Nükleer Füzyon, Daha İyi Reaktör Duvarları Sayesinde Bir Dönüm Noktasını Vurdu

İngiltere'deki bir laboratuvardaki bilim insanları, kontrollü ve sürekli bir füzyon reaksiyonu sırasında üretilen enerji miktarı rekorunu kırdı. Üretimi Beş saniyede 59 megajoule enerji İngiltere'de düzenlenen Ortak Avrupa Torus (JET) deneyinde bazı haber kaynakları tarafından "bir atılım" olarak adlandırıldı ve fizikçiler arasında oldukça büyük bir heyecana neden oldu. Ancak bununla ilgili ortak bir çizgi füzyon elektrik üretimi öyle mi "her zaman 20 yıl uzakta".

Bir vardır nükleer fizikçi ve nükleer mühendis elektrik üretmek amacıyla kontrollü nükleer füzyonun nasıl geliştirileceğini araştıran kişiler.

JET sonucu, füzyon fiziğinin anlaşılmasında dikkate değer ilerlemeler olduğunu göstermektedir. Ancak bir o kadar da önemlisi, füzyon reaktörünün iç duvarlarını inşa etmek için kullanılan yeni malzemelerin amaçlandığı gibi çalıştığını gösteriyor. Yeni duvar inşaatının bu kadar iyi performans göstermesi, bu sonuçları önceki kilometre taşlarından ayıran ve manyetik füzyonu yükselten şeydir. bir rüyadan bir gerçekliğe doğru.

Parçacıkları Bir Araya Kaynaştırmak

Nükleer füzyon, iki atom çekirdeğinin tek bir bileşik çekirdek halinde birleştirilmesidir. Bu çekirdek daha sonra parçalanır ve reaksiyonu hızlandıran yeni atomlar ve parçacıklar formunda enerji açığa çıkarır. Bir füzyon enerji santrali kaçan parçacıkları yakalayacak ve enerjilerini elektrik üretmek için kullanacak.

Birkaç vardır Dünyadaki füzyonu güvenli bir şekilde kontrol etmenin farklı yolları. Araştırmamız JET'in benimsediği yaklaşıma odaklanmaktadır: Atomları sınırlandırmak için güçlü manyetik alanlar kaynaşmaları için yeterince yüksek bir sıcaklığa ısıtılıncaya kadar.

Mevcut ve gelecekteki reaktörlerin yakıtı, hidrojenin iki farklı izotopudur; yani bir protona ancak farklı sayıda nötrona sahiptirler. döteryum ve trityum. Normal hidrojenin çekirdeğinde bir proton vardır ve nötron yoktur. Döteryumda bir proton ve bir nötron bulunurken, trityumda bir proton ve iki nötron bulunur.

Bir füzyon reaksiyonunun başarılı olması için öncelikle yakıt atomlarının, elektronların çekirdekten ayrılacak kadar ısınması gerekir. Bu, pozitif iyonların ve elektronların bir koleksiyonu olan plazmayı oluşturur. Daha sonra bu plazmayı 200 milyon Fahrenheit (100 milyon Santigrat) üzerinde bir sıcaklığa ulaşana kadar ısıtmaya devam etmeniz gerekir. Bu plazmanın, kapalı bir alanda, yüksek yoğunluklarda, yeterince uzun bir süre boyunca saklanması gerekir. yakıt atomlarının birbirleriyle çarpışması ve kaynaşması.

Dünyadaki füzyonu kontrol etmek için araştırmacılar halka şeklinde cihazlar geliştirdiler.tokamak denir — plazmayı tutmak için manyetik alanları kullanan. Çöreğin içini saran manyetik alan çizgileri şu şekilde hareket eder: iyonların ve elektronların takip ettiği tren rayları. Plazmaya enerji enjekte ederek ve onu ısıtarak, yakıt parçacıklarını öyle yüksek hızlara çıkarmak mümkündür ki, bunlar çarpıştıklarında, birbirlerinden sekmek yerine, yakıt çekirdekleri birbirine kaynaşır. Bu olduğunda enerji açığa çıkarlar, öncelikle hızlı hareket eden nötronlar şeklinde.

Füzyon işlemi sırasında, yakıt parçacıkları yavaş yavaş sıcak, yoğun çekirdekten uzaklaşır ve sonunda füzyon kabının iç duvarı ile çarpışır. Bu çarpışmalar nedeniyle duvarların bozulmasını önlemek için (ki bu da füzyon yakıtını kirletir) reaktörler, yoldan çıkan parçacıkları saptırıcı adı verilen ağır zırhlı bir odaya yönlendirecek şekilde inşa edilir. Bu, yönlendirilen parçacıkları dışarı pompalar ve tokamak'ı korumak için fazla ısıyı ortadan kaldırır.

Duvarlar Önemlidir

Geçmişteki reaktörlerin en büyük sınırlaması, dalgıçların sürekli parçacık bombardımanına birkaç saniyeden fazla dayanamamasıydı. Füzyon gücünün ticari olarak çalışabilmesi için mühendislerin, füzyon için gerekli koşullar altında yıllarca dayanabilecek bir tokamak gemisi inşa etmeleri gerekiyor.

Yönlendirici duvar ilk dikkate alınması gereken husustur. Yakıt parçacıkları yön değiştiriciye ulaştıklarında çok daha soğuk olmalarına rağmen hala yeterli enerjiye sahiptirler. Yönlendiricinin duvar malzemesiyle çarpıştıklarında atomlar saptırıcının duvar malzemesinden ayrılır. Daha önce JET'in yön değiştiricisinin grafitten yapılmış bir duvarı vardı, ancak Grafit, pratik kullanım için çok fazla yakıtı emer ve hapseder.

2011 yılı civarında, JET'teki mühendisler dalgıcı ve tankın iç duvarlarını tungstene yükseltti. Tungsten kısmen herhangi bir metal arasında en yüksek erime noktasına sahip olduğu için seçilmiştir; bu, dalgıcın neredeyse ısı yüklerine maruz kalması muhtemel olduğunda son derece önemli bir özelliktir. Uzay mekiğinin burun konisinden 10 kat daha yüksek Dünya atmosferine yeniden giriyor. Tokamak'ın iç damar duvarı grafitten berilyuma yükseltildi. Berilyum, bir füzyon reaktörü için mükemmel termal ve mekanik özelliklere sahiptir. Grafitten daha az yakıt emer ancak yine de yüksek sıcaklıklara dayanabilir.

JET'in ürettiği enerji manşetlere konu oldu, ancak deneyi gerçekten etkileyici kılan şeyin aslında yeni duvar malzemelerinin kullanılması olduğunu iddia ediyoruz, çünkü gelecekteki cihazların daha uzun süreler boyunca yüksek güçte çalışabilmesi için bu daha sağlam duvarlara ihtiyacı olacak. zamanın. JET, yeni nesil füzyon reaktörlerinin nasıl inşa edileceğine dair başarılı bir konsept kanıtıdır.

Sonraki Füzyon Reaktörleri

JET tokamak şu anda faaliyette olan en büyük ve en gelişmiş manyetik füzyon reaktörüdür. Ancak yeni nesil reaktörler halihazırda yapım aşamasındadır, özellikle de ITER deneyi2027'de faaliyete geçecek. Latince "yol" anlamına gelen ITER Fransa'da yapım aşamasında ABD'nin de dahil olduğu uluslararası bir kuruluş tarafından finanse ediliyor ve yönetiliyor.

ITER, JET'in uygulanabilir olduğunu gösterdiği maddi ilerlemelerin çoğunu kullanacak. Ancak bazı önemli farklılıklar da var. İlk olarak, ITER çok büyük. Füzyon odası 37 fit (11.4 metre) uzunluğunda ve 63 fit (19.4 metre) civarında, JET'ten sekiz kat daha büyük. Ek olarak ITER, süper iletken mıknatıslar üretebilecek daha uzun süre boyunca daha güçlü manyetik alanlar JET'in mıknatıslarıyla karşılaştırıldığında. Bu yükseltmelerle ITER'in, hem enerji çıkışı hem de reaksiyonun ne kadar süreceği açısından JET'in füzyon rekorlarını kırması bekleniyor.

ITER'in ayrıca füzyon enerji santrali fikrinin merkezinde yer alan bir şeyi yapması da bekleniyor: yakıtı ısıtmak için gerekenden daha fazla enerji üretmek. Modeller, ITER'in 500 saniye boyunca sürekli olarak yaklaşık 400 megawatt güç üreteceğini ve yakıtı ısıtmak için yalnızca 50 MW enerji tüketeceğini öngörüyor. Bu, reaktör anlamına gelir Tükettiğinden 10 kat daha fazla enerji üretti— JET'e göre çok büyük bir gelişme, bu da gerekliydi Yakıtı ısıtmak için ürettiğinden yaklaşık üç kat daha fazla enerji son zamanları için 59 megajoule rekoru.

JET'in son kayıtları, plazma fiziği ve malzeme biliminde yıllarca süren araştırmaların sonuç verdiğini ve bilim adamlarını enerji üretimi için füzyondan yararlanmanın eşiğine getirdiğini gösterdi. ITER, endüstriyel ölçekte füzyon enerji santralleri hedefine doğru muazzam bir adım atacak.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

Resim Kredi: Rswilcox/Vikipedi

• Akıllı para. Avrupa'nın En İyi Bitcoin ve Kripto Borsası.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. SERBEST ERİŞİM.
• KriptoHawk. Altcoin Radarı. Ücretsiz deneme.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2022/04/10/nuclear-fusion-hit-a-milestone-thanks-to-better-reactor-walls/