عنوان :

پایان نامه مطالعه بر روی نقش کاهش تریتیوم در تعیین بهره واکنش

همجوشی DT و تعیین برد بهینه با در نظر گرفتن احتراق سریع

تعداد صفحات : ۱۴۶

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

مقاله حاضر در ۵ فصل طراحی شده است. در فصل اولبه معرفی عوامل موثر در همجوشیDT  پرداخته و واکنشهای همجوشی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. در ادامه به معرفی راکتور توکامک و ساختار وتوان آن پرداخته و آن را از لحاظ اقتصادی بررسی می‌کنیم. سپس به همجوشی ازطریق فشردگی اینرسی (ICF) پرداخته است. در فصل دوم دینامیک احتراق سریع ومدلهای فراصوتی وفرو صوتی را بررسی کرده وبرد بهینه برای فرایند احتراق سریع و مزیتهای آن را بررسی می‌کنیم. در فصل سوم سوخت هایی که به طورغالب شامل دوتریوم با مقدار جزئی تریتیوم هستند و از طریق مفهوم احتراق گرهای سریع همجوشی می کنند، در آن ها انرژی محرک توسط پروتون های پر انرژی تولید می شود.

 یکی از هدف های کنونی ما بررسی بهره سوخت  با انتخاب درصد کسربسیار ناچیز سوخت تریتیوم، ، در دستاوردهای جدید، از طریق مفهوم احتراق گرهای سریع است. سوخت ابتدا تا چگالی فوق العاده بالا در زمانی که نزدیک به ماکزیمم زمان فشردگی است، توسط منبع خارجی با تمرکز زیاد، فشرده می شود و لکه داغ احتراقی با توان بسیار بالا با استفاده از الکترون های داغ که از پرتو لیزر پر توان تولید می شوند،به وجود می آید. احتراق گرهای سریع تحت استانداردهای دارای مزایایی هستند که در آن ها احتراق به وسیله یک نقطه داغ شروع می شود که لکه داغ نیز به نوبه خود از تخریب پوسته انفجاری تولید می شود. به علاوه احتراق گرهای سریع اساسا تقارن انفجار و پایداری تجهیزات را کاهش داده و بهره بالاتری را با انرژی محرک کمتری بدست می دهند خصوصیت دیگر احتراق گرهای سریع مربوط به چگونگی تهیه ساختار سوخت مورد استفاده در آن ها می باشد. برای سوخت که از طریق احتراق گرهای سریع همجوشی می کند، از ترکیب سوخت  (دارای چگالی های یکسان)، در حالی که برای حالت تجاری و استاندارد که در راکتورهای همجوشی استفاده می شود، از ترکیب سوخت (فشار یکنواخت با لکه داغ مرکزی) استفاده می شود. انواع ترکیبات مربوط به سوخت های عبارتند از:سوخت های دوتریوم با تریتیوم جزئی، سوخت های بدون تریتیوم، سوخت های بدون نوترون

و سپس از آن به مقایسه ترکیبات سوخت هم چگال با ترکیبات سوخت هم فشار می‌پردازیم. از طرفی باتوجه به نیمه عمر کم تریتیم ومیزان کم تریتیم موجود در طبیعت ، نقش کاهش تریتیوم در تعیین بهره واکنش‌های همجوشی دوتریوم تریتیوم با در نظرگرفتن فرآیند احتراق سریع از طریق در دو حالت مورد مطالعه قرار می‌دهیم. در حالت نخست آن را در فصل سوم  بدون در نظر گرفتن فرآیند نشت وتزریق، معادلات توازن مربوط به آن را حل کرده و کسر مصرفی سوخت برای دوتریوم تریتیوم را معرفی می کنیم و انرژی احتراق در سوخت DT و بهره انرژی همجوشی را تخمین می‌زنیم. حالت دوم آن را در فصل چهارم نقش کاهش تریتیم در تعیین بهره واکنش­های همجوشی دوتریم تریتیم را با در نظر گرفتن چشمه  تریتیم و دوتریم وفرآیند نشت وتزریق و توانهای موثر در فرآیند همجوشی و توان کل و انرژی کل دوتریم و تریتیم در همجوشی آنها مورد توجه قرار داده و برای اولین بار به بررسی وابستگی دما نسبت به زمان در این حالت پرداخته و بهره انرژی همجوشی در حضور چشمه دوتریم و تریتیم را محاسبه می کنیم ودر فصل پنجم درمحاسبات خود به این نتیجه می رسیم که در دمای  که سطح مقطع همجوشی ماکزیمم بوده و در نتیجه بیشترین احتمال همجوشی وجود دارد،  بسته به توانایی ما در ساخت سیستمی با  مناسب  می توان با کسر بسیار جزئی تریتیم  بهره کل بزرگتر از ۲۰۰ که بهره مطلوب می باشد را بدست آورد. نتیجه دیگرآنکه همجوشی D-T در حضور چشمه دوتریم و تریتیم بهره وانرژی بیشتری را در مقایسه با حالت نخست به ما می‌‌دهد.

واژه های کلیدی: همجوشیDT، راکتور توکامک، فشردگی اینرسی، دینامیک احتراق سریع ، مدلهای فراصوتی وفرو صوتی، تریتیوم، سوخت هم چگال، سوخت هم فشار وبرد بهینه

فهرست مطالب

چکیده    ۱
فصل اول
همجوشی
۱-۱-عوامل موثر درهمجوشی    ۳
۱-۲-واکنشهای همجوشی    ۵
۱-۳-همجوشی گرما هسته ای    ۷
۱-۴-توازن توانی    ۱۰
۴-۱- ۱ – توان گرما هسته ای    ۱۰
۴ -۱- ۲ – اتلاف انرژی     ۱۱
۴-۱- ۳ – گرمادهی ذرات      ۱۲
۵-۱ – احتراق    ۱۲
۵-۱-۱- شرایط احتراق     ۱۲
۵-۱- ۲ – رسیدن به احتراق     ۱۵
۱-۶-توکامک    ۱۷
۷-۱- راکتور توکامک    ۲۲
۷-۱- ۱- ساختار راکتور     ۲۲
۷-۱- ۲- پارامترهای راکتور     ۲۴
۱-۷-۳ –   توان راکتور     ۲۷
۱-۷- ۴ – ناخالصیها     ۲۹
۱-۸ – منابع سوخت    ۲۹
۱-۹- علم اقتصاد توکامک     ۳۲
۱-۱۰- بررسی توکامک    ۳۴
۱-۱۱ : همجوشی از طریق فشردگی اینرسی ICF))    ۳۸
فصل دوم
بررسی دینامیک احتراق سریع
مقدمه    ۴۴
۲-۱- بررسی فرایندمدل احتراق سریع    ۴۵
۲-۲- مدل های تحلیلی برای بررسی دینامیک احتراق سریع    ۴۷
۲-۲-۱- مدل فروصوتی    ۴۷
۲-۲-۲- مدل فوق صوتی    ۵۹
۲-۳- برد بهینه ی پالس پروتونی برای راه اندازی احتراق سریع۶۶
۲-۴- مزیتهای اصلی احتراق سریع    ۶۷
۲-۵- انفجار سریع با لیزر petawatt    ۶۹
۲-۶بهره هدف    ۷۰
فصل سوم
بررسی نقش کاهش تریتیوم در تعیین بهره واکنش های همجوشی دوتریوم تریتیوم با در نظر
گرفتن احتراق سریع از طریق بدون در نظر گرفتن فرایند نشت وتزریق
مقدمه    ۷۴
۳- ۱- مقایسه ترکیبات سوخت هم چگال  با ترکیبات سوخت هم فشار ۷۵
۳- ۲- کسر مصرفی سوخت برای دوتریوم تریتیوم    ۷۶
۳-۳-  تخمین انرژی احتراق در سوخت DT         ۸۳
۳- ۴- بهره انرژی همجوشی    ۸۴
فصل چهارم
نقش کاهش تریتیم در تعیین بهره واکنش¬های همجوشی دوتریم، تریتیم با در نظر گرفتن چشمه
تریتیم و دوتریم و توانهای موثر در فرایند همجوشی
۴-۱- معادلات تعادلی برای همجوشی دوتریم – تریتیم با حضور چشمه دوتریم و تریتیم    ۹۲
۴-۲- بررسی چگالی توان و چگالی انرژی در همجوشی دوتریم – تریتیم با حضور چشمه
دوتریم و تریتیم    ۱۰۹
۴-۳-  بررسی دما در همجوشی دوتریم تریتیم    ۱۱۷
۴-۴- بهره انرژی همجوشی در حضور چشمه دوتریم و تریتیم    ۱۱۹
فصل پنجم
بحث ونتیجه گیری    ۱۲۹
مراجع    ۱۳۲

مراجع

[۱]Doran,T.J.Fusion research.prtgamon press,Newyork(1982)

[۲]Miyamoto,k.plasma     of nuclear fusion ,2nd edn.MITPress,Cambridge, Mass.(1989).

[۳] Taller,E.(ed.).fusion.Academicpress,London(1981)

[۴]keishiro,Nuclearfusion,Tokyo Institue of Technology English Edition(1989)

[۵]Rand McNally,R.and et al.Fusion Reactivity,OakRidge Nat.Lab(1979)

[۶]Lawson,J.D.some criteria for apower production thermonuclear reactor,Proceedings of the physical society(1986)

[۷]Artsimovitsh ,L.A. Tokamak device.NuclearFusion215(1972)

[۸] Conn,R.W.Magneticfusion reactor.Fusion(ed.E.Teller)Vol.1,AcademicPress, Newyork(1981)

[۹]Gross,J.Fusion energy.Willey,NewYork(1984)

[۱۰]Thegeneral subjecct of fuel resource is discussed in Lapedes,D.N.(ed.)

Encyclopedia of energy. McGraw-Hill,Newyork(1971)

[۱۱]Conn, R.W.etal.Economics,safety and environ mental  Prospects of  fusion

Reactors.Nuclear Fusion30,1919(1998)

[۱۲]Krakowaski,R.A . and Delene,j.G .connection between physics and

Economics for tokamak fusion power plants. J.Fusion Energy7,49(1988)

[۱۳]Pfirisch,D.andschmitter, K.H Conference on energy option .London, I.E.E.

 همجوشی

۱-۱ – عوامل موثر درهمجوشی

اگر یک هسته دوتریوم با یک هسته تریتیوم همجوشی پیدا کند، یک ذرهتولید می شود و یک نوترون آزاد می گردد. ترکیب جدید هسته ای باعث کاهش جرم کل و در پی آن کاهش انرژی به صورت کاهش انرژی جنبشی محصولات واکنش می شود. انرژی که آزاد می شود MeV 17.6 بر هر واکنش است. در مقیاسهای ماکروسکوپیک، تنها۱ کیلوگرم از این سوخت، انرژی  آزاد خواهد کرد و نیازهای یک نیروگاه (الکتریکی) ۱GW را برای یک روز تأمین می کند. دوتریوم یک منبع فراوان است اما تریتیوم به طور طبیعی یافت نمی شود. اما باید امکان استفاده از نوترونهای آزاد شده در واکنش هسته ای برای تولید تریتیوم از لیتیومی که ذخایر فراوانی دارد، وجود داشته باشد. برای القای همجوشی هسته های دوتریوم و تریتیوم، به سبب بارهای مثبت آنها، غلبه بر رانش متقابل لازم است و همچنین نیز به سبب اینکه سطح مقطعهای همجوشی در انرژیهای پایین، کوچک است. به هر حال، سطح مقطع با انرژی افزایش پیدا می کند و به یک مقدار حداکثر ۱۰۰KeV می رسد وهمچنین  اگر ذرات سوخت قبل از اینکه انرژیشان را از دست بدهند بتوانند تولید شوند،یک توازن انرژی مثبت امکان خواهد داشت. برای دستیابی به این منظور، ذرات باید انرژی شان را حفظ کرده و مدت زمانی کافی در منطقه واکنشی باقی بمانند. بطور دقیقتر، حاصلضرب این زمان و چگالی ذرات واکنش کننده باید باندازه کافی بزرگ باشد. بهترین روش فراهم کردن انرژی، گرم کردن سوخت دوتریوم- تریتیوم تا دمایی باندازه کافی بالا است تا جایی که سرعتهای گرمایی هسته ها باندازه ای بالا باشد که واکنشهای مورد نیاز را تولید کنند. همجوشی که به این روش ایجاد می شود همجوشی گرما هسته ای نامیده می شود. دمای بهینه باندازه دمای مربوط به انرژی سطح مقطع بیشینه  بالا نیست، زیرا واکنشهای مورد نیاز، در بخش پایانی پر انرژی ذرات گرم شده با توزیع ماکسولی اتفاق می افتد[۱]. دمای مورد نیاز، تقریباً ۱۰keV است، که تقریباً ۱۰۰ میلیون درجه سانتی گراد است. در چنین دمایی، سوخت کاملاً یونیزه می شود. بار الکترواستاتیکی یونهای هسته ای بوسیله حضور تعدادی مساوی از الکترونها خنثی شده و گاز خنثی حاصل، پلاسما نامیده می شود.چون چنین دماهای بالایی از محدودیت بوسیله دیواره های مادی جلوگیری می کند، روش محدودیت دیگری مورد نیاز است. توکامک (tokamak) چنین روشی را پیشنهاد می کند. در یک توکامک، ذرات پلاسما در یک منطقه چنبره ای (toroidal) بوسیله یک میدان مغناطیسی محصور می شود، و بوسیله میدان در مدارهای چرخشی کوچکی نگه داشته می شود. بوسیله این ابزار می توان آن یونها را طوری آرایش داد تا فاصله ای باندازه یک میلیون برابر ابعاد ظرف را قبل از اینکه به دیواره برسند، طی کننداگرچه دمای مورد نیاز، چگالی و زمان محدودیت، همگی در توکامکها بدست آمده اند، اما در همان پلاسما بدست نیامده اند. به هر حال، پیشرفت به سوی این هدف چشمگیر بوده و توان گرما هسته ای بیشتر از شصت درصد انرژی ورودی بدست آمده است. قدم بعدی رسیدن به احتراق است، که با وجود سوختهای فسیلی، فرآیند احتراق بدون گرمادهی بعدی، خودنگهدار (self-sustaining) می شود. شکل وابستگی سطح مقطع همجوشی به انرژی، خوشبختانه اجازه می دهد که شرط احتراق تقریباً به شکل زیر توصیف شود[۲]:

 که  و ، چگالی یونی پیک و دمای یونی پیک در پلاسما بوده و زمان محصور سازی است. پیشرفت در مقدار بدست آمده این پارامتر در طی سالیان، در شکل (۱-۱) نشان داده شده است.

۱-۲- واکنشهای همجوشی

تا میزان زیادی، بهترین حالت واکنش هسته ای این است که در آن هسته های دوتریوم و تریتیوم با هم همجوشی کرده و یک ذره آلفا با آزاد کردن یک نوترون به شکل زیر ایجاد شود:

 واکنش در برخوردهای بین ذرات بوجود می آید و بنابراین سطح مقطع واکنش از اهمیت اساسی برخوردار است. سطح مقطع در انرژیهای برخوردی کم، کوچک است زیرا سد کولنی از رسیدن هسته ها به درون ابعاد هسته ای جلوگیری می کند. پتانسیل در شکل)۱-۲) توصیف شده است.باید توجه داشت که در شکل)۱-۲) انرژی پتانسیل در بینهایت صفر درنظر گرفته میشود به سبب تونل زنی مکانیک کوانتومی، همجوشی  D-T در انرژیها تا اندازه ای کمتر از انرژی مورد نیاز برای غلبه بر سد کولنی، اتفاق می افتد. سطح مقطع واکنش در شکل (۱-۳)داده شده و دیده می شود که حداکثر سطح مقطع در تقریبا بالای ۱۰۰KeV اتفاق می افتد[۳].

۱-۳- همجوشی گرما هسته ای:

محاسبه آهنگ وکنش در یک پلاسمای D-T داغ، به یک انتگرال گیری روی توابع توزیع هر دو گونه نیاز دارد. آهنگ واکنش بر واحد حجم بین ذرات یک گونه با یک سرعت  و ذرات گونه دیگر با سرعت  به شکل زیر است:

 اگر سطح مقطع  برای واکنشهای D-T که در بخش ۱-۲ داده شد، در انتگرال رابطه  (۱-۱)گذاشته شود، آهنگ واکنش  بدست می آید که  در شکل (۱-۳)داده شده است. برای یک چگالی یون معین، حداکثر آهنگ برای  بدست می آید. در دماهای مورد علاقه، واکنشهای همجوشی بطور عمده ای از انتهای توزیع حاصل می شوند. این در شکل(۱-۴)توضیح داده شده که انتگرال ده معادله (۱-۲)بر حسبهمراه با دو فاکتور  و  برای D-T پلاسما در دمای ۱۰۰keV کشیده شده است.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .