FT-U

Italy

۰٫۹۲

۱٫۲

۷٫۵

–

۱۹۸۸

TC-V

CHINA

۰٫۶۷

۱٫۲

۱٫۴۳

۴٫۵

۱۹۹۲

تا زمانیکه شعله کشی آغاز شود پلاسما باید به شدت از خارج گرم شود. سه مکانیزم برای گرم کردن استفاده می­ شود، گرم کردن اهمی، گرم کردن توسط امواج با فرکانس بالا، و به وسیله تزریق اشعه های ذرات خنثی.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

طرح گرم کردن اهمی: برخورد ذره­ها در پلاسما یک مقاومت پلاسما را بوجود می ­آورد، گرم کردن مطلوب از طریق این مقاومت وقتی که جریان از پلاسما عبور می­ کند بوجود می ­آید. اگرچه مقاومت پلاسما با افزایش دما کاهش می­یابد و فقط می­توان از آن در مراحل ابتدائی گرم کردن از آن استفاده نمود. بعد از آن مکانیزم های دیگر گرم کردن باید بکار رود.
گرم کردن از طریق امواج فرکانس بالا این مطلب را نشان می­دهد که در میدان مغناطیسی ویژه مدهای مختلفی برای یونها و الکترون های پلاسما وجود دارد. تابش امواج الکترومغناطیسی با فرکانسهای همسان می ­تواند به تشدید بیانجامد. و ذرات این انرژی ها را دریافت می­ کنند که موجب آهنگ بالای برخورد هسته­ها می­ شود. ویژه مدهای خاص که برای گرم کردن توسط امواج فرکانس بالا استفاده می­ شود موجب حرکت دایره­ای الکترون­ها و یون­ها دور خطوط میدان می­ شود. این ویژه مدها در شدت میدان مغناطیسی مربوطه برای یونها حدود ۱۰-۱۰۰ MHz و برای الکترون­ها ۶۰-۱۵۰ GHz می­باشد.
روش سوم برای گرم کردن پلاسما تزریق ذرات خنثی با انرژی چند ده کیلوالکترون ولت است. زمانی که ذرات وارد پلاسما می­شوند، توسط برخوردهای یونیزه می­شوند. و مانند ذرات سریع باردار دیگر در میدان مغناطیسی گرفتار می­شوند و انرژی خود را در برهمکنش با پلاسما در مدت زمان کوتاهی آزاد می­ کنند.
۱-۲-۱- نظریه مقدماتی همجوشی به روش محصورسازی اینرسی:
بر خلاف MCF، که سعی در محصورسازی پلاسما در چگالی های پائین (^۳- ۱۰^۱۴-۱۰^۱۵cm) برای چند ثانیه را داشت، ICF معیار لاوسن را از جهت دیگری برای برآورده می­ کند. در این جا زمان محصورسازی بینهایت کوتاه است (کمتر ازS 10^-10). اما چگالی نوعاً از (۱۰^۲۵ cm^-3) بزرگتر است (جدول (۱-۲) را ملاحظه کنید). در این طرح مقدار کمی از مواد قابل همجوشی به چگالی­ها و دماهای بسیار بالا توسط نیروی خارجی فشرده می­شوند.
شکل ۱-۵- طرحی از کپسول ICF در حالات مختلف.
که این با بهره گرفتن از کپسول کروی شامل یک پوسته کروی که توسط گاز دوتریوم و تریتیوم پر شده (کمتر از ) است انجام می­ شود. خود پوسته در لایه خارجی شامل موادی با عدد اتمی بالا می­باشد، که توسط D-T پر شده است، که توده سوخت را تشکیل می­دهد (شکل(۵-۱)). برای رسیدن به دما و چگالی بالای مورد نیاز برای همجوشی، کپسول احتیاج به اعمال انفجاری متقارن از انرژی تا حد ممکن دارد. انرژی مورد اعمال شده جهت انجام تمام فرایند­های مورد نیاز، بسیار بالا می­باشد. برای گرم کردن یک کپسول سوخت باقطر ۱ mm تا دمای ۱۰ keVنیاز به J 10⁵ انرژی است، که توسط نور شدید لیزر یا شعاع­های یونی امکان پذیر است. انرژی باید در حدود چند پیکو ثانیه به بخش بیرونی پوسته هدف برسد، پوسته گرم می­ شود، یونیزه می­ شود و به سرعت بخار می­ شود این فرایند را ابلیشن^[۱۱] (پراکندگی) می­نامند.
زمانی که بخش خارجی پوسته منفجر شد، بخش داخلی-اساساً سوخت- بعلت پایستگی تکانه با شدت به سمت مرکز کره شتاب می­گیرد. از بعضی جهات کپسول مانند یک راکت کروی رانشی عمل می­ کند. زمانی که سوخت به سمت مرکز کپسول انفجار رسید، تا چگالی­های بسیار بالا متراکم می­ شود و به دمای گرماهسته­ای می­رسد. تراکم حاصله توسط امواج شوک، سوخت را تا چگالی چند صد گرم بر سانتیمتر مکعب و دمای شعله کشیدن^[۱۲] همجوشی می­رساند، که در این زمان است که همجوشی شروع می­ شود. زمانی که همجوشی شروع شد، انرژی تولید شده توسط همجوشی یک فشار به سمت بیرون اعمال می­ کند که خیلی زود بر موج انفجاری به سمت داخل غلبه می­ کند و کپسول در مدت زمان کوتاهی منفجر می­ شود. در این روش چگالی و دمای مورد نیاز قابل دستیابی است. اما زمان محصورسازی چه می­ شود؟
زمان محصورسازی پلاسما توسط شعاع ® کپسول تعیین می­ شود. حرکت به سمت داخل توسط اموج حاصل از شوک بوجود می ­آید، که تقریباً با سرعتی برابر با سرعت صوت حرکت می­ کنند. زمان محصورسازی به طور تقریب توسط نسبت شعاع کپسول (حدود برای کپسول­های موجود) به سرعت صوت بدست می ­آید، یعنی . اما در شبیه سازی هایی با جزئیات بیشتر زمان­هایی در حدود ۲۰-۱۰ نانوثانیه واقعی­تر به نظر می­رسند.
در مورد ICF معیار لاوسن دوباره توسط رابطه بین چگالی سوخت و شعاع کره بیان می­ شود. برای کره­ای که آزادانه پراکنده می­ شود- که پراکندگی با سرعت صوت رخ می­دهد، زمان از هم پاشیده شدن توسط رابطه زیر تخمین زده می­ شود [۱۷]:
(۱۳-۱)
رابطه چگالی تعداد ذره با چگالی سوخت توسط داده می­ شود. با توجه به معیار لاوسن معادلۀ (۱۰-۱) داریم:
(۱۴-۱)
برای بازده دار بودن سوختن باید از معیار لاوسن بیشتر باشد. با بهره گرفتن از:
(۱۵-۱)
به تخمین اولیه زیر می­رسیم:
(۱۶-۱)
اگر مقاومت سوخت را نیز به حساب آوریم، کسر سوختن، ، در دمای سوختن۲۰-۴۰ keV به طور تقریب توسط رابطه زیر داده می­ شود:
(۱۷-۱)
رابطۀ بازده سوختن ( محصول همجوشی ) به طور مستقیم با کسر سوختن توسط داده می­ شود، که انرژی ویژه واکنش همجوشی می­باشد و ، جرم سوختی است که به سمت داخل انتشار یافته است.
در اوایل دهۀ ۱۹۶۰-۱۹۷۰ میلادی محققان تصور می­کردند که همجوشی از طریق محصورسازی لختی نسبتاً با سرعت انجام خواهد شد. زیرا دستیابی به انرژی مورد نیاز برای شروع واکنش سوخت زیاد به نظر نمی­­رسید. اما متأسفانه همۀ انرژی تولید شده بوسیله مولد انرژی را نمی­ توان برای شروع واکنش یا شعله کشی استفاده نمود. مقدار زیادی انرژی در فرآیندهای تبدیل از لیزر تا آخرین مرحلۀ سوختن هدر می­رود. این به این معنی است که برای تولید انرژی مورد نیاز همجوشی، به میزان قابل توجهی باید بیشتر از مقدار پیشبینی شده تولید شود و به مقدار قابل قبولی باید اتلاف انرژی کمینه شود.
مهمترین مرحله برای بررسی، بررسی روش تراکم سوخت تا چگالی بالا و دماهای بالا می­باشد. در روزهای اولیه تحقیقات همجوشی تصور می­شد که در انتهای مرحلۀ تراکم تمام سوخت باید تا شرایط همجوشی متراکم شود. این مفهوم به شعله­کشی حجمی معروف بود. که به این معنی بود که به مولد انرژی غیر واقعی تولید کننده ۶۰MJ انرژی نیاز داریم [۲۰].
در اینجا دو نکته کلیدی حائز اهمیت­اند: (۱) گرم کردن سوخت انرژی بر تر از متراکم کردن آن است. (۲) تراکم مواد داغ انرژی بر تر از مواد سرد می­باشد. به این دلایل بررسی مفهوم مشهور لکه داغ شکل (۱-۴) برای دستیابی به همجوشی مطلوب­تر به نظر می­رسد. در این رهیافت زمانی­ که انرژی مولد به سوخت می­رسد، سوخت با سرعتی در حال افزایش به سمت داخل حرکت می­ کند. نتیجه این شتاب این است که بخش داخلی سوخت با دمای بی­درروی بیشتری (keV ۱۰-۵) نسبت به بخش خارجی آن (۱ keV) متراکم می­ شود. هر دو بخش تا چگالی بالایی متراکم می­شوند، اما بخش داخلی داغ دارای چگالی کمتری ( ۱۰۰) نسبت به بخش خارجی ( ۸۰۰ ) است. چگالی کمتر بخش داخلی ناشی از این حقیقت است که سوخت با همان شتاب اولیه به سمت داخل پیش می­رود.
در داخل لکۀ داغ سوختن مواد همجوشی در ناحیه مرکزی آغاز می­ شود (که تقریباً حدود یک میلیمتر است و طول عمری حدود ( ps200-100) دارد). از آنجا جبهۀ سوزان گرماهسته­ای به سرعت به سمت بیرون در ناحیۀ اصلی سوخت انتشار می­یابد و بهره بالایی را بوجود می ­آورد. در اینجا بهره نسبت انرژی تولید شده توسط همجوشی به کل انرژی مصرفی در مولد انرژی شعاع لیزر می­باشد.
در طرح لکۀ داغ به این علت که مواد کمتری برای گرم شدن موجود می­باشد بازده بیشتری از اشتعال حجمی^[۱۳] دارد ( MJ2-1) و این مزیت را دارد که لایه سوخت خارجی چگال­تر دارای محصورسازی بهتری است. مطالعات نشاد داده که ساچمه باید طوری ساخته شود که لکۀ داغ مرکزی شامل دو درصد حجم کل سوخت باشد و گرم کردن لکه داغ و متراکم سازی سوخت به انرژی متناسب با آن نیازمند است. موضوع مهمی که باید به آن اشاره شود، این است که از هرگونه گرم کردن زودرس مواد تا حد امکان باید اجتناب شود، زیرا گرم شدن زودرس تراکم آن را بکلی به مخاطره می­ اندازد.
بجز شعله کشی حجمی یا لکه داغ، شعله­کشی دیگری نیز وجود دارد. اما در شرایط کنونی طرح غالب برای شعله­کشیدن یا شروع واکنش در ICF لکۀ داغ است. اطلاعات بیشتر در مورد شروع واکنش همجوشی حجمی در منابع [۲۱ و ۲۲] ذکر شده است.

-۲-۲-۱ مراحل همجوشی به روش محصورسازی اینرسی

توضیحات بالا تنها دورنمایی از شروع واکنش همجوشی و فیزیک سوختن به روش ICF ارائه می­دهد. در واقع مراحل مختلفی در فرایند ICF وجود دارند که به اختصار برای لکه داغ توضیح داده شد.
مرحلۀ برهمکنش: