برای دستیابی به یک رآکتور کاملاً پاک و اجتناب از وجود لیتیم و تریتیم در چرخه سوخت، یکی دیگر از واکنشهای همجوشی ذکر شده در جدول (۱-۱) را می­توان مورد استفاده قرار داد. هرچند قبل از آنکه رآکتورهای بر اساس واکنشهای دیگر را مورد مطالعه قرار دهیم باید اصول کارکرد رآکتور همجوشی که از چرخه دوتریم تریتیم استفاده می­ کند را شرح دهیم. برای مطالعه بیشتر به منابع [۱۶و۱۷] مراجعه کنید. توجه داشته باشید که انرژی کل آزاد شده در این واکنشهای همجوشی انرژِی خروجی رآکتور را تعیین می­ کند. هرچند برای شروع کار رآکتور فقط انرژی ذرات باردا را باید مدنظر قرار داد. حال که متوجه شدیم چه واکنشهایی را باید در نظر بگیریم، مسئلۀ دیگر این است که روی زمین، باید به محصورسازی بسیار کوچکتر هم از لحاظ فضا هم زمان دست بیابیم. همانگونه که در بالا اشاره شد، استفاده از واکنشهای همجوشی برای یک سیستم تولید انرژی نیاز به تعداد زیادی از این واکنشهای همجوشی در واحد زمان دارد. این به این معنا می­باشد که باید با محصورسازی پلاسما به هسته ها را تا حد ممکن به یکدیگر نزدیک نگاه داشت و از پراکنده شدن پلاسما جلوگیری کرد تا تعداد کافی از واکنشهای همجوشی امکان پذیر باشد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

با فرض اینکه پلاسما شامل دوتریوم و تریتیوم هایی با چگالی یکسان باشد، آهنگ فرایند همجوشی w در چنین پلاسمای داغ و چگال با فرمول زیر داده می­ شود:
(۸-۱)
که سرعت نسبی دو هسته و سطح مقطع همجوشی است برای راحتی توزیع سرعت ذرات در پلاسما را به صورت ماکسول-بولتزمن با انرژی متوسط در نظر می­گیریم. سطح مقطع همجوشی به شدت به سرعت نسبی هسته های ترکیب شونده وابسته است و میانگین گیری از بر روی همۀ سرعت های نسبی ممکن بدست می ­آید. شکل (۲٫۱) آهنگ واکنشهای مختلف را بعنوان تابعی از دما نشان می­دهد. توجه کنید که دما در واحد کلوین با ضرب در ثابت بولتزمن در واحد انرژی بیان شده است، که یک عمل عادی در این حوزه از فیزیک می­باشد. شکل (۲٫۱) نشان می­دهد که واکنش دوتریوم-تریتیوم (DT) در تمام دماها بیشترین سهم را در انرژی حاصل دارد و بنابراین آسانترین شاخه واکنش است.

شکل ۱-۲- آهنگ واکنش برحسب تابعی از دما برای واکنشهای مختلف همجوشی با توزیع سرعت ماکسولی [۱۵].
در چنین پلاسمای محدودی چه مقدار انرژی تولید می­ شود؟ انرژی تولید شده در واحد زمان به انرژی جنبشی، ، محصولات واکنش بستگی داردبا آهنگ همجوشی، ، که عبارت است از:
(۹-۱)
که با واحد داده می­ شود. هدف نهایی تحقیقات محصورسازی اینرسی (ICF) رآکتور مولد انرژی است. از این رو انرژی بدست آمده از فرایند همجوشی باید بزرگتر از انرژی لازم برای گرم کردن پلاسما تا دمای لازم باشد. یا به عبارت دیگر، تنها انرژی زمانی بدست می ­آید که انرژی حاصل از شعله کشیدن پلاسمای D-T بزرگتر از انرژی جنبشی کل ذرات باشد. از آنجاییکه انرژی جنبشی هسته­ها و الکترون­ها است، فقط زمانی که:
(۱۰-۱)
باشد واکنش همجوشی واقعاً بیشتر از انرژی مورد نیاز برای تولید چنین پلاسمایی با دما و چگالی بالا آزاد می­ کند، این رابطه را به شکل زیر می­توان باز نویسی کرد:
(۱۱-۱)
به این رابطه معیار لاوسن^[۱۰] (۱۹۵۷) گفته می­ شود، که یکی از رابطه­ های بنیادی همجوشی محصور شده است. بعلاوه یکی از موضوعات محصورسازی این است که، ذرات باید انرژی جنبشی کافی برای وقوع تعداد کافی از واکنشهای همجوشی داشته باشند. این مقدار برای سوخت D-T دمایی در حدود ۵ keV نیاز دارد. در واکنش D-T با انرژی و با دمای عملکرد رآکتور در حدود۵-۱۰ keV ، معیار لاوسن دارای مقدار:
(۱۲-۱)
است که تعداد ذرات به ازاء هر و زمان محصورسازی است.
همانطور که در بخش قبل متذکر شدیم، برای وقوع واکنشهای همجوشی به تعداد کافی. پلاسما باید مدت زمان کافی در کنار هم نگهداری شود. در اصل دو روش برای یک رآکتور پایدار همجوشی دنبال می­شود_محصورسازی مغناطیسی (MCF) محصورسازی لختی (ICF) که هدف اجرای معیار لاوسن در این دو روش است. در MCF سعی بر محصورسازی پلاسما در چگالی پایین برای مدت زمان نسبتاً طولانی چندین ثانیه است. در حالی که در ICF دستیابی به چگالی خیلی بالا در زمان بسیار کوتاه مد نظر است. مقایسه­ ای از این دو رهیافت را در زمان های مختلف محصور سازی و چگالی های متفاوت در جدول (۱-۲) را می دهد.
جدول ۱-۲- پارامترهای محصورسازی در MCF و ICF [15].

ICF

MCF

Particle density
Confinement time
Lawson criterion

در اینجا توصیف کوتاهی از MCF ارائه می­دهیم خوانندگان علاقه مند می­توانند به کتابهای تخصصی مربوطه مانند [۱۸ و ۱۹] مراجعه کنند.

۱-۲-همجوشی مغناطیسی

بعلت دمای زیاد مورد نیاز پلاسما، و از آنجاییکه تماس پلاسما با دیواره­ها منجربه سرد شدن سریع آن می­ شود به سادگی نمی­ توان آن را محصور نمود. همانطور که از اسمش پیداست MCF بر این حقیقت استوار است که پلاسما می ­تواند با بکارگیری میدان مغناطیسی مناسب محصور شود. این محصورسازی به این علت ممکن می­ شود که تمامی ذرات موجود در پلاسمای با دمای بالا بار دارند. میدان مغناطیسی ذرات باردار پلاسما را در یک مدار بسته در امتداد خطوط میدان به دام می­ اندازد. شکل (۳-۱) حرکت عمودی ذرات نسبت به خطوط میدان بسیار محدود است در حالی که در جهت طولی ذرات آزادانه حرکت می­ کنند. در این روش از تماس با دیواره­ها به طور گسترده­ای جلوگیری می­ شود. چون ذرات باردار مسیرهای منحنی را طی می­ کنند. بنابراین یک شکل مناسب میدان مغناطیسی را می­توان یافت که ذرات را در مدار بسته وادار به حرکت کند و فرار آنها غیرممکن شود.

شکل۱-۳- حرکت حلزونی الکترون ها و یون ها در امتداد خطوط میدان [۱۵].
عملی شدن یک مدار بسته با آسانترین روش توسط میدان­های مغناطیسی حلقه­ای شکل اجرا می­ شود. هرچند در چنین شکلی، قدرت میدان با شعاع کاهش می­یابد، که به مؤلفۀ سرعت شعاعی و کشیده شدن ذره به بیرون می­انجامد. برای نگه داشتن پلاسما برای مدت طولانی، خطوط میدان را باید به شیوه­ای چید که از ایجاد مؤلفۀ شعاعی میدان جلوگیری کند.
دستگاه مغناطیسی شامل یک فضای خلاء می­باشد که مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم به آن تزریق می­ شود. میدان مغناطیسی توسط عبور یک جریان الکتریکی از پیچه­هایی که دور یک چنبره بسته شده ­اند تولید می­ شود. جریان پلاسما یک میدان مغناطیسی قطبی تولید می­ کند، دو میدان ترکیب می­شوند تا میدانی مانند شکل (۴-۱) را ایجاد کند. این دستگاه توکاماک خوانده می­ شود که عملی ترین ساختار همجوشی به روش محصورسازی مغناطیسی می­باشد. امکانات اصلی این نوع همجوشی در جدول (۳-۱) لیست شده است.

شکل۱-۴- شکل طرح وار ساختار میدان مغناطیسی در یک توکاماک [۱۵].
دمای ۱۰^۸K ، برای فراهم نمودن شرایط همجوشی لازم است که پلاسمایی با فشار (۵-۱۰ bar) تولید شود که باید توسط میدان مغناطیسی بالانس شود. نسبت فشار پلاسما به فشار مغناطیسی، ، نباید زیاد کوچک باشد، زیرا تولید میدان مغناطیسی کافی یکی از چالشهای تکنیکی و به شدت هزینه بر است. هدف پژوهش­های اخیر یافتن شکلی است که چند درصد شود.
جدول ۳-۱- مراکز تحقیقاتی مهمMCF [15].