دانلود رایگان


مطالعه پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای - دانلود رایگان



دانلود رایگان 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

دانلود رایگان
مطالعه پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم هلیوم 3 به روش محصورسازی مغناطیسی... 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 می­باشدفراوانی سوخت های مورد نیاز در همجوشی هسته ای یکی از بزرگترین مزایای این روش تولید انرژی، نسبت به شکافت هسته ای می باشد. در این کار تحقیقانی، همجوشی مغناطیسی پلاسمایD-3He را در راکتور توکامک ITER- 90HP مورد بررسی قرار داده و با حل معادلات توازن انرژی حاکم بر همجوشی هسته ای به روش خطی، تغییرات برخی از پارامتر های حاکم بر پلاسما را در دو حالت بدون ناخالصی و در حضور ناخالصی بدست می آوریم. با توجه به اهمیت کنترل ناپایداری های ذاتی ایجاد شده در فرایند تولید انرژی هسته ای در راکتورهای همجوشی، از روش کنترل تزریق میزان سوخت، با اختلال در دمای اولیه، استفاده کرده و پلاسمارا به پایداری می رسانیم و با حل دوباره ی معادلات توازن انرژی، تغییرات زمانی برخی از پارامترهای پلاسما را مورد بررسی قرار می دهیم.
کلید واژه: همجوشی مغناطیسی، پایداری پلاسما، سوخت D-3He ، کنترل ناپایداری، توکامک.
عنوان صفحه
فصل اول-همجوشی هسته ای3
فصل دوم: سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریومهلیوم 322
3He از طریق محصورسازی مغناطیسی.. 39
فصل سوم:کنترل ناپایداری گرمایی در سوخت پلاسمای D-3He66
فصل چهارم: پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای D-3He در سیستم توکامک..... 82
فصل پنجم: نتیجه گیری وبحث101
***فهرست جداول***
و C2 و C3 برای واکنش های D-T, D-D و D-3He........................................................ 54
***فهرست اشكال***
3He براساس روش باکی.. 83
یکی از مهمترین اهداف بشر در جهت­گیری زمینه­های تحقیقاتی و پژوهشی­، دستیابی به منابع جدید انرژی می باشد. 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 سوخت های فسیلی استفاده كند. بطور کلی دو شيوه بنيادي،براي آزادسازي انرژي از يک اتم وجود دارد: شکافت هسته­ای[1] وهمجوشي هسته اي[2].
مزیت همجوشی هسته ای نسبت به شکافت هسته ای، فراوانی بسیار زیاد منابع سوختی آن (سوخت اصلی راکتورهای همجوشی دوتریوم می باشد که در آب دریاها به وفور وجود دارد. تولید انرژی بالاتر نسبت به روش شکافت هسته ای به ازای هر نوکلئون از ماده سوخت (به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک راکتور همجوشی می توان 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 می کند)[1]،عدم وجود معضل پسماندهای هسته ای با طول عمر طولانی در روش همجوشی و در نهایت ایمن تر بودن راکتورهای همجوشی در هنگام وقوع حوادث احتمالی است که سبب برتری آن بر شکافت هسته­ای گردیده است. سوخت های متنوعی در فرایند همجوشی هسته­ای قابل بکارگیری می باشد. از آن جمله دوتریوم-تریتیوم(D-T) ، دوتریوم-هلیوم 3 (D-3He)، دوتریوم-دوتریوم (D-D) و تریتیوم-تریتیوم (T-T) می باشد. 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 سوخت ها در بازه ی دمایی عملکردی راکتورها می باشد. 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 واکنش ها است. از طرفی دیگر واکنش همجوشی D-3He از میان سایر سوخت ها، 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 سوخت های قابل استفاده می پردازیم. 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 می شود
فصل اول
همجوشی هسته­ا
فصل اول-همجوشی هسته ای 1-1-واکنش های هسته ای[3] تبدیلات خودبخودی یا مصنوعی بعضی ازهسته هابه هسته دیگر که سبب تغییر ساختار هسته یا تغییر تعدادنوکلئون­ها(ذرات هسته ای) می گردد، واکنش های هسته ای نام دارند.همجوشی هسته ای و شکافت هسته ای، دو روش اصلی انجام واکنش های هسته ای می باشد.
1-2-شکافت هسته ای[4] در واكنش شكافت، هسته ی سنگین یک عنصر رادیو اکتیو مانند اورانیوم یا پلوتونیوم به دو يا چند هسته با جرم متوسط تجزيه مي شود. به طور مثال اورانيوم 235 مورد اصابت يك نوترون قرار مي گيرد و هسته فوق العاده ناپايداري تشكيل مي شود كه تقريبا بلافاصله مي شكافد و كريپتون و باريم و مقدار زيادي انرژي توليد می شود. که ناشی از تبدیل جرم ناپدید شده (با مقایسه میان جرم سوخت های اولیه و محصولات واکنش) به انرژي است. اين انرژي حدود 5 دهه است كه مورد استفاده قرار گرفته است اينك اين نيرو همان اندازه از برق جهان را تامين مي كند كه 40 سال پيش بوسيله تمام منابع انرژي تأمين مي شد شكافت هسته اي مزاياي بسياري نسبت به سوخت هاي فسيلي دارد اما مسئله ي پسماندهاي آن كه حاوي مواد پرتوزا با طول عمر طولانی هستند از جمله مهم ترين مسائل خاص در مورد استفاده از شكافت هسته اي مي باشد. از سوي ديگر ذخاير اورانيوم جهان براي استفاده در راكتورهاي شكافت تنها در يك سده كفايت مي كنند.
موادی که انجام یک واکنش شکافت هسته ای را ممکن می سازند عبارتند از:239Pu ،235U ،238U ، و ایزوتوپ233U ،235U بطور مصنوعی درراکتورهای هسته ایبا تاباندن نوترون به233Th بوجود می آید.
در اثر برخورد نوترون حرارتی به ایزوتوپ235U ،هسته اتم به235U تحریک شده تبدیل می شود. اورانیوم تحریک شده بعد از شکافت، بهباریموکریپتونو سه نوترون تبدیل می گردد [5].
1n + 235U → 236U → 144Ba+89Kr + 3 1n
اما مسئله مهم­تر اینکه هر نوترون آزاد شده بر اثر شکافتن هسته235U می تواند دو هسته دیگر را شکافته و چهار نوترون را بوجود آورد. شکافت هسته ای و آزاد شدن نوترون ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد. در هر دوره تعداد نوترون ها دو برابر می شود. در واکنش های کنترل شده تعداد شکافت در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگه داشته می شود. برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترون های 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 اتمی235U به دو قسمت شکافته می شود تولید عناصر استرتیوم 90، کریپتون 91، ایتریوم 91، زیرکونیوم 95،126I ،137U ، باریم 142، سریم 144 امکان پذیر هستند.
1-3-همجوشی هسته ای واکنش های همجوشی هسته ای از نوع واکنش هایی است که در خورشید و ستارگان صورت می گیرد. اين واكنش عبارت است از تركيب (برخورد) هسته­هاي چهار اتم هيدروژن معمولي (شکل 1-1) که ضمن آزاد سازی مقدار زيادي انرژي ناشياز تبديل جرم به انرژی است(E=mc2)، يك هسته ي هليوم در دماهای بسیار بالای مرکز خورشید و ستارگان تولید می گردد [6].
در كره ي زمين، اين انرژي را مي توان به سه روش محصور سازي مغناطيسي، محصورسازي اينرسي يا لختي و محصور سازی از طریق کاتالیزور میون، توليد كرد؛ كه البته همه در مرحله ي آزمايش قرار دارند. همجوشی هسته ای به دلیل پرتوزایی کمتر و ایمنی بیشتر و فراوانی بیشتر سوخت اولیه برای انجام واکنش ها نسبت یه شکافت مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ، به تعداد زیادی از واکنش هایی که با هم رخ دهند، نیاز است. دافعه‏ی کولنی، مانع رخ دادن همجوشی هسته‏ای می‏گردد. برای غلبه بر این دافعه، به دما و چگالی بالایی مورد نیاز است. در نتیجه سوخت باید در حالت پلاسما باشد.در دمای به قدر کافی بالا، سرعت‏های حرارتی ذرات خیلی زیاد خواهند شد. در این صورت، ذرات این فرصت را خواهند داشت که به اندازه‏ی کافی به هم نزدیک شده، بر دافعه‏ی کولنی چیره شوند وتوانایی پیوند داشته باشند. در طی این فرایند انرژی بسیار زیادی آزاد می­گردد.
اگر چگالی پلاسما بیشتر از ١٠20 یون در هر سانتی متر مکعب باشد، آن گاه زمان محصورسازی می تواند کوتاه­تر باشد. اگر پلاسما خیلی فشرده شود، زمان محصورسازی، بی نهایت کوتاه و انرژی آزاد شده، فوق­العاده شدید است. در این صورت با یک بمب سر و کار خواهیم داشت نه یک راکتور کنترل شده. به­همین دلیل، با وجود آن که وظیفه محصورسازی مشکل می­گردد، چگالی پلاسما در حداقل نگه داشته می شود.
بطور عملی هنوز محفظه­ای وجود ندارد که بتواند پلاسما با دمایی در حدود چند صد میلیون درجه را محصور سازد. حتی محفظه­هایی که از فلزات مقاوم در دماهای بالا ساخته شده باشند، تنها در دماهای پایین­تر از چند هزار درجه قابل استفاده خواهند بود. ستارگانی نظیر خورشید کره عظیم پلاسمای خود را از طریق جاذبه حفظ می­کنند. پلاسما از ذرات باردار تشکیل یافته است. این ذرات نمی توانند خطوط میدان مغناطیسی را قطع کنند، اما حول این خطوط می­چرخند. این نکته، خلاصه­ای از مبنای فکری طرح محصورسازی پلاسما توسط خطوط میدان مغناطیسی را تشکیل داده است.
در یک تعریف کلی فرایند جلوگیری از برخورد پلاسمابا دیواره های مخزنی که در آن جای دارد، محصورسازی نامیده می شود و همچنین زمان تقریبی برای اینکه یون هاتوسط میدان احاطه کننده به دام افتاده باقی بمانند، زمان محصورسازینامیده می شود.
شکل 1-1- مراحل زنجیره ی پروتون– پروتون که در خورشید اتفاق می افتد [7
1-4- انتخاب سوخت مناسب باتوجه به فرآیند­های طبیعی و نتایج حاصل از آن­ها، مشخص شده است که واکنش­های همجوشی بسیاری وجود دارد. متغیرها برای واکنش­های مختلف، هسته­های سوخت درگیر، محصول­های واکنش که خارج می شوند، مقدار واکنش و بستگی احتمال انجام واکنش به خواص جنبشی واکنش دهنده­ها، می باشند.
برهم کنش ایزوتوپ­های هیدروژنی (دوتریم وهلیوم 3) یکی از واکنش های مورد توجه در فرآیند همجوشی می­باشد. به دلیل این که ایزوتوپ های­ هیدروژن فقط یک بار الکتریکی دارند و انرژی حرارتی کمتری برای نزدیک شدن به یکدیگر نیاز دارند، به عبارت دیگر در دماهای پایین همجوشی ایزوتوپ­های هیدروژن اتفاق می­افتد. به علت عدد اتمی واحد ایزوتوپ­ها، این برهم کنش هیدروژنی دارای قابلیت نفوذ بسیار بالایی در سد کولنی می­باشد. برای تعیین سوخت های همجوشی مناسب، باید در دسترس بودن سوخت مورد نظر، شرایط نگهداری و سطح مقطع واکنش مورد نظر را در نظر گرفت. برخی از واکنش های گوناگون همجوشی، شامل واکنش های ذکر شده در جدول(1-1) می باشد. دربیشترواکنش‏هايهمجوشی،دوهسته‏سبکباهمترکیبوبههسته‏‏سنگین‏ترتبدیلمی‏شوند کهرابطه‏واکنشهسته‏ايآن‏هابهصورتزیراست:
42He+10n
4He
-12
n
32He+10n
3He
-13
42He+10n+10n
4He
-12
p
-13
3He
32He→42He+P
3He(d,P)4He
-12
6Li
63Li→42He+32He
6Li(p,x)3He
-13
11B
115B→3(42He)
11B(p,2x)4He
-12
1 , Z2، عدد اتمی هسته های برهم کنش کننده می باشد.
1,A2 اعداد جرمیِ هسته های برهم کنش‏ کننده هستند.
n، دو هسته تحت تأثیر نیروی جاذبه‏ی هسته‏ای قرار می‏گیرند که با چاه پتانسیل به عمق، مشخص می شود. با استفاده از معادلات می‏توان ارتفاع سد پتانسیل را پیدا کرد:
1-5-ایده های راکتور همجوشی 1-5-1- همجوشی هسته­ای کنترل شده توسط لختی(ICF)[7] 14 تهیه می شود، دارای بهره انتقال انرژی متفاوتی به کپسول هستند. پرتوهای لیزری و باریکه های یون سنگین نسبت به سایر پرتوهای محرک به علت بهره بالاتر جذب انرژی در کپسول ها مورد توجه بیشتری قرار گرفتند. در طراحی کپسول های سوخت هر دو روش پرتوهای محرک لیزری و باریکه های یون سنگین مورد بررسی قرار گرفته است [13, 14].
1-5-2- همجوشی هسته­ای توسط کاتالیزور میون(µCF)[9] - و یک نوترینوی میونی و به یک پادنوترینوی الکترونی واپاشی می کند. بصورت دقیق در اوایل 1980مورد مطالعه قرار گرفت [12].
3He + π(1-9)
1-5-3- محصورسازی مغناطیسی (MCF)[13]
  1. پایا[16]: در این نوع راکتور واکنش های همجوشی به صورت مداوم انجام می­گیرند.
  2. تپی[17]: این راکتور به طور مرتب قطع و وصل می­گردد. زمان همجوشی تقریبا با زمان محصور بودن پلاسما برابر است.
  3. شبه پایا[18]: در مقایسه با انواع نامبرده، یک راکتور متوسط محسوب می­گردد . زمان همجوشی آن اندکی بیشتر از زمان محصور شدن پلاسما است. اما در هر حال زمان محدودی است. (توکامک نمونه­ای از این نوع راکتور است.)
1-6-طبقه بندی انواع راکتور ها برحسب روش محصور کردن پلاسما
آرایش میدان مغناطیسی دستگاه نوع عملکرد
چنبره ای توکامک شبه پایا
تنگش میدان وارونه شبه پایا
استلاراتور پایا
هلیوترون پایا
تنگش چنبره ای تپی
انتها باز آیینه ای پایا
تنگش مستقیم تپی
پلاسمای کانونی تپی
1-6-1- راکتور توکامک[19] 1-6-2- قسمتهاي اصلي راکتور توکاماک ITER 1-6-3- راکتور اسفرومک 1-6-4- سایر راکتورهای محصورسازی مغناطیسی

دریافت فایل
جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید




پارامترهمجوشی پلاسمای


دوتریوم هلیوم 3


محصورسازی مغناطیسی


دانلودپایان نامه


word


مقاله


پاورپوینت


فایل فلش


کارآموزی


گزارش تخصصی


اقدام پژوهی


درس پژوهی


جزوه


خلاصه


اصول حقوقی حاکم بر قراردادهای بیمه بین المللیword

دانلود جزوه مبانی بیوشیمی، رشته زیست شناسی تالیف

بیماری سفیدک سطحی مو

583 بررسی اهداف طراحی لرزه ای بناهای ضروری بتنی در

فایل نمونه سوالات استخدامی شرکت های پتروشیمی (

دانلود پایان نامه رابطه بین محافظه کاری حسابداری

تاثیر جو روانی – اجتماعی کلاس در پیشرفت تحصیلی

دانلود کتاب تکنیکهای مانیه تیزم به خود

افزودن عضو الکی به کانال تلگرام

پکیج افزایش لایک،کامنت،فالوور و ... در اینستاگرام