Ali Pourahmad
30 یادداشت منتشر شدهکنترل زمانبندی پایداری پلاسما با استفاده از شیفت ۲ راکتور همجوشی هسته ای توکامک برای ایجاد سیکل متناوب در تولید انرژی
در این یاداشت بطور کوتاه و خلاصه به بررسی "شیفت زمانی پایداری پلاسما در 2 راکتور همجوشی هسته ای توکامک برای ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی" از سری مقالات منتشر شده من میپردازیم.
لازم به اشاره میدانم, یاداشت زیر تنها مختصری از بخش "مقدمه مقاله اصلی" است, لذا در صورت علاقمندی می توانید توضیحات فنی جامع و کامل این ایده را به تفصیل در بخش زبان فارسی وب سایت "سیاره علوم" www.sciencesplanet.com مطالعه و همچنین ویدیوی خلاصه فیلم این ایده را مشاهده فرمائید. ضمن احترام, این یاداشت بعنوان بخشی از مقاله نوآوری ها تحت قانون "مالکیت معنوی" بوده و صرفا جهت اطلاع رسانی عموم است لذا هر گونه کپی برداری و استفاده غیر مجاز از توضیحات, تصاویر تخصصی و ایده های بازگو شده در این یاداشت ممنوع می باشد.
استفاده از واکنش های هسته ای برای آزاد سازی انرژی به دو روش همجوشی (گداخت) هسته ای و شکافت هسته ای صورت می پذیرد. هر کدام از این دو روش دارای یک پروسه کاملا متفاوت هستند بدین صورت که در روش سنتی شکافت, با جداسازی و شکستن عناصر سنگین در یک اتم از طریق بمباران نوترونی یک ایزوتوپ بزرگ و سنگین, موفق به آزاد سازی انرژی می شویم اما در روش جدیدتر یعنی همجوشی (گداخت), ما عناصر سبکتر را به همدیگر نزدیک کرده تا با برخورد و ترکیب دو هسته(یون های مثبت) به یک اتم بزرگتر و سنگین تر, فرآیند همجوشی صورت پذیرد. با همین تعریف ساده از چگونگی واکنش هسته ای در این دو روش می توانیم به تفاوت اساسی چیدمان خطی این فناوری ها پی ببریم. آنچه واضح است امکان استحصال انرژی بسیار پاک و بی خطر از فناوری گداخت هسته ای است که در مقایسه با خطرات بالقوه پس ماند رادیواکتیو در روش شکافت هسته ای, فناوری در حال توسعه همجوشی به عنوان روشی محبوب و دوستدار محیط زیست مورد پذیرش همگان قرار گرفته است. هر چند در هر دو حالت شکافت و همجوشی، انرژی عظیمی از شکستن یا ادغام اتم ها آزاد می شود (زیرا جرم هسته نهایی کمتر از مجموع جرم ذرات اولیه می شود), اما تفاوت مهم این دو روش این است که در فرآیند فناوری همجوشی ما به چهار برابر توان تولیدی بیشتر در استحصال انرژی دست می یابیم که در کنار نداشتن خطرات پس ماند جانبی رادیواکتیوی, توسعه و انجام تحقیقات بر روی این فناوری مبحث توجه اکثریت شرکتهای متولی تولید انرژی در جهان قرار گرفته است.
پایداری پلاسما معمولا به سه روش محصور سازی از طریق جبر گرانش, جبر مغناطیس و جبر اینرسی صورت می پذیرد. در حال حاضر امکان استفاده از روش محصور سازی پلاسما از طریق گرانش بر روی زمین میسر نیست زیرا بدلیل نیاز به ترکیب چگالی بالا در جرم بهمراه دمای بسیار بالا, (ایجاد فشاری معادل 400 میلیارد مرتبه بیشتر از اتمسفر زمین) امکان عملیاتی کردن آن بر روی زمین مقدور نیست و تنها این ترکیب فیزیکی پیچیده در درون ستارگان سوزان و بزرگی نظیر خورشید قابل رخ دادن است. اما در روش معمول محصور سازی جبر مغناطیسی (MCF)امکان رسیدن به پایداری پلاسما با مقدار کمی سوخت دوتریوم و تریتیوم (چگالی کمتر از یک میلی گرم تنها در فشار چند اتمسفر) با استفاده از ایجاد جریان القایی و یونیزه کردن سوخت برای تبدیل شدن به گاز پلاسما توسط دستگاه توکامک وجود دارد. در روش محصور سازی از طریق جبر اینرسی نیز, پرتو های لیزر و یون بصورت محاسبه شده و دقیق بر روی لایه بیرونی سوخت دوتریوم و تریتیوم (به قطر چند میلی متر) متمرکز می شوند تا هسته سوخت هزاران برابر نسبت به چگالی اولیه آن فشرده تر گردد و شرط بروز گداخت در واکنش هسته ای فراهم گردد که جزئیات آن در مقاله اصلی قابل مطالعه است.
همانگونه که در میانه ویدیوی این مقاله قابل مشاهده است, جهت شروع فرآیند متوالی همجوشی هسته ای در ابتدا دستگاه توکامک A با استفاده از ذخیره اولیه مقادیر بالایی از انرژی بار الکتریکی (سوخت های فسیلی یا غیر فسیلی) توسط ترنسفورماتور ها و انتقال دهنده های ولتاژ الکتریسیته در کارگاه کار خود را آغاز می کند تا ولتاژ بالای الکتریکی با ورود به ماژول های سیستم های حرارتی, دمای مورد نیاز را برای شروع فرآیند اولیه همجوشی و ایجاد جریان القایی و یونیزه کردن سوخت برای تبدیل شدن به پلاسما توسط دستگاه توکامک فراهم کند. همزمان در این مرحله محفظه دستگاه از طریق پمپهای مولد خلا توربومولکولار و روتاری، به فشار بسیار پایین میرسