همجوشی، برایتون، هلیومی، تریتیوم

ایجاد می کند.

شکل 1-9- واکنش دوتریم، تریتیوم. منبع: پروژه آموزش فیزیک معاصر
پیش بینی فعلی برای قرار ساخت و سازITER در سال 2018 با ماشین تولید اولین پلاسمای خود در سال 2019 به پایان می رسد. تکمیل توکامک با23000 تن وزن و 60 متر ارتفاع از سطح زمین صورت می گیرد. حجم پلاسما از 840 متر مکعب به بیش از هشت برابر می رسد. اجرای JET یک پلاسما در دمای 150 میلیون درجه سانتیگراد، تولید می کند. ITER امیدوار به تولید MW500 توان خروجی و MW 50 توان ورودی معادل با بهره انرژی برابر 10 است. هزینه ساخت و ساز برآورد 12.5 بیلیون یورو برآورد شده است.
1-4- نتیجه گیری
به عنوان یک منبع انرژی، همجوشی دارای پتانسیل بسیار زیادی است. این امر بسیار ایمن تر از شکافت است که در آن گرما و تابش حتی پس ازخاموشی واکنش نیز باقی میماند. در این مفهوم، دشواری ایجاد و حفظ یک واکنش همجوشی یک مزیت بزرگ است. یک واکنش همجوشی در دستگاه های خود باقی می ماند و طول عمر کوتاه دارد. همانطور که در شکل 9 مشاهده می شود، محصول حاصل از همجوشی گاز هلیوم است. نیاز به سوخت گذاری و نیاز به ذخیره زباله های رادیو اکتیو نیست. برخی از منتقدان، با این حال، به این واقعیت اشاره می کنند که تریتیوم خود رادیواکتیو است. این درست است، اما نیروگاه های همجوشی تریتیوم زیادی را در سایت نگه نمیدارند، و نیمه عمر تریتیوم تنها 12.33 و نسبتا کوتاه است. دیگر منتقدان استدلال می کنند که تریتیوم یک ماده بسیار نادر است، و خرید آن دشوار است. درست است که تریتیوم نادر است. تخمین زده می شود که تنها 20 کیلوگرم تریتیوم در پوسته زمین وجود داشته باشد. با این حال، از طریق یک فرایند شناخته شده به عنوان زایش تریتیوم، تریتیوم اضافی را می توان در توکامک تولید کرد. ITER با استفاده از بلانکت هایی که شامل لیتیم است سعی می کند تولید تریتیوم کند. این واکنش به صورت زیر انجام می شود:
■([email protected])LI+ ■([email protected])n ■([email protected])He+ ■([email protected])H+4.8 MeV
لیتیوم 6 تنها 7.5٪ از لیتیم طبیعی را در بر میگیرد به این معنی است که از آن به عنوان منابع محدود برای همجوشی استفاده می شود. اما با نوترون سریع، تریتیوم را می توان با استفاده از لیتیوم 7 تولید کرد که حدود92.5٪ لیتیوم طبیعی را تشکیل می دهد. با راهنماییهای نتایج حاصل از آزمون ITER ، دانشمندان امیدوارند که DEMO قادر خواهد بود با موفقیت به پیاده سازی تولید تریتیوم بپردازد. دوتریوم، از سوی دیگر، فراوان است و می تواند از آب دریا استخراج شود.
تنها چیزی که در انرژی همجوشی نقش بازی خواهد کرد دورشدن مردم جهان از انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باقی مانده است. با مشاهده توان همجوشی، در بهترین شرایط تا نیمه دوم قرن بیست و یکم در دسترس نمی باشد، دیگر منابع انرژی جایگزین به عنوان منابع اصلی استفاده خواهند شد. منابع انرژی تجدید پذیر مانند خورشید و باد، در حال حاضر در حال اجرا هستند. از آنجا که سوخت های فسیلی محدود است و تقاضای انرژی افزایش می یابد، قیمت سوخت های فسیلی باید بالا برود، بنابراین ساخت سواحل و منابع انرژی جایگزین رقابتی تر می شود.
با آهنگ فعلی ، همجوشی باید در مرحله نهایی نقش اقتصادی داشته باشد، پس از حل و فصل مشکلات همجوشی آماده تجاری سازی خواهد شد که با ترکیب انرژی جدید متناسب می شود. تا آن زمان زیرساخت منابع جایگزین انرژی تجدید پذیر وجود خواهد داشت. اما این به آن معنی نیست که جایگاهی برای همجوشی وجود نخواهد داشت.. از آنجا که طبیعت متناوبا انرژی خورشیدی و باد را متناسب با تقاضا بیست و چهار ساعته درهر شبانه روز در اختیارمان قرار نمی دهد، همجوشی می تواند این خلاء را پر کند و هسته ارائه دهنده تقاضای انرژی در آینده باشد .
چشم انداز انرژی همجوشی به طور همزمان چالش های بسیار زیاد و شانس موفقیت بی اندازه را فراهم می کند. به طبع آن از آغاز ، همکاری های بین المللی برای پژوهش های انرژی همجوشی ادامه خواهد داشت. اگر چه هنوز موانع بسیاری برای غلبه بر مشکلات با ایجاد ITER و مفهوم DEMO وجود دارد، همجوشی یک طرح واضح و روشن عملی است. و هنگامی که آماده پیوستن به چشم انداز انرژی جدید قرن بیست و یکم باشد ، بدون شک نقش مهمی بازی می کند.

