Füzyon Reaktörleri Duvarlarında Karanlık Madde Parçacıkları Oluşturabilir
Füzyon reaktörleri temiz enerji üretmek üzere tasarlanmıştır, ancak yeni bir teoriye göre bu reaktörler aynı zamanda fiziğin en anlaşılması zor parçacıklarından birini de üretebilir.
ABD’li araştırmacılardan gelen bir öneri, büyük füzyon santrallerinin istemeden aksiyonlar (karanlık maddeyi oluşturan varsayımsal parçacıklar) yaratabileceğini öne sürüyor.
Buradaki temel fikir, aksiyonların füzyonun gerçekleştiği aşırı sıcak plazmadan değil, reaktörün kendi yapısından kaynaklanacağıdır.
Nötronlar yeni parçacıklar oluşturur.
Yeni araştırmaya göre, füzyon reaksiyonları sırasında açığa çıkan hızlı nötronlar, çevrelerindeki metallere ve lityuma çarpıyor.
Bu durum, reaktörden kaçarak yakındaki dedektörlere ulaşabilecek aksiyonlar yayabilen nadir nükleer süreçleri tetikler.
Çalışma, Ohio’daki Cincinnati Üniversitesi’nden ( UC ) Profesör Jure Zupan tarafından yürütüldü. Araştırması, olası karanlık madde parçacıklarını takip ediyor ve reaktör donanımını yeni bir aksiyon kaynağı olarak ele alıyor .
Karanlık madde görünmez kalmaya devam ediyor.
Karanlık madde kendini yerçekimi yoluyla gösterir: galaksiler, görünür yıldızlarının ve gazlarının çekim gücünün açıklayabileceğinden çok daha hızlı dönerler.
En iyi ölçümler, karanlık maddenin evrendeki tüm maddenin yaklaşık %84,4’ünü oluşturduğunu ve kozmik kütle dengesine hakim olduğunu göstermektedir.
Eğer aksiyonlar bu görünmeyen kütleyi oluşturuyorsa, reaktörlerin yakınında aksiyon üretmek, hangi teorik modellerin geçerliliğini koruduğunu belirlemeye yardımcı olabilir.
Aksiyonları tespit etmek zordur.
Aksiyonlar, tanıdık parçacıklar ve kuvvetlerle yalnızca zayıf bir şekilde etkileşime girdikleri için çoğu maddeden kayıp giderler.
Arama işlemleri genellikle ışığa veya elektronlara nadir dönüşümlere dayanır; bu da büyük dedektörlerin bile yıllarca beklemesi anlamına gelir.
Net bir sinyal için yine de çapraz kontroller gerekecektir, çünkü birçok model karanlık maddeyi oluşturmayan ilgili parçacıkları öngörüyor.
Füzyon reaktörleri hızlı nötronlar açığa çıkarır.
Yaygın bir füzyon yakıt karışımında, bir helyum çekirdeği içeride hapsolurken, bir nötron plazmadan dışarı fırlar.
Kaçan nötron, reaksiyonun enerjisinin büyük kısmını taşıdığı için, çevredeki yapılar sürekli bir enerji kaybına maruz kalmalıdır.
Füzyon reaktörü aksiyon arama önerisi, bu sürekli bombardımana bağlıdır, çünkü bu bombardıman önemli olan nadir reaksiyonları tetikler.
Trityumun neden üretilmesi gerekiyor?
İki nötrona sahip radyoaktif hidrojen olan trityum doğada az bulunur, bu nedenle pratik reaktörlerin çalışma sırasında daha fazla üretmesi planlanmaktadır.
12 yıllık yarı ömür ve sürekli yakıt kullanımı, tasarımcıları nötronların lityuma çarpmasına izin vererek trityum üretmeye itiyor.
Aynı nötron çarpmaları çekirdekleri de uyarabilir ve yeni bir hafif parçacığın açığa çıkması olasılığını yaratabilir.
Duvar yakalama işlemi parçacıkları serbest bırakır.
Nötron yakalanması, reaktörün lityum veya çelik duvar malzemelerinde çekirdeği uyarılmış bir durumda bırakabilir ve bu durumda açığa çıkarılması gereken fazla enerji bulunur.
Uyarılmış bir çekirdeğin enerji salınımı yoluyla enerji kaybetmesiyle gerçekleşen nükleer geçiş , bir aksiyon veya başka bir hafif parçacık gönderebilir.
Parçacık neredeyse hiç etkileşime girmediği için, koruyucu tabakadan geçebilir ve reaktör kabının hemen dışında ortaya çıkabilir.
Nötron yavaşlatıcı etkiler
Yakalanmayan nötronlar yine de saçılabilir ve çevre yapılardaki birçok küçük çarpışmada enerji kaybedebilirler.
Yüklü bir parçacık yavaşladığında, frenleme radyasyonu yayar ve bu da yeni parçacıkların oluşmasına yol açabilecek enerji açığa çıkarır.
Bu öneri, nötronların yeterli enerjiyi koruduğu durumlarda en büyük önemi doğursa da, bunu ikinci bir üretim kanalı olarak ele alıyor.
Parçacıklar dedektörlere ulaşır.
Bu öneri, bu parçacıkların reaktör çekirdeğinden onlarca metre uzağa, reaktör yapısının dışında konumlandırılmış dedektörlere ulaşacak kadar uzak bir mesafeye seyahat etmesine dayanıyor.
10 metre (33 fit) uzaklığa yerleştirilen bir dedektör, normal nötronların ve gama ışınlarının nadiren taklit ettiği etkileşimleri arayabilir.
Mesafe önemlidir çünkü akı hızla yayılır, bu nedenle deneyler için ya büyük reaktörlere, ya büyük dedektörlere ya da her ikisine birden ihtiyaç vardır.
Ağır su dedektörü
Bu algılama yöntemi , bir füzyon tesisinin yakınında, normal hidrojen yerine döteryumdan yapılmış büyük bir ağır su tankı kullanıyor.
Bir aksiyon, bir döteryum çekirdeğine çarptığında, çifti bir serbest proton ve bir nötrona ayırabilir.
Bu parçalanma net bir iz bırakır, çünkü çıkan nötron sayılabilir ve proton izlenebilir.
Füzyon reaktörü sinyali ve gürültü
Gerçek bir test, reaktör çalışırkenki dedektör hızlarını, reaktör kapalıykenki hızlarla karşılaştırmak olacaktır.
En büyük arka plan gürültüsü , Güneş’in çekirdeğinde üretilen ve döteryumu da parçalayan minik parçacıklar olan güneş nötrinolarından gelir, bu nedenle zamanlama önemlidir.
Arka planlar dikkate alınsa bile, eğer herhangi bir fazlalık ortaya çıkmazsa, öneri parametre uzayının büyük dilimlerini dışlayabilir.
Popüler kültürden fiziğe
The Big Bang Theory’nin beşinci sezonunda , aksiyon bulmacası birkaç bölümde beyaz tahtalara yazıldı ve bununla ilgili herhangi bir diyalogda açıklama yapılmadı.
Profesör Zupan, “Nötronlar duvarlardaki malzemeyle etkileşime giriyor” dedi. Dizinin güneş tabanlı matematiği duvar reaksiyonlarını göz ardı ediyor ve önerinin avantajı da tam olarak burada ortaya çıkıyor.
Teorinin sınırlamaları
Bazı üretim tahminleri, duvar malzemelerindeki nükleer reaksiyonların tam olarak haritalandırılmamış olması nedeniyle, hızlı ölçeklendirme argümanlarına dayanmaktadır.
Daha gelişmiş reaktöre özgü simülasyonlar, ölçülen reaksiyon olasılıklarını kullanarak nötronların nerede yavaşladığını ve hangi atom tiplerine çarptığını takip edebilir.
Bu girdiler iyileşene kadar, öneri umut vadeden bir erişim alanı çizebilir ancak herhangi bir tesiste tespit edilebilir bir oran garanti edemez.
Füzyon reaktörlerinin geleceği
Fransa’nın güneyindeki Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör ( ITER ) sahası, şu anda yapım aşamasında olan makinelerin büyüklüğünü göstermektedir.
ITER, trityum üretimi gibi önemli teknolojileri test edecek ve daha sonraki tesisler daha uzun süre çalışarak daha fazla nötron üretebilecek.
Mühendisler dedektörler için yakınlarda yer ayırabilirlerse, ITER sınıfı tesisler enerji misyonlarını değiştirmeden parçacık laboratuvarı olarak da kullanılabilir.
Nötronca zengin füzyon kaplamaları, karanlık madde adaylarından birini doğrudan test etmek için kontrollü kaynaklar haline gelebilir.
Ardından, araştırmacıların, öneriyi net kontrollerle doğrulayabilecek veya reddedebilecek reaktöre özgü simülasyonlara ve dedektör tasarımlarına ihtiyaçları var.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Füzyon Reaktörleri Duvarlarında Karanlık Madde Parçacıkları Oluşturabilir
Yıldız Tozunda Yaşamın Bileşenleri Bulunur. Peki Bunlar Nasıl Yolculuk Eder?
/Füzyon Reaktörleri Duvarlarında Karanlık Madde Parçacıkları Oluşturabilir/