Dünyanın en büyük füzyon reaktörü ITER’de karmaşık mıknatıs sistemi kuruldu: İşte detaylar

Üç kıtada yirmi yıl süren tasarım, üretim, imalat ve montajın ardından, tarihi, çok uluslu ITER füzyon enerjisi projesi devasa toroidal bobinlerine kavuştu. İnanılma büyüklükteki ve son derece karmaşık yapıdaki mıknatıs sistemi, füzyon reaktörünün manyetik alanını oluşturacak. Bu manyetik alan, Dünya’nın manyetik alanından 250 bin kat daha güçlü olacak.

ITER için mıknatıslar tamam

Çok uluslu ITER füzyon enerjisi projesi reaktörün çekirdeğini inşa etmek için gereken özel mıknatısların Güney Fransa’ya teslim edilmesiyle kritik bir noktaya ulaştı. On dokuz devasa toroidal bobinden oluşan dev mıknatıslar Güneş’e ve yıldızlara güç veren süreci taklit etmek ve plazmayı hapsetmek için kullanılacak.

ITER, insanlık tarihinin en önemli projelerinden birisi -belki de şimdiye kadarki en karmaşık puzzel. Avrupa Birliği, Çin, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve ABD’nin ortak çalıştığı projedeMitsubishi Heavy Industries, ASG Superconductors, Toshiba Energy Systems, SIMIC, CNIM ve daha pek çok şirket yer alıyor.

Projenin hayata geçirilmesi için en önemli parçalardan olan D-şekilli toroidal mıknatıslar, tokamak adı verilen çörek şeklindeki bir oda olan ITER vakum kabının etrafına yerleştirilecek. Kabın içinde hafif atom çekirdekleri birleşerek daha ağır atom çekirdekleri oluşturacak. Bu reaksiyon sırasında oluşan plazma, mıknatısların manyetik alanlarıyla hapsedilecek ve ortaya muazzam bir enerji çıkacak.

Bu füzyon reaksiyonunun yakıtı hidrojenin iki formu olan döteryum ve trityum olacak. Bu yakıt tokamak içine bir gaz olarak enjekte edilecektir. Gazın içinden elektrik akımı geçirildiğinde, iyonize bir plazma oluşacak. Plazmanın sıcaklığı Güneş’in çekirdeğinden 10 kat daha sıcak olan 150 milyon dereceye kadar çıkacak. Bu aşırı sıcak plazmayı şekillendirmek, sınırlamak ve kontrol etmek için ITER tokamak, metal vakum kabının şekline tam olarak uyan görünmez bir manyetik kafesle korunmak zorunda.

Dünya’nın manyetik alanından 250.000 kat daha güçlü

ITER bu dev bobinler için malzeme olarak niyobyum-kalay ve niyobyum-titanyum kullanacak. Bunlara elektrik verildiğinde bobinler dev bir mıknatısa dönüşecek. Sıvı helyumla -269 santigrat dereceye kadar soğutulduklarında ise süper iletken hale gelecekler. Kullanılan her bir bobinin boyut 17 metre boyunda ve 9 metre eninde. Ağrılıkları ise 360 ton. Toroidal alan bobinleri birlikte, aslında tek bir mıknatıs olarak çalışacak. Esasında bu, şimdiye kadar yapılmış en güçlü mıknatıs olacak.

Tüm bunlar bir araya geldiğinde ITER’de oluşacak plazma akımı 15 milyon ampere ulaşacak. Bu, mevcut ya da daha önceki tokamaklarda mümkün olandan çok daha güçlü. Manyetik alan açısından, tasarımın toplam manyetik enerjisi ise 41 gigajul olacak. Elbette bu sayı çoğu kişi için pek bir anlam ifade etmiyor. O yüzden şu bilgiyi vermek yardımcı olacaktır: Bu manyetik alan Dünya’nın manyetik alanından 250.000 kat daha güçlü olacak.

ITER ne kadar güç sağlayacak?

ITER’deki tesis yaklaşık 500 megawatt termal güç üretecek kapasiteye sahip. Eğer sürekli olarak çalıştırılır ve elektrik şebekesine bağlanırsa, bu yaklaşık 200.000 eve yetecek enerji üretimi anlamına geliyor. Ticari bir füzyon tesisi, 10-15 kat daha fazla elektrik gücü için biraz daha büyük bir plazma odasına ihtiyaç duyacak.

Füzyon nasıl çalışacak?

Bahsettiğimiz gibi az miktarda döteryum ve trityum (hidrojen) gazı tokamak adı verilen büyük, çörek şeklindeki bir vakum odasına enjekte edilecek. Hidrojen, buluta benzeyen iyonize bir plazma haline gelene kadar ısıtılacak. Tokamakla entegre dev süper iletken mıknatıslar iyonize plazmayı metal duvarlardan uzak tutarak hapsedecek ve şekillendirecek. Hidrojen plazması 150 milyon santigrat dereceye ulaştığında – Güneş’in çekirdeğinden on kat daha sıcak – füzyon süreci meydana gelmeye başlayacak.

Füzyonla üretilen ultra yüksek enerjili nötronlar manyetik alandan kaçar ve metal tokamak odasının duvarlarına çarparak enerjilerini ısı olarak duvarlara iletmeye başlayacak. Bazı nötronlar metal duvarlardaki lityum ile reaksiyona girerek füzyon için daha fazla trityum yakıtı oluşturacak. Tokamak duvarlarında dolaşan su, ısınarak buhara dönüşecek. Ticari bir reaktörde, bu buhar elektrik üretmek için türbinleri çalıştıracak.

Günümüze kadar yüzlerce tokamak inşa edilmiş olsa da ITER yanan veya büyük ölçüde kendi kendini ısıtan bir plazma elde etmek için tasarlanmış ilk proje olma özelliğini taşıyor.

ITER’in başındaki bela

Fransa’da inşa edilmekte olan 20 milyar Avroluk nükleer füzyon reaktörü ITER’in ilk plazmasını son olarak 2025 yılında üretmesi bekleniyordu. Ancak son yapılan açıklamalara göre ilk üretim 10 yıl ertelendi. ITER, 2035’e kadar operasyonlarına başlamayacak. Böyle bir gecikme ITER’in ticari füzyon projeleri tarafından geride bırakılmasına neden olabilir.

ITER özelindeki fikirler 1985 yılına kadar uzansa da çalışmalar resmi olarak 2006 yılında başladı ve plazma yaratacak reaktörün ilk çalıştırılması başlangıçta 2020 için planlanmıştı, ancak daha sonra 2025’e ertelendi. İnşaat maliyetleri hızla artmış, ilk tahminler 2020’de yüzde 300 artışla 20 milyar Avro’nun üzerine çıkmıştı.