Nükleer füzyon, gelecekteki enerji güvenliği için büyük bir umut kaynağıdır ve bu alan dünyadaki araştırma reaktörlerinde araştırılmaktadır. Performanslarını doğru bir şekilde tespit etmek, aşırı koşullar altında bile geçerli veri sağlayan ölçüm sistemleri gerektirir. Ve bu sistemlerin merkezi, Fraunhofer Mikro Mühimmat Enstitüsü ve Microsystems IMM. Enstitü uzmanları, bu yıl 31 Mart – 4 Nisan tarihleri arasında Hannover Messe Ticaret Fuarı’nda ortak Fraunhofer Booth’ta (Salon 2, Booth B24) sofistike sensörlerini sunacaklar.
Füzyon teknolojisi, büyüyen küresel nüfusun artan enerji ihtiyaçlarının çözümü olabilir, ancak son derece zorlu bir teknolojidir. Mevcut zorluk, tükettiklerinden daha fazla enerji üreten füzyon deneyleri yapmaktır. Bu alandaki ilerlemeleri doğru bir şekilde yakalamak için uzmanların, reaktörlerin içinde gerçekleşen karmaşık süreçleri analiz etmek ve kontrol etmek için olağanüstü hassas ölçüm araçlarına ihtiyaçları vardır. Füzyon plazmasından ne kadar gücün yayıldığını belirlemek bunun için çok önemlidir.
Aşırı koşullar altında hassasiyet
Bunu elde etmek için kullanılan dedektörler, bolometreler olarak bilinen, aşırı koşullar altında geçerli verileri güvenilir bir şekilde tedarik etmelidir. Fraunhofer Imm’deki özel sensör teknolojisi başkanı Stefan Schmitt, “Son derece yoğun bir ortamdan bahsediyoruz: çok yüksek yoğunluklu yüksek yoğunlukta yüksek enerjili nötronlara, yüksek seviyelerde ekstra ekstra X-ışınları, aşırı sıcaklıklar, yükleri değiştirerek, malzemelerin seçilmesinde önemli özen gerektiren tüm yönleri değiştiriyoruz.” Schmitt ve ekibi, bu araştırma segmenti için geçerli olan katı kurallar altında bile, bu gereksinimler için uygun bir sensör geliştirmeyi başardılar.
Çözeltileri, dört ayrı sensörü tutan yaklaşık 20 x 23 milimetre boyutunda bir silikon çipidir. Her sensörün 1.5 x 4 milimetre ölçen iki emici alanı vardır. Plazma tarafından dar bir görüş hattı boyunca yayılan ışık, her durumda bu emicilerden biri tarafından yakalanır ve emicinin sıcaklığını yükseltir. Sıcaklık artışı, direnç eşdeğer bir önlemle arttıkça, emiciye bakan platinden yapılan kıvrımlı dirençlerle ölçülür. Bu şekilde, sensör, kızılöteden spektrumun sert X-ışını ucuna kadar plazmada bulunan radyasyon gücünü doğrudan yakalar.
Uzmanlar, bu gücü plazmadaki fiziksel noktalarla ilişkilendirmek için reaksiyon kabının içinde tamamlayıcı olarak hizalanan birçok farklı görüş hattından ölçüm verilerini kullanabilir ve böylece füzyon plazmasının kesitsel bir profilini hesaplayabilir. Bunu başarmak için, Fraunhofer IMM’de üretilen silikon yongaları, çipin bulunduğu bir kafa ve bir diyafram sisteminden oluşan kameralara dahil edilir. Kameralar, genel enerji dengesini belirlerken reaktör içindeki plazma regülasyonunun ne kadar iyi gittiğini değerlendirmek için farklı ölçüm sinyallerini kullanmayı mümkün kılar.
Belirli teşhis için çözümler
Bir zorluk, bir füzyon reaktöründe bulunan yüksek enerji seviyeleriydi. Bu, radyasyonun çoğu malzemeden geçtiği anlamına gelir. Bu sorunu çözmek için Schmitt’in ekibi, altın veya platin emicileri nispeten kalın, 20 mikrometrede, tek bir insan saçının yaklaşık üçte birinde tasarladı.
İletken veya dolambaçlı direnç, yüksek radyasyon seviyelerine maruz kaldığında bile değişiklik yapmayan bir malzeme olan platinden yapılmıştır. Bilim adamları, emici yüzeyde görünür ışığı daha da etkili bir şekilde emen altın emiciler ve özel karbon kaplamalar kullanarak hem mekanik hem de elektriksel olarak oldukça stabil olan bolometreler geliştirebildiler.
Aktif füzyon araştırmasının ayrılmaz bir unsuru
Bu bolometreler, Garching’de ASDEX yükseltmesi, Greifswald’da Wendelstein 7-X ve Çin’de Doğu da dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanındaki önde gelen füzyon araştırma tesislerinde kullanılmaktadır. Ayrıca, Fransa’nın güneyindeki Cadarache Nükleer Araştırma Merkezi’ndeki dünyanın en büyük füzyon deneyi ITER için özel olarak değiştirildi.
Proje yöneticisi Schmitt, ekibin başarılarından gurur duyuyor: “Bolometrelerimiz, ortaklarımızın son derece spesifik ihtiyaçlarına ve gereksinimlerine mükemmel bir şekilde yanıt verebileceğimizin kanıtıdır. Özellikle füzyon araştırması durumunda, bilimin dilini konuşmamız son derece yararlıdır.”
Fraunhofer IMM, yenilikçi ölçüm teknolojisini Hannover Messe 2025’teki Ortak Fraunhofer standında (Salon 2, Booth B24), bu ekiple son derece spesifik soruların bile mükemmel ellerde olduğunu göstermek için sensör çipini sunacak.
