تنگش چنبره ای

تپی

انتها باز

آیینه ای

پایا

تنگش مستقیم

تپی

پلاسمای کانونی

تپی

شکل ۱-۶- نمایی از دستگاه چنبره­ای پلاسما [۲۳, ۲۴]
۱-۶-۱- راکتور توکامک^[۱۹]
توکاماک یکی از انواع رآکتورهای همجوشی هسته­ای است که عمل محصورسازی را به خوبی انجام می­دهد. طرح توکاماک در دهه پنجاه میلادی توسط روس‌ها پیشنهاد شد. کلمه توکاماک از کلمات “toroidalnaya", “kamera", and “magnitnaya” به معنی ” اتاقک مغناطیسی چنبره‌ای” گرفته شده است. این سیستم­ها حاوی پلاسمای سوخت هستند که توسط دو سری میدان مغناطیسی نگهداری می­شوند، و شکلی مانند چنبره تشکیل می‌دهند. ITER اسم مجموعه­ایست که اولین رآکتور همجوشی جهان از نوع توکاماک را ساخته است. این مجموعه متشکل از کشورهای روسیه، اروپا، ژاپن، کانادا، چین، ایالات متحده و جمهوری کره می‌باشد. آنها در این راه از فوق هادی­ها برای قسمت­ های مغناطیسی رآکتور استفاده کرده و توان خروجی این توکاماک ۴۱۰ مگا وات می‌باشد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱-۶-۲- قسمتهای اصلی راکتور توکاماک ITER
نمایی از راکتور توکامک ایتر در شکل(۱-۷) و (۱-۸) آورده شده است که شامل قسمت­ های متفاوتی برای انجام فرایند محصورسازی پلاسما به روش مغناطیسی می‌باشد. این اجزا به همراه فرایندی که در آن انجام می‌گیرد بصورت خلاصه و در حد لزوم در زیر آمده است:
لوله خلأ: پلاسما را نگه داشته و از محفظه فعل و انفعال محافظت می­ کند
انژکتور پرتو خنثی(سیکلوترون یون): ذرات پرتو را از شتاب دهنده به پلاسما تزریق می­ کند تا به پلاسما برای رسیدن به دمای بحرانی کمک نماید.
میدان مغناطیسی مارپیچ: رفتار مغناطیسی بسیار قوی که شکل و محتوای پلاسمای استفاده شده در میدان مغناطیسی را محدود می­ کند.
ترانسفورماتور/ سولنوئید مرکزی: الکتریسیته را برای میدان مغناطیسی مارپیچ تامین می­ کند.
سیستم خنک کننده: آهن­ربا را خنک می­ کند.
سیستم عایق: ساخته شده از لیتیم است؛ گرما و انرژی بالای نوترون را از راکتور همجوشی هسته‌ای جذب می­ کند.
دایورتور: خروج محصولات هلیم از راکتور همجوشی
شکل ۱-۷- راکتور توکاماک ایتر [۲۵]
شکل ۱-۸- سطح مقطع ایتر با پلاسمای بیضی [۲۰]
۱-۶-۳- راکتور اسفرومک
اسفرومک نوع دیگری از راکتورهای همجوشی است که بر خلاف توکامک که شکل چنبره­ای دارد، بصورت کروی است. در مرکز اسفرومک هیچ ماده­ای وجود ندارد. اسفرومک از ترانسفورماتور (مانند آنچه که در توکامک بکار رفته) برای تولید سطوح پیچیده شار به شکل دوقطبی^[۲۰] مورد نیاز برای محبوس سازی استفاده نمی­کند بلکه پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویل­های کوچک پایدار کننده استفاده می‌کند، بوجود می‌آورد. میدان‌های مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می‌شود تولید می‌شوند. در اسفرومک شعاع اصلی با شعاع فرعی برابر است یعنی پلاسما مطابق شکل در سیستمی کروی محصور می‎شود.
۱-۶-۴- سایر راکتورهای محصورسازی مغناطیسی
غیر از توکامک و اسفرومک دستگاه‌های دیگری برای محصورسازی مغناطیسی وجود دارد ، که تفاوت آنها در نوع آرایش میدان مغناطیسی و شکل آنهاست. برخی از این دستگاه­ها، تنگش میدان- وارونه^[۲۱]، استلاراتور (شکل۱-۹) و هلیوترون^[۲۲]،چنبره فشرده^[۲۳]، دستگاه تنگش-تتا^[۲۴]، دستگاه تنگش-Z ^[۲۵]، پلاسمای کانونی^[۲۶] می‌باشد.
استلاراتور وسیله‌ای برای حبس پلاسمای داغ به وسیله میدان مغناطیسی به منظور حفظ یک واکنش همجوشی کنترل شده است و یکی از ابتدایی‌ترین ابزارهای کنترل شده همجوشی بوده که اولین بار توسط لیمان اسپیتزر^[۲۷] در سال ۱۹۵۰ اختراع شد. این اختراع تغییر در هندسه دستگاه‌های همجوشی قبلی بود.
شکل۱-۹- شماتیک هندسی راکتور استلاتور [۲۳, ۲۴]
از مزایای استلاراتورها می‌توان عدم احتیاج به جریان چنبره‌ای (در نتیجه افزایش احتمال فعالیت مداوم) و ثبات سیستم بیشتر را نام برد.
فصل دوم
سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریوم – هلیوم ۳
فصل دوم: سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریوم–هلیوم ۳
سوخت‌های جدید و خواص آنها
مشکلات مربوط به پسمان همجوشی را می‌توان با انتخاب یک سوخت بهتر کاهش داد. کاندیداهای مختلفی برای سوخت‌های همجوشی وجود دارند که سوخت‌های پیشرفته نامیده می‌شوند و تعداد نوترون‌های تولید شده در آن ها نسبت به همجوشی D-T بسیار کمتر است و بنا براین مشکلات مربوط به رادیواکتیویته و ایمنی و زیست محیطی ندارند. به طور کلی، همجوشی غیر نوترونی به هر شکلی از همجوشی اطلاق می‌شود که در آن کمتر از یک در صد از انرژی آزاد شده توسط نوترون‌ها حمل شود، ولی شرایط لازم برای کنترل همجوشی غیر نوترونی بسیار دشوارتر از شرایط لازم برای چرخه سوخت متداول دوتریم-تریتیم است و هنوز به طور تجربی حاصل نشده است.
دلایل اصلی اهمیت مطالعه برای یافتن چرخه‌های سوخت پیشرفته عبارتند از [۱۳, ۱۴]:
حذف تریتیوم از چرخه سوخت به منظور ساده سازی چرخه سوخت (عدم نیاز به زایش تریتیوم) و افزایش ذخیره سوخت همجوشی (ذخیره لیتیم زمین مقدار کل تریتیمی را که قابل تولید با پوشش‌های زاینده هست محدود می‌کند.)
(حذف و یا کاهش فوق العاده) تولید نوترون در رآکتورهای همجوشی به منظور اجتناب از (یا تا حد ممکن کاهش دادن) فعالسازی اجزای راکتورها و تخریب ناشی از نوترون‌ها.
دو چرخه مهم سوخت پیشرفته p-¹¹B و D-³He می‌باشد، چرخه سوخت D-³He، تعداد خیلی کمتری نوترون نسبت به چرخه سوخت D-T تولید می‌کند و انرژی این نوترون‌ها نیز خیلی کمتر است، بنابراین، میزان تخریب مواد کاهش خواهد یافت. مطالعات نشان داده‌اند که چرخه سوخت D-³He به میزان قابل توجهی مساله طول عمر اجزای راکتور را با کاهش تخریب نوترونی حل می‌کند در حالی که مشکل فعال سازی نوترونی و تولید پسماندهای مربوط به آن کماکان باقی می‌ماند. در این چرخه، تریتیم حذف شده است ولی ایزوتوپ نایاب هلیم ۳ جایگزین آن شده است. بر روی زمین در حدود ۴۰۰ کیلوگرم هلیم۳ قابل حصول است که در حدود GW-year 8 انرژی همجوشی بدست می‌دهد و مقادیر بیشتر از این باید یا از طریق واکنش‌هایی که شامل نوترون هستند، تهیه شود (که مزیت بالقوه همجوشی غیر نوترونی را از بین می‌برد) و یا اینکه از منابع ماورای زمین تهیه شود. بر روی سطح ماه در حدود ۱۰^۹ کیلوگرم هلیم۳ وجود دارد که معادل هزار سال مصرف انرژی فعلی جهان است. همچنین، در اتمسفر سیارات عظیم گازی در حدود ۱۰^۲۳ کیلوگرم هلیوم ۳ وجود دارد که قادر است در حدود ۱۰^۱۷ سال مصرف فعلی انرژی جهان را تولید کند، یعنی منابع هلیم ۳ منظومه شمسی عملا پایان ناپذیرند [۲۶].
ولی استخراج هلیم ۳ از این منابع و انتقال آن به زمین بسیار دشوار و پرهزینه خواهد بود و تنها در آینده‌های دور می‌توان به آن اندیشید [۲].
چرخه سوخت D-³He نسبت به D-T برای احتراق، نیازمند شرایط محصورسازی بالاتری nτ_ET=2.4×۱۰^۲۳keV.s/m³) ) است و در فشار پلاسمای یکسان، چگالی توان همجوشی کمتری نسبت به همجوشی D-T بدست خواهد داد. همچنین گرچه واکنش اصلی ^۳He(D,p)αرا می‌توان غیر نوترونی دانست ولی تولید نوترون از طریق واکنش جانبی D(D,n)³He و واکنش ثانویه D(T,n)α اجتناب ناپذیر است.
واکنش همجوشی ^۱۱B-p ایمن‌ترین و بهترین واکنش هسته‌ای هست که وجود دارد، ^۱۱B به فراوانی در آب دریا و منابع دیگر یافت می‌شود و ۸۰ درصد بور موجود بر روی زمین را شامل می‌شود و هیدروژن هم که فراوان ترین عنصر در عالم هستی است. بنابراین، مشکلی از نظر محدودیت منابع سوخت وجود ندارد. حاصل واکنش آن‌ها نیز گاز بی اثر هلیم است و هیچ نوترونی تولید نخواهد شد [۲۷, ۲۸].
برای بهره برداری عملی از همجوشی، انرژی حاصل از همجوشی باید بیش از انرژی لازم برای گرمایش پلاسما باشد، بدین منظورشروط متعددی باید برآورده شوند که مهمترین آنها، دستیابی به مقادیر مناسب برای حاصل ضرب nτ و حاصل ضرب nTτ است که مجموع اینها معیار لاوسون نامیده می‌شود. یعنی باید پلاسما را با چگالی مناسب تا دمای مناسبی گرم کرد و این پلاسمای داغ و چگال را به مدت کافی محصور نمود [۲۹].