مطلب مرتبط :   کشمکش، منوچهر، ایرج، شاه

فصل دوم
طراحی و تحلیل چرخه های توانی برایتون هلیومی برای رآکتور HiPER

2-1- چکیده
چرخه های برایتون هلیومی مطالعه شده به صورت چرخه های توانی هم برای رآکتورهای شکافت و هم رآکتور های همجوشی، بازده گرمایی بالایی را نشان داده اند. این پایان نامه به مطالعه چندین طرح تکنولوژیکی مربوط به چرخه های برایتون هلیومی بکار رفته برای رآکتور پیشنهادی Hiper می پردازد. از آنجایی که Hiper در کوتاه مدت تکنولوژی های موجود را ادغام می کند شرایط کاری آنها منجر به دمای بیشینه پایین منابع انرژی می شود به گونه ای که عملکرد گرمایی چرخه را محدود می کند. هدف این کار تحلیل توانایی چرخه های برایتون هلیومی به عنوان چرخه های توانیHiper می باشد. چندین نوع چرخه برایتون هلیومی به منظور افزایش بازده گرمایی چرخه تحت شرایط Hiper بررسی شدند.
تاثیرات سرمایشی داخلی و گرمادهی مجدد به طور ویژه مورد مطالعه قرار گرفته است. تحلیل های حساسیت پارامترهای کلیدی چرخه و عملکردهای اجزا بر بازده گرمایی بیشینه همچنین انجام شده است. افزایش چندین مرحله ای سرمایشی داخلی در چرخه برایتون هلیومی برای دستیابی به بازده گرمایی بیش از 36% را مجاز شناخته شده و گنجایش روند گرمادهی مجدد همچنین افزایش تقریبا 1 درصدی برای رسیدن به بهره 37% را مجاز می داند. این نتایج تایید می کنند که چرخه های برایتون هلیومی از میان نامزد های چرخه توانی برای Hiper بایستی در نظر گرفته شوند.
چرخه های برایتون هلیومی بهترین گزینه برای تبدیل توانی رآکتورهای شکافت[1-5] و همجوشی [6-9] در آینده می باشند. نتایج بازده های گرمایشی زیاد مربوط به چرخه های برایتون هلیومی نشان می دهند که بازده این چرخه ها بیش از نتایج مشاهده شده مربوط به چرخه های رانکین نیرو گا ه های هسته ای فعلی هستند.
Hiper(تحقیق انرژی لیزری پرقدرت) پروژه ESFRi- EU است که هدف آن نشان دادن امکان تولید توان الکتریکی بوسیله همجوشی از طریق محصور شدگی اینرسی محرک-مستقیم می باشد. Hiper ادغام تکنولوژی های موجود در مدت زمان کوتاه را برای کمینه کردن خطرات توسعه می دهد. برای رآکتور پیشنهادی Hiper گزینه پوشش لیتیوم سربی خود خنک کننده (SCLL)پیشنهاد شده بود و دو پیکر بندی متفاوت از خنکسازی دیواره اول(FW) تنظیم شد.
