راکتور گداخت هسته اي-قسمت دوم

محصور سازي مغناطيسي

دو راه براي رسيدن به فشار و دماي لازم براي همجوشي يا گداخت هسته اي هيدروژن وجود دارد:

1) محصور سازي مغناطيسي: استفاده از ميدان هاي مغناطيسي والکترونيکي براي گرما دادن و فشردن پلاسماي هيدروژن پروژه ITER در فرانسه از اين متد استفاده مي کند.

2) محصور سازي لختي: از اشعه ليزر و يا اشعه يوني براي گرما دادن پلاسماي هيدروژن استفاده مي کند.

دانشمندان اين دستيابي آزمايشگاهي را در مرکز ملي گداخت در آزمايشگاه "لارنس ليور مور" در ايالات متحده آمريکا مطالعه مي کنند.

در ابتدا روش محصور سازي مغناطيسي را مورد بررسي قرار مي دهيم:

ميکروويو ها، پرتوهاي الکتريکي و ذرات خنثي شتاب دهنده ها،جريان گاز هيدروژن را گرم مي کنند. اين گرما گاز را به پلاسما تبديل مي کند؛ پلاسما توسط يک ميدان مغناطيسي قوي و با هدايت پذيري بالاي اين ميدان مغناطيسي فشرده مي شود. و به اين وسيله باعث مي شود که گداخت هسته اي اتفاق بيفتد.

کار آمد ترين ميدان مغناطيسي اين پلاسما به صورت حلقه اي است. ميدان چنبره اي که يون ها در مسير مارپيچي حرکت مي کنند. راکتوري که به اين صورت است " توکامک"  ناميده مي شود.

پروژه توکامک ITER يک راکتور جامع مي باشد که در کاست هاي گوناگوني تقسيم شده است. اين کاست ها به آساني مي توانند اضافه يا کم شوند، بدون اينکه پاره پاره و يا متلاشي شوند. توکامک داراي پلاسماي مارپيچي با شعاع داخلي 2 متر  و شعاع خارجي 6.2 متر است.

محصور سازي مغناطيسي: پروژه ITER

- قسمتهاي اصلي راکتور توکامک ITER:

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

2) انژکتور پرتو خنثي(سيکلوترون يون): ذرات پرتو را از شتاب دهنده به پلاسما تزريق مي کند تابه پلاسما براي رسيدن به دماي بحراني کمک نمايد.

3) ميدان مغناطيسي مارپيچ: رفتار مغناطيسي بسيار قوي که شکل و محتواي پلاسماي استفاده شده در ميدان مغناطيسي را محدود مي کند.

4) ترانسفورماتور/سولنوئيد مرکزي: الکتريسيته را براي ميدان مغناطيسي مار پيچ تأمين مي کند.

5) سيستم خنک کننده: آهن ربا را خنک مي کند.

6) سيستم عايق: ساخته شده از ليتيم است؛گرما و انرژي بالاي نوترون را از راکتور گداخت هسته اي جذب مي کند.

7) دايورتور: خروج محصولات هليم از راکتور گداخت.

- نحوه انجام فرايند:

1) راکتور گداخت هسته اي جريان دوتريم و تريتيم سوخت را به شکل دماي بالاي پلاسما گرم خواهد کرد. لاسما فشرده مي شود و گداخت اتفاق مي افتد. نيرويي که نياز است تا واکنش گداخت شروع شود حدود 70 مگا وات است.اما نيروي بازده اين واکنش حدود 500 مگا وات است.واکنش گداخت حدود 300 تا 500 ثانيه طول خواهد کشيد.                              

2) روکش ليتيم بيرون محفظه فعل و انفعال پلاسما،براي ساختن سوخت تريتيم بيشتر،انرژِي بالاي نوترون را از واکنش گداخت جذب خواهد کرد.همچنين روکش ليتيم به وسيله نوترون گرم مي شود.

3) گرما با حلقه خنک کننده آب تبادلگر گرمايي انتقال مي يابد و به بخار تبديل مي شود.

4) بخار،توربين الکتريکي را براي توليد الکتريسيته حرکت مي دهد.

5) بخار متراکم مي شود و براي جذب بيشتر گرما در تبادلگر گرمايي،به آب تبديل مي شود.

در ابتدا توکامک ITER مناسب بودن راکتور گداخت هسته اي مورد را آزمايش  مي کند و در نهايت به نيروگاه برق گداخت هسته اي آزمايشي تبديل مي شود.

محصور سازي لختي

مرکز ملي گداخت NIF در آزمايشگاه لارنس ليور مور،استفاده از اشعه ليزر را براي القا کردن گداخت آزمايش مي کند.در دستگاه اين مرکز 192 اشعه ليزر در يک نقطه،در محفظه هدف که جسم سياه ناميده مي شود و با قطر  10 ميلي متر، متمرکز مي شود.جسم سياه،محفظه اي است که ديوارها در وضع ثابت و پايدار تابشي با انرژي تابشي درون محفظه هستند.

در نقطه کانوني درون محفظه هدف،گلوله اي به اندازه نخود،از جنس دوتريم-تريتيم،روکش شده در لوله کوچک پلاستيکي،وجود دارد.قدرت ليزر(8.1 ميليون ژول) لوله را گرم ميکند و اشعه X توليد مي کند.گرما و تابش گلوله را به پلاسما تبديل مي کند و پلاسما را فشرده مي کند تا زماني که گداخت رخ دهد.واکنش گداخت عمر کوتاهي دارد در حدود يک ميليونم  ثانيه؛اما بازده آن 50 تا 100 بار بزرگتر ازانرژي است که در ابتدا براي واکنش گداخت وارد کرديم.

يک راکتور از اين نوع ممکن است چند هدف داشته باشد که براي توليد گرما اين اهداف مشتعل خواهند شد.

دانشمندان تخمين مي زنند که ميتوان براي بالا بردن کارايي نيروگاه برق گداخت هزينه اهداف را تا حد قابل توجهي پايين آورد.

مزاياي  گداخت:

اصلي ترين کاربرد گداخت هسته اي توليد الکتريسيته است.گداخت هسته اي مي تواند يک منبع انرژي سالم و تميز را براي نسلهاي آينده و با چندين مزيت نسبت به راکتور هاي شکافت کنوني داشته باشد.

منابع سوخت زياد:

دوتريم ميتواند از آب دريا استخراج شود و تريتيم لازم ميتواند در راکتور گداخت هسته اي از ليتيم که در پوسته زمين يافت مي شود، ساخته شود.

اورانيم براي گداخت کمياب است و بايد استخراج شود و سپس براي استفاده در راکتور غني سازي شود.

ايمن:

مقادير سوخت که در راکتور گداخت استفاده مي شود،در مقايسه با مقدار سوخت در راکتور هاي شکافت ناچيز است.به همين دليل آزاد شدن غير قابل کنترل انرژي اتفاق نخواهد افتاد.اکثر راکتور هاي گداخت تابش اشعه کمتري از تابش محيط زندگي روزمره ما دارد.

 پاک بودن:

در نيروگاه اتمي (چه شکافت و چه گداخت)  عمل احتراق صورت نمي گيرد و بنابراين هيچگونه آلودگي هوا به وجود نخواهد آمد.

کمتر بودن زباله هاي هسته اي:

راکتور هاي گداخت، زباله هاي هسته اي قوي،مانند آنچه در راکتور هاي شکافت وجود دارد توليد نمي کند. بنابر اين مسأله دفع زباله هاي هسته اي در اين نوع راکتور ها کمتر خواهد بود.

گردآوري و ترجمه: مژده اصولي