Soru:
Bir füzyon reaktörünün "ateşlenmesi" (ignition) için gereken Lawson kriteri nedir? Bu kriterin tokamak tasarımındaki önemi nedir ve üç temel parametresi nelerdir? Açıklayınız.
Çözüm:
💡 Lawson kriteri, bir füzyon reaksiyonunun kendi kendine sürdürülebilir olması (yani, reaksiyondan elde edilen enerjinin, plazmayı ısıtmak için harcanan enerjiden fazla olması) için gereken minimum koşulları tanımlar.
- ➡️ Lawson kriterinin temel ifadesi, plazma yoğunluğu (\(n\)), plazma sıcaklığı (\(T\)) ve enerji hapsetme süresinin (\(\tau_E\)) bir çarpımıdır. Döteryum-Trityum reaksiyonu için bu kriter yaklaşık olarak: \(n \cdot T \cdot \tau_E \geq 3 \times 10^{21} \ \text{keV·s·m}^{-3}\) şeklindedir.
- ➡️ Önemi: Bir tokamak tasarlanırken hedef, bu kritere ulaşmaktır. Bu, reaktörün net enerji üretebileceği anlamına gelir. ITER (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör) projesinin temel hedefi, Lawson kriterini aşan bir plazma performansı elde etmektir (Q≥10).
- ➡️ Üç Temel Parametre:
- \(n\) (Plazma Yoğunluğu): Birim hacimdeki parçacık sayısı. Ne çok düşük (reaksiyon hızı yavaşlar) ne de çok yüksek (plazma kararsızlaşır) olmalıdır.
- \(T\) (Plazma Sıcaklığı): Füzyonun gerçekleşebilmesi için iyonların Coulomb bariyerini aşması gerekir. DT reaksiyonu için bu sıcaklık ~150 milyon °C'dir.
- \(\tau_E\) (Enerji Hapsetme Süresi): Plazmanın, enerjisini ne kadar süre tutabildiğinin bir ölçüsüdür. Tokamakların performansını belirleyen en kritik parametrelerden biridir.
✅ Sonuç olarak, bir tokamakta başarılı füzyon için bu üç parametrenin (yoğunluk, sıcaklık, hapsetme süresi) bir arada optimize edilmesi gerekmektedir.
