II. İLERİ TEKNOLOJİLER ÇALIŞTAYI (İTÇ 2011) - Bilgesam

152
Füzyon için gerekli yüksek sıcaklık ve yoğunluğun sağlanması için kapsülün dış
taraftan simetrik bir şekilde uygulanan bir enerji darbesine maruz bırakılması gerekmektedir.
Burada gereken enerji girdisi çok yüksektir: 1 mm çaplı yakıt kapsülünü
10 keV sıcaklığa ulaştırmak için gereken enerji 10 5 J’dir. Bu da çok yoğun
lazer ışığı ya da iyon demetleri kullanılarak sağlanabilir. Bu işin zorluğu bu enerji
darbesinin birkaç pikosaniye (10 -12 s) gibi çok kısa bir sürede verilmesi gereksiniminden
kaynaklanmaktadır. Kapsülün dış kabuğu aldığı enerji darbesi sonucu ısınarak
iyonlaşır ve plazma halinde dışarı doğru savrulur. Momentumun korunumu
ilkesi gereği D-T yakıtı ise kürenin merkezine doğru ivme kazanır. Yani kapsül
küre şeklinde bir rokete benzer davranış gösterir. Küre merkezine doğru itilen yakıt
çok yüksek yoğunluklara ve sıcaklıklara ulaşır. Bu süreçte oluşan sıkıştırma şok
dalgası D-T yakıtını merkezde birkaç yüzbin kg/m 3 yoğunluğa ve ateşleme sıcaklığına
çıkartır. Ateşlemenin sağlanmasından sonra üretilen füzyon enerjisi dışarı
yönlü bir basınç dalgası oluşturur. Bu basınç dalgası, sıkıştırma şok dalgasından
daha güçlü olduğu için, kapsül çok kısa bir sürede dışarı doğru hareketlenerek patlar
ve dağılır.
Plazmanın tutuklama süresini saptayan başlıca parametre küresel kapsülün yarıçapı
R (≈100 μm)’dir. İçeriye doğru sıkışmayı sağlayan şok dalgası ses hızında, cs,
−9
hareket ettiğine göre sıkıştırma zamanı, tc, yaklaşık tc ≈ R/ cs
≈10 s, olarak hesaplanabilir.
Daha detaylı sayısal hesaplamalar bu zamanın biraz daha uzun 10-20
ns olduğunu göstermektedir.
ET füzyonunda Lawson ölçütü genellikle nτ yerine ρR değeri cinsinden ifade edilmektedir.
Burada ρ plazma yoğunluğu olmaktadır. Lawson ölçütü yaklaşık bir
değer olarak
nτx −21
≅ 210 s/m 3
ifade edilebilir. ET’de τ yaklaşık kürenin dağılma zamanı olup,
(14)
R
τ ≅ (15)
4cs şeklindedir. Öte yandan N0=0.6022x10 24 mol -1 , A=0.0025 kg/mol olarak
n
ρ N
0
= (16)
A
olur. (15) ve (16), (14)’de kullanılırsa,
4cA
ρR ≅ x ≅ kg/m 2
21 s 210 33
N0
(17)