T-6 adlı bir tokamak 60 yıl önce, Mart 1965’te hizmete girdi. Geliştirilmiş versiyonu T-11 ise 50 yıl önce hizmete girdi. T-11 daha fazla modifiye edildi ve halen Troitsk Yenilikçi ve Termonükleer Araştırma Enstitüsü’nde (TRINITI) nükleer füzyon teknolojisiyle ilgili gelişmiş çözümleri denemek için kullanılıyor.
Adından da anlaşılacağı gibi, T-6 üretilen ilk veya son tokamak değildi. Bu arada, ticari güç üretimi için kontrollü termonükleer füzyon (CTF) kullanımına ilişkin ilk tartışmanın da bu yıl bir yıl dönümü var. 1950 yılında, Sakhalin’de askerlik görevini yapmakta olan genç çavuş Oleg Lavrentiev, Sovyetler Birliği Komünist Partisi Merkez Komitesi’ne bir mektup yazdı. Mektupta, biri CTF’ye adanmış iki fikrin ana hatları çiziliyordu. Oleg Lavrentiev, yüksek voltajlı bir elektrik alanıyla yüksek sıcaklıktaki plazmayı izole eden bir reaktör tasarımı öneriyordu. Mektup nükleer fizikçilere iletildi ve onlar da yazarın fikrinin özgünlüğünü ve cesaretini not ettiler.
Andrey Sakharov ve Igor Tamm, manyetik plazmanın hapsedilmesiyle daha uygulanabilir toroidal füzyon reaktörü fikri önerdi ve bu fikir, Ocak 1951’de onaylandı. İlk kurulum aynı yıl yapıldı. Kalın duvarlı bakır bir kasada cam bir torustu. Araştırmacılar, plazmanın içinden geçen akımla ısıtılacağını ve bakır muhafazada indüklenen endüksiyon akımları tarafından duvarlarla temastan uzak tutulacağını varsaydılar. Daha sonra, 1957 yılında, Igor Kurchatov’un öğrencisi olan Igor Golovin, Sovyet bilim insanları tarafından geliştirilen CTF sistemine ‘tokamak’ adını vermeyi önerdi. Bu kelime, Rusça ‘manyetik bobinli toroidal oda’nın kısaltmasıdır.
O zamanlar toroidal konsept, stellaratör konseptiyle rekabet ediyordu. 1968 yılında Novosibirsk’te düzenlenen uluslararası CTF konferansında konuya açıklık getirildi: Sovyet bilim insanları tokamaklarda elde edilen deneysel sonuçları rapor ettiler ve bunlar diğer tesis türlerinde elde edilenlerden kat kat daha iyiydi. Mecazen söylersek, raporları entelektüel bir ‘termonükleer patlamaya’ dönüştü.
Bundan sonra, dünyanın birçok ülkesinde tokamaklar inşa edildi ve termonükleer araştırma alanında lider konuma geldi. Sadece SSCB, 1960-1988 yılları arasında 21 tokamak inşa etti ve bunların bir kısmı başka ülkelere taşındı. Dahası, ticari termonükleer füzyon olasılığını kanıtlamak için tasarlanmış Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) de bir tokamak.
T-6 tokamak ünitesi, Kurchatov Enstitüsü’nde genç bir araştırmacı ve daha sonra SSCB Devlet Ödülü’nü kazanacak Vladimir Mukhovatov tarafından tasarlandı. T-6 kurulumu, son derece pürüzsüz (oluklu olmayan) toroidal bir manyetik alan üretebilecek şekilde tasarlandı. T-6, kurulumun maksimum akımlarda ve minimum kararlılık marjlarında çalışması için, deşarj odasının içinde, nihayetinde plazmaya yakın, dengeleyici bir bakır kasaya sahipti. Plazma kararlılığını ayrıntılı olarak incelemek için kullanıldı.
1975 yılında ünite geliştirildi ve T-11 olarak adlandırıldı. Geliştirilen tokamak, hızlı nötr atom demeti enjekte ederek ek plazma ısıtması üzerinde deneyler yapmak için kullanıldı. Bu önemliydi, çünkü o zamana kadar tokamaklarda ek plazma ısıtması yeni bir zorluk haline gelmişti. Hesaplamalar, alışılagelmiş ısıtmayla elde edilebilecek maksimum plazma sıcaklığının, yoğun bir termonükleer reaksiyon için gerekenden 4 ila 5 kat daha düşük olduğunu gösterdi. Nötr atomları enjekte etme fikri iyi sonuçlar verdi.
1985 yılında tokamak söküldü, sonra teknolojik olarak yenilendi ve ünlü Rus fizikçi EA Azizov’un çabaları sayesinde teşhis görevlerini yerine getirmek için T-11M adı altında yeniden kuruldu. TRINITI’deki T-11M şu anda Rusya’da faaliyet gösteren üç manyetik plazma hapsetme tesisinden biridir. Bu tesis ‘ilk duvar’ olarak adlandırılan sorunu çözebilen malzemeleri incelemek ve gerçek koşullarda plazma kaplamalı malzemelerin potansiyellerini test etmek için bir tesis olarak hizmet vermektedir.
İlk büyük başarı, safsızlık seviyesini azaltmak için tüm Rus ve bazı yabancı tokamakların ilk duvarı için borlama malzemesi olarak karboran kullanılmasıdır. İkinci başarı da aynı amaçla lityum ve kılcal gözenekli sistemlerin kullanılmasıdır.
Modern standartlara göre, T-11M, 0,1 MA’ya kadar plazma akımı, 500 eV’ye kadar plazma elektron sıcaklığı ve 7 x 1013 cm3’lük maksimum plazma yoğunluğuyla performans açısından epeyce makuldür. Bununla birlikte bu, plazmanın tokamak birinci duvarı ve birinci duvar malzemeleriyle etkileşimlerini incelemek, birinci duvar koruma araçlarını geliştirmek, plazma bozulma süreçlerini incelemek ve yeni plazma teşhis yöntemlerini denemek için yeterli.
Şu anda T-11M’de tokamaklar için sıvı lityum kalkanı geliştiriliyor. Kalkan, plazmadan gelen parçacıkları yakalamak ve böylece duvardaki termal etkiyi azaltmak için gerekli. 2022 yılında TRINITI araştırmacıları, odayı vakumlamadan T-11M yayıcı sistemini dışarıdan lityumla doldurmayı başardılar ki bu birinci sınıf bir sonuç.
T-11M şu anda füzyon reaktörünün birinci duvarı için sınırlayıcılar, toplayıcılar ve enjektörler gibi gelecek vadeden cihazlar dahil olmak üzere tüm lityum koruma sistemleri ve ekipmanlarını test etmek için kullanılıyor.
T-11M’deki test ve araştırmaların sonuçları, özellikle sıvı lityum koruma ve bor karbür teknikleriyle borlama, T-15MD ve reaktör teknolojisi (RTT) tokamakları gibi daha karmaşık tesislerde ve ITER projesinde kullanılıyor. RTT’de sıvı lityum korumasının kullanılması planlanıyor.
