İngiltere'nin Füzyon Enerjisi Programı: STEP Prototip Enerji Santrali için Konsept Tasarım Açıklandı 

İngiltere'nin füzyon enerjisi üretim yaklaşımı, 2019'da STEP (Enerji Üretimi için Küresel Tokamak) programının duyurulmasıyla şekillendi. İlk aşaması (2019-2024), entegre füzyon prototip güç santrali için bir konsept tasarımının yayınlanmasıyla sona erdi. Tokamak makinesi kullanılarak plazmayı sınırlamak için manyetik alan kullanımına dayanacak, ancak İngiltere'nin STEP'i ITER'de kullanılan geleneksel halka şeklindeki tokamak yerine küresel bir tokamak kullanacak. Küresel bir tokamak'ın birkaç avantajı olduğu düşünülüyor. Tesis Nottinghamshire'da inşa edilecek ve 2040'ların başında faaliyete geçmesi bekleniyor.  

Büyüyen nüfusun ve dünya ekonomisinin artan enerji talebini karşılamak ve tükenebilir fosil yakıtlar, karbon emisyonu ve iklim değişikliği, nükleer fisyon reaktörleriyle ilişkili çevresel riskler ve yenilenebilir kaynakların yetersiz ölçeklenebilirliği gibi zorlukların üstesinden hızla gelmeye yardımcı olabilecek güvenilir bir temiz enerji kaynağına duyulan ihtiyaç, hiçbir zaman şimdiki kadar yoğun bir şekilde hissedilmemiştir.  

Doğada, nükleer füzyon, füzyon koşullarının (yani yüzlerce milyon santigrat derece ve basınç aralığında son derece yüksek sıcaklık) hüküm sürdüğü yıldızların çekirdeğinde gerçekleşen güneşimiz de dahil olmak üzere yıldızlara güç verir. Dünya üzerinde kontrollü füzyon koşulları yaratma yeteneği, sınırsız temiz enerjinin anahtarıdır. Bu, yüksek enerjili çarpışmaları kışkırtmak için çok yüksek sıcaklıkta bir füzyon ortamı oluşturmayı, çarpışma olasılığını artırmak için yeterli plazma yoğunluğuna sahip olmayı ve füzyonu mümkün kılmak için plazmayı yeterli bir süre boyunca hapsedebilmeyi içerir. Açıkçası, aşırı ısıtılmış plazmayı hapsetmek ve kontrol etmek için altyapı ve teknoloji, füzyon enerjisinin ticari olarak kullanılması için temel gerekliliktir. Füzyon enerjisinin ticari olarak gerçekleştirilmesi için plazma hapsetmeye yönelik farklı yaklaşımlar dünya çapında araştırılmakta ve uygulanmaktadır.   

Eylemsiz Hapsedilme Füzyonu (ICF) 

Eylemsiz füzyon yaklaşımında, füzyon koşulları az miktarda füzyon yakıtının hızla sıkıştırılması ve ısıtılmasıyla oluşturulur. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki (LLNL) Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF), yüksek enerjili lazer ışınları kullanarak döteryum-trityum yakıtıyla doldurulmuş kapsülleri patlatmak için lazerle çalıştırılan içe çökme tekniğini kullanır. NIF, füzyon ateşlemesini ilk olarak Aralık 2022'de başardı. Daha sonra, füzyon ateşlemesi 2023'te üç kez gösterildi ve bu da kontrollü nükleer füzyonun enerji ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılabileceğini kanıtlayan bir kavram kanıtı oldu.  

Plazma yaklaşımının manyetik hapsedilmesi  

Plazmayı füzyon için sınırlamak ve kontrol etmek amacıyla mıknatıs kullanımı birçok yerde deneniyor. Güney Fransa'daki St. Paul-lez-Durance'da bulunan 35 ülkenin en iddialı füzyon enerjisi işbirliği olan IITER, füzyon yakıtını füzyon tutuşmasının gerçekleşmesi için yeterince yüksek sıcaklıklarda uzun süre sınırlamak üzere tasarlanmış tokamak adı verilen bir halka torus (veya halka şeklinde manyetik cihaz) kullanıyor. Füzyon enerji santralleri için önde gelen bir plazma sınırlama konsepti olan tokamaklar, plazma kararlılığı olduğu sürece füzyon reaksiyonunu devam ettirebilir. ITER'in tokamak'ı dünyanın en büyüğü olacak.   

İngiltere'nin STEP (Enerji Üretimi İçin Küresel Tokamak) Füzyon Programı: 

ITER gibi, Birleşik Krallık'ın STEP füzyon programı da tokamak kullanılarak plazmanın manyetik hapsedilmesine dayanmaktadır. Ancak, STEP programının tokamak'ı küresel şekilli olacaktır (ITER'in donut şekli yerine). Küresel bir tokamak kompakt, uygun maliyetlidir ve ölçeklenmesi daha kolay olabilir.  

STEP programı 2019 yılında duyuruldu. İlk fazı (2019-2024) entegre füzyon prototip güç santrali için konsept tasarımın yayınlanmasıyla sona erdi.  

Royal Society'nin Philosophical Transactions A dergisinin "Füzyon Enerjisi Dağıtımı – Enerji Üretimi için Küresel Tokamak (STEP)15 Ağustos 26'te yayınlanan 2024 hakemli makaleden oluşan "Birleşik Krallık'ın füzyondan elektrik üretmek için ilk prototip tesisini tasarlama ve inşa etme programının teknik ilerlemesini ayrıntılarıyla açıklayan makaleler. Makaleler, tasarımın eksiksiz bir anlık görüntüsünü yakalıyor ve gerekli teknolojileri ve bunların 2040'ların başında bir prototip tesise entegrasyonunu özetliyor.  

STEP programı, net enerji, yakıt öz yeterliliği ve tesis bakımına yönelik uygulanabilir bir yol göstererek füzyonun ticari uygulanabilirliği için yol açmayı amaçlamaktadır. Tasarımın bir parçası olarak devre dışı bırakmayı da dikkate alan, tam olarak işlevsel bir prototip tesis sunmak için bütünsel bir yaklaşım benimser. 

*** 

Referanslar:  

1. Birleşik Krallık Hükümeti. Basın bülteni – Birleşik Krallık füzyon santrali tasarımında dünyaya öncülük ediyor. 03 Eylül 2024'te yayımlandı. Şurada mevcuttur: https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. 'Füzyon Enerjisi Dağıtımı - Enerji Üretimi için Küresel Tokamak (STEP). Royal Society'nin Philosophical Transactions A'nın temalı baskısı. Tema sayısındaki 15 hakemli makalenin tamamı 26 Ağustos 2024'te yayınlandı. Şu adreste mevcuttur: https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. İngiltere'li araştırmacılar yeni füzyon santrali tasarımlarına dair ipuçlarını ortaya koyuyor. Bilim. 4 Eylül 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

İlgili Makaleler  

• Kahverengi Cüceler (BD'ler): James Webb Teleskobu, Yıldız Benzeri Şekilde Oluşan En Küçük Nesneyi Tanımlıyor (5 Ocak 2024) 

• 'Füzyon Ateşlemesi' Lawrence Laboratuvarı'nda dördüncü kez gösterildi (20 Aralık 2023) 

• Füzyon Ateşleme Gerçekleşiyor; Enerji Başabaş Lawrence Laboratuvarında Elde Edildi  (15 Aralık 2022)  

***