ITER ve nükleer enerji üzerindeki etkiler

Adı belirsiz belgesi

Bildirimsel etkiler

10 Mayıs 2012

ITER ve tokamaklar konusuna girmeye başladığımdan beri, bildirimsel etkiler artmaya devam ediyor. "Kırılma" (disruption) kelimesi Wikipedia'da yer alıyor. Cadarache'de yapılan ziyaretlerde, halk artık sadece gösterilen güzel maketleri izlemek ve neşeli bir anhostesinin sessizce anlattıklarını dinlemekle yetinmiyor. İnsanlar soru sormaya başlıyorlar.

Son günlerde, ITER projesini destekleyen yeni bir yayın internet sitelerinde ortaya çıktı. Bu konuda bana çok sayıda mesaj geldi ve bu yüzden kendi web sitemde yanıt verme kararı aldım. Yine tamamen yalan. Bu izlenim, hâlâ görevde olan sıcak plazma uzmanlarına telefonla ulaşıp onlardan doğrulamamla pekişti.

Yaklaşık on gün içinde, ITER ve genel olarak nükleer enerji konusunda bir konuşma yapacağım, eğer zamanım olursa. Enquête et Débat sitesinde, bir saat elli dakikalık uzun bir video var, izlemenizi öneririm. Bu videoda, geçen Eylül 2011'de Princeton'da düzenlenen bir konferansta Glenn Wurden tarafından ortaya atılan eleştirileri anlattım. (Geçen aylarda onunla bir saat telefonla konuştum.) Videoda, İngilizce sunumunu, hemen ardından Fransızca çevirisiyle birlikte detaylıca anlatıyorum. Bu video, Enquête et Débat sitesinin "en iyi" seçkileri arasında yer alıyor (sağ üst köşede yeşil kutu).

Ancak bir saat elli dakika oldukça uzun. Bunun birkaç parçaya bölünmesi gerekirdi. O zamanlar, hiçbir montaj yapmadan, bir anda tüm şeyleri kaydettim. Sortir du Nucléaire sitesinde, sadece olaylara odaklanan bir bağlantı sabit olmalıydı. Bu 900 dernekten oluşan bir kolektifin başkanı Philippe Brousse'ya, ana sayfaya, nükleer enerjinin bilimsel ve teknik yönlerini içeren temel makalelere yönlendiren bir simge koymasını önerdim. Hiçbir cevap almadım. Bunlar sadece etkinlik düzenleyiciler.

Yapacağım konuşma, video olarak kaydedilecek ve hemen internete yayılacak. Görüntü ve ses kaydını yapanlar, bana sağlayacağım görselleri yerleştirecekler. Bu işlem biraz zaman alıyor. Ayrıca bu görsellerin tam olarak doğru anda ve uygun süreyle yerleştirilmesi gerekiyor.

Bugün, 30 cm çapında, dün Aix'de aldığım küçük polistiren toruslardan oluşan bir maket koleksiyonu hazırlıyorum. Önce tokamakların nasıl çalıştığını, dolayısıyla ITER'in nasıl çalıştığını anlatmaya çalışacağım. İnsanlar bunu tamamen bilmiyor. Bu konuyu açıklayan "poloïdal manyetik alan" ifadesinin seçimi, bu konuları netleştirmek için uygun değildi.

45 dakikalık maksimum dikkat süresi içinde yapabileceğim her şeyi yerleştirmeye çalışacağım.

Düzenleyiciler, bu etkinliğe bir tartışma havası kazandırmaya çalıştı. ITER'de iletişim sorumlusu Michel Claessens önce kabul etti. Sonra, benimle karşı karşıya kalacağından haberdar olunca, kendisini görevden uzaklaştırdı ve "çok olumsuz" biriyle tartışmak istemediğini söyledi.

Cadarache'daki, içlerindeki bir kulede bulunan, Fransa'daki füzyonun bastonu olan "Araştırma Üzerine Manyetik Füzyon Enstitüsü" bilim insanlarında da aynı kaçış görüldü. Michel Chatelier, Gabriel Marbach, eski direktörler. Alain Bécoulet, ITER uzmanı. Philippe Gendrih, bu enstitüde araştırma direktörü, CNRS'de "Füzyon Müdür'ü".

Boş sandalyeleri isimleriyle dolduracağız ve filmlenecek.

Tüm bunlar yorucu ve ben yorulmuş durumdayım. 75 yaşında, bu biraz ağırlık taşıyor.

Peki, bu bildirimsel etkilerin üzerine gelin. Bunları sırayla, her birini ayrı ayrı ele alıp bu sayfada reddetmemiz gerek.

ITER Kuruluşu, bilgi yayma konusunda, halk ve internet kullanıcıları için artık bir karşı koyuş olmayan, maddi kaynaklara ve bütçeye sahip. Şimdi, "Greenwald sınırı" konusunda son zamanlarda yapılan bir açıklama var. Önce açıklamayı kopyalayacağım, sonra açıklamalarımı yapacağım:

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69903.htm

Kaynak:

Fizik ve nanteknoloji: Nükleer füzyonun kontrolüne bir adım daha mı?

ABD'deki iki fizikçi, nükleer füzyonun gelişimini engelleyen temel sorunlardan birinin olası bir açıklamasını yakın zamanda keşfettiler. Deneylerle doğrulanırsa, bu çözüm tokamaklarda performans açısından önemli ilerlemeler sağlayabilir. Bu, endüstriyel elektrik üretimi için bu yeni teknolojiyi kontrol altına almak umudumuzu artırmak için cesaretlendirici bir gelişme.

Gerçekten, gezegenin enerji geleceği günümüzde merkezde yer alırken, nükleer füzyon, bol ve az kirlilik yaratan bir enerji kaynağı olarak ideal bir seçenek olabilir. Ancak, füzyonu sağlamak için gerekli olan sıkı koşulların uygulanması zor olduğu için, teknoloji hâlâ araştırma ve deney aşamasında. Füzyon santralini, füzyon tepkimelerinden oluşan ısıyı elektrik enerjisine dönüştüren bir sistem olarak gerçekleştirmek hâlâ uzak bir hedef. Ulusal ve uluslararası bilimsel topluluklar, bu büyük sorunla başa çıkmak için büyük projelere giriştiler. Bu projeler için yapılan yatırımlar, halkın bir kısmını şaşırtıyor. Nükleer füzyonun geliştirilmesi, kesin sonuç elde edilmeyecek bir maliyetle yapılan bir yatırımın uygunluğu konusunda tartışmaları tetikliyor. Bu bağlamda, beklentiler çok yüksek ve baskılı durumda.

Bu yüzden, ABD Enerji Bakanlığı'nın Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı'nda çalışan iki fizikçi, Luis Delgado-Aparicio ve David Gates, yakın zamanda keşiflerini duyurduklarında, büyük bir heyecanla karşılandı.

Onlar, tokamak türündeki yapılar içinde plazmada ortaya çıkabilecek kararsızlıklarla ilgilendi ve bu kararsızlıklar, gelişimlerini engelleyen temel sorun olarak kabul ediliyor.

Bu üç boyutlu kararsızlıklar, "kırılmalar" olarak biliniyor ve hatta normal kilitlenme koşullarında bile kaçınılmaz olarak kabul ediliyor.

Bu, plazmanın şiddetli ve çok hızlı bir şekilde kilitlenmesi anlamına gelir ve cihazın önemli ölçüde hasar görmesine neden olabilir. Ayrıca, tokamak gücünün yüksek olması, hasar riskini daha da artırır. Şu anda Cadarache'de inşa edilen yüksek güçlü tokamak prototipi ITER'in tüm sistemi ciddi şekilde hasar görebilir.

Bu kırılmaların önemli nedenlerinden biri, plazmanın yoğunluğunun "Greenwald sınırı" adı verilen belirli bir kritik değerin üzerine çıkmasıdır. Bu sınırın evrensel olduğu görünüyor ve kökeni hâlâ gizemli.

Plazmada füzyonun gerçekleşmesi için plazmanın yeterince yoğun ve sıcak olması gerekir. Bu sayede plazmada bulunan hafif çekirdekler birbirine yaklaşır ve daha ağır çekirdekler oluşur. Bu birleşme sırasında yüksek miktarda enerji ısı şeklinde açığa çıkar ve bu enerji elektrik üretimi için elde edilmeye çalışılır. Bu füzyon tepkimesi, güneş ve çoğu yıldızda doğal olarak gerçekleşir. Önceden, plazmaya daha fazla enerji aktarıldıkça yoğunluk artacağı ve dolayısıyla füzyon tepkimeleri daha çok tercih edileceği düşünülürdü. Ancak Greenwald sınırı bu sezgiyi çürütüyor. Ayrıca, nükleer tepkime hızının plazma yoğunluğunun karesiyle orantılı olduğu göz önüne alındığında, bu sınır belli bir boyuttaki tokamakların performansını sınırlar. Bu yüzden bilim insanları, bu sınırın kökenini on yıllardır araştırıyorlar.

L. Delgado ve D. Gates'in derinlemesine çalışması bu soruna odaklanıyor. Onlar, Greenwald tarafından önerilenin aksine, yeni ve farklı bir açıklama sunuyorlar. Greenwald, bu sınırı tanımlayan denklemi (ve bu yüzden onun adıyla anılan) MIT'de fizikçi. Notum: Greenwald, bu denklemi teorik temellere dayanarak değil, yalnızca gözlemlerden yola çıkarak oluşturdu. CEA, bu konuyu kendi sitesinde, beni aşağılamak için (ve bana cevap verme hakkı verilmeyen) bir metin yayınlamıştı. Bu metinde, bunu "mühendislik yasası" olarak tanımladı; yani tamamen deneysel, gözlemlerden çıkarılan bir formül. Bu güzel formülü, Wikipedia'da "Greenwald limit" olarak arayabilirsiniz:

Görüldüğü gibi, bu yasa göre, bir tokamakta bu yoğunluk değerinin, "plazma akımı" ile orantılı, plazmada dönen akım (Tore Supra'da bir milyon beş yüz bin amper, ITER'de 15 amper) ve "küçük ışın"ın karesiyle ters orantılı olarak aşılması imkânsızdır. Bu çalışmalar, 1980'lerde tamamen deneysel olarak Greenwald tarafından başlatıldı.

Şimdi, bu kutuya konan açıklamaya dönelim:

Greenwald'e göre, kırılmalar, plazmanın kenarındaki aşırı ışıma nedeniyle sıcaklığının düşmesi, bu da dirençlerinin artmasıyla sonuçlanır. Plazmada akan akım, kenardan merkeze geçer. Bu yüzden merkezdeki akım yoğunluğu, manyetik hidrodinamik kararsızlık (MHD) gelişmeye başlayacak olan Kruskal-Shafranov (KS) eşik değerine ulaşır. Plazma burada kıvrılır ve tokamak duvarına temas eder, burada soğur. Plazma akımı duvara sızar, bu da hasarlar yaratır.

Ancak bu sürecin başlangıcı ve sonu net değil.

L. Delgado ve D. Gates'in önerdiği yaklaşım, sınırın aşıldığı zaman oluşacak manyetik adacıklara odaklanıyor. Denklemlere dayanarak, bu adacıkların plazmanın çökmesine neden olduğunu gösteriyorlar.

Bu adacıklarla plazmanın çökmesi arasında bağlantı, yeni değil. Ancak önceki çalışmalarda neden-sonuç ilişkisi netleştirilmemişti.