روکش دیواره اول (IFWB ) و روکش دیوار اول مجزا(SFWB ) ادغام شدند. در پیکر بندی IFWBکل انرژی همجوشی راکتور توسط یک خنک کننده منفرد (LiPb)استخراج می شود حال آنکه در SFWBدو نوع خنک کننده وجود دارد . یک دسته خنک کننده دیواره اول(He) با برداشتن 22% از کل انرژی و دیگری که روکش را خنک می کند(LiPb) ومابقی 78% انرژی کل را بر می دارد. در کار قبلی]12[ یک چرخه توانی برایتون هلیوم ایده آل برای هر دو گزینه IFWB و SFWB و به جهت مقایسه آنها به لحاظ چرخه توانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. SFWBبازده گرمایی بالاتری ضریب به IFWBنشان داد.
این مطالعه به بررسی چندین پیکر بندی مربوط به چرخه برایتون هلیومی (شکل 2-1) برای تنظیم SFWB و به هدف افزایش بازده گرمایی چرخه توانی می پردازد. در اغلب مطالعات ارجاع داده شده در ابتدای مقدمه این بحث چرخه هلیومی در دمای بیشینه بالای 680 درجه عمل می کند در حالیکه این دما در رآکتور HiPERاز 480 درجه که کاملا از نقطه نظر ترمودینامیکی محدود می باشد تجاوز نمی کند. از این رو این مطالعه به تحلیل احتمالات چرخه های برایتونی به عنوان نامزدی برای چرخه توانی HiPERمی پردازد. تاثیرات این پروسه های خنک سازی داخلی و باز گرمایش به ویژه بر روی عملکرد بهینه چرخه مورد تحلیل قرار گرفته است. در آخر تحلیل هایی بر روی حساسیت کمی تاثیر پارامترهای کلیدی چرخه و عملکردهای جزیی حاکم بر بازده گرمایی بیشینه صورت گرفته است.
2-2- چرخه توانی برایتون هلیومی
پیکر بندی SFWB برای رآکتور HiPER دلالت بر دسترسی به دو منبع انرژی متفاوت دارد: خنک کننده اول که LiPbاست در صورتیکه خنک کننده دوم هلیوم است. جدول 1 داده های گرمایی آن ها را فهرست بندی می کند.
جدول2-1-داده های منبع انرژی مربوط به SCLL

مطلب مرتبط :   مصالح، مصلحت، مرسله، مقاصد

دماهای دو خنک کننده بوسیله مواد ساختاری تنظیم شده اند. EUROFER97برای روکش و EUROFER97-ODSبرای دیواره اول FWپیشنهاد می شوند. مهم ترین نکات بحرانی برای EUROFER97 تابش دهی القایی سخت شدنی و شیفت دمای گذار هادی- شکننده (DBTT) پس از تابش دهی در دماهای تقریبا پایین تر از 350 درجه می باشد. DBTTدر EUROFER تابش دهی نشده حدودا 90- درجه است اما زمانی که 300 درجه تا 8dpa تابش دهی می شود تا 40 درجه افزایش می یابد.[13]
نگهداری دماهای ورودی هر دو خنک کننده بالای 350 درجه احتمالا محافظه کارانه است. دمای ورودی