Güney Fransa'da inşa edilen ITER (Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör), insanlığın temiz ve sınırsız enerjiye ulaşma rüyasının en somut adımıdır. Ancak bir füzyon reaktörünün içi, muhtemelen evrendeki en zorlu ortamlardan biridir. Güneş'in merkezinden 10 kat daha sıcak olan 150 milyon derecelik bir plazmayı, hiçbir malzemeyi eritmeden nasıl tutabilirsiniz? Cevap, manyetik alanlar ve malzeme biliminin uç noktalarında gizlidir.
Füzyon reaktörünün kalbi "Tokamak" adı verilen, simit şeklindeki bir odadır. Burada hidrojen izotopları (Döteryum ve Trityum) ısıtılarak plazma haline getirilir. Hiçbir katı malzeme bu sıcaklığa dayanamayacağı için, plazma güçlü manyetik alanlarla havada asılı tutulur ve duvarlara değmesi engellenir. Ancak yine de duvarlara ulaşan ısı ve radyasyon muazzamdır.
Plazmaya en yakın olan ve reaktörün iç yüzeyini kaplayan kısma "İlk Duvar" denir. ITER mühendisleri burası için Berilyum elementini seçmiştir.
Neden Berilyum? Plazmadan kaçan serseri parçacıklar duvara çarptığında, duvarın atomlarını koparabilir. Eğer ağır bir atom (örneğin demir) kopup plazmaya karışırsa, plazmayı anında soğutur ve reaksiyonu durdurur. Berilyum ise çok hafif bir atom olduğu için plazmaya karışsa bile onu kirletmez ve reaksiyonun devam etmesini sağlar. Ayrıca ısı iletkenliği mükemmeldir.
Reaktörün en alt kısmında bulunan "Divertör", sistemin egzoz borusu gibidir. Plazmadaki kirlilikler ve helyum külü buradan dışarı atılır. Burası, metrekare başına 10-20 Megawatt gibi inanılmaz bir ısı yüküne maruz kalır (bir uzay mekiğinin atmosfere girerken maruz kaldığı ısının iki katı).
Çözüm: Tungsten (Volfram). Doğada bilinen en yüksek erime noktasına (3422 derece) sahip metal olan Tungsten, bu cehennem sıcağına dayanabilen tek adaydır. ITER'in divertörü, binlerce tungsten bloktan oluşur.
Isı yönetilebilir bir sorundur, ancak asıl kabus "Nötronlar"dır. Füzyon reaksiyonu sırasında ortaya çıkan yüksek enerjili nötronlar, manyetik alanlardan etkilenmez ve doğrudan reaktörün çelik gövdesine saplanır.
Atomik Yer Değiştirme: Bu nötronlar, çeliğin atomlarına çarparak onları yerinden oynatır. Zamanla malzeme gevrekleşir, şişer ve dayanıklılığını yitirir. Malzeme bilimciler, bu hasara dayanabilecek "Düşük Aktivasyonlu Ferritik Martensitik Çelikler" (RAFM) üzerinde çalışmaktadır. Bu özel çelikler, radyasyonu emdiğinde daha az radyoaktif hale gelen elementlerden üretilir.
Plazmayı tutan devasa mıknatıslar, mutlak sıfıra yakın (-269 derece) sıcaklıklarda çalışmak zorundadır. Bu mıknatıslar Niyobyum-Kalay (Nb3Sn) ve Niyobyum-Titanyum alaşımlarından yapılır. Reaktörün içi 150 milyon dereceyken, sadece birkaç metre ötesindeki mıknatısların donmuş halde kalması, tarihin en büyük sıcaklık gradyanını (farkını) oluşturur.
ITER projesi, sadece bir enerji projesi değil, aynı zamanda devasa bir malzeme bilimi laboratuvarıdır. Berilyumun saflığı, Tungstenin dayanıklılığı ve özel çeliklerin radyasyon direnci, geleceğin temiz enerji santrallerinin temel taşlarını oluşturacaktır. Eğer malzemeler dayanırsa, füzyon insanlığın enerji sorununu sonsuza dek çözebilir.
