مطالعه پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم-هلیوم 3 به روش محصورسازی مغناطیسی word مطالعه پار
مطالعه پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم-هلیوم 3 به روش محصورسازی مغناطیسی wordچکیده هدف از تحقیقات همجوشی، تولید نیروگاه هستهای که از لحاظ اقتصادی و محیطی مناسب باشد. مسئلهی 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 پلاسمایD-3He را در راکتور توکامک ITER- 90HPمورد 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. کلید واژه: همجوشی مغناطیسی، پایداری پلاسما، سوخت D-3He ، کنترل ناپایداری، توکامک.
عنوان صفحه 1-5- یده‌های راکتور همجوشی.. 10 1-5-1- همجوشی هستهای کنترل شده توسط لختی(ICF). 11 1-5-2- همجوشی هستهای توسط کاتالیزور میون(µCF)13 1-5-3- محصورسازی مغناطیسی (MCF)14 1-6- طبقه بندی انواع راکتور ها برحسب روش محصور کردن پلاسما16 1-6-2- قسمتهاي اصلي راکتور توکاماک ITER.. 18 1-6-4- سایر راکتورهای محصورسازی مغناطیسی.. 20 فصل دوم: سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریوم–هلیوم 3. 22 1-2-سوخت‌هاي جديد و خواص آنها22 2-4- پلاسما حالت چهارم ماده. 29 2-6-پارامترهای بنیادی پلاسما31 2-7-2- گرمایش از طریق فشرده سازی.. 35 2-7-3- گرمایش توسط تاثیر میدان‌های الکترومغناطیسی.. 35 2-7-4- گرمایش توسط تزریق پرتو خنثی.. 36 2-8- گرمای همجوشی ذرات باردار. 36 2-10- فشار جنبشی و مغناطیسی پلاسما38 2-11- دیواره سیستم راکتورهای همجوشی D-3He از طریق محصورسازی مغناطیسی.. 39 2-12- بارگذاری دیواره راکتور. 42 2-15- فیزیک واکنشهای همجوشی.. 48 2-17-1- واکنش پذیری واکنشهای هستهای (پارامتر سیگما-وی). 50 2-17-3- واکنشپذیری با معادله بوش-هال.. 51 2-17-4- واکنشپذیری با معادله ماکسول.. 52 2-18- فاکتور Q، زمان محصورسازی انرژی، توازن توان.. 54 2-19- معیار لاوسون و زمان حبس انرژی.. 56 2-20- معادلات اساسی دوتریوم و هلیوم 3. 60 2-22-سوختن پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3. 61 فصل سوم:کنترل ناپایداری گرمایی در سوخت پلاسمای D-3He. 66 3-1- مشکل اساسی راکتورهای همجوشی.. 66 3-4- کنترل مگنتو هیدرودینامیکی(MHD). 69 3-5- روشهای استفاده از کنترل جنبشی.. 70 3-9-کنترل خطی با استفاده از روش تعدیل تزریق سوخت... 80 فصل چهارم: پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای D-3He در سیستم توکامک..... 82 4-2- نتایج برای حالت ناپایدار. 83 4-3- پایداری پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 با استفاده از روش کنترلی تعدیل میزان تزریق.. 94 فصل پنجم: نتیجه گیری وبحث... 101 ***فهرست جداول*** جدول1-1- برخی از واکنشهای همجوشی.................................................................................................................................. 7 جدول1-2- انواع راکتورها برحسب روش محصور کردن پلاسما............................................................................................... 17 جدول2-1- نسل‌های مختلف سوخت‌های همجوشی ................................................................................................................. 27 جدول 2-2- مقادیر عددی پارامترهای معادله باکی..................................................................................................................... 51 جدول2-3- مقادیر ثوابت برای واکنشهای همجوشی مختلف در معادلات بوش-هال............................................................... 52 جدول2-4- مقادیر عددی C1 و C2 و C3 برای واکنشهای D-T, D-D و D-3He........................................................ 54 جدول 3-1- پارامترهای ITER90-HP................................................................................................................................. 73 جدول 3-2- شرایط اولیه ی پلاسما ............................................................................................................................................ 74 جدول 3-3- نقطه تعادل–نقطه احتراق ........................................................................................................................................ 79 جدول 3-4- پارامترهای کمیت کنترل ........................................................................................................................................ 81 شکل 1-1- مراحل زنجیره‌ی پروتون – پروتون که در خورشید اتفاق می‌افتد.. 6 شکل 1-2- انرژی پتانسیل بر حسب فاصلهی دو هستهی باردار که با انرژی مرکز جرم به هم نزدیک میشوند.10 شکل 1-3- نمایی از کپسول هدف 12 شکل 1-4- مراحل همجوشی به روش محصورسازی لختی.. 13 شکل 1-6- نمایی از دستگاه چنبرهای پلاسما17 شکل 1-7- راکتور توکاماک ايتر. 19 شکل 1-8- سطح مقطع ایتر با پلاسمای بیضی.. 19 شکل1-9- شماتیک هندسی راکتور استلاتور. 21 شکل2-1- واکنش پذیری انواع سوخت‌ها26 شکل2-2- روشهای گرم کردن پلاسما36 شکل2‑3: مدارهای لارمور در یک میدان مغناطیسی 44 شکل 2-4: نمایش میدان مغناطیسی توروئیدی و پولوئیدی و تبدیل چرخشی.. 44 شکل 2-5: سوق‌گیری ذره، در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متعامد 45 شکل 2-6: حرکت مارپیچی الکترونها و یونها در امتداد خطوط مغناطیسی.. 46 شکل2-7- آهنگ واکنش به صورت تابعی از دما برای واکنشهای مختلف همجوشی با توزیع سرعت ماکسولی.. 50 شکل4-1- مقایسه تغییرات پارامتر واکنشپذیری برای واکنش همجوشی D-T و D-3He براساس روش باکی.. 83 ليست علائم اختصاري
مقدمهیکی از مهمترین اهداف بشر در جهتگیری زمینههای تحقیقاتی و پژوهشی، دستیابی به منابع جدید انرژی میباشد. در این راستا بشر تلاش کرده است تا با ساخت رآكتورهای هستهاي، به منبعي از انرژي دست یابد كه بتواند مدت زمان بیشتری از آن، نسبت به سوخت‌های فسیلی استفاده كند. بطور کلی دو شيوه بنيادي،براي آزادسازي انرژي از يک اتم وجود دارد: شکافت هستهای[1] وهمجوشي هستهاي[2]. 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)[1]،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 3 (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[2-4]. 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 3 و پارامترهای موثر بر همجوشی تشریح شده و به بررسی پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 به روش محصورسازی مغناطیسی پرداخته و فرایند با پارامتر مورد نظر شبیه سازی میگردد. در فصل چهار برخی از روشهای کنترل ناپایداری در راکتور بیان شده و در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک پارامترهای ترمودینامیکی مربوط به سوخت دوتریوم و هلیوم 3 با نتایج بدست آمده در سایر مطالعات مقایسه می‌شود. [2]Nuclear fusion جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |
