۲-۶- پارامترهای بنیادی پلاسما…………………………………… ۳۱
۲-۶-۱- فرکانسها در پلاسما ……………………………………۳۱
۲-۶-۲- سرعتها در پلاسما…………………………………… ۳۲
۲-۷- گرم کردن پلاسما…………………………………… ۳۳
۲-۷-۱- گرمایش مقاومتی…………………………………… ۳۳
۲-۷-۲- گرمایش از طریق فشرده سازی………………………… ۳۵
۲-۷-۳- گرمایش توسط تاثیر میدان‌های الکترومغناطیسی…… ۳۵
۲-۷-۴- گرمایش توسط تزریق پرتو خنثی………………………… ۳۶
۲-۸- گرمای همجوشی ذرات باردار……………………………… ۳۶
۲-۹- روش های بررسی پلاسما…………………………………… ۳۷
۲-۱۰- فشار جنبشی و مغناطیسی پلاسما …………………۳۸
۲-۱۱- دیواره سیستم راکتورهای همجوشی D-3He از طریق محصورسازی مغناطیسی……۳۹
۲-۱۲- بارگذاری دیواره راکتور……………………………………. ۴۲
۲-۱۳- اساس روش محصورسازی…………………………………… ۴۲
۲-۱۴- اتلاف انرژی پلاسما…………………………………… ۴۶
۲-۱۴-۱-تابش ترمزی…………………………………… ۴۶
۲-۱۴-۲- تابش سیکلوترونی…………………………………… ۴۷
۲-۱۴-۳- افت‌های انتقالی…………………………………… ۴۸
۲-۱۵- فیزیک واکنشهای همجوشی…………………………… ۴۸
۲-۱۶- آهنگ انجام واکنش………………………………………. ۴۹
۲-۱۷- واکنش پذیری…………………………………… ۵۰
۲-۱۷-۱- واکنش پذیری واکنشهای هستهای (پارامتر سیگما-وی)……… ۵۰
۲-۱۷-۲- واکنشپذیری باکی…………………………………… ۵۱
۲-۱۷-۳- واکنشپذیری با معادله بوش-هال…………………… ۵۱
۲-۱۷-۴- واکنشپذیری با معادله ماکسول……………………… ۵۲
۲-۱۸- فاکتور Q، زمان محصورسازی انرژی، توازن توان……… ۵۴
۲-۱۸-۱- فاکتور Q………………………………………
۲-۱۸-۲- زمان حبس انرژی…………………………………… ۵۵
۲-۱۸-۳- توازن توان……………………………………… ۵۵
۲-۱۹- معیار لاوسون و زمان حبس انرژی……………………. ۵۶
۲-۲۰- معادلات اساسی دوتریوم و هلیوم ۳…………………. ۶۰
۲-۲۱- موازنه انرژی………………………………………۶۰
۲-۲۲- سوختن پلاسمای دوتریوم و هلیوم ۳……………… ۶۱
فصل سوم:کنترل ناپایداری گرمایی در سوخت پلاسمای D-3He………
۳-۱- مشکل اساسی راکتورهای همجوشی…………………… ۶۶
۳-۲- کنترل مغناطیسی…………………………………… ۶۷
۳-۳- کنترل جنبشی…………………………………۶۸
۳-۴- کنترل مگنتو هیدرودینامیکی(MHD)………………………. ۶۹
۳-۵- روش های استفاده از کنترل جنبشی……………………… ۷۰
۳-۶- اهداف کنترل…………………………………… ۷۴
۳-۷- طراحی کنترلر……………………………………. ۷۶
۳-۸- نتایج شبیه سازی…………………………………… ۷۸
۳-۹-کنترل خطی با بهره گرفتن از روش تعدیل تزریق سوخت………… ۸۰
فصل چهارم: پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای D-3He در سیستم توکامک… ۸۲
۴-۱- مقدمه……………………………………۸۲
۴-۲- نتایج برای حالت ناپایدار……………………………………. ۸۳
| برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت zusa.ir مراجعه نمایید. |
۴-۳- پایداری پلاسمای دوتریوم و هلیوم ۳ با بهره گرفتن از روش کنترلی تعدیل میزان تزریق…… ۹۴
فصل پنجم: نتیجه گیری وبحث……………………………………… ۱۰۱
چکیده:
هدف از تحقیقات همجوشی، تولید نیروگاه هستهای که از لحاظ اقتصادی و محیطی مناسب باشد. مسئله تولید انرژی همجوشی، دستگاهی است که بتواند سوخت را تا دمای کافی گرم کرده و سپس آن را برای مدت زمان طولانی نگه دارد، به طوری که بتواند انرژی بیشتری از طریق واکنشهای همجوشی برای گرم کردن سوخت تولید کند. اما یکی از مسائل مهم فراروی راکتورهای همجوشی آینده، وجود ناپایداری گرمایی ذاتی در راکتورهای گرما هستهای مانند توکامک میباشد
فراوانی سوخت‌های مورد نیاز در همجوشی هستهای یکی از بزرگترین مزایای این روش تولید انرژی، نسبت به شکافت هستهای میباشد. در این کار تحقیقانی، همجوشی مغناطیسی پلاسمای D-3He را در راکتور توکامک ITER- 90HP مورد بررسی قرار داده و با حل معادلات توازن انرژی حاکم بر همجوشی هستهای به روش خطی، تغییرات برخی از پارامتر های حاکم بر پلاسما را در دو حالت بدون ناخالصی و در حضور ناخالصی بدست می‌آوریم. با توجه به اهمیت کنترل ناپایداری‌های ذاتی ایجاد شده در فرایند تولید انرژی هستهای در راکتورهای همجوشی، از روش کنترل تزریق میزان سوخت، با اختلال در دمای اولیه، استفاده کرده و پلاسمارا به پایداری می‌رسانیم و با حل دوباره‌ی معادلات توازن انرژی، تغییرات زمانی برخی از پارامترهای پلاسما را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
مقدمه:
یکی از مهمترین اهداف بشر در جهتگیری زمینه های تحقیقاتی و پژوهشی، دستیابی به منابع جدید انرژی میباشد. در این راستا بشر تلاش کرده است تا با ساخت رآکتورهای هستهای، به منبعی از انرژی دست یابد که بتواند مدت زمان بیشتری از آن، نسبت به سوخت‌های فسیلی استفاده کند. بطور کلی دو شیوه بنیادی، برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد: شکافت هستهای[۱] و همجوشی هستهای[۲].
مزیت همجوشی هستهای نسبت به شکافت هستهای، فراوانی بسیار زیاد منابع سوختی آن (سوخت اصلی راکتورهای همجوشی دوتریوم میباشد که در آب دریاها به وفور وجود دارد. تولید انرژی بالاتر نسبت به روش شکافت هستهای به ازای هر نوکلئون از ماده سوخت (به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک راکتور همجوشی می‌توان گفت اگر یک گالن از آب دریا را که دارای مقدار کافی دوترون است در واکنش همجوشی استفاده کنیم معادل ۳۰۰ گالن گازوئیل، انرژی بدون آلودگی تولید می‌کند) [۱]، عدم وجود معضل پسماندهای هستهای با طول عمر طولانی در روش همجوشی و در نهایت ایمن‌تر بودن راکتورهای همجوشی در هنگام وقوع حوادث احتمالی است که سبب برتری آن بر شکافت هستهای گردیده است. سوخت‌های متنوعی در فرایند همجوشی هستهای قابل بکارگیری میباشد. از آن جمله دوتریوم-تریتیوم(D-T) ، دوتریوم-هلیوم ۳ (D-3He)، دوتریوم-دوتریوم (D-D) و تریتیوم-تریتیوم (T-T) میباشد. بیشتر تحقیقات انجام شده در فرایندهای همجوشی بر روی سوخت D-T انجام شده است و علت عمده آن نیز بالا بودن سطح مقطع واکنش پذیری این سوخت نسبت به سایر سوخت‌ها در بازه‌ی دمایی عملکردی راکتورها میباشد. این سوخت در کنار مزیت ذکر شده و سایر مزیت ها محدودیتهایی نیز دارد، نظیر پرتوزایی زیاد و گران بودن سوخت تریتیوم که جزو مواد اولیه این واکنش‌ها است. از طرفی دیگر واکنش همجوشی D-3He از میان سایر سوخت‌ها، به دلیل بازدهی بالاتر، تبدیل مستقیم انرژی و کاهش خطرات ناشی از تابش، هزینه تعمیر و نگهداری پایینتر و… مورد توجه قرار گرفت[۲-۴]. که این فرایند در راکتورهای متفاوت با شرایط مختلفی قابل انجام است.
لذا با این مقدمه از فرایند همجوشی هستهای، در فصل اول به بیان روشهای مختلف همجوشی هستهای و سوخت‌های قابل استفاده می‌پردازیم. در فصل دوم سینتیک فرایند همجوشی دوتریوم و هلیوم ۳ و پارامترهای موثر بر همجوشی تشریح شده و به بررسی پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم ۳ به روش محصورسازی مغناطیسی پرداخته و فرایند با پارامتر مورد نظر شبیه سازی میگردد. در فصل چهار برخی از روش های کنترل ناپایداری در راکتور بیان شده و در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک پارامترهای ترمودینامیکی مربوط به سوخت دوتریوم و هلیوم ۳ با نتایج بدست آمده در سایر مطالعات مقایسه میشود.
فصل اول: همجوشی هسته ای
۱-۱- واکنش های هسته ای
تبدیلات خودبخودی یا مصنوعی بعضی از هسته‌ها به هسته دیگر که سبب تغییر ساختار هسته یا تغییر تعداد نوکلئونها (ذرات هستهای) میگردد، واکنشهای هستهای نام دارند. همجوشی هستهای و شکافت هستهای، دو روش اصلی انجام واکنشهای هستهای میباشد.
۲-۱- شکافت هسته ای
در واکنش شکافت، هسته‌ی سنگین یک عنصر رادیو اکتیو مانند اورانیوم یا پلوتونیوم به دو یا چند هسته با جرم متوسط تجزیه میشود. به طور مثال اورانیوم ۲۳۵ مورد اصابت یک نوترون قرار می‌گیرد و هسته فوق‌العاده ناپایداری تشکیل میشود که تقریبا بلافاصله می‌شکافد و کریپتون و باریم و مقدار زیادی انرژی تولید میشود. که ناشی از تبدیل جرم ناپدید شده (با مقایسه میان جرم سوخت‌های اولیه و محصولات واکنش) به انرژی است. این انرژی حدود ۵ دهه است که مورد استفاده قرار گرفته است اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تامین می‌کند که ۴۰ سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد شکافت هستهای مزایای بسیاری نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد اما مسئله‌ی پسماندهای آن که حاوی مواد پرتوزا با طول عمر طولانی هستند از جمله مهمترین مسائل خاص در مورد استفاده از شکافت هستهای میباشد. از سوی دیگر ذخایر اورانیوم جهان برای استفاده در راکتورهای شکافت تنها در یک سده کفایت می‌کنند.
موادی که انجام یک واکنش شکافت هستهای را ممکن می‌سازند عبارتند از: ۲۳۹Pu ، ۲۳۵U ، ۲۳۸U ، و ایزوتوپ ۲۳۳U ، ۲۳۵U بطور مصنوعی در راکتورهای هستهای با تاباندن نوترون به ۲۳۳Th بوجود می‌آید.
در اثر برخورد نوترون حرارتی به ایزوتوپ۲۳۵U ، هسته اتم به ۲۳۵U تحریک شده تبدیل میشود. اورانیوم تحریک شده بعد از شکافت، به باریم و کریپتون و سه نوترون تبدیل میگردد [۵].
۱n + ۲۳۵U → ۲۳۶U → ۱۴۴Ba+89Kr + 3 ۱n
اما مسئله مهمتر اینکه هر نوترون آزاد شده بر اثر شکافتن هسته ۲۳۵U می‌تواند دو هسته دیگر را شکافته و چهار نوترون را بوجود آورد. شکافت هستهای و آزاد شدن نوترون‌ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترون‌ها دو برابر میشود. در واکنشهای کنترل شده تعداد شکافت در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگه‌داشته میشود. برای دستیابی به فرایند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترون‌های اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست. زمانی که هسته اتمی ۲۳۵U به دو قسمت شکافته میشود تولید عناصر استرتیوم ۹۰، کریپتون ۹۱، ایتریوم ۹۱، زیریوم ۹۵، ۱۲۶I ، ۱۳۷U ، باریم ۱۴۲، سریم ۱۴۴ امکان پذیر هستند.
۳-۱- همجوشی هسته ای
بررسی تأثیر ارائه پوشش های بیمه‌ای بر رضایت مندی و وفاداری مشتریان شعب …
مقاله علمی با منبع : بکارگیری رهیافت تجدید حیات شهری اجتماع محور در برنامه ریزی دهکده های …
,۲ ,همجوشی ,۳ ,هستهای ,انرژی , ۲ , ۳ ,نسبت به ,و هلیوم ,دوتریوم و ,همجوشی پلاسمای دوتریوم ,شکافت هستهای میباشد
درباره این سایت