Fusion enerjisinin en büyük sorusu şu noktada: Fusion reaksiyonunu başlatmanın maliyetinin, üretilen enerjinin satış fiyatını geçmemesi nasıl sağlanacak?
Birçok şirket bu konuda fikirler ortaya koysa da henüz kimse kesin bir çözüm bulamadı. Örneğin, Commonwealth Fusion Systems, birkaç yüz milyon dolara mal olacak devasa bir reaktör inşa ederek bu alanda oldukça iddialı. Ancak bu cihaz, 2024 yılına kadar çalıştırılmayacak, dolayısıyla bu soru şimdilik yanıt bulmuş değil.
Daha yeni kurulan diğer şirketler ise fusion enerji santrali inşa etme konusunda daha düşük maliyetler sunabileceklerini düşünüyor. Bu şirketlerden biri olan Pacific Fusion, Sandia Ulusal Laboratuvarları’nda yaptığı bir dizi deneyin sonuçlarını açıkladı. Bu deneylerin, yaklaşımının maliyetli bazı bölümlerini ortadan kaldıracağı iddia ediliyor. Şirket, sonuçları yalnızca TechCrunch ile paylaştı.
Fusion enerjisi, günde 24 saat yüksek miktarda elektrik üretmeyi vaat ediyor ve bunu günümüz elektrik şebekeleri ile uyumlu bir şekilde sağlamayı hedefliyor. Çoğu fusion girişimi, ilk ticari fusion enerji santrallerini 2030’lu yılların başına kadar devreye almayı planlıyor.
Pulser Tahrikli İnerz Mühendisliği Yöntemi
Pacific Fusion, pulser tahrikli inerz mühendisliği (ICF) yaklaşımını takip ediyor. Bu yaklaşım, National Ignition Facility (NIF) ile gerçekleştirilen deneylerle benzerlik gösteriyor. Şirket, küçük yakıt pelletlerini ardışık olarak sıkıştırarak, bu sıkıştırmanın atomların birleşerek enerji salmasına yol açmasını sağlıyor.
NIF, sıkıştırma işlemini başlatmak için lazerleri kullanırken, Pacific Fusion devasa elektrik darbeleri kullanmayı planlıyor. Bu darbeler, yakıt pelletinin etrafında bir manyetik alan oluşturarak, onu 100 milyar saniyenin altında sıkıştıracak şekilde etkileyecek.
Pacific Fusion’un co-founderi ve CTO’su Keith LeChien, “Ne kadar hızlı implode ederseniz, o kadar sıcak olur,” diyor.
Pulser tahrikli ICF’nin zorluklarından biri, sürecin genellikle düzgün çalışması için biraz başlangıç desteğine ihtiyaç duyması. Yakıt pelleti içindeki fusion için gerekli sıcaklık koşullarını oluşturmak amacıyla araştırmacılar, önce ısıtmak için lazerler ve mıknatıslar kullanıyorlar. LeChien, “Bunu sıkıştırmadan önce ona bir miktar enerji vererek küçük bir teşvik sağlamamız gerekiyor,” diyor; bu enerji toplam enerjinin %5 ila %10’unu kapsıyor.
Ancak eklenen lazerler ve mıknatıslar, makinenin karmaşıklığını, maliyetini ve bakım gereksinimlerini artırarak, rekabetçi fiyatlarla enerji satmayı zorlaştırıyor.
Sandia’daki deneylerde, Pacific Fusion, yakıt pelletini saran silindirin tasarımında bazı değişiklikler yaparak, ona verilen elektrik akımını ayarladı. Fusion reaksiyonunu başlatan büyük elektrik darbelerinden önce, şirket manyetik alanın yakıtın içine sızmasına izin vererek ısıttı.
LeChien, “Bu silindirin üretiminde çok ince değişiklikler yaparak, manyetik alanın sıkıştırılmadan önce yakıta sızmasına izin verebiliyoruz,” diyor.
Pacific Fusion’un yakıtı, alüminyum ile sarılı plastik bir hedefe yerleştiriliyor. Alüminyumun kalınlığını değiştirerek, şirket manyetik alanın ne kadarının yakıta ulaşacağını ayarlayabiliyor. Silindirin üretimi belirli bir hassasiyet gerektiriyor ancak çok karmaşık değil, bu da .22 kalibre mermi kovanı için gereken hassasiyete benziyor. “Bu, 100 yılı aşkın bir süredir geliştirilmiş, üretilmiş ve mükemmelleştirilmiş bir süreç,” diye ekliyor.
Bu ayarlamalar, Pacific Fusion’un hedefe ulaşması gereken enerji miktarını önemli ölçüde değiştirmiyor. LeChien, “Manyetik alanın yakıtın merkezine girmesine izin vermek için çok fazla enerjiye ihtiyaç yok,” diyor. “Bu, sistemdeki toplam enerjinin çok küçük bir kısmını kapsıyor; %1’den bile az. Dolayısıyla, neredeyse fark edilemez.”
Manyetik sistemi ortadan kaldırmak, sistemin bakım gereksinimlerini basitleştirerek maliyet üzerinde de mütevazı bir etki yapacak. Ancak lazerin ortadan kaldırılması maliyetleri büyük ölçüde azaltacak. LeChien, “Bu tür sistemleri yüksek verimle önceden ısıtmak için gereken lazer ölçeği 100 milyon doların üzerinde,” diyor.
Bu tür deneyler ayrıca şirketin simülasyonlarını da iyileştirerek, gerçek dünyada neler olduğunu doğrulayacak şekilde ilerlemelerine yardımcı oluyor. LeChien, “Birçok kişi, ‘Bu işe yarar veya o işe yarar’ diye simülasyonlar yaptı,” diyor. “Bir şeyi simüle etmek, inşa etmek, test etmek ve çalıştığını görmek çok farklı bir oyun. O döngüyü kapatmak zordur.”
