Japonya füzyon enerjisinde ısı kaçağı gizemini çözdü

Bilim insanları füzyon reaktörlerinin verimliliğini düşüren ve on yıllardır fizikçileri şaşırtan ‘ani ısı kaçışı’ sorununu çözdü. Plazma türbülansının, yavaş hareket eden bir sıvı gibi değil, tıpkı Amerikan futbolundaki ‘uzun paslar’ gibi davranarak ısıyı çekirdekten uzaklaştırdığı tespit edildi.

Geleceğin temiz ve sınırsız enerji kaynağı olarak kabul edilen nükleer füzyon teknolojisinde, reaktör çekirdeğinin 100 milyon derecenin üzerinde tutulması gerekliliği, mühendislik dünyasının en büyük zorluklarından biri olmaya devam ediyor. Geleneksel fizik teorileri, ısının merkezden dışarıya doğru yavaşça yayılması gerektiğini öngörürken, deneyler ısının manyetik alandan neredeyse ‘sıçrayarak’ anında kaçtığını gösteriyordu. Japonya Ulusal Füzyon Bilimi Enstitüsü (NIFS) ekibi, bu ‘ürkütücü etkiyi’ açıklayarak, enerji üretimini engelleyen mekanizmayı deşifre etti.‘KOŞU OYUNU’ DEĞİL ‘UZUN PAS’Araştırmacılar, Büyük Sarmal Cihaz (LHD) ile yaptıkları deneylerde, sorunun kaynağının ‘aracı’ (mediator) türbülans olduğunu belirledi. Ekip, bu karmaşık fiziksel olayı açıklamak için bir spor benzetmesi kullandı:Geçmişte bilim insanları, türbülansın ısıyı bir oyuncunun topu saklayıp yavaşça ileri koşması gibi ‘koşu oyunu’ (running game) şeklinde taşıdığını varsayıyordu. Ancak yeni çalışma, plazmanın bir ‘pas oyunu’na (passing game) sahip olduğunu ortaya koydu. Çekirdek ısıtıldığında, aracı türbülans devreye girerek reaktörün uzak bölgelerini saniyenin on binde birinden daha kısa sürede birbirine bağlıyor. Bu durum, ısının aradaki mesafeyi bir ‘uzun pas’ gibi atlayarak anında kenarlara ulaşmasına ve soğumaya neden oluyor.NEDEN-SONUÇ İLİŞKİSİ KANITLANDIAraştırma ekibi, bu anlık davranışı gözlemlemek için standart yöntemlerin ötesine geçerek plazmayı kısa ve yoğun ısıtma darbelerine maruz bıraktı. Mikrosaniye düzeyindeki ölçümler, net bir neden-sonuç ilişkisini ortaya koydu: Daha kısa ısıtma darbeleri, aracı türbülansı güçlendirerek ısı kaybını hızlandırıyor.Bu bulgu, türbülansın sadece kaotik bir karmaşa olmadığını; hem yerel ısı taşıyan hem de uzak bölgeleri birbirine bağlayan, ikili rol üstlenen organize bir sistem olduğunu doğruladı.HEDEF: TÜRBÜLANSI BASTIRMAKBilim insanları, ‘uzun pas’tan sorumlu spesifik türbülansı tanımlayarak artık kontrol altına alınabilecek somut bir hedefe sahip oldu. Mühendisler bu aracı türbülansı azaltmayı başarabilirse, plazmayı daha yavaş ve yönetilebilir bir tempoya döndürerek ısıyı çekirdekte hapsedebilecek. Bu kontrol yeteneği, ticari füzyon reaktörlerinin inşası için kritik bir eşik olarak değerlendiriliyor.İKLİM BİLİMİNE DE IŞIK TUTACAKAraştırmacılar, bu eş zamanlı uzun menzilli reaksiyonların sadece reaktörlerde değil, okyanus akıntıları ve atmosferik desenler gibi doğal sistemlerde de meydana geldiğine dikkat çekiyor. Dolayısıyla plazma fiziğindeki bu teorik doğrulama, iklim bilimi modellemeleri ve malzeme mühendisliği alanlarında da yeni bakış açıları kazandıracak.