بخشی از مقاله
چکیده
برای گداخت سوخت پیشرفته پروتون بورن دو راه وجود دارد،یا اینکه توان لیزرهای مورد استفاده باید خیلی زیاد باشد یا اینکه از سیستمهای دو گداختی استفاده کرد. بالا بردن توان لیزرها در حال حاضر از نظر تکنولوژیکی امکان پذیر نمی باشد بنابراین برای گداخت این سوخت بدون رادیو اکتیویته می توان از سوخت دوتریوم-تریتیوم کمک گرفت بطوریکه انرژی حاصل از گداخت دوتریوم-تریتیوم، باعث گداخت سوخت هسته ای پیشرفته پروتون-بورن شود. هنگامی که بلوک پلاسمای تولید شده توسط لیزر پتا وات - پیکو ثانیه با سوخت اصلی برخورد می کند بدلیل اختلاف چگالی بین بلوک پلاسمایی و سوخت اصلی موج ضربه ای تولید می شود که این موج پیشرونده باعث افزایش چگالی سوخت جامد شده و انرژی آستانه گداخت را تقلیل می دهد و دمای اشتعال را افزایش می دهد.
مقدمه
در توسعه اقتصادی و فرهنگی انرژی نقش بسیار مهمی را ایفا میکند به طوریکه کشورهای دارای ذخایر انرژی به راحتی میتوانند روی نقاط ضعف خود سرپوش گذارند . بحث روی انرژی به بررسی سوختها منتهی میگردد.اگرچه کشور ما از نظر ذخائر سوختهای فسیلی - از قبیل نفت،گاز،زغال سنگ و ... - جزء کشورهای غنی جهان میباشد ولی نمیتوان روی این سرمایه ملی به عنوان یک منبع پایان ناپذیر که بتواند نیاز کشور را برای سالیان متمادی تامین کند حساب کردزیرا این ذخائر محدود هستند و تا چند دهه ی دیگر به اتمام خواهند رسید .
همچنین اکولوژی کره زمین به دلیل سبد نامناسب و مصرف بی رویه انرژی توسط بشر در حال تغییر است و این دگرگونی در بسیاری از بخشهای طبیعت اثر گذاشته است.از جمله این تغییرات میتوان به دو برابر شدن شدت طوفانها و گردبادها،آتش سوزی جنگلها و گسترش نگران کننده میزان ذوب یخهای قطبی و بالا آمدن سطح دریاها تا خشک شدن دریاچه ها و تالابها و گسترش میزان ریزگردها در بخشهای مختلف خاورمیانه اشاره کرداز این رو نیازمندیم همانند سایر کشورهای جهان برای توسعه پایدار در زمینه انرژی تا حد امکان سرمایه گذاری نماییم. در طی سالهای اخیر دو منبع عظیم انرژی مورد توجه قرار گرفته است :
الف - انرژی خورشیدی ب - انرژی هسته ای
در هر زمینه پیشرفتهایی صورت گرفته است در مورد اول میتوان به سلولها و باطری خورشیدی اشاره کرد که در مناطق خشک و نیمه خشک از جمله در کشورمان کاربرد فراوان دارد.
انرژی هسته ای به دو صورت شکافت هسته ای و همجوشی هسته ای آزاد میشود .اما مسئله پسماندهای شکافت هسته ای که حاوی مواد رادیواکتیو هستند مشکل اصلی شکافت می باشد همچنین ذخایر بسیار محدود اورانیوم برای استفاده در راکتورهای شکافت باعث توجه بیشتری به اهمیت استفاده ی انرژی همجوشی هسته ای شده است و جایگزینی پاک،مطمئن و پایان ناپذیر برای سوخت های فسیلی به شمار میرود.
منشأ گداخت را میتوان در مطالعات اساسی ساختمان اتم و شناخت منابع خورشیدی و ستارگان پیدا کرد.کشف دوتریوم در سال 1932 و اولین آزمایش اثر فشردگی توسط بنت در سال 1934 و مشاهدات اولیه برهم کنش های هسته ای از دوترون های برخوردی توسط رادرفورد در سال 1934 نقاط آغازین مسئله گداخت هستند.تحقیقات بث در سال 1939 در مورد چرخه سوخت و تولید انرژی در خورشید بیانگر آن بود که گداخت عناصر سبک به عنوان یک منبع انرژی بسیار بزرگ و اساسی است.
برای اولین بار در سال 1942 فرمی در دانشگاه کلمبیا امکان سوزاندن دوتریوم به منظور دستیابی به یک منبع انرژی بزرگ را به تلر پیشنهاد نمودولی تلر و کنوپینسکی محاسباتی را انجام دادند که دلالت بر عدم انجام فرایند گداخت داشتکمی بعددر تلاش برای اثبات دقیق نا ممکن بودن گداخت ، آنها دریافتند که در محاسباتشان اشتباه کرده اند و مشخص گردید که گداخت دوتریوم امکان دارد.از سال 1950، 3 کشور آمریکا ، انگلیس ، شوروی سابق تحقیقات خود را در جهت دست یابی به انرژی گداخت آغاز کردند .
تا اوایل سال 1952 در ایالت متحده آمریکا این تحقیقات روی نظریه اساسی گداخت توسط تلر فرمی و توک انجام شده بود.در این سال توک و لوس آلاموس یک کار تجربی روی اثر فشردگی انجام دادند در ابتدا تحقیقات گداخت به صورت محرمانه انجام می شد ولی بعد از چند سال که این تحقیقات به بن بست رسید این کشورها اطلاعات خود را در این زمینه منتشر کردند.در بهار سال 1952 رئیس کمیته تقسیم انرژی اتمی کنفرانسی را در دنور و کولاردو ترتیب داد که از آن زمان تا کنون ادامه دارد.
همجوشی به فرآیندی گفته می شود که در آن اتم های سبک برای تشکیل اتم سنگین ترکیب می شوند . برای وقوع همجوشی ، سوخت بایدتا دمای بسیار زیاد درحدود صدها میلیون درجه سیلسیوس - یعنی داغ تر از خورشید - گرم شود . امادر چنین دماهایی هر جسمی به صورت پلاسما خواهد بود وبنابراین مسئله اصلی این است که ظرفی که بتواند سوختی با چنین دمایی را نگهدارد وجود ندارد . برای حل این مشکل سوخت را بطور ناگهانی متراکم و گرم کنیم تا پیش از آنکه سوخت زمانی کافی برای پخش شدن داشته باشد همجوشی صورت گرفته و انرژی آزاد گردد.این رهیافت که به محصور سازی لختی موسوم است هنوز در مرحله ی تحقیق است
گداخت توسط بلوک پلاسما یکی از مهمترین مدلهای گداخت در روش محصورسازی لختی میباشد و از امکان جدید گداخت لیزری به شمار میرود.تولید غیرمنتظره بلوکهای پلاسما به وسیله اندرکنش لیزر پتاوات-پیکو ثانیه دسترسی جدیدی را جهت گداخت سوخت با چگالی حالت جامد طبق مدل هیدرودینامیکی چو فراهم آورد.تولید یونها با انرژی بسیار بالای بلوکها توسط نیروی اثرگذار غیر خطی از امکانات جدید گداخت لیزری است.
در این روش به تراکم های خیلی بالا نیازی نیست و چگالی حالت جامد برای گداخت کافی می باشد در نتیجه انرژی مورد نیازآستانه در دسترس خواهد بود و بهره های خیلی بالاتری خواهد داشت که بسیار مقرون به صرفه است.دراین گداخت،بلوک های پلاسمایی با چگالی جریان یونی بزرگتر از1011A/cm2و چگالی شار انرژی 4 Am/cm2 به سوخت اصلی برخورد میکند و باعث گداخت میشود وگداخت با انتقال حرارت توسط الکترونها و یونها در سراسر سوخت اصلی توسعه و انتشار میابد.
در این تحقیق ازحل معادلات هیدرودینامیکی سیالی پلاسما و جمع معادلات آهنگ دمای یونها و الکترون ها معادله بالانس انرژی بدست می آید که ضمن بررسی شرایط گداخت تاثیر امواج ضربه ای هنگام برخورد بلوک های پلاسمای تولید شده با سوخت اصلی را برای گداخت سوخت مخلوط همگن PBDT مورد بررسی و مطالعه قرار میدهد.
2 معادلات هیدرودینامیکی سیالی پلاسما بر اساس تئوری چو ، وقتی که نور لیزر به صورت متمرکز بر یک سوخت هسته ای با چگالی حالت جامد می تابد نور لیزر جذب شده و باعث ایجاد واکنش در یک ناحیه شده و توسط اثر های فیزیکی مانند هدایت حرارتی توسط الکترون ها ، تعادل اکترون - یون ، برد توقف ذرات آلفا ، تابش ترمزی و انبساط، امواج واکنش گرما هسته ای در چگالی حالت جامد انتشار می یابد یا به بیانی گداخت در چگالی حالت جامد سوخت توسعه و انتشار می یابد.
این نظریه - گداخت با چگالی حالت جامد - توسط چو موقعی ارائه شد که مدل گداخت حجمی از نظر عملی مشکل به نظر می رسید ، چون در مدل گداخت حجمی چگالی های 100000 برابر چگالی حالت جامد مورد نیاز بود و تابش یکنواخت لیزر با توان بالا بر سوخت در آن زمان از مشکلات اساسی بود.
برای گداخت با تاباندن پالس لیزری به طور مستقیم به سوخت اصلی دمای اکترون ها بالا می رود . از طریق هدایت حرارتی دمای یون ها نیز بالا می رود و با افزایش دمای یون ها ، گداخت در کل سوخت توسعه و انتشار می یابد ولی حداقل انرژی لازم برای اشتعال سوخت اصلی فوق العاده بزرگ است که در ان زمان غیر قابل دسترس بود و امروزه با لیز های قوی و تشکیل پیستون پلاسمایی قابل دسترس است.
معادلات پیوستگی چگالی ومیزان واکنش عبارتند از:
چگالی جرمی،uسرعت جرمی ،Yکسرسوختی موادWمیزان واکنش ،n چگالی پلاسما و میانگین سطح مقطع همجوش هسته ای پلاسما است که احتمال انجام واکنش را بیان می کند .
معادله حرکت یا انتقال ممنتوم یک پلاسمای دو سیالی متشکل از الکترون و یون در غیاب میدان مغناطیسی در یک بعد برای الکترون و یون عبارت است از.
در گداخت معادلات آهنگ دما برای الکترون ها و یون ها به صورت زیر نوشته می شود.
