MIT, neredeyse sınırsız enerji makinelerinin geliştirilmesini hızlandırmak için yeni bir laboratuvar açtı: 'Yeni bir çağın başlangıcı'

MIT, neredeyse sınırsız enerji makinelerinin geliştirilmesini hızlandırmak için yeni bir laboratuvar açtı: 'Yeni bir çağın başlangıcı'

Neredeyse sınırsız temiz enerji, daha önce düşünüldüğünden daha gerçeğe yakın olabilir. MIT News'e göre, Schmidt Nükleer Teknolojiler Malzeme Laboratuvarı 2026 başlarında faaliyete geçecek ve çeşitli füzyon santrali bileşenleri için malzeme testlerine başlayacak.

Füzyon, iki atom çekirdeğinin yeni ve daha ağır bir çekirdek oluşturmak üzere bir araya gelmesiyle meydana gelir. Petrol, kömür ve doğal gaz gibi kirli enerji kaynaklarının yakılmasıyla oluşan gezegeni ısıtan kirlilik olmadan muazzam miktarda temiz enerji açığa çıkarır. Güneş'e ve diğer yıldızlara güç veren de aynı reaksiyondur.

Füzyon enerjisini ticari kullanıma uygun hale getirmek bazı zorluklar doğurur; bunlardan biri, reaksiyondan giren enerjiden daha fazlasını çıkarabilen bir makine henüz üretilememiş olmasıdır. Bir diğeri ise, füzyon reaktöründe oluşan zorlu koşullara dayanabilecek uygun maliyetli malzemeler bulmaktır. LMNT tam da bu noktada devreye giriyor.

LMNT başkanı ve nükleer bilim ve mühendislik bölümünde doçent olan Zachary Hartwig, "Bugün füzyon enerjisinin ticarileşmesini destekleyecek malzemeleri hızla geliştirip test edecek teknolojilere ihtiyacımız var," dedi.

Hartwig, "LMNT'nin misyonu keşif bilimini de içeriyor, ancak daha da ileri giderek, önümüzdeki yıllarda füzyon santralleri inşa etmek için kullanılacak malzemelerin seçilmesine yardımcı olmayı hedefliyor," diye ekledi.

LMNT, belirli malzemelerin füzyon ortamlarında nasıl dayandığını test etmek için muhtemelen proton ışınları kullanacak. Proton ışınları, füzyon santrallerinde beklenen hasarla eşleşebilir ve araştırmacılara hasarın ardından malzemelerin yapısal bütünlüğü hakkında bilgi sağlayabilir. Ayrıca aynı anda birden fazla malzeme üzerinde kullanılabilir ve araştırmayı hızlandırır.

Bu yaklaşımı daha da iyi hale getiren şey, sağlık sektöründe yaygın olarak kullanılan ve kolayca bulunabilen bir siklotron kullanılarak yapılabilmesidir.

Füzyon enerjisinin ticari olarak ne zaman kullanıma sunulacağı henüz belli olmasa da, enerjinin geleceğinin kesinlikle orada olduğu görülüyor; öyle ki Google, yıllarca var olmayacak 200 megavatlık enerji satın aldı bile. Bu, yaklaşık 200.000 eve enerji sağlamaya yetecek bir miktar.

LMNT'deki araştırmalardan elde edilen bilgiler, temiz füzyon enerjisini gerçeğe dönüştürme yolunda büyük bir adım olacak.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi Direktörü Nuno Loureiro, MIT News'e verdiği demeçte, "LMNT, MIT'de füzyon araştırmalarında yeni bir dönemin başlangıcıdır. Bu dönemde, karşı karşıya olduğumuz sorunun aciliyetiyle orantılı zaman dilimlerinde en karmaşık füzyon teknolojisi zorluklarını ele almaya çalışıyoruz: enerji dönüşümü." dedi.

Füzyon enerjisi için malzeme çözümlerini hızlandıracak yeni tesis

MIT Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi, Nükleer Teknolojilerde Schmidt Malzeme Laboratuvarı'nı kuracak.

Füzyon enerjisi, fosil yakıtlardan enerji geçişini sağlama, yerel enerji güvenliğini artırma ve yapay zekayı güçlendirme potansiyeline sahiptir. Özel şirketler, ticari füzyonu geliştirmek ve sunduğu fırsatları değerlendirmek için halihazırda 8 milyar dolardan fazla yatırım yaptı. Ancak acil bir zorluk, 150 milyon derecelik plazmalar ve yoğun parçacık bombardımanı da dahil olmak üzere uzun süreler boyunca aşırı koşullara dayanabilen uygun maliyetli malzemelerin keşfi ve değerlendirilmesidir.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için MIT Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi (PSFC), Nükleer Teknolojilerde Schmidt Malzeme Laboratuvarı'nı veya LMNT'yi ("element" olarak telaffuz edilir) kurdu. Eric ve Wendy Schmidt liderliğindeki hayırsever bir konsorsiyum tarafından desteklenen LMNT, çeşitli füzyon santrali bileşenleri için malzeme keşfini ve seçimini hızlandırmak üzere tasarlanmıştır.

MIT'nin füzyon ve malzeme bilimi alanındaki uzmanlığından yararlanarak, mevcut araştırma altyapısını yeniden düzenleyerek ve önde gelen özel füzyon şirketleriyle yakın iş birliklerini kullanarak PSFC, füzyon enerjisinin kısa vadede ticarileştirilmesi için gerekli malzemelerde hızlı bir ilerleme sağlamayı hedefliyor. LMNT ayrıca nükleer santraller, yeni nesil parçacık fiziği deneyleri ve diğer bilim ve endüstri uygulamaları için malzemelerin geliştirilmesine ve değerlendirilmesine de yardımcı olacak.

LMNT başkanı ve Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü'nde (NSE) doçent olan Zachary Hartwig, "Bugün füzyon enerjisinin ticarileştirilmesini desteklemek için malzemeleri hızla geliştirecek ve test edecek teknolojilere ihtiyacımız var. LMNT'nin misyonu keşif bilimini de içeriyor, ancak daha da ileri giderek önümüzdeki yıllarda füzyon santralleri inşa etmek için kullanılacak malzemelerin seçilmesine yardımcı olmayı hedefliyor." diyor.

Füzyon Malzemelerine Farklı Bir Yaklaşım

Araştırmacılar, onlarca yıldır test numunelerini düşük enerjili parçacık ışınlarına maruz bırakmak veya nükleer fisyon reaktörlerinin çekirdeğine yerleştirmek gibi yöntemler kullanarak malzemelerin füzyon koşullarında nasıl davrandığını anlamak için çalışıyorlar. Ancak bu yaklaşımların önemli sınırlamaları vardır. Düşük enerjili parçacık ışınları yalnızca malzemelerin en ince yüzey katmanını ışınlarken, fisyon reaktörü ışınlaması füzyonun malzemelere zarar verdiği mekanizmayı doğru bir şekilde yansıtamaz. Fisyon ışınlaması da özel tesisler gerektiren, pahalı ve çok yıllı bir süreçtir.

Bu engellerin üstesinden gelmek için MIT ve benzer kurumlardaki araştırmacılar, füzyon ortamlarında malzemelerin maruz kaldığı hasarı simüle etmek için enerjik proton ışınlarının kullanımını araştırıyorlar. Proton ışınları, füzyon santrallerinde beklenen hasara uyacak şekilde ayarlanabilir ve protonlar, maruz kalmanın yapısal bütünlüğü nasıl etkileyebileceği konusunda fikir verecek kadar test örneklerine derinlemesine nüfuz edebilir. Ayrıca hız avantajı da sunarlar: İlk olarak, yoğun proton ışınları aynı anda düzinelerce malzeme örneğine hızla zarar verebilir ve araştırmacıların bunları yıllar yerine günler içinde test etmelerine olanak tanır. İkinci olarak, yüksek enerjili proton ışınları, sağlık sektöründe yaygın olarak kullanılan siklotron olarak bilinen bir parçacık hızlandırıcı türüyle üretilebilir. Sonuç olarak, LMNT, kolay temin edilebilen ve son derece güvenilir, uygun maliyetli, hazır bir siklotron etrafında inşa edilecek.

LMNT, siklotronunu malzeme bilimi araştırmalarına ayrılmış dört deneysel alanla çevreleyecek. Laboratuvar, PSFC'de 1992'den 2016'ya kadar PSFC'de gerçekleştirilen rekor kıran bir füzyon deneyi olan Alcator C-Mod tokamak'a ev sahipliği yapan büyük, korumalı beton kasanın içinde şekilleniyor. C-Mod'un eski alanını yeniden kullanarak merkez, kapsamlı ve maliyetli yeni inşaat ihtiyacını ortadan kaldırıyor ve araştırma sürecini önemli ölçüde hızlandırıyor. Alcator tokamakları ve gelişmiş yüksek sıcaklık süperiletken mıknatıs geliştirme gibi büyük projelere liderlik etmiş olan PSFC'nin deneyimli ekibi, tesisin tasarımını, inşasını ve işletimini denetleyerek LMNT'nin konseptten gerçeğe hızla geçişini sağlıyor. PSFC, siklotronu 2025 yılı sonuna kadar teslim almayı ve deneysel operasyonlara 2026 yılı başlarında başlamayı planlıyor.

"LMNT, MIT'de füzyon araştırmalarında yeni bir dönemin başlangıcıdır. Bu dönemde, karşı karşıya olduğumuz sorunun aciliyetiyle orantılı zaman ölçeklerinde en karmaşık füzyon teknolojisi zorluklarını ele almayı hedefliyoruz: enerji dönüşümü," diyor PSFC direktörü, nükleer bilim ve mühendislik profesörü ve Herman Feshbach Fizik Profesörü Nuno Loureiro. "Hırslı, cesur ve kritik bir proje ve tam da bu yüzden yapıyoruz."

"Bu projenin heyecan verici yanı, bugün sahip olduğumuz kaynakları (önemli araştırma altyapısı, hazır teknolojiler ve MIT uzmanlığı) iklim değişikliğiyle mücadelede eksik olduğumuz temel kaynak olan zamanı ele almak için bir araya getirmesi. Nükleer Teknolojilerde Malzemeler için Schmidt Laboratuvarı'nı kullanan MIT araştırmacıları, füzyon enerjisi, nükleer enerji ve enerjinin geleceği için kritik öneme sahip diğer teknolojileri geliştirerek hemen harekete geçebilecek ve hızlı hareket edebilecekler," diyor MIT İklim Projesi'nin misyon direktörü ve Jerry McAfee Mühendislik Profesörü Elsa Olivetti.

LMNT, araştırmaları ilerletmenin yanı sıra, füzyon teknolojisinin giderek önem kazanan alanlarında öğrencilere eğitim ve öğretim sağlamak için bir platform sağlayacak. LMNT'nin MIT ana kampüsündeki konumu, öğrencilere araştırma projelerine liderlik etme ve tesis operasyonlarını yönetme fırsatı sunuyor. Ayrıca, PSFC'yi tanımlayan uygulamalı eğitim yaklaşımını da sürdürüyor ve genişleyen füzyon endüstrisi iş gücü için füzyon bilimcileri ve mühendisleri yetiştirmenin en iyi yolunun büyük ölçekli araştırmalarda doğrudan deneyim kazanmak olduğunu vurguluyor.

NSE Başkanı ve Kore Elektrik Enerjisi Nükleer Mühendislik Profesörü Benoit Forget, "Bu yeni laboratuvar, nükleer bilim ve mühendislik öğrencilerine hem füzyon hem de fisyon enerjisinin geleceğini şekillendirmeye yardımcı olacak benzersiz bir araştırma olanağı sağlayacak." diyor.

Büyük zorluklarda ilerlemenin hızlandırılması

Hayırseverlik desteği, LMNT'nin mevcut altyapı ve uzmanlığından yararlanarak sadece bir buçuk yılda konsept aşamasından tesis aşamasına geçmesine yardımcı oldu; bu, büyük bir araştırma projesini başlatmak için oldukça kısa bir süre.

Hartwig, "Malzeme bilimi kadar bu araştırma modeli konusunda da heyecanlıyım. Bu, odaklanmış hayırseverlik ve MIT'nin güçlü yönlerinin, kamu ve özel sektörden araştırmacıların füzyon malzemeleri konusunda hızla ilerlemelerine yardımcı olacak, dönüştürücü bir şey -büyük bir yeni tesis- inşa etmek için nasıl bir araya gelebileceğini gösteriyor." diye vurguluyor.

PSFC, bu yaklaşımı kullanarak füzyon enerjisinde büyük bir kamu-özel sektör ortaklığı yürütüyor, ABD füzyon topluluğunun yakın zamanda keşfetmeye başladığı bir araştırma modelini hayata geçiriyor ve üniversitelerin füzyon enerjisi için gerekli malzeme ve teknolojinin hızlandırılmasında oynayabileceği kritik rolü ortaya koyuyor.

MIT Araştırma Başkan Yardımcısı Ian Waitz, "Üniversiteler uzun zamandır toplumun en büyük zorluklarıyla mücadelede ön saflarda yer alıyor ve yeni enerji biçimlerini belirleme ve iklim değişikliğiyle mücadele etme yarışı, cesur, yüksek riskli ve yüksek getirili yaklaşımlar gerektiriyor," diyor. "LMNT, füzyon enerjisini uzun vadeli bir hedeften kısa vadeli bir gerçeğe dönüştürmeye yardımcı oluyor."

Kaynak: MIT NEWS