Nükleer füzyonda “gyrotron” ile tarihi dünya rekoru!

Kısa bir süre önce nükleer füzyon alanında çığır açan bir başarıya imza atıldı. Thales ile Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’nün ortak çalışmaları sayesinde, Wendelstein 7-X stellaratoru (yıldızlaştırıcı) için özel olarak geliştirilen TH1507U gyrotron ile tarihi bir dünya rekoru kırıldı.

Thales tarafından yapılan açıklamada, TH1507U model gyrotron cihazının 140 gigahertz frekansında 360 saniye boyunca toplamda 1.3 megawatt radyo frekansı çıkışı sağladığı belirtildi. Bu önemli başarı, Almanya’nın Greifswald kentindeki Wendelstein 7-X stellaratorunda gerçekleşti.

Hidrojen gibi hafif atom çekirdeklerinin birleşerek helyum gibi daha ağır bir çekirdek oluşturması prensibine dayanan füzyon sürecinde yüksek miktarda enerji açığa çıkıyor. Nükleer füzyonun sağlanabilmesi için bilim insanları, öncelikle elektronların atomlardan ayrıldığı bir plazma oluşturmaya ihtiyaç duyuyor. Bu plazmanın yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılması ve güçlü bir manyetik alan içinde tutulması gerekiyor. Şu anda bildiğimiz en gelişmiş füzyon araştırma türünün “manyetik füzyon” olduğu, bunun da milyonlarca derece sıcaklıklardaki bir plazmanın manyetik alanda hapsedilmesi anlamına geldiği ifade ediliyor.

Thales’in geliştirdiği bu gyrotron, Wendelstein 7-X projesinin merkezinde yer alarak, plazmanın ısınmasını ve dengede kalmasını sağlıyor. Füzyon yoluyla temiz ve sürdürülebilir enerji elde edilmesi hedeflenen bu projede, yüksek sıcaklıklarda plazma stabilizasyonu gibi temel bilimsel süreçlerin geliştirilmesi de amaçlanıyor.

Wendelstein 7-X: Füzyon araştırmalarının geleceği

Dünyanın en büyük stellaratoru olan Wendelstein 7-X, 2015 yılında Almanya’da açıldı ve füzyon araştırmalarında çığır açan bir merkez olarak faaliyet gösteriyor. Eylül 2024’te başlatılan yeni deneysel kampanyası ile Wendelstein 7-X, plazmaların kontrollü bir ortamda daha uzun süreli kararlılık ve yüksek sıcaklıklarda incelenmesini amaçlıyor. Proje kapsamında, füzyon sürecinin endüstriyel ölçeğe taşınabilmesi için gerekli adımların atılması hedefleniyor.

Thales, Avrupa’da “gyrotron” adı verilen yüksek güçlü vakum tüplerini üreten tek şirket olarak öne çıkıyor. Avrupa Gyrotron Konsorsiyumu (EGYC) iş birliğiyle geliştirilen bu ileri teknoloji cihazlar, füzyon için plazmayı Güneş’in çekirdeğinden on kat daha sıcak hale getirebiliyor.

Gyrotron terimine uzak olanlar için basit bir açıklama yapmak doğru olacaktır. Gyrotron, tıpkı bir mikrodalga fırını gibi çalışan, ancak çok daha güçlü ve sofistike bir cihaz. Güçlü bir manyetik alan içinde hareket eden elektronlar sayesinde, milimetre dalgası adı verilen yüksek frekanslı mikrodalgalar üretiyor. Gyrotron’un çalışma prensibi biraz karmaşık olsa da, özetle elektronların bir vakum ortamında spiral bir yörüngede hareket etmesi ve bu sırada enerjiyi mikrodalga şeklinde yayması olarak açıklanabilir.

Tokamak ve stellarator

Manyetik hapis yönteminde tokamak ve stellarator olmak üzere iki ana cihaz türü bulunuyor. Tokamak cihazları önemli ilerlemeler kaydetmiş olsa da, plazmanın akım dengesi sağlanmadığında bu akımın plazmayı kararsızlaştırma riski bulunuyor. Ayrıca tokamak cihazlarının düzenli aralıklarla güç kesintisi yapması gerektiğinden füzyon gücü sürekli sağlanamıyor.

Buna karşılık stellaratorlar, herhangi bir akım sürücüsüne ihtiyaç duymadan sürekli çalışabilme özelliğine sahip. Bu özellik, uzun vadede daha kararlı bir çözüm sunuyor ancak stellaratorların, tokamaklar kadar etkili bir plazma hapsi sağlayıp sağlamadığı hâlâ deneysel ortamlarda değerlendiriliyor. Esasında Wendelstein 7-X’in kurulma amacı da buydu.