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

Üç kıtada yirmi yıl süren tasarım, üretim, imalat ve montajın akabinde, tarihi, çok uluslu ITER füzyon gücü 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 gücü 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 kıymetli 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 değerli modüllerden olan D-şekilli toroidal mıknatıslar, tokamak ismi verilen çörek formundaki bir oda olan ITER vakum kabının etrafına yerleştirilecek. Kabın içinde hafif atom çekirdekleri birleşerek daha ağır atom çekirdekleri oluşturacak. Bu tepki sırasında oluşan plazma, mıknatısların manyetik alanlarıyla hapsedilecek ve ortaya muazzam bir güç çıkacak.

Bu füzyon tepkisinin 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 çok sıcak plazmayı şekillendirmek, sınırlamak ve denetim etmek için ITER tokamak, metal vakum kabının formuna tam olarak uyan görünmez bir manyetik kafesle korunmak zorunda.

Dünya’nın manyetik alanından 250.000 kat daha güçlü

ITER bu dev bobinler için materyal 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 uzunluğunda ve 9 metre eninde. Ağrılıkları ise 360 ton. Toroidal alan bobinleri birlikte, aslında tek bir mıknatıs olarak çalışacak. Temelinde bu, şimdiye kadar yapılmış en güçlü mıknatıs olacak.

Tüm bunlar bir ortaya geldiğinde ITER’de oluşacak plazma akımı 15 milyon ampere ulaşacak. Bu, mevcut ya da daha evvelki tokamaklarda mümkün olandan çok daha güçlü. Manyetik alan açısından, dizaynın toplam manyetik gücü ise 41 gigajul olacak. Elbette bu sayı birden fazla kişi için pek bir mana tabir 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. Şayet daima olarak çalıştırılır ve elektrik şebekesine bağlanırsa, bu yaklaşık 200.000 konuta yetecek güç üretimi manasına geliyor. Ticari bir füzyon tesisi, 10-15 kat daha fazla elektrik gücü için biraz daha büyük bir plazma odasına gereksinim duyacak.

Füzyon nasıl çalışacak?

Bahsettiğimiz üzere az ölçüde döteryum ve trityum (hidrojen) gazı tokamak ismi verilen büyük, çörek formundaki bir vakum odasına enjekte edilecek. Hidrojen, buluta benzeyen iyonize bir plazma haline gelene kadar ısıtılacak. Tokamakla entegre dev muhteşem 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 güçlü nötronlar manyetik alandan kaçar ve metal tokamak odasının duvarlarına çarparak güçlerini ısı olarak duvarlara iletmeye başlayacak. Kimi nötronlar metal duvarlardaki lityum ile tepkiye 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 yahut büyük ölçüde kendi kendini ısıtan bir plazma elde etmek için tasarlanmış birinci proje olma özelliğini taşıyor.

ITER’in başındaki bela

Fransa’da inşa edilmekte olan 20 milyar Avroluk nükleer füzyon reaktörü ITER’in birinci plazmasını son olarak 2025 yılında üretmesi bekleniyordu. Lakin son yapılan açıklamalara nazaran birinci üretim 10 yıl ertelendi. ITER, 2035’e kadar operasyonlarına başlamayacak. Bu türlü 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 birinci çalıştırılması başlangıçta 2020 için planlanmıştı, fakat daha sonra 2025’e ertelendi. İnşaat maliyetleri süratle artmış, birinci varsayımlar 2020’de yüzde 300 artışla 20 milyar Avro’nun üzerine çıkmıştı.