محصور سازی مغناطیسی

دو راه برای رسیدن به فشار و دمای لازم برای همجوشی یا گداخت هسته ای هیدروژن وجود دارد:

1) محصور سازی مغناطیسی: استفاده از میدان های مغناطیسی والکترونیکی برای گرما دادن و فشردن
پلاسمای هیدروژن پروژه ITER در فرانسه از این متد استفاده می کند.

2) محصور سازی لختی: از اشعه لیزر و یا اشعه یونی برای گرما دادن پلاسمای هیدروژن استفاده می کند.

دانشمندان این دستیابی آزمایشگاهی را در مرکز ملی گداخت در آزمایشگاه "لارنس لیور مور" در ایالات متحده آمریکا مطالعه می کنند.

در ابتدا روش محصور سازی مغناطیسی را مورد بررسی قرار می دهیم:

میکروویو
ها، پرتوهای الکتریکی و ذرات خنثی شتاب دهنده ها،جریان گاز هیدروژن را گرم
می کنند. این گرما گاز را به پلاسما تبدیل می کند؛ پلاسما توسط یک میدان
مغناطیسی قوی و با هدایت پذیری بالای این میدان مغناطیسی فشرده می شود. و
به این وسیله باعث می شود که گداخت هسته ای اتفاق بیفتد.

کار آمد
ترین میدان مغناطیسی این پلاسما به صورت حلقه ای است. میدان چنبره ای که
یون ها در مسیر مارپیچی حرکت می کنند. راکتوری که به این صورت است "
توکامک"  نامیده می شود.

پروژه توکامک ITER یک راکتور جامع می باشد
که در کاست های گوناگونی تقسیم شده است. این کاست ها به آسانی می توانند
اضافه یا کم شوند، بدون اینکه پاره پاره و یا متلاشی شوند. توکامک دارای
پلاسمای مارپیچی با شعاع داخلی 2 متر  و شعاع خارجی 6.2 متر است.

محصور سازی مغناطیسی: پروژه ITER

- قسمتهای اصلی راکتور توکامک ITER:

1) لوله  خلأ: پلاسما را نگه می دارد و از محفظه فعل و انفعال محافظت می کند.

2) انژکتور
پرتو خنثی(سیکلوترون یون): ذرات پرتو را از شتاب دهنده به پلاسما تزریق می
کند تابه پلاسما برای رسیدن به دمای بحرانی کمک نماید.

3) میدان مغناطیسی مارپیچ: رفتار مغناطیسی بسیار قوی که شکل و محتوای پلاسمای استفاده شده در میدان مغناطیسی را محدود می کند.

4) ترانسفورماتور/سولنوئید مرکزی: الکتریسیته را برای میدان مغناطیسی مار پیچ تأمین می کند.

5) سیستم خنک کننده: آهن ربا را خنک می کند.

6) سیستم عایق: ساخته شده از لیتیم است؛گرما و انرژی بالای نوترون را از راکتور گداخت هسته ای جذب می کند.

7) دایورتور: خروج محصولات هلیم از راکتور گداخت.

- نحوه انجام فرایند:

1) راکتور
گداخت هسته ای جریان دوتریم و تریتیم سوخت را به شکل دمای بالای پلاسما
گرم خواهد کرد. لاسما فشرده می شود و گداخت اتفاق می افتد. نیرویی که نیاز
است تا واکنش گداخت شروع شود حدود 70 مگا وات است.اما نیروی بازده این
واکنش حدود 500 مگا وات است.واکنش گداخت حدود 300 تا 500 ثانیه طول خواهد
کشید.                              

2) روکش لیتیم بیرون محفظه
فعل و انفعال پلاسما،برای ساختن سوخت تریتیم بیشتر،انرژِی بالای نوترون را
از واکنش گداخت جذب خواهد کرد.همچنین روکش لیتیم به وسیله نوترون گرم می
شود.

3) گرما با حلقه خنک کننده آب تبادلگر گرمایی انتقال می یابد و به بخار تبدیل می شود.

4) بخار،توربین الکتریکی را برای تولید الکتریسیته حرکت می دهد.

5) بخار متراکم می شود و برای جذب بیشتر گرما در تبادلگر گرمایی،به آب تبدیل می شود.

در
ابتدا توکامک ITER مناسب بودن راکتور گداخت هسته ای مورد را آزمایش  می
کند و در نهایت به نیروگاه برق گداخت هسته ای آزمایشی تبدیل می شود.

محصور سازی لختی

مرکز
ملی گداخت NIF در آزمایشگاه لارنس لیور مور،استفاده از اشعه لیزر را برای
القا کردن گداخت آزمایش می کند.در دستگاه این مرکز 192 اشعه لیزر در یک
نقطه،در محفظه هدف که جسم سیاه نامیده می شود و با قطر  10 میلی متر،
متمرکز می شود.جسم سیاه،محفظه ای است که دیوارها در وضع ثابت و پایدار
تابشی با انرژی تابشی درون محفظه هستند.

در نقطه کانونی درون محفظه
هدف،گلوله ای به اندازه نخود،از جنس دوتریم-تریتیم،روکش شده در لوله کوچک
پلاستیکی،وجود دارد.قدرت لیزر(8.1 میلیون ژول) لوله را گرم میکند و اشعه X
تولید می کند.گرما و تابش گلوله را به پلاسما تبدیل می کند و پلاسما را
فشرده می کند تا زمانی که گداخت رخ دهد.واکنش گداخت عمر کوتاهی دارد در
حدود یک میلیونم  ثانیه؛اما بازده آن 50 تا 100 بار بزرگتر ازانرژی است که
در ابتدا برای واکنش گداخت وارد کردیم.

یک راکتور از این نوع ممکن است چند هدف داشته باشد که برای تولید گرما این اهداف مشتعل خواهند شد.

دانشمندان تخمین می زنند که میتوان برای بالا بردن کارایی نیروگاه برق گداخت هزینه اهداف را تا حد قابل توجهی پایین آورد.

مزایای  گداخت:

اصلی
ترین کاربرد گداخت هسته ای تولید الکتریسیته است.گداخت هسته ای می تواند
یک منبع انرژی سالم و تمیز را برای نسلهای آینده و با چندین مزیت نسبت به
راکتور های شکافت کنونی داشته باشد.

منابع سوخت زیاد:

دوتریم
میتواند از آب دریا استخراج شود و تریتیم لازم میتواند در راکتور گداخت
هسته ای از لیتیم که در پوسته زمین یافت می شود، ساخته شود.

اورانیم برای گداخت کمیاب است و باید استخراج شود و سپس برای استفاده در راکتور غنی سازی شود.

ایمن:

مقادیر
سوخت که در راکتور گداخت استفاده می شود،در مقایسه با مقدار سوخت در
راکتور های شکافت ناچیز است.به همین دلیل آزاد شدن غیر قابل کنترل انرژی
اتفاق نخواهد افتاد.اکثر راکتور های گداخت تابش اشعه کمتری از تابش محیط
زندگی روزمره ما دارد.

 پاک بودن:

در نیروگاه اتمی (چه شکافت و چه گداخت)  عمل احتراق صورت نمی گیرد و بنابراین هیچگونه آلودگی هوا به وجود نخواهد آمد.

کمتر بودن زباله های هسته ای:

راکتور
های گداخت، زباله های هسته ای قوی،مانند آنچه در راکتور های شکافت وجود
دارد تولید نمی کند. بنابر این مسأله دفع زباله های هسته ای در این نوع
راکتور ها کمتر خواهد بود.

گردآوری و ترجمه: مژده اصولی