Şimdi, onların önerdiği yeni senaryo: Adacıkların iki olumsuz etkisi var:

Birincisi, adacıklar tokamak duvarlarından gelen kirleticileri biriktirir, bu da plazmayı soğutur. İkincisi, sistemde ek enerji eklenmesine karşı bir kalkan görevi görür. Enerji giriş miktarı, adacıkların Joule etkisiyle açığa çıkardığı güçten düşük olduğunda, denge bozulur.

Adacıklar, plazmayı kilitleyen elektrik akımının çökmesine neden olacak kadar büyüyene kadar gelişir. Sonuç olarak, plazma sadece birkaç milisaniye içinde kaybolur.

Şimdi, bu hipotezlerin deneysel olarak doğrulanması gerekiyor. Bu, MIT'deki C-Mod ve San Diego'daki General Atomics'ın DIII-D tokamaklarında yakında yapılacak. Bu yeni probleme bakış açısıyla, L. Delgado ve D. Gates, Greenwald sınırının ötesinde yoğunluklara ulaşmak için olası bir çözüm düşünüyorlar:

Bu çözüm, enerjiyi doğrudan adacıkların içine enjekte etmekten oluşuyor.

Eğer bu işlem işe yararsa, gelecekte füzyon için gerekli olan yüksek sıcaklık ve yüksek yoğunluk koşulları çok daha kolay sağlanabilir.

"Eğer..." gibi, Lacedemonluların dediği gibi. Daha fazla bilgi için, bağlantılar:

• ABD Enerji Bakanlığı resmi sitesi: http://science.energy.gov/
• Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı resmi sitesi: http://www.pppl.gov/
• ITER resmi sitesi: http://www.iter.org/
• MIT'deki Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi resmi sitesi: http://www.psfc.mit.edu/research/alcator/
• San Diego'daki General Atomics Füzyon Enerjisi Araştırma Ekibi resmi sitesi: https://fusion.gat.com/global/Home
• D.F. Escande'nin manyetik olarak kilitlenmiş termonükleer plazma üzerine pedagojik makalesi: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/9cUmA
• CEA'nın manyetik füzyon dosyası: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/
• Genel füzyon bilgileri: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/QWoZ1
• BE n°282: "Yavaşlama ile füzyon geliştirme: Amerikan akademileri bunu destekliyor": http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69455.htm
  Yazarlar:

Catherine Marais, Yardımcı Bilimsel Müşteri; deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org; Tüm faaliyetlerimizi http://france-science.org adresinde bulabilirsiniz.

Aşağıdaki metin, daha yeni bir makaleden (2001'de bir sunum) alındı.

Greenwald makalesini okursanız, bunun hiçbir teorik temele dayanmadığını göreceksiniz. Sadece deneysel bir yaklaşım. Bu yasayı, tahmin yoluyla düşündü ve test etti. Ve sunduğu grafikler, hayal ettiği şeyle uyumlu görünüyor. Ancak açık bir nedensellik ilişkisi yok. Bu, sıcak manyetik alanlara maruz kalan plazmalarla ilgili problemlere yaklaşımın zayıflığını gösteriyor.

Greenwald, 1980'lerde ABD'de ALCATOR makinesinde doktora yapmış bir deneysel fizikçi. Plazma odasına katı hidrojen buzları enjekte ederek yoğunluğu yavaş yavaş artırdı. Bu, yoğunluk artışını lokalize ediyordu, ancak bu artış hızla tüm odada yayılıyordu. Bir yoğunluk sınırı belirledi ve bu sınırı, üzerinde oynayabileceği plazma akımı değerleriyle birlikte belirlemeye çalıştı. Bu sırada, kritik yoğunluğun akımın karesiyle orantılı olduğunu fark etti, oldukça doğru bir şekilde. Ama bu sadece bir deneysel gözlem oldu.

/NUCLEAIRE/ITER/ITER_fusion_non_controlee/greewald_limit_1988.pdf

Daha sonra, çalışmalarını inceleme yaparak, 2001'de bir sunumdan alınan şu metin:

Greenwald'ın kırılmaları gösteren bir grafik.

Kırılmalar hakkında, makalesinde akımın çöküşünün sertliğini gösteren bir grafik sunuyor:

Greenwald'ın sonucu:

• Bu, hem önemli hem de ilgi çekici bir sorunu anlamak açısından önemli bir ilerleme temsil ediyor (...)

• Bu kadar karmaşık bir sorunu sadece bir deneysel yasa ile ele alabilmek, dikkat çekici.

• Bu yasanın, kilitlenme sistemlerinin geniş bir yelpazesine uygulanabilmesi dikkat çekici.

• ........

• Ancak bu olayın kökenini anlamak hâlâ bir zorluk.

Tokamaklarda deneyimler 1950'lerden beri yapılmaktadır. Bu, onlarca yıl boyunca, tamamen anlaşılmayan, yıkıcı ve şiddetli bir fenomenle karşı karşıya kalmamız anlamına gelir. Philippe Gendrih, IRFM'de araştırma direktörü, benimle bir saat telefonla konuştum. Greenwald sınırını "önemli bir unsurlar" olarak tanımladı. Bu, bir fenomeni deneysel olarak kontrol etme konusunda bir başarıdır. Bu başarı, yaklaşık bir çeyrek yüzyıl önce "mühendislik yasası" olarak somutlaştırıldı. Ancak bu yasanın anlaşılması, bir adım bile ilerlemedi.

Gendrih, benimle yüz yüze, filmle kaydedilmiş bir tartışmaya katılmayı kabul etmiyor.

Greenwald tarafından üretilen bu "mühendislik yasası", CEA sitesinde bana karşı on sayfa yazan aptalın söylediği gibi, tokamak, ITER gibi oldukça sorunlu bir makineyi kontrol etmek için elimizdeki tek şeydir. Greenwald'ın, kırılmaların duvarlarda başlayıp plazmanın merkezine doğru yayıldığını düşündüğünü okudunuz.

Küçük boyutlu bir deneyi "mühendislik yasalarıyla" kontrol etmek kabul edilebilir. Ama dünyanın en büyük fizik deneyi olan bu tür araçlarla yönetmek sorumlu bir davranış değildir.

Bu sayfada bahsedilen L. Delgado ve D. Gates makalesi, "l'Usine Nouvelle" dergisinde "büyük bir keşif" olarak karşılandı. Delgado ve Gates, kırılmaların plazmanın merkezinde değil, duvarlardaki kararsızlıklardan kaynaklandığını değil, plazmanın merkezine doğru yayılan soğuklukla ilgili olduğunu öne sürüyorlar (Greenwald'un düşüncesiyle aynı). Onlar, plazmada oluşmaya eğilimli, büyük ölçekli manyetik türbülanslar olan "adacıklar"dan bahsediyorlar. Aslında, bu araştırmacıların katıldıkları ilerleme, bir denklemdeki terimlerin önemini gösteriyor.

Tokamak plazmaları, duvarlardan atomların ve mikroskobik toz parçacıkların kopması nedeniyle zorunlu olarak kirletilir. Bu atomlar veya atom grupları yüksek atom numaralarına sahiptir (örneğin, iyonize edilmiş tungsten, onlarca elektrik yükü taşıyabilir). Bu iyonlar, frenleme ışıması yoluyla radyatif kayıpların artmasına neden olur. Bu ışıma, iyon yükünün karesiyle orantılı olarak artar. Dolayısıyla duvardan koparılan iyonlarla kirletme = plazmanın radyatif olarak soğuması. Belirli bir sıcaklığın altına düşüldüğünde, plazma tekrar dirençli hâle gelir.

Bir kırılma meydana gelmeden önce, plazmanın direnci çok düşüktür. ITER'de, makinenin eksenine yakın