Füzyon enerjisi Rus nükleer camiasının büyük ilgisini çekiyor. Ulusal termonükleer program ve ITER projesi kapsamındaki tam teşekküllü iş birliği ilerliyor.
Yurt içi planlar
Rus termonükleer programının acil hedefleri, Kurchatov Enstitüsü’nde T-15MD tokamak için tasarım parametrelerine ulaşmak ve Troitsk Yenilikçi ve Termonükleer Araştırma Enstitüsü’nde (TRINITI) bir ‘reaktör teknolojisi’ tokamak geliştirmektir.
T-15MD, Mayıs 2021’de test edilmiş operasyonel bir tokamak. Mart 2023’te, ilk kez yüksek sıcaklıkta plazma üretti. Daha sonra, araştırmacılar iki dizi deney sırasında plazma deşarjları üretmek için algoritmalar geliştirerek, 1 Tesla büyüklüğünde bir manyetik alan yaratmayı ve bunu 30 saniye boyunca korumayı başardılar. Araştırmacılar, Aralık 2023’te, 260 kA plazma akımına sahip ve iki saniyeden uzun süreli bir deşarj ürettiler. Plazma elektronlarının sıcaklığı, Güneş’in merkezindeki sıcaklığın iki katı olan yaklaşık 40 milyon dereceye ulaştı.
T-15MD’nin performansını artırmak için yardımcı plazma ısıtma, güncel bakım ve teşhis sistemleriyle donatılması, bir yönlendirici monte edilmesi ve haznenin grafit ile kaplanması planlanıyor.
Reaktör teknolojisi tokamak (RTT), bir füzyon reaktörünün veya bir nötron kaynağının tam ölçekli deneysel prototipi olarak geliştiriliyor. RTT, yarı-sabit modlarda plazma davranışını incelemek, yardımcı plazma ısıtma ve yakıt dağıtım yöntemlerini incelemek ve geliştirmek ve çok daha fazlası için tasarlanmıştır. RTT, Rusya’nın Troitsk kentinde inşa edilecek.
Konsept tasarımı ve teşhis ekipmanının geliştirilmesine 2021 yılında başlandı. 2024 yılının sonunda tamamlanması beklenen bu aşamayı, 2025 yılında başlayacak detaylı mühendislik aşaması takip edecek. Tokamak’ın kendisine ek olarak, mühendislerin teşhis, plazma ısıtma ve akım üretimi için birçok çevresel sistem geliştirmeleri gerekecek. Reaktörün 2035 yılında test edilmesi ve ilk plazmanın 2036 yılında üretilmesi planlanıyor.
Rusya termonükleer teknolojiye büyük önem veriyor. Hükümet destekli Termonükleer Enerji Teknolojileri federal programı, ulusal şemsiye benzeri Yeni Nükleer ve Enerji Teknolojileri projesinin bir parçası olarak 2025-2030 yıllarında uygulanacak. Kontrollü termonükleer füzyon ve yenilikçi plazma teknolojilerinin geliştirilmesini öngören federal program, Rosatom Grup şirketleri, Kurchatov Enstitüsü, Rusya Bilimler Akademisi ile Rusya Bilim ve Yüksek Öğrenim Bakanlığının çabalarını içerecek. Program ayrıca temel termonükleer ve plazma çözümlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için bir dizi test standı ve tesisin inşa edilmesine (iyileştirilmesi ve yeniden donatılmasına) olanak sağlıyor.
Başka bir AR-GE alanı, deneysel bir tokamak tesisinde test enstrümantasyonu, dijital kontrol ekipmanı ve veri toplama sistemleri kullanılarak plazma ve plazma yüzeyi bileşenleri arasındaki etkileşim üzerine çalışmaları kapsayacak. Son olarak, federal program, lisanslama amaçları dahil olmak üzere termonükleer ve hibrit sistemlerin kullanımını düzenleyen düzenleyici işlemlerin geliştirilmesini sağlar.
Rusya’da, Rosatom, Kurchatov Enstitüsü ve diğer kuruluşlar tarafından geliştirilen projeler, füzyon teknolojisinin dünya çapında gelişimine katkıda bulunuyor. Rosatom’un Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) Merkezi Direktörü Anatoly Krasilnikov, Yeni Nükleer Uzman (Novy Atomny Ekspert) dergisine verdiği röportajda, “Füzyon, günümüzde en açık araştırma alanlarından biri. En azından teknoloji ticarileşmeye başlayıncaya kadar öyle kalmaya devam edeceğini düşünüyorum” dedi.
ITER ve uluslararası iş birliği
Rosatom, ITER projesine önemli katkıda bulunan bir şirket. Uluslararası termonükleer projenin, 1980’li yıllarda Sovyetler Birliği tarafından başlatıldığı hatırlanmalıdır. İlk olarak SSCB ve ABD liderleri Mihail Gorbaçov ve Ronald Reagan arasında kararlaştırılmış ve daha sonra Euratom ve Japonya projeye dahil olmuştur. Bu dört ortak termonükleer reaktörün mühendislik tasarımını geliştirmiştir. Bu dönemde, Çin, Hindistan ve Güney Kore de ITER’e katıldı.
Projenin genel hedefi, yüksek sıcaklıkta döteryum-trityum plazması olan deneysel bir termonükleer reaktör inşa etmek. Reaktör ateşleme yapabilmeli ve daha da önemlisi, bunu 500 ila 1.000 saniye boyunca sürdürebilmelidir. Anatoly Krasilnikov, Yeni Nükleer Uzman dergisine yaptığı açıklamada, “Bu tıpkı bir bisiklet gibi: İki veya üç saniye dengeyi koruyabilirseniz, bu onu sürebileceğiniz anlamına gelmez. Plazmayı yeterince uzun süre korumamız gerekiyor” dedi.
Rusya, ITER katkısının bir parçası olarak birkaç yıldır füzyon ekipmanı tedarik ediyor. Süperiletkenler ve PF1 manyetik bobini eksiksiz olarak teslim edildi. Şalt ekipmanı sevkiyatları devam ediyor ve her yıl inşaat alanına 30 ila 40 kamyon gönderiliyor. Vakum kabının on sekiz üst kanalı üretildi ve sevkiyata hazırlanıyor. Bunlar, teşhis sistemlerinin, ısıtma ekipmanlarının ve pompalama cihazlarının kurulumu için gereklidir. Rusya, ayrıca 24 jirotrondan sekizini tedarik etmekten sorumludur (bu cihazlar yardımcı plazma ısıtma ve akım üretimi için kullanılır). Rusya Bilimler Akademisi Uygulamalı Fizik Enstitüsü bunları üretti ve dördü sahaya teslim edildi. Jirotronların kurulumları yıl sonuna kadar başlayacak. Dokuzuncu jirotron 2025 yılında yedek parça olarak üretilecek. Ancak, ITER elektron siklotron rezonanslı ısıtma (ECRH) sisteminin kapasitesini artırmaya karar verdiği için sayıları artabilir.
Önümüzdeki birkaç yıl için bağlantı yeri fişlerinin teslimatı da planlar arasında yer alıyor. Bunlar plazma tanılama, test örtüsü modülleri, iyon ve elektron siklotron ısıtma sistemlerinin unsurları ve diğer donanımları barındıran karmaşık yapılar.
Rusya, bağlantı yeri fişlerini test etmek için dört test standı üretiyor. Bu yıl ağustos ayının sonunda, bu test standlarından ilki için 20 tondan fazla ağırlığa sahip bir çelik çerçeve, Fransa’nın Cadarache kentindeki ITER tesisine gönderildi. Bu stantlar için diğer ekipmanlar yıl sonuna kadar Fransa’ya gönderilecek.
Rusya’ya verilen bir diğer görev ise ilk duvar kaplama plazmasının üretimidir. Yüksek mekanik mukavemete, vakum yoğunluğuna, termal ve elektriksel iletkenliğe, yüksek ısı direncine ve ayrıca termal döngüsel yüklere ve radyasyon maruziyetine karşı dayanıklı olmalıdır.
Duvarın ilk olarak berilyumdan yapılması planlandı, ancak zehirli olması ve gerekli izinleri almanın bariz zorlukları, başka bir malzeme denemenin daha hızlı olacağını açıkça ortaya koydu. Tungsten, zehirli olmaması ve çok daha yüksek bir erime noktasına sahip olması nedeniyle seçildi. Ancak, tungsten parçacıklarının plazmaya girerek sıcaklığını düşürmesi riski vardır, bu nedenle ısıtma için çok daha fazla enerji gerekecektir. Rus araştırmacılar, Rus tokamaklarının tasarımında olduğu gibi tungstenin bor karbür kaplamasıyla korunmasını önerdiler. Öneri kabul edildi ve AR-GE çalışmaları başladı.
Ekim ayında, ITER Örgütü Genel Müdürü Pietro Barabaschi, ITER projesinin beklentilerini, zorluklarını ve sorunlarına yönelik çözümleri görüşmek üzere Rusya’ya geldi. Moskova’da, Rosatom’un bir parçası olan ITER Proje Merkezi, Efremov Elektrofizik Ekipman Araştırma Enstitüsü ile Ioffe Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’nün laboratuvarlarını ziyaret etti ve ITER projesinin ilham kaynağı ve başlatıcısı Kurchatov Enstitüsü’nün Onursal Başkanı Evgeny Velikhov ve Rosatom Genel Müdürü Aleksey Likhachev ile görüştü.
Moskova’daki ITER Merkezi’ni ziyaret eden Pietro Barabaschi’ye, yapay tek kristal elmasların nasıl üretildiği ve füzyon reaktörü için teşhis sistemlerinin nasıl geliştirildiği gösterildi. Pietro Barabaschi, Aleksey Likhachev ile yaptığı görüşmede, ITER projesinin uygulanmasıyla ilgili konuları değerlendirdi. Pietro Barabaschi, düzenlenen basın toplantısında, “Rusya’dan ekipman tedarikinde bazı zorluklar yaşıyoruz, ancak bu, projenin diğer sorunlarıyla karşılaştırıldığında o kadar da önemli değil” dedi.
Görüşmenin odağında projeden beklentiler vardı. ITER Merkezi Direktörü Anatoly Krasilnikov, “Bu ziyaret bizim için çok önemli. Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör projesi, üyelerinin yeni bir ‘temel çizgi’yi tartışmasıyla şu anda dönüm noktasında. Projenin zamanlaması ve maliyetleri önemli ölçüde değişebilir. Rus şirketlerinin projenin başındaki kişiden eksiksiz bilgi almaya ihtiyacı var” ifadelerini kullandı.
Taraflar toplantının sonuçlarından memnun kaldı. Aleksey Likhachev, “Meslektaşım Pietro Barabaschi’nin Rusya ziyaretinden gerçekten çok memnun kaldım. Karşılıklı anlayış ve başarıya birlikte odaklanma atmosferinde açık ve güvenilir bir görüşme yaptık” dedi.
Pietro Barabaschi, “ITER, bilimin ulusları ortak bir hedef doğrultusunda birleştirdiği uluslararası iş birliğinin dikkate değer bir örneğidir. Rusya’nın ve diğer herhangi bir ITER üyesinin katkısı, tüm insanlığın yararına olacak füzyon enerjisinin geliştirilmesine yönelik ortak bir kararlılığı göstermesi bakımından son derece önemlidir. Bu katkı, kritik bileşenlerden temel teknolojik yeniliklere kadar projenin her yönünü kapsar. İlerlerken, zamanımızın en iddialı bilimsel projelerinden birinin ilerlemesini sağlayan küresel iş birliği ruhu, başarının temel taşı olmaya devam ediyor” diye konuştu.
Akademik ve kişisel bağların geliştirilmesi, teknoloji ve araştırma alanındaki ilerlemeler, gelişmiş teknoloji ekipmanların üretimi, güncel ve ileriye dönük mali ve hukuki destek; tüm bunlar Rusya’nın termonükleer teknolojiyi kolaylaştırma ve uygulamaya koyma konusundaki kararlılığının kanıtıdır.
ITER, Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör anlamına gelir. Aynı zamanda Latince’de ‘yol’ veya ‘patika’ anlamına gelir.
