Commonwealth Fusion Systems (CFS), Journal of Plasma Physics dergisinde yayımlanan hakemli bir araştırmanın ardından, gelecekte hayata geçireceği ARC füzyon enerjisi santralinin temel plazma fiziği varsayımlarını doğruladı. Araştırma, ARC reaktör tasarımının bilinen fizik kurallarıyla uyumlu olduğunu doğruluyor; böylece şirket odağını detaylı donanım mühendisliğine kaydırabiliyor.
ARC reaktörü, aşırı sıcak bir plazma yakıtını hapsetmek için manyetik alanlar kullanan simit şeklindeki bir düzenek, yani bir tokamaktır. Bu tasarım, şu anda Massachusetts’te yapımı süren ve net enerji üretmeyi amaçlayan bir gösterim tokamağı olan SPARC’ta kullanılan yüksek sıcaklıklı süperiletken (HTS) mıknatıs teknolojisini üst bir ölçeğe taşıyor. İki makine benzer bir tasarım düzenine sahip olduğu için SPARC’tan elde edilen teknik veriler, ticari ARC santralini kusursuzlaştırmak üzere doğrudan aktarılacak.
Kesintisiz Elektrik Sağlamak için
Doğrulanan modellere göre ARC santrali, şebekeye 400 megavat (MW) net elektrik sağlamak üzere yaklaşık 1,1 gigavat (GW) füzyon gücü üretecek. ARC Version 3A tasarımının süper bilgisayar simülasyonları, sistemin temel özelliklerini belirliyor.
Şirket yaptığı açıklamada, “ARC santralinin ana yarıçapı, yani tokamağın merkezinden, simit şeklindeki bir vakum kabının içinde bulunan plazmanın en sıcak kısmına olan mesafe, SPARC’taki 1,85 metreden yaklaşık 4,6 metreye çıkacak.” dedi.
Gücünü HTS mıknatıslarından alan sistem, eksen üzerinde 11,4 tesla manyetik alan ve 12 megaamper plazma elektrik akımı koruyacak. Kesintisiz elektrik sağlamak amacıyla santral, 15 dakikalık füzyon atımlarının ardından 1 dakikalık duraklamalarla çalışacak şekilde tasarlanıyor.
Manyetik Hapsetme Füzyonunun Temel Zorluklarına Çözüm Getirmek
Çalışma ayrıca ARC tasarımının, manyetik hapsetme füzyonunun temel mühendislik zorluklarını nasıl ele aldığını da özetliyor. İlk olarak, kompakt bir yapı içindeki yoğun egzoz ısısını yönetmek adına ARC, tokamağın üst ve alt kısımlarında uzatılmış bir çift divertör sistemi kullanıyor. Sisteme küçük miktarlarda neon veya argon gazı püskürtülmesi, plazma kenarını iç duvarlardan ayrılana kadar soğutuyor.
Şirket durumu şöyle açıklıyor: “Bu, sıcak plazmanın yüzeye temas etmediği, aksine ‘ayrıştığı’ anlamına geliyor; bu da duvarları plazmanın ısısından koruyan gerçek bir soğuk gaz yastığı oluşturmak demektir.”
İkinci olarak mühendislik hesabı, 150.000.000 °C sıcaklıktaki bir plazmayı milisaniyeler içinde sonlandırabilen ve şiddetli mekanik kuvvetler yaratabilen plazma kesintilerini de kapsıyor. ARC, bu kesintileri tamamen engellemeye çalışmak yerine günde yaklaşık bir kesintiyi göğüsleyecek ve ardından hızla yeniden başlayacak şekilde tasarlanıyor.
Bir kesinti yaklaştığında sistem, enerjiyi ışık şeklinde güvenlice dışarı yaymak için neon ve hidrojen gazı püskürtüyor; bu sırada özel bir Runaway Electron Mitigation Coil mıknatısı zarar verici elektron demetlerini dağıtıyor.
Üçüncü olarak modelleme verileri, ARC’nin plazma kararlılığını koruduğunu gösteriyor. Sistem, manyetik alanına kıyasla yüksek plazma basınçlarına ihtiyaç duymadığı için genellikle ısı tutulumunu azaltan karmaşık manyetohidrodinamik kararsızlıklardan uzak, sakin bir rejimde faaliyet gösteriyor.
CFS mühendisleri, üretim başlamadan önce reaktör performansını kusursuzlaştırmak amacıyla tokamak genişliği ve divertör uzunluğu gibi boyutları ayarlıyor; yaklaşan tasarım aşamalarını optimize etmek için bu simülasyon altyapısından yararlanıyor.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/sparc-based-nuclear-fusion-plant-validated
