Soru:
Bir tokamakta füzyon reaksiyonlarının sürdürülebilmesi için plazmanın belirli koşulları sağlaması gerekir. Lawson kriteri olarak bilinen bu koşul, füzyon güç kazancını tanımlar. Lawson kriterine göre bir füzyon plazmasında başarılı enerji üretimi için hangi üç temel parametrenin bir arada yüksek olması gerekir? Bu parametrelerin her birinin füzyon oranına etkisini kısaca açıklayınız.
Çözüm:
💡 Lawson kriteri, bir füzyon reaktöründen net enerji elde edilebilmesi için plazmanın sahip olması gereken minimum koşulları ifade eder. Kriter, plazma yoğunluğu (\(n\)), sıcaklığı (\(T\)) ve enerji hapsetme süresinin (\(\tau_E\)) bir çarpımı olarak ifade edilir (\(nT\tau_E\)).
- ➡️ Plazma Yoğunluğu (\(n\)): Bu, plazma içindeki parçacık sayısının bir ölçüsüdür (genellikle \(m^{-3}\) birimiyle). Daha yüksek yoğunluk, füzyon yapacak döteryum ve trityum çekirdeklerinin sayısının daha fazla olduğu anlamına gelir. Bu, birim zamanda meydana gelen füzyon çarpışma sayısını doğrudan artırır.
- ➡️ Plazma Sıcaklığı (\(T\)): Füzyonun gerçekleşebilmesi için çekirdeklerin, birbirlerini iten pozitif yüklerini (Coulomb bariyeri) yenebilecek kadar yüksek kinetik enerjiye sahip olması gerekir. Yüksek sıcaklık, parçacıkların ortalama kinetik enerjisini artırarak füzyon olasılığını katlanarak yükseltir. Tokamaklar için bu sıcaklık 150 milyon °C'nin üzerindedir.
- ➡️ Enerji Hapsetme Süresi (\(\tau_E\)): Bu parametre, plazmanın ısı enerjisini ne kadar süre etkili bir şekilde içinde tutabildiğinin bir ölçüsüdür. Füzyondan açığa çıkan enerjinin, plazmayı ısıtmak ve sıcak tutmak için kullanılabilmesi için, enerji kaybından daha hızlı bir şekilde üretilmesi gerekir. Uzun bir hapsetme süresi, plazmanın kendini sürdürebilmesi (yanma) ve net enerji üretebilmesi için hayati öneme sahiptir.
✅ Sonuç olarak, Lawson kriterine göre net enerji üretimi için plazma yoğunluğu (\(n\)), sıcaklığı (\(T\)) ve enerji hapsetme süresi (\(\tau_E\)) parametrelerinin çarpımı belirli bir eşik değeri aşmalıdır. Tokamaklar, bu zorlu koşulları sağlamak üzere optimize edilmiş cihazlardır.
