بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله توان توقف الکترونهای نسبیتی در پلاسمای D3He با چگالی 300 g.cm 3 در روش احتراق سریع همجوشی لختی مورد بررسی قرار می گیرد . فرآیند توقف باریکه الکترون در پلاسما بوسیله برخوردهای دوتایی با ذرات پلاسما و همچنین اثر تجمعی از طریق موج برانگیختگی پلاسما رخ میدهد. بررسیها نشان میدهد با افزایش دما توان توقف ناشی از برانگیختگی تجمعی در پلاسما D3He بتدریج کاهش ، اما این مقدار بوسیله برخوردهای دوتایی افزایش مییابد . با افزایش دما توان توقف کل الکترونهای نسبیتی در پلاسما D3He کاهش مییابد.
مقدمه
در سال 1994 توسط تاباک [1]، روش احتراق سریع با استفاده از از باریکه الکترون نسبیتی به عنوان ایده مهم در همجوشی محصورسازی لختی مطرح شده است. عامل مهم در روش احتراق سریع[2-4] هدفهای همجوشی لختی، تبدیل انرژی لیزر پتاوات به باریکه الکترون نسبیتی است .در پیشنهاد اصلی به طور مستقیم از طریق بر هم کنش لیزر با هاله پلاسما باریکه الکترونی تولید می-شود . بعد از انتشار در ناحیه پلاسمای چگال به مرکز سوخت متراکم شده میرسد.در مسیر تولید الکترونهای نسبیتی تا مرحله احتراق سوخت ، فرآیندهای فیزیکی بسیاری رخ میدهند . بررسی اتلاف انرژی این الکترونها در پلاسمای همجوشی لختیD3Heاز اهمیت ویژهای برخوردار است.
باید توجه شود که واکنش همجوشی D3He تعداد کمتری نوترون نسبت به DT تولید میکند و انرژی این نوترونها نیز کمتر است . بنابراین میزان تخریب مواد درون راکتور کاهش مییابد .تغییرات متوسط راکتیویته واکنش D3He با دماراکتیویته - آهنگ واکنشپذیری - به صورت احتمال واکنش برواحد زمان و چگالی به صورت تعریف میشود . در این رابطه سطح مقطع واکنش و سرعت نسبی هر دو ذره واکنش کننده در همجوشی سوخت میباشد. متوسط راکتیویته - بر حسب - cm3/s برای واکنش همجوشی D3He از طریق رابطه زیرمحاسبه میشود6]و:[5.در نمودار 1 متوسط راکتیویته سوخت D3He بر حسب دما رسم شده است . مشاهده میشود سوختD3He در دمای تقریبی 250 keV دارای بیشترین متوسط راکتیویته میباشد.
یکی از مقولههای مهم فیزیکی جهت انجام احتراق سریع توسط الکترونهای نسبیتی ، تولید و انتشار آنها در پلاسمای با چگالی بالا میباشد . مطابق شکل 1 یک لیزر پتاوات در بالاترین نقطه مخروط باریکه با انرژی زیاد از الکترونهای متحرک را که تقریباً با سرعت نور حرکت میکنند به وجود میآورد. این باریکه سوخت را محترق میکند و سرانجام در جهات مختلف پراکنده خواهد شد. هنگامی که سرعت باریکه خیلی زیاد باشد بر هم کنش با هدف خیلی ضعیف خواهد بود . زیرا سرعت زیاد موجب کاهش زمان بر هم کنش میشود . این اثرات برخورد میتوان بر حسب توان توقف یا اتلاف انرژی الکترون بر واحد طول مسیر ، dsdE ، ناشی از برخوردها با الکترونهای مقید و دیگر الکترونهای آزاد توصیف نمود. [3]
الکترونهای نسبیتی بوسیله الکترونهای پلاسما از دو طریق متوقف میشوند . اول از طریق برخوردهای دوتایی، برای فاصله کمتر از طول دبی ذره پلاسما که برخوردها نسبتاً آزاد هستند . سپس برانگیختگی تجمعی برای فاصله بزرگتر از این طول سیستم که رفتار تجمعی از خود نشان میدهند . توان توقف برای یک الکترون با انرژی جنبشی 1 - PeF2 - Eدر پلاسمای کاملاً یونیزه شده با چگالی ne و عدد اتمی Z ناشی از برخورد دوتایی از طریق رابطه زیر بدست میآید: [7]برای برخوردهای دوتایی الکترون- الکترون از دیفرانسیل سطح مقطع مولر بر حسب اتلاف انرژی توسط عبارت زیراستفاده میشود:
نمودار 2 نشان میدهد توان توقف باریکه الکترون نسبیتی ناشی از برخوردهای دوتایی برای پلاسما D3He با زیاد شدن دما افزایش مییابد .بررسیها نشان میدهد که این توان توقف در دمای ثابت با افزایش ضریب لورنتز کاهش مییابد و با چگالی عددی الکترون به طور خطی افزایش مییابد. در فاصلههای بزرگتر ازسرعت الکترون حرارتی است.نمودار 3 نشان میدهد با افزایش دمای پلاسما سهم توان توقف ناشی از برانگیختگی تجمعی پلاسمای D3He کاهش مییابد. محاسبات نشان میدهد این توان توقف نیز با چگالی عددی الکترون به طور خطی افزایش می یابد . سرانجام با ملاحظه هر دو سهم توان توقف کل به صورت زیر نوشته میشود :
