluk sınırının yalnızca plazmanın iç dinamiğiyle değil, plazmanın reaktörün metal duvarlarıyla kurduğu ilişkiyle de belirlendiğini söylüyor. Duvarla etkileşim kötü yönetildiğinde safsızlıklar (impürite) artıyor, enerji kayıpları büyüyor ve plazma “daha da bastırınca” kontrolden çıkabiliyor. PWSO’ya göre doğru denge kurulursa, sistem bir noktadan sonra adeta kendi kendini daha stabil bir düzene oturtabiliyor ve böylece “yoğunluk duvarı” esneyebiliyor.

EAST ekibi, her plazma deşarjının başlangıcında yakıt gazı basıncını çok dikkatli ayarlayıp, start-up aşamasında elektron siklotron rezonans ısıtması (ECRH) uyguladı. Bu erken müdahale, daha baştan plazma-duvar etkileşimini “rayına oturtmayı” hedefliyor: Daha az safsızlık, daha az enerji kaybı ve start-up sonunda yoğunluğun daha sağlıklı şekilde yükselmesi. Sonuçta plazma, yıllardır tokamakların üst sınırına takıldığı bölgenin ötesine geçse de kararlılığını koruyabildi.

SIRADAKİ HEDEF

Araştırmacılar şimdi aynı stratejiyi, tokamakların daha yüksek performanslı çalışma modu olarak bilinen yüksek hapsolma (H-mode) koşullarında denemek istiyor. Çünkü “yüksek yoğunluk” tek başına yetmiyor: Füzyonun gerçekçi enerji üretimine yaklaşması için plazmanın hem yoğun hem de iyi hapsedilmiş, yani enerji kayıpları düşük bir durumda uzun süre tutulması gerekiyor. Bu yüzden EAST’te gösterilen yöntem, “ateşleme”ye (plazmanın kendi kendini daha güçlü biçimde ısıtıp sürdürebildiği eşiğe) giden yolda kritik bir pratik kapı aralıyor.