هاذا الموضوع بإذن الله سوف يلخص بإيجاز كيفية عمل مفاعلات الإندماج النووي، من أجل التبسيط قمت بتجاهل بعض الأجزاء المعقدة من الموضوع و لم أتعمق كثيرا في جزئياته.
أعتذر عن عدم القدرة على ترجمة بعض الصور التي هي بالإنجليزية أو الفرنسية نظرا لعدم وجود صور توضيحية بالعربية
سجل دخولك أو قم بالتسجيل الآن. لمشاهدة المحتوى المخفي
التنظيم
مــقدمة :
- ما هو الإندماج النووي ؟
- الإندماج النووي في النجوم
- الطاقة المحررة : بين الإندماج و الإنشطار
الــموضــوع :
- تاريخ الإندماج النووي المتحَكَم
- أنواع مفاعلات الإندماج النووي :
الإندماج المغناطيسي : توكاماك و ستيلاتور
خــاتـمـة :
- مستقبل مفاعلات الإندماج النووي
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
:بسم الله:
مــقدمة
ما هو الإندماج النووي ؟ ::بسم الله:
مــقدمة
الاندماج النووي هو تفاعل نووي تندمج فيه نويتان خفيفتان وتعطيان نواة أثقل، وهذه النواة الناتجة تكون في حالة من الإثارة تتخلص من الإثارة بإطلاق إشعاع أو جسيم. يمكن أخذ مثال اندماج نظائر الهيدروجين (الدوتيريوم H2 و التريتيوم H3) :
تعد تفاعلات دمج الديوتيريوم - التريتيوم واحدة من التفاعلات الأكثر منتجة للطاقة، ينتج عن هذا التفاعل ذرة الهيليوم والنيوترون مع طاقة متحررة تبلغ 17.6 ميجا إلكترون فولت طبقًا للمعادلة:
الإندماج النووي في النجوم :
أكبر مصدر للطاقة المركزة في الكون هو النجوم ، فهي تولد هذه الطاقة من الاندماج النووي الذي يبدأ في قلب النجم بـ "سلسلة pp" الهيدروجينية المؤينة التي تبدأ بـ الهيدروجين المؤين حسب المعادلة:
الطاقة المحررة : بين الإندماج و الإنشطار :
مقارنة صغيرة في الطاقة المحررة لكل نواة بين الانشطار والاندماج النووي تشير إلى أن تفاعل الاندماج يحرر طاقة أكثر بكثير من الانشطار :
إذا أخذنا مثال انشطار البلوتونيوم 239 واندماج 4 ذرات هيدروجين:
يمكننا أن نرى أن طاقة المحررة من الاندماج أكثر بكثير من الإنشطار ومن هنا إنطلقت فكرة محاولة تبني مصدر الطاقة هذا على الأرض.
الــموضــوع
تاريخ الإندماج النووي المتحَكَم :
في عام 1926 نشر عالم الفيزياء الفلكية الإنجليزي آرثر إدينجتون في كتابه "الدستور الداخلي للنجوم" نظرية اندماج الهيدروجين في النجوم، في عام 1934 إستطاع إرنست روثرفورد دمج الديوتيريوم إلى هيليوم وكانت أول تجربة اندماج في التاريخ وأيضًا ظهور أول نظير التريتيوم للهيدروجين بعد الاندماج.
في عام 1950 ، اقترح العالمان السوفيتيان أندريه ساخاروف وإيجور تام نموذجًا لمفاعل يقوم بسجن البلازما (الهيدروجين) مغناطيسيا تحت مسمى "توكاماك" وهو اختصار روسي لـ "الغرفة المغناطيسية الحلقية".
في العام الذي تلا عرض توكاماك ، سيقترح عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي ليمان سبيتزر نموذجا جديدًا لمفاعل الاندماج النووي وهو "ستيلاتور" الذي يستخدم أيضًا الحبس المغناطيسي.
من أجل خلق هذه الطاقة، نحتاج إلى وقود الديوتيريوم والتريتيوم، يمكن العثور على الديوتيريوم في الحالة الطبيعية في مياه البحر بوفرة، لكن بالنسبة للتريتيوم ، فإنه لا يوجد في الحالة الطبيعية ، نحتاج إلى إنشائه عن طريق قصف ذرة ليثيوم-6 بواسطة نيوترون بطيء وفقًا للمعادلة:
الإندماج المغناطيسي : توكاماك و ستيلاتور :
صورة لتوكاماك - arabic.nature.com
تم بناء هذا النوع من مفاعل الاندماج النووي وفقًا لهندسة طارة وهو عبارة عن أنبوب منحني مغلق على نفسه ، وتسمى خطوط قوة المجال المغنطيسي داخل الطارة مجالًا حلقيًا و تتناسب شدة هذا المجال مع المسافة إلى مركز الطارة.
يتبع مبدأ تشغيل هذا المفاعل الخطوات المرقمة التالية:
1- حقن خليط الديوتيريوم والتريتيوم داخل المفاعل:
يتم حقن الديوتيريوم والتريتيوم ويتم تسخينهما داخليًا بواسطة مغناطيس لولبي مركزي، وهذا التسخين يؤين جزيئات الهيدروجين ويتحول الغاز إلى الحالة الرابعة للمادة وهي البلازما ، بعد ذلك ،و خارجيا عن طريق حقن الجسيمات أو باستخدام موجات عالية التردد يتم تسخين البلازما أكثر. 2- السجن المغناطيسي للبلازما :
داخل هذه الطارة، يتم سجن البلازما التي تم إنشاؤها باستخدام 3 مجموعات من المغناطيسات القوية:
- يتم إستخدام المجموعة 1 لحث تيار البلازما على تسخينه وكذلك للمحافظة على المجال المغناطيسي واستقراره
- يتم إستخدام المجموعة 2 للحفاظ على البلازما بعيدًا عن الجدران وتثبيت شكله والمحافظة عليه
- يتم إستخدام المجموعة 3 لإنشاء حقل مغناطيسي حول الغرفة الفارغة داخل المفاعل
3- إنتاج الجزيئات السريعة والإشعاع بسبب الاندماج :
بعد سجن البلازما ، ودرجة حرارة هذه البلازما تصل إلى درجات حرارة لا تقل عن 〖10〗 ^ 7 K ، يتمكن الديوتيريوم والتريتيوم من الإندماج،و يعطينا هاذا رماد 2H و 3H و الهيليوم الذي سيتم إعادة تدويره مع انبعاث النيوترونات السريعة والإشعاعات. 4- إمتصاص الطاقة المنتجة :
يتم إبطاء النوترونات في حواجز الجدران الداخلية و يتم إمتصاص طاقة هذه النوترونات و الإشعاعات عبر تيار مائي بارد الذي يتحول إلى بخار لحضيا بفعل الحرارة الكبيرة5- إنتاج الكهرباء :
البخار الناتج يتم نقله عبر أنابيب التي بدورها تقوم بتوجيه البخار ذو الضغط جد عال نحو عنفات التي بدورانها تنتج الكهرباءستيلاتور :
يمكننا أيضًا إعطاء مثال على جهاز الألماني "Wendelstein 7-X" الذي يولد مجالًا مغناطيسيًا بواسطة مجموعة واحدة من ملفات ذات الطوبولوجيا المعقدة :
خــاتـمــة
مستقبل مفاعلات الإندماج النووي :
من الناحية النظرية ، يمكن أن تحل مفاعلات الاندماج النووي تقريبًا كل مشكلة نواجهها لكل نوع من إنتاج الطاقة لدينا الآن (توفر الوقود ، الآثار البيئية ، معدل السعر / ميجاوات ، السلامة. ..).
لإعطاء نظرة عن مستقبل من مفاعلات الإندماج النووي وسوف أعطي مثال مفاعل JET الأوروبي :
هذا المفاعل المصمم في عام 1979 هو أكبر توكاماك في العمل حتى الآن، وقد حقق 3 سجلات في مجال الاندماج النووي:
في عام 1997 ، قدم 21 ميغا جول من طاقة الاندماج D-T في نبضة واحدة
في عام 1997 بلغت ذروتها من الطاقة 16 ميغاواط الناتجة عن الاندماج النووي
تحقيق أفضل نسبة بين الطاقة المزودة والطاقة المنتجة حول Q≈ 0.65 (يمكن استخدام مفاعل الاندماج لإنتاج الكهرباء إذا كان بإمكانه توفير Q> 1).
حاليا يتم استخدام هذا المفاعل الآن كمنصة اختبار لـ ITER ، وهو مفاعل أكبر و من المقترب إكتماله سنة 2022، والذي نظريا سوف يعطي طاقة Q=10 أي جد كافية لإستخدامه لتوليد الكهرباء.
