Füzyon Enerjisinin Geleceği Bor ile Parlıyor
Tokamak füzyon reaktörleri için tercih edilen malzeme olan tungsten, plazmayı soğutan püskürtme nedeniyle zorluklar yaratmakta ve füzyonun sürdürülmesini zorlaştırmaktadır.
PPPL’deki araştırmacılar tokamaklara bor tozu serpmenin duvarları koruyarak ve plazmaya tungsten girişini önleyerek bunu engelleyebileceğini öne sürüyor. Küresel tokamaklarda yapılan son deneyler ve yeni bir bilgisayar modeli, bor tozunun füzyon için en uygun plazma koşullarını sağlama potansiyelini desteklemektedir.
Tungsten ve Füzyon Zorlukları
Füzyon araştırmacıları, tokamaklar ve stellaratörler gibi füzyon reaktörleri içindeki plazmaya doğrudan bakan bileşenler için ideal malzeme olarak tungsteni giderek daha fazla tercih etmektedir. Bununla birlikte, füzyon plazmasının yoğun ısısı altında, tungsten atomları reaktör duvarlarından plazmaya sıçrayabilir. Aşırı tungsten plazmayı önemli ölçüde soğutur ve füzyon reaksiyonlarının sürdürülmesi için bir zorluk teşkil eder.
ABD Enerji Bakanlığı’nın Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı’ndaki (PPPL) araştırmacılar şimdi tokamak içine bor tozu eklenmesinin bu sorunu çözebileceğini gösteren deneysel kanıtlara sahipler. Bor, reaktör duvarlarını plazmadan kısmen korur ve duvar atomlarının plazmayı kirletmesini önler. Dahası, PPPL araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir bilgisayar modelleme çerçevesi, bor tozunun yalnızca tek bir noktadan uygulanması gerekebileceğini göstermektedir. Bu bulgular ve yeni modelleme yaklaşımı geçtiğimiz günlerde Atlanta’da düzenlenen Amerikan Fizik Derneği Plazma Fiziği Bölümü 66. Yıllık Toplantısı’nda sergilendi.
ITER’den geçen bir kesitin bu çizimi, pelet enjeksiyon kılavuz tüplerini ve bor damlalığı için kavramsal bir tasarımın taslağını göstermektedir. Kredi: Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı / PPPL
Tokamak Deneysel Bilim Başkan Yardımcısı Joseph Snipes, katı bor enjeksiyonundan sonra tungsten püskürtmesinin azaldığını gösteren deneylere dayanarak katı bor enjeksiyon sistemi konusunda iyimser. Deneyler dünya çapında üç tungsten duvarlı tokamakta gerçekleştirilmiştir: biri Almanya’da, biri Çin’de ve biri de ABD’de.
“Bor, tokamak plazmasına bir tuzluk gibi toz halinde serpilir, plazmanın kenarında iyonize olur ve daha sonra tokamak’ın iç duvarlarında ve egzoz bölgesinde birikir” dedi. “İnce bir bor tabakasıyla kaplandıktan sonra, tungstenin plazmaya girmesini ve plazma enerjisini yaymasını engelleyecektir.”
Snipes ve meslektaşları, bor enjeksiyon sistemini ITER Organizasyonu’nun reaktör ölçekli tokamaklarında potansiyel olarak kullanmak amacıyla üzerinde çalışıyorlar. Enjeksiyon sistemi, makine çalışırken bor ekleyebildiği için bu görev için çok uygundur. Ayrıca enjekte edilen bor miktarını hassas bir şekilde kontrol edebilir ve sınırlayabilir. Biriktirilen bor katmanları, nükleer güvenliğe uymak için ITER tokamakta en aza indirilmesi gereken radyoaktif element trityumu tutuyor. ITER ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim insanları ve mühendisler de bu projede işbirliği yaptı.
Bor Enjeksiyon Modellemesindeki Gelişmeler
PPPL’de araştırma fizikçisi olan Florian Effenberg, DIII-D tokamaktaki bor enjeksiyon sistemi için bir bilgisayar modelleme çerçevesi oluşturmak üzere ayrı bir projeye liderlik etmiştir. Çerçeve, bor tozunun tek bir yerden serpilmesinin, simülasyon alanında dikkate alınan reaktör bileşenleri boyunca yeterince homojen bir bor dağılımı sağlayabileceğini göstermektedir.
Effenberg, “Enjekte edilen bor malzemesinin bir füzyon plazmasında nasıl davrandığını ve füzyon reaktörlerinin duvarlarıyla nasıl etkileşime girerek onları çalışırken iyi durumda tuttuğunu anlamak için yeni bir yol geliştirdik” dedi.
Sonraki Adımlar ve ITER Değerlendirmeleri
Araştırmacıların yaklaşımı, yeni bir çerçeve ve iş akışı oluşturmak için üç farklı bilgisayar modelini birleştiriyor. Effenberg, “Bir model plazmanın davranışını simüle ediyor, diğeri bor tozu parçacıklarının plazmada nasıl hareket ettiğini ve buharlaştığını gösteriyor ve üçüncüsü bor parçacıklarının tokamak duvarlarıyla nasıl etkileşime girdiğini, nasıl yapıştıklarını, aşındıklarını ve diğer malzemelerle nasıl karıştıklarını inceliyor” dedi.
Effenberg, “Bu bilgiler, ITER ve diğer füzyon reaktörlerinde etkili ve düzgün duvar koşullandırması elde etmek için bor enjeksiyon stratejilerini optimize etmek için çok önemlidir” dedi.
Modelleme çerçevesi San Diego’da General Atomics tarafından işletilen bir tokamak olan DIII-D’ye bakarken, bu araştırmanın bir sonraki aşaması modelleme çerçevesini ITER’e ölçeklendirmeyi içeriyor. DIII-D’nin duvarları karbondan yapılırken, ITER tungsten duvarlara sahip olmayı planlıyor, bu nedenle borun duvarları nasıl koruduğuna dair herhangi bir farklılığı araştırmak önemli olacaktır.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Borofen: Bor mineralinden üretilen madde yeni bir devrim niteliğinde Olacak