- Greifswald’daki füzyon deney düzeneği Wendelstein 7-X, 2022 sonbaharında yeniden devreye alınmasının ardından 2023 hedefi olan 1 gigajulü aşarak 1,3 gigajul enerji dönüşümüne ulaştı
- 15 Şubat 2023’te kaydedilen bu değer, modifikasyon öncesi en yüksek değer olan 75 megajulün 17 katı ve düzeneğin tamamlanması çalışmalarının etkisini gösteriyor
- Enerji dönüşümü, plazmaya bağlanan ısıtma gücü ile deşarj süresinin çarpımıdır; bu deneyde plazma, ortalama 2,7 megavatla 480 saniye boyunca korundu
- 3 yıllık tamamlama çalışmalarıyla duvar elemanlarına su soğutma sistemi eklendi ve ısıtma sistemi yükseltildi; böylece plazmaya öncekinden iki kat daha fazla güç bağlanabilir hale geldi
- Bir sonraki hedef, birkaç yıl içinde bunu 18 gigajule çıkarmak ve plazmayı 30 dakika boyunca kararlı şekilde korumak
1,3 gigajul ve 8 dakikalık deşarj rekoru
- Wendelstein 7-X, 2023 hedefi olan 1 gigajul enerji dönüşümünü aşarak 1,3 gigajule ulaştı
- 15 Şubat 2023 deneyinde, modifikasyon öncesi rekor olan 75 megajulden 17 kat daha yüksek bir değer kaydetti
- Enerji dönüşümü, plazmaya bağlanan ısıtma gücünün deşarj süresiyle çarpılmasıyla hesaplanır
- Santral işletimi için, büyük miktarda enerjiyi plazmaya uzun süre bağlayabilmek ve aynı zamanda oluşan ısıyı uzaklaştırabilmek gerekir
Su soğutmalı duvarlar ve ısıtma sistemi yükseltmesi
- Wendelstein 7-X, 2022 yazına kadar süren 3 yıllık tamamlama çalışmalarından geçti
- Başlıca değişiklikler, duvar elemanlarının su soğutmalı hale getirilmesi ve ısıtma sisteminin yükseltilmesiydi
- Yükseltilen ısıtma sistemi, plazmaya öncekinden iki kat daha fazla güç bağlayabiliyor
- Düzeneğin tamamlanmasının ardından Wendelstein 7-X, daha geniş bir parametre aralığında çalışabilir hale geldi
- IPP’den Thomas Klinger, daha yüksek enerji değerlerine ilerlemek gerektiğini, ancak düzeneği aşırı yüklememek veya ona zarar vermemek için bunun kademeli yapılması gerektiğini belirtti
Isı uzaklaştırmayı üstlenen divertör yapısı
- Wendelstein 7-X, en büyük ısı akışlarını uzaklaştırmak için özellikle yüksek ısı dayanımına sahip divertör saptırma plakaları kullanıyor
- Bu saptırma plakaları iç duvarın bir parçasıdır ve düzeneğin tamamlanmasından sonra 6,8 km uzunluğunda bir su borulama sistemiyle soğutuluyor
- Günümüzde dünyadaki diğer füzyon düzenekleri arasında, Wendelstein 7-X gibi iç duvarının tamamı kapsamlı biçimde soğutulan bir tesis yok
- Kızılötesi görüntüler plazmanın kendisini değil, su soğutmalı divertör saptırma plakalarının sıcaklık dağılımını gösteriyor
- Plazmanın divertöre temas ettiği merkezdeki çizgi strike line olarak görünür
- Bazı bölgeler en fazla 600 santigrat dereceye ulaşıyor
- Divertör karoları en fazla 1200 santigrat dereceye dayanabiliyor
480 saniyelik deşarjı mümkün kılan ısıtma koşulları
- Wendelstein 7-X’in plazma ısıtması üç bileşenden oluşuyor
- Yeni kurulan iyon ısıtması
- Nötr parçacık enjeksiyonuyla ısıtma
- Elektron mikrodalga ısıtması
- Bu rekorda elektron mikrodalga ısıtma sistemi özellikle önemliydi
- Bu sistem birkaç dakika boyunca yüksek güç sağlayabiliyor
- 1,3 gigajullük enerji dönüşümü, ortalama 2,7 megavat ısıtma gücüyle elde edildi
- Plazma deşarjı 480 saniye, yani 8 dakika sürdü
- Bu, Wendelstein 7-X’in yeni deşarj süresi rekoru
- Küresel ölçekte de iyi değerlerden biri
- Tamamlama çalışmalarından önce Wendelstein 7-X’in en uzun plazma süresi, çok daha düşük ısıtma gücünde 100 saniyeydi
18 gigajul hedefi ve stellarator araştırması
- Wendelstein 7-X, birkaç yıl içinde enerji dönüşümünü 18 gigajule çıkarmayı hedefliyor
- Bu hedefte plazmanın 30 dakika boyunca kararlı şekilde korunması gerekiyor
- Füzyon araştırmaları, iklim ve çevre dostu santraller geliştirmeyi hedefler; Güneş’e benzer şekilde atom çekirdeklerinin füzyonuyla enerji üretme yöntemini amaçlar
- Max Planck Institute for Plasma Physics, manyetik alan füzyonu yolunu araştırıyor
- Füzyon reaksiyonları ancak 100 milyon santigrat derecenin üzerinde ateşlenir
- İnce hidrojen plazması yakıtı, soğuk kap duvarlarıyla temas etmemelidir
- Manyetik alan tarafından tutulan plazma, vakum odasının içinde neredeyse temassız biçimde asılı durur
- Wendelstein 7-X’in manyetik alan kafesi, 50 süperiletken manyetik bobinden oluşan bir halka ile oluşturulur
- Bu düzenek stellarator türünde bir tesistir ve bobinlerin özel geometrisi, hassas optimizasyon hesaplarının sonucudur
- Bu bobinlerle stellarator’ün plazma hapsetme kalitesinin, rakip yaklaşım olan tokamak tesislerinin seviyesine ulaşması hedefleniyor
1 yorum
Hacker News yorumları
Ah, Wendelstein o stellarator füzyon reaktörüymüş. Stellarator gerçekten harika bir tasarım ve tokamaklara bir alternatif
Tokamak, donut biçimli bir reaktör; ancak dış çeper tarafındaki plazmanın manyetik olarak daha zayıf hapsedilmesi gibi bir sorunu var. Stellarator da benzer, ama plazmayı bir şerit gibi hapsedip Möbius şeridine benzer bir düzen içinde katlayarak yukarı taşıyor
Eskiden bu alana epey ilgi duyuyordum ama yıllar geçtikçe unutmuşum. Gerçekten çalıştığını görmek sevindirici
https://en.wikipedia.org/wiki/Stellarator
Radyanı yeterince kavrayıp çemberleri ve dalga biçimlerini gerçekten anladığım anı hâlâ hatırlıyorum. Yıllarca ne yaptığımı bilmeden sadece problem çözüyordum; bir noktada anlayınca zihnimde bir şeylerin değiştiğini hissetmiştim
Möbius gibi düşünebilmek isterdim, ama şu an beynim daha çok “almayayım” diyor
Daha da ilginci, termonükleer reaktör olarak mümkün olan en basit tasarım olan fusorın stellarator ve tokamaktan sonra icat edilmiş gibi görünmesi. Elektrik mühendisliğinde iyiyseniz ve uygun sivil ekipmanlara erişiminiz varsa, nispeten kolay yapılabilecek kadar basit
Yine de kişisel olarak stellarator tasarımını pek sevmedim. Karmaşıklığının kendisi, yanlış bir yönde daha da zorlamak gibi belli belirsiz bir his veriyor
Ama böyle bir durumda yanıldığımın kanıtlanmasını içtenlikle isterim. Bu alanda uzun zamandır büyük bir atılıma ihtiyaç vardı
Stellarator, teoride tokamaktan üstün bir tasarımdır; JxB kuvvetini dengeleyecek şekilde tasarlanmıştır. Burada J, plazmadan geçen akım; B ise cihazın içinde plazmayı yönlendiren manyetik alandır
B’nin rotasyonunu, yani J ile orantılı değeri B’ye paralel hâle getiren sarmal bir biçimde plazmayı bükersek, vektörel çarpım 0 olur ve böylece plazma üzerinde net manyetohidrodinamik kuvvet oluşmaz
Çünkü toleranslar çok dardı ve birkaç kez kısıtlar içine sığdırmayı başaramadılar
Burada geçen energy turnoverın ne anlama geldiğini merak etmiştim
Bakınca “Energy turnover is defined as the amount of heat multiplied by the duration of the discharge[1].” deniyor. Buradaki “amount of heat” muhtemelen “plazmaya aktarılan ısıtma gücü” anlamına geliyor. Zamanla çarpıldığında birimin joule olması için başlangıç değerinin güç olması gerekir
1: https://gigazine.net/gsc_news/en/20230227-wendelstein-7-x-en...
Rakamlar, “ortalama 2,7 megawatt ısıtma gücüyle deşarjı 480 saniye sürdürerek 1,3 gigajoule energy turnover’a ulaşıldığı” şeklinde
Ayrıca “önümüzdeki birkaç yıl içinde Wendelstein 7-X’in energy turnover’ını 18 gigajoule’a çıkarmayı ve plazmayı 30 dakika boyunca kararlı şekilde sürdürmeyi planlıyorlar” deniyor. Yani 10 megawatt’ı 30 dakika boyunca sürdürmek anlamına geliyor
Bariz bir soru olabilir ama yine de sormak istiyorum. Burada üretilen güç kullanılabilir elektriğe nasıl dönüştürülüyor?
Tipik bir fisyon reaktöründe fisyon ısısıyla buhar türbini döndürüldüğünü biliyorum. Ama plazma aşırı sıcaksa ve muhafaza kabının duvarlarına değmemesi için manyetik alanla askıda tutulması gerekiyorsa, elektrik üretmek için bu ısı başka bir ortama nasıl aktarılabiliyor?
Tepkime enerjisinin büyük kısmını yüksek enerjili nötronlar taşıyor. Dolayısıyla enerjiyi geri kazanmak için bu nötronları “yakalamak” gerekiyor. Nötronların yükü olmadığı için doğrudan elektrik üretemezler; sonuçta bunları ısı olarak kullanmaktan başka yol yok
Sorun şu ki elektriksel olarak nötr olduklarından yakalanmaları da nispeten zor. Atom çekirdekleriyle çarpışma olasılığı yüksek, yoğun bir madde gerekir. Önerilen tasarımlar genellikle reaktörün etrafında dolaşan bir sıvı metal blanket kullanıp bunu suyun kaynatıldığı yere göndererek buhar üretmek ve türbini döndürmek şeklinde
En çok adı geçen metal lityum; nötron aldığında trityum üretebilmesi gibi bir avantajı da var. Trityum, tepkime yakıtının son derece nadir olan yarısını oluşturuyor
Almanca bilenlere, Alternativlos podcast sunucularının tesisi iki kez ziyaret edip araştırmacılarla uzun uzun konuştukları bölümleri öneririm. Nerd’lerin kendi aralarında konuşması gibi; dili anlıyorsanız gerçekten çok keyifli
https://alternativlos.org/36/ (2016)
https://alternativlos.org/51/ (en son, Mayıs 2023)
Bu cihaz özellikle bunun için yapılandırılmış değil ve bildiğim kadarıyla henüz böyle bir cihaz yok. Mühendislik açısından nispeten basit bir sorun; füzyonu aylarca sürdürebilene kadar bunu inşa etmeye pek gerek yok
Ancak Helion Energy’nin geliştirdiği yöntem, tüm bu sürece ihtiyaç duymayan umut verici füzyon kavramlarından biri. Henüz net çıktı üretmiş değil, ama fikir potansiyel taşıyor ve diğer füzyonla elektrik üretme yöntemlerinde sık görülen sorunlardan kaçınıyor. Bunu alanın nihai yanıtı olarak görmüyorum, ama büyük stellarator’lar ile fisyon arasında bir geçiş rolü oynama olasılığı epey var gibi görünüyor
Ancak bildiğim kadarıyla Wendelstein cihazı elektrik üretimi için yapılandırılmış değil; bu yüzden şu anki soğutma kelimenin tam anlamıyla yalnızca soğutmadan ibaret
Bu ekibi gerçekten seviyorum. Füzyon akışını bütünüyle karakterize edip kontrol etme planı içinde mühendislik zorluklarını tek tek aşıyorlar
Çalışan bir füzyon santraline giden yarışta bazen kaplumbağa gibi görünüyorlar, ama duvar sıcaklığı yönetimi ve akış içinde füzyonu sürdürme[1] gibi tokamak tarafının hâlâ çözemediği sorulara yanıt veriyorlar. Yine de benim önyargım Ar-Ge’nin “G” tarafına çok daha yakın; ITER’i takip ederken çoğu zaman saf “A” gibi hissettirebiliyor
[1] https://www.iter.org/of-interest/1188
Füzyon konusu açılmışken, Commonwealth Fusion Systems’ın SPARC’ında durumun ne olduğunu bilen var mı?
Sistemlerinden çok umutluydum, ama 2 milyar dolar yatırım aldıktan sonra derin bir geliştirme ve inşaat döngüsüne girmeleri anlaşılır. Bu yüzden son bir yıldır haber sayfalarında yalnızca iş anlaşmaları ve ödül güncellemeleri var. Reaktör inşaatının nasıl ilerlediğini duymak isterim
Temelde çok yoğunlar, ama yine de en az 3–5 yıl daha sürecek gibi
Bu projeyi 10 yıl boyunca izledim ve başarılı olduğunu düşünüyorum. Peki bu tür projeler nasıl daha hızlı ilerleyebilir?
Wendelstein 7-X kullanılabilir elektrik üretmeyecek; elektrik üretim reaktörünün ön aşaması olarak yapılmış bir cihaz
Bobinler çok düzensiz şekilli ve toleransları da sıkı olduğu için üretilmeleri zor; vakum kabı montajı ise bobinlerin tokamak’a göre çok daha fazla “torus benzeri” yüzey alanını kaplaması nedeniyle zor
Şu anda stellarator tasarım optimizasyonu alanında çok ilginç çalışmalar yapılıyor, ama bu araştırmaların gerçek bir reaktörde uygulanmasına muhtemelen daha uzun süre var
Bu alana daha fazla para girmeli, ama bir noktada sonuçta bir şeyleri inşa etmek gerekiyor ve bu başlı başına çok zaman alıyor. Düzenlemeler ve bürokrasi iyileştirilebilir, ama sonuçta güvenli biçimde kısaltılabilecek süre çok fazla değil
Çalışan bir model ortaya çıktığında yineleme çok daha hızlı olur, ama biz onlarca yıldır duvara toslamış gibiyiz
Ama ne yazık ki yapmaya değer bir makine, yani jeneratörle ilgili ölçekteki bir cihaz küçük olmuyor. Pratik yapmak işe yarar
Almanca bilenler için ilgili bir öneri var
Felix Von Leitner ve Frank Rieger’in podcast’i Alternativlos, Wendelstein yetkilileriyle röportaj yapmak için iki kez Greifswald’a gitti. İlk bölüm (http://alternativlos.org/36 , 2016) ağırlıklı olarak geliştirme ve inşa süreci ile tarihçeye odaklanıyordu; ikincisi ise bu yılki bölüm olup başarıları ve füzyonun geleceğini ele alıyor (http://alternativlos.org/51/)
Bu alanı iyi bilenlere sormak istiyorum. Hangi füzyon startup’ları umut verici görünüyor? Ataletsel hapsetme yaklaşımı nasıl görünüyor? Yeni fon alan Blue Laser Fusion ne durumda? Eski oyunculardan TAE? Commonwealth, Helion ve diğer şirketler?
https://www.neimagazine.com/news/newszap-energy-considers-re...
Ayrıca konseptlerinin kendisi o kadar tuhaf ki hoşuma gidiyor. En kötü ihtimalle uzayda bir füzyon itki sistemi olarak çalışabilir gibi görünüyor :)
Tahminimce, devlet finansmanı olmadan çoğunun batma olasılığı yüksek. İlk denemede, bugün son derece optimize edilmiş elektrik üretim çözümlerini yenebilecek özel bir düşük maliyetli işletim yöntemi gerçekten bulmuş olmaları gibi bir mucize yoksa tabii
Genel olarak bakınca Tokamak Energy de umut verici görünüyor; ona da yatırım yapmayı planlıyorum
Birincisi, daha geleneksel bir füzyon santrali plazmanın kendisini çok pahalı olmayan bir cihazda üretebilse bile —ki bu başlı başına büyük bir varsayım— ısı değişim mekanizmasının kendisi çok karmaşık ve pahalı olacak gibi görünüyor. Ayrıca bir ısı motorlu santral olduğu için kurulabileceği yerler ve ekonomik ölçek konusunda da sınırlamalar doğuyor
İkincisi, CO2 emisyonları azalırsa ısı motorlu santrallerin küresel ısınmaya katkısı da ilgi çekmeye başlayacak gibi. Helion da aslında var olmayan ısıyı Dünya’ya ekleyecek, ama aynı elektrik enerjisi başına üretilen ısı daha az olacaktır. Ayrıca tüm o ısıyı nehirlere boşaltma yöntemine de bağımlı değil
Helion’ın gerçekleştirilebilir olup olmadığını bilmiyorum, ama gerçekleştirilebilir olabilecek tek teknolojiymiş gibi hissettiriyor
Benzer kapasitedeki bir fisyon santraline kıyasla bir füzyon santrali inşa etmek çok daha pahalı olacaktır; fisyonun kendisi bile zaten rekabetçi değil ve her geçen gün daha da geride kalıyor. Füzyon yapmayan, kararlı biçimde hapsedilmiş plazmanın kullanım alanlarını ciddi şekilde düşünmek gerekiyor. Avantajı, özellikle aşırı sıcak olmak zorunda olmaması. Elimizdeki mevcut şey bile makul bazı kullanım alanları için yeterince sıcak
“Wendelstein 7-X’in deşarj süresi rekoru: sıcak plazmayı 8 dakika boyunca sürdürebildi” ifadesi kesinlikle bir dönüm noktası
Ancak şu anda test edilen şeyin ısıtma sistemi olduğuna dikkat etmek gerekiyor. Bu, gerçek bir füzyon reaksiyonu gerçekleştiği anlamına gelmiyor