25 شهریور 1394 منتشرشده در مقالات نوشته شده توسط 

جوش هسته‌ای

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

مقدمه:

انرژی یکی از مهترین ارکان پیشرفت جامعه بشری است. و کشف آتش به عنوان نقطه ی عطف و شروع تمدن بشری عنوان شده است. در طول سالیان بسیار، انرژی جزیی جدانشدنی در زندگی انسان بود تا اختراع موتور بخار و شروع انقلاب صنعتی،انرژی و توانایی تصرف و کنترل آن به عاملی اساسی در پیشرفت جوامع بشری تبدیل شد به گونه ای که زغال سنگ در قرن 19 و نفت گاز در قرن بیستم نقشی اساسی در تامین انرژی ایفا کرده است. سوال اساسی اینجاست که در قرن بیست و یکم کدام گونه از انرژی نقشی اساسی در تامین نیاز بشر را ایفا خواهد کرد.  

استفاده بی رویه از زغال سنگ، نفت و گاز در دوقرن اخیر سبب افزایش چشمگیر میزان دی اکسید موجود در جو و به طبع آن افزایش میانگین دمای جهانی،آب شدن یخ های قطبی،افزایش سطح آب اقیانوس ها،و افزایش طوفان ها گردیده است.

تمام موارد بالا و همچنین روبه اتمام بودن سوخت های فسیلی سبب شده تا بشر به دنبال منابعی جایگزین برای آن ها باشد.

بی پایان بودن ،عدم آلودگی محیط زیست و اشتغال زایی از مزیت های انرژی های تجدید پذیر نسبت به سوخت های فسیلی می باشد.

 

جوش هسته ای

یافتن انرژی های نوین جایگزین برای نفت و گاز بسیار دشوار است زیرا علاوه برمناسب بودن باید به صرفه نیز باشد انرژی هسته ای مناسب به نظر می رسد زیرا انرژی زیاد و قابل اعتماد تولید کرده و دی اکسید کربن منتشر نمی کند در کل دو نوع واکنش هسته ای وجود دارد: 1-جوش هسته ای 2-شکافت هسته ای

در شکافت هسته ای یک اتم بزرگ به دو اتم شکافته میشود این همان کاری است که راکتورهای هسته ای انجام می دهند ولی در جوش هسته ای دو اتم کوچک ترکیب گردیده و یک اتم هلیم ایجاد می شود که انرژی زیادی تولید می کند.

راه حل طبیعت برای تولید انرژی،روش جوش هسته ای است به طوری که تمام ستارگان از این شیوه برای تولید انرژی استفاده بهره می برند یک راکتور جوش هسته ای بسیار ایمن و مقرون به صرفه است و ضایعات آن تا مدت کوتاهی خاصیت رادیواکتیوی دارد. سوخت این گونه راکتورها به راحتی ازاقیانوس قابل استحصال بوده و هزینه آن 1سنت به ازای یک کیلووات ساعت است. منبع این سوخت اقیانوس بوده و برای میلیاردها سال توانایی تامین انرژی کره زمین را داراست.

 از دلایل عدم گسترش این گونه انرژی دشواربودن فرآیند هم جوشی است زیرا دواتم هیدروژن بار مثبت داشته و تمایلی برای هم جوشی ندارند و برای انجام هم جوشی باید دوذره با سرعت بسیار زیاد با یکدیگر پرتاب شده و بر دافعه الکترواستاتیکی غلبه کرده و با یکدیگر بخورد نمایند.

سرعت ذرات بیان کننده دمای ماده است ،دمای لازم برای گداخت هسته ای 150 میلیارد درجه سانتی گراد است که برای رسیدن به این دما انرژی جنبشی بسیار زیادی نیاز است که دلیل دشواری هم جوشی همین امر می باشد. 

یکی دیگراز مشکلات روش گداخت لیزری و مغناطیسی بزرگ و پیچیده بودن آن هاست وقتی فرآیند جوش هسته ای صورت گیرد عمده انرژی آن به صورت نوترون با انرژی بالا آزاد میشود که با برخورد به دیواره راکتور به آن خسارت وارد می کند درهر صورت باید از انرژی نوترون ها استفاده نمود و برای گرمایش آب ،ایجاد بخار و به حرکت درآورد توربین و درنهایت تولید انرژی استفاده کرد.

آزمایشگاه های بزرگ ثابت کردند که جوش هسته ای قابل انجام است و درحال حاضر شرکت های کوچک تکنولوژی در امریکا مشغول سرمایه گذاری روی آن هستند.

 

انواع روش های هم جوشی:

 1-روشtokamak :

 طرح توكامك در دهه پنجاه ميلادي توسط روسها پيشنهاد شد.كلمه توكامك از كلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معني " اتاقك مغناطيسي چنبره اي" گرفته شده است. 
این راکتور به شکل دونات است که با سیم پیچ مغناطیسی احاطه شده است و جنس سیم آن ابررسانا است که میدان مغناطیسی را حول چنین حلقه ای و عمود برآن ایجاد می کند. در داخل این راکتور گازی داغ که پلاسما نامیده می شود و باردار بوده  وجود دارد که در اثر میدان مغناطیسی سیم پیچ، به ذرات باردار نیروی الکترواستاتیکی وارد شده  و درنهایت این ذرات شروع به چرخش با سرعت زیاد در حلقه می کنند. که این ذرات پرانرژی بایکدیگر برخورد نموده و واکنش جوش هسته ای صورت می گیرد.

 2-لیزر:

 در این روش پرتوهای لیزر در یک ناحیه بسیار کوچک متمرکز شده در اثر گرمای زیاد دواتم هیدروژن با هم تشکیل هلیم می دهند

 MTF(magnetized  target fusion)-3:

یک محفظه با لیتیم مایع پرشده و به گردش در می آید تا جریان گردابی به وجود آید این جریان به وسیله پیستون هایی فشرده گردیده که سبب فشرده شدن پلاسمای موجود در مرکز مایع می گردد که سبب افزایش ناگهانی دما درفرآیند همجوشی می گردد این روش سبب جذب نوترون ها به وسیله لیتیم مایع شده و مانع از آسیب رسیدن به دیواره  راکتور می شود همچنین لیتیم مایع با نوترون واکنش داده و تریتیم که همان سوخت اولیه برای راکتور است را تولید می نماید.                                                         .

لیتیم مایع گرم گردیده که آن را به یک مبدل حرارتی پمپ می کنیم و بخار تولید گردیده که درنهایت سبب چرخش توربین و تولید برق می شود.

 همچنین انرژی لازم برای ادامه فرآیند گداخت از پیستون های بخار تامین می شود که نسبت به لیزر و یا تولید میدان مغناطیسی راه حل بسیار ارزان تر و کم مصرف تری است. نمونه اولیه این ژنراتور با سرمایه50  میلیون دلار و همکاری 65 نفر با قطر 3متر ساخته شد که لیتیم مایع درآن به چرخش درآمده و گردابه بزرگی تولید می کند که پیستون ها با ضربه زدن آن را فشرده می کند که سبب همجوشی شده و نوترون های آزاد شده جذب فلز مایع شده و آن را گرم می کند و فلز وارد مبدل حرارتی گردیده و بخار تولید می کند. پیستون ها در هرثانیه یک ضربه وارد می کنند و 100 مگاوات الکتریسیته تولید می کند.

یکی از مشکلات اصلی هم جوشی هسته ای،تامین پلاسما است. برای تولید آن به یک انژکتور که در دمای 3میلیون درجه کار می کند نیاز است همچنین پلاسما در اثر فشار ،منحرف می گردد که برای حل این مشکل زمان بندی پیستون ها بسیار دقیق باشد و نیاز به یک ابزار کنترلی بسیار کارآمد است تا مانع انحراف پلاسما گردد که این امر بادانش الکترونیک بسیار آسان گردیده است.

 

نیروگاه های معروف به شرح زیر است:

JET(joint European tours)  این راکتور هم جوشی 16MW انرژی با مصرف 17MW انرژی تولید  می کند که در سال 1997 به بهره برداری رسید و به عنوان نقطه عطفی در تولید انرژی به روش هم جوشی محسوب می شود.

NIF(national ignition facility): که یک راکتور به روش لیزر در امریکا ا است که موفق شده تا انرژی بیشتری نسبت به انرژی مصرفی تولید کند.

ITER: یکی از بزرگترین ژنراتورهای احداث شده تا زمان حاضر است این پروژه با همکاری چندین کشور در جنوب فرانسه احداث شده است و 500MW انرژی با مصرف تنها50MW انرژی تولید خواهد کرد.

 

سخن آخر:

در چندین دهه اخیر فناوری تولید انرژی به روش جوش هسته ای در دسترس بشر بوده است ولی متاسفانه تحقیقات و سرمایه گذاری چندانی روی آن صورت گرفته که از دلایل اصلی آن سیاست های دولت ها در این زمینه است برای نمونه ITER می توانست در سال 2000 یا 2005 ساخته شود ولی وجود مسائل سیاسی و دشواری همکاری بین المللی سبب این تاخیر شده است برای نمونه 3سال طول کشید تا مکان ساخت این نیروگاه انتخاب شود.

این پیشرفت ها با هزینه 1 میلیارد دلاری در سال محقق شده است که می توان با هزینه صورت گرفته با صنعت تلفن های همراه مقایسه کرد.مجموع هزینه صورت گرفته در این صنعت 1000 میلیارد دلار بوده است!که در مقایسه با صنعت جوش هسته ای بسیار زیاد است .

مطابق نمودار تولید انرژی به وسیله جوش هسته ای با قانون مور منطبق است:

نکته قابل توجه این است که این فناوری از قانون مور پیروی می کند در حالی که هزینه های صورت گرفته در این صنعت با صنعت نیمه رسانا قابل مقایسه نیست چنانچه این سرمایه گذاری به جای صنعت موبایل در جوش هسته ای صورت می گرفت ،جهان از سوخت بی نهایت،پاک و ارزان بهره می برد.

همچنین  هزینه یارانه در گردش صنعت نفت ،گاز و انرژی های تجدید پذیر 650 میلیارد دلار در سال است که سهم گداخت هسته ای 0.5درصد است.

 

 

 

بازدید 3754 بار
آخرین ویرایش در چهارشنبه, 25 شهریور 1394 ساعت 08:26

ارتباط با ما

آدرس

ایران - تهران - دانشگاه علم و صنعت - دفتر مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه.

تلفن و فکس

77240664 - 021

021 - 77240667

ایمیل

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید