Yıl boyunca, Rosatom’un katkılarıyla reaktör teknolojisindeki son gelişmeler hakkında okuyucularımıza bilgi vermiştik. Reaktör Teknolojileri serimizi füzyon projeleri ile ilgili bir makale ile tamamlayacağız.

ITER

Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER), Rosatom’un katkılarıyla yürütülen en büyük termonükleer proje olma özelliği taşıyor. Rusya Devlet Nükleer Enerji Kuruluşu, reaktör sistemlerinin üretimi, araştırma ve projenin diğer alanlarında yer alıyor.

Rosatom, Ekim ayı sonunda ITER için 30’uncu elektrikli ekipman sevkiyatını yaptı. Rosatom’un bir parçası olan Elektrofiziksel Ekipman Araştırma Enstitüsü’nden (NIIEFA) Fransa’nın Cadarache kentine doğru yola çıkan yirmi tır, anahtarlama ağı üniteleri ve koruyucu şalterler için büyük bir hızlı deşarj direnci ekipman setini ITER şantiyesine teslim etti. Proje takvimi, ilk plazmanın elde edilmesini sağlayan güç kaynağına ve dağıtım sistemine ait bu bileşenlerin erken teslimine bağlı. Moskova’daki ITER Merkezi Direktörü Anatoly Krasilnikov sevkiyatla ilgili yaptığı açıklamada şunları kaydetti: “ITER mıknatıslarına güç sağlayan sistem için tüm elektrikli ekipman setinin geliştirilmesi ve üretilmesi, NIIEFA araştırma ve üretim ekibinin uzun yıllar süren özenli çalışmaları olmadan mümkün olamazdı. Bu da NIIEFA’nın uluslararası termonükleer camiadaki yadsınamaz uzmanlığını kanıtlamaktadır.”

Dahası Rosatom, Kasım ayında projenin idari organı ITER Konseyi’nin 33. Toplantısı’nda reaktörün vakum odasının ilk duvarı için olası kaplama malzemelerine ilişkin yapılan görüşmelere katıldı. Konsey, en iyisini seçmek amacıyla çeşitli malzemelerin özelliklerine ilişkin araştırma yapılmasına karar verdi. Rosatom ve Rusya Bilimler Akademisi enstitülerinin deneylere katılması bekleniyor. Konsey ayrıca inşaatın ilerleyişini değerlendirdi, Fransız nükleer düzenleyici ile iş birliğini görüştü ve inşaat sürecinin teknik yönlerini gözden geçirdi.

T-15MD ve TRT

T-15MD, 1988-1995 yılları arasında Kurchatov Enstitüsü tarafından işletilen T-15 tokamakın geliştirilmiş bir versiyonu olma niteliğini taşıyor. T-15MD, selefinin temelleri üzerine kuruldu. Yeni tokamaka Mayıs 2021’de enerji verildi ve ilk plazma 2023 baharında elde edildi. Bugüne kadar güç üretim testleri yapıldı. Rosatom Araştırma ve Geliştirme Direktörü Viktor Ilgisonis, tokamakın uluslararası standartları karşılayacak sonuçlar verecek şekilde geliştirildiğini belirtti. Troitsk Yenilikçi ve Termonükleer Araştırma Enstitüsü (TRINITI), reaktör teknolojili tokamak (TRT) inşa projesi için gerekli altyapıyı hazırlıyor. TRT’nin gelecekteki bir füzyon reaktörünün veya bir nötron kaynağının tam ölçekli bir prototipi olması bekleniyor. TRT, ateşlemeye yakın yarı durağan modlarda plazma davranışını incelemek ve ek plazma ısıtma, yakıt tedariki ve örtü teknolojileri yöntemlerini geliştirmek için kullanılacak. Cihaz ayrıca yeni teşhis teknikleri ve trityum teknolojilerinin geliştirilmesinde de yardımcı olacak. TRINITI, TRT için enerji üretim altyapısını oluşturmanın ön koşulu olan termonükleer tesis güçlendirme projesinin ilk aşamasını 2024 yılı sonuna kadar tamamlamayı planlıyor.

Plazma odak cihazı

Rosatom’un belkemiğini oluşturan üniversitelerinden biri olan Ulusal Nükleer Araştırma Üniversitesi (MEPhI) ve Rosatom’un bünyesindeki Dukhov Rusya Otomatik Araştırma Enstitüsü’nden (VNIIA) bilim insanları, minyatür füzyon reaksiyonlarını başlatabilen yoğun plazma odaklı bir nötron jeneratörü geliştirdi.

Jeneratörün vericisi küçük (birkaç santimetre çapında) bir plazma odak deşarj odası, bir enerji depolama cihazı ve bir yüksek gerilim şaltından oluşuyor. Plazma oluşturmak için gaz halindeki hidrojen izotopları plazma odak odasına pompalanıyor, ardından iki elektroda yüksek voltaj uygulanıyor. Voltaj uygulandığında, şalt tetikleniyor ve depolama cihazındaki tüm enerji odaya aktarılıyor. Yüzlerce kiloamperlik akım, odadaki gazı iyonize ediyor ve bir plazma kılıfı, yani belirli bir yapıya sahip sıcak bir plazma oluşuyor. Kılıf, kendi manyetik alanı altında elektrotlar arasında hızlanır ve plazmanın sıkıştığı, “pinch” adı verilen bir noktaya sıkıştırılıyor. Burası füzyon reaksiyonlarının gerçekleştiği plazma odağı olma özelliği taşıyor. Bu reaksiyonlar birkaç on nanosaniye sürüyor. O anda, verici, nötron radyasyonu, X-ışınları, plazma jetleri, elektron ve iyon ışınları dahil olmak üzere farklı türlerde radyasyon türleri üretiyor. Elektrotlardan voltaj kaldırıldığında, gaz normal durumuna geri dönüyor.

Bu cihaz, mega bilim projeleri için nötron ve gama ışını dedektörlerini ayarlamak için kullanılabiliyor. Cihazdan, algılama sistemi bileşenlerini radyasyon direnci açısından test etmek için de yararlanılabiliyor. Bu tür testler uzay araçlarındaki ekipmanlar ve radyoelektronik bileşenler için gerekli. Cihazın bir başka muhtemel kullanımını da çeşitli darbeli radyasyon türlerinin canlı organizmalar üzerindeki etkisini incelemek ve farklı maddelerin nötron aktivasyon analizini yapmak oluşturuyor.

MEPhI Siber Fiziksel Sistemler Enstitüsü Müdür Yardımcısı Elena Ryabeva, konuyla ilgili olarak “Eskiden tüm ekipmanlar darbeli kaynaklar, reaktörler ve hızlandırıcılar kullanılarak ayarlanırdı. Bunlar çok sayıda kontrol sistemine sahip tonlarca ağırlıkta devasa cihazlar. Bizim ünitemiz 150 kilogram gibi hafif bir ağırlığa sahip ve iki eğitimli mühendis tarafından taşınabiliyor” dedi. Yoğun plazma odaklı nötron jeneratörü halihazırda laboratuvarda öğrenciler tarafından kullanılıyor.

Rosatom Genel Müdürü Aleksey Likhachev’in Rusya Enerji Haftası’nda belirttiği üzere Rusya Devlet Nükleer Enerji Kuruluşu’nun henüz bir füzyon ticarileştirme konsepti bulunmuyor. Bununla birlikte Likhachev, çalışmalara devam edileceğini ve bu fikre para ve çaba harcanacağının sözünü verdi. Genç Bilim Adamları Konferansı’nda konuşan Rusya Devlet Başkanı Vladimir Putin de füzyon araştırmaları için fon ayırma vaadinde bulundu.

Termonükleer reaksiyon

Kontrollü termonükleer reaksiyon, nükleer reaksiyondan farklıdır. Kontrollü termonükleer reaksiyon, daha hafif çekirdeklerin daha ağır çekirdeklere füzyonuna, nükleer reaksiyon ise ağır çekirdeklerin fisyonuna dayanır.