Füzyon gücünün önündeki en büyük soru onlarca yıldır birebir ve değişmedi: Füzyon yansımasını başlatmanın maliyeti, üretilen elektriğin satış fiyatının altında tutulabilir mi? Bugüne kadar pek çok şirket bu denklemi çözmeye çalıştı, fakat şimdi ticari ölçekte net bir cevap verilebilmiş değil. Yüz milyonlarca dolarlık dev bir reaktör inşa eden Commonwealth Fusion Systems üzere şirketler umutlu olsa da bu sistemler şimdi çalıştırılmadığı için sonuçlar belirsizliğini koruyor.

Daha yeni teşebbüsler ise daha düşük maliyetli bir yol bulabileceklerine inanıyor. Bu şirketlerden biri olan Pacific Fusion, Sandia National Laboratories’te dünyanın en güçlü darbeli güç tesisi olan Z Machine üzerinde yürüttüğü deneylerin sonuçlarını açıkladı. Şirketin paylaştığı bu sonuçlar, füzyon reaktörlerinde bugüne kadar mecburî görülen kimi pahalı bileşenlerin büsbütün devre dışı bırakılabileceğini gösteriyor.

Elektrik darbeleriyle çalışan farklı bir füzyon yaklaşımı

Füzyon gücü, teorik olarak günün her saati kesintisiz elektrik üretme ve bunu mevcut elektrik şebekelerine uyumlu formda sunma potansiyeline sahip. Pek çok füzyon teşebbüsü birinci ticari santralleri için 2030’lu yılları hedefliyor. Bu reaktörler ekseriyetle lazer, tokamak yahut yıldızlaştırıcı olarak tanımlanan dizaynlara dayanıyor.

Pacific Fusion ise “pulser-driven inertial confinement fusion” olarak bilinen, darbe temelli atalet mahpusu (ICF) füzyonu yaklaşımını benimsiyor. Bu sistem, ABD’deki National Ignition Facility’de (NIF) yapılan deneylerle misal bir prensibe dayanıyor. Sistem, küçük yakıt peletlerini arka arda çok süratli formda sıkıştırıyor. Bu sıkıştırma sırasında yakıtın içindeki atomlar kaynaşarak güç açığa çıkarıyor.

Ancak NIF bu sıkıştırmayı lazerlerle başlatırken Pacific Fusion lazer yerine son derece güçlü elektrik darbeleri kullanmayı planlıyor. Bu elektrik darbeleri, kalem silgi başı büyüklüğündeki yakıt peletinin etrafında ağır bir manyetik alan oluşturuyor ve pelet 100 milyarda bir saniyeden daha kısa bir sürede sıkıştırılıyor.

Bu darbe temelli yaklaşımın en büyük zorluklarından biri, füzyon şartlarına ulaşabilmek için yakıtın ekseriyetle evvelce ısıtılmasının gerekmesiydi. Bugüne kadar araştırmacılar, bu ön ısıtmayı sağlamak için lazerler ve ek manyetik sistemler kullanıyordu. Toplam gücün sırf yüzde 5 ila 10’u düzeyinde olsa da bu “ilk itme” füzyon yansımasının başlaması için kritik kabul ediliyordu.

Ancak bu ek sistemler, makinenin karmaşıklığını artırıyor, birinci yatırım maliyetlerini ve bakım ihtiyaçlarını önemli halde yükseltiyordu. NIF’in sergilediği lazer tabanlı sistemde her atışta birtakım sistemler büsbütün yok oluyordu. Ticari bir füzyon santralinde bu sürecin yaklaşık saniyede bir tekrarlanması gerektiği düşünüldüğünde, üretilen gücün maliyet avantajı büyük ölçüde ortadan kalkıyordu.

Küçük bir değişim büyük fark yarattı

Hayatta her şeyde olduğu üzere füzyon reaktörlerindeki küçük bir değişimin sistemin genelinde büyük bir tesir yapması mümkün. Şirket, yakıt peletini çevreleyen silindirin dizaynında küçük lakin kritik değişiklikler yaptı ve silindire verilen elektrik akımını tekrar ayarladı. Füzyon yansımasını başlatan ana elektrik darbesinden evvel manyetik alanın çok küçük bir kısmının yakıta sızmasına müsaade verildi. Bu sızıntı, sıkıştırma öncesinde yakıtın ısınmasını sağladı. Haliyle rastgele bir ön ısıtma sistemine gerek kalmamış oluyor.

Z Machine üzerinde yapılan deneylerde, silgi başı büyüklüğündeki metal silindir maksatlardan her birine 120 nanosaniye içinde 22 milyon amperlik elektrik akımı gönderildi. Bu mühlet, insan göz kırpmasının yaklaşık bir milyon kat daha kısa.

Pacific Fusion’ın yakıtı, plastik bir maksadın içine yerleştiriliyor ve alüminyum bir kaplama ile sarılıyor. Alüminyumun kalınlığı değiştirilerek manyetik alanın yakıta ne kadar nüfuz edeceği hassas biçimde ayarlanabiliyor. Bu modüllerin makul bir hassasiyetle üretilmesi gerekiyor bu süreç çok sıkıntı değil. Gerekli toleranslar, .22 kalibrelik bir mermi kovanının üretiminde gereken hassasiyet düzeyinde. Münasebetiyle mevcut sanayi için rastgele bir zorluk oyk.

En dikkat cazibeli noktalardan biri de, bu metodun güç tüketimini neredeyse hiç artırmaması. Manyetik alanın yakıtın merkezine sızmasını sağlamak için gereken ek güç, toplam gücün yüzde 1’inden bile az.

Lazerler devreden çıkıyor

Bu yaklaşım, manyetik ön ısıtma sistemlerinin büsbütün kaldırılmasını mümkün kılabilir. Bu da bakım ve işletme açısından sistemi kolaylaştırarak toplam maliyette sonlu bir düşüş sağlayabilir. Asıl büyük fark ise lazerlerin ortadan kalkmasıyla ortaya çıkıyor.

Yüksek yararlı bu çeşit füzyon sistemlerinde kullanılan lazer altyapısının maliyetinin 100 milyon doların üzerinde olduğunu belirtiyor. Lazerlerin devre dışı bırakılması, füzyon santrallerinin ekonomik fizibilitesini kökten değiştirebilecek bir adım olarak görülüyor. Pacific Fusion’a nazaran bu deneyler sırf donanımı sadeleştirmekle kalmıyor, birebir vakitte şirketin simülasyonlarını da daha sağlam hale getiriyor.

Şirket halihazırda birinci gösterim sistemi üzerinde çalışıyor. Maksat, 2030 yılına kadar tesis genelinde net güç yararı, yani sistemde depolanan tüm güçten daha fazlasını füzyondan elde etmek. Manyetik bobinler ve potansiyel olarak lazerlerin devre dışı bırakılması, tekrarlanabilir ve düşük maliyetli füzyon atışlarının önündeki en büyük mahzurları kaldırabilir. Pacific Fusion, bu gelişmelerle birlikte 2030’ların ortasında birinci ticari füzyon sistemini devreye alma maksadını koruduğunu belirtiyor.