Dünyanın En Büyük Süper İletken Plazma Tutma Cihazı, Füzyon Isı Kaybı Kodunu Çözdü

Onlarca yıldır fizikçiler, füzyon reaktörlerinin içinde geleneksel teoriye meydan okuyan bir fenomenden dolayı şaşkınlık yaşıyordu: Isının, çekirdekten kenara imkansız hızlarda kaçması.

Şimdi, Japonya'daki Ulusal Füzyon Bilimi Enstitüsü (NIFS) bünyesindeki bir ekip, kodu çözerek plazma türbülansının yavaş hareket eden bir sıvıdan çok, kusursuz zamanlamayla uzun bir pas atan bir Amerikan futbolu takımı gibi davrandığını keşfetti. Elde edilen bu buluş, füzyon için plazmayı yeterince sıcak tutmanın, ki bu, 100 milyon derecenin üzerinde sıcaklıklar gerektirir, neden zor olduğunu açıklamaya yardımcı oluyor. Bulgular, gelecekteki reaktörlerin dengelenmesi için yeni bir içgörü sunuyor.

Isı Kaybı Hakkındaki Kuralları Yeniden Yazmak

Geleneksel fizik, bir reaktördeki ısının yavaşça yayılması, yani sıcak merkezden daha soğuk kenara doğru azar azar ilerlemesi gerektiğini öne sürer ancak deneyler, ısının neredeyse anında tutma alanını aşabildiğini tekrar tekrar gösterdi; enerji üretimi için gereken manyetik tutuculuğu zayıflatan "hayalet bir eylem" söz konusuydu.

NIFS araştırmacıları, Geniş Sarmal Cihaz (LHD) ile çalışarak, artık ana sorunu tespit etti: Belirli bir "aracı" türbülans türü.

Fiziği açıklamak için bir spor analojisi kullanan ekip, plazmanın davranışını iki farklı moda sahip olarak tanımlıyor. Geçmişte bilim insanları, sadece türbülansın ısıyı kademeli olarak taşıdığı "koşu oyunu"nu hesaba katıyorlardı; yani, topu saklayıp ileri koşan bir oyuncuya benziyordu.

Yeni çalışma, plazmanın aynı zamanda bir "pas oyunu"na da sahip olduğunu ortaya koyuyor. Çekirdek ısıtıldıktan hemen sonra, aracı türbülans, reaktörün uzaktaki bölgelerini on binde bir saniyeden daha kısa sürede birbirine bağlıyor ve böylece ısının aradaki boşluğu atlayarak kenarı anında etkilemesine izin veren uzun menzilli bir mermi pası gerçekleştiriyor.

Hareketi Yakalamak

Ekip, saniyenin onda biri kadar kısa süren bu davranışı gözlemlemek için standart gözlem yöntemlerinin ötesine geçmek zorunda kaldı.

Plazmayı kısa, yoğun ısıtma darbelerine maruz bıraktılar ve mikrosaniye düzeyindeki değişiklikleri ölçebilen yüksek hassasiyetli teşhis araçları kullandılar. Toplanan veriler, açık bir neden-sonuç ilişkisini gösterdi: Daha kısa ısıtma darbeleri, aracı türbülansı güçlendirerek ısı kaybını hızlandırıyordu.

Bu durum, türbülansın sadece kaotik bir karışıklık olmadığını; yerel olarak ısı taşımanın yanı sıra uzaktaki alanları birbirine bağlama rollerini eş zamanlı olarak gerçekleştiren karmaşık bir sistem olduğunu doğruluyor.

Füzyon için Yeni Bir Strateji

Elde edilen atılım, alanı hızlı ısı kaybını sadece gözlemlemekten, mekanizmasını anlamaya taşıyor. "Uzun pas"tan sorumlu belirli türbülansın belirlenmesiyle, bilim insanlarının artık bir kontrol hedefi bulunuyor.

Mühendisler aracı türbülansı hafifletebilirse, plazmayı daha yavaş ve yönetilebilir bir "koşu oyunu"na geri döndürmeye zorlayabilir, böylece ısıyı çekirdekte daha uzun süre tutabilirler. Bu kontrol seviyesi, füzyonu uygulanabilir, sınırsız bir enerji kaynağı haline getirmeye yönelik kritik bir adımdır.

Araştırmacılar yeni bir çalışmada şunları kaydetti:

“Bu araştırma, uzun süredir hipotez olarak var olan aracı yolları için ilk kesin deneysel kanıtı sağlıyor ve plazma fiziğindeki temel teorik öngörüleri doğruluyor.”

Benzer eş zamanlı uzun menzilli reaksiyon, okyanus akıntıları ve atmosferik desenler gibi diğer doğal sistemlerde de meydana geldiği için, keşfin iklim bilimine ve malzeme mühendisliğine de yayılması bekleniyor.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/largest-fusion-device-solves-plasma-heat-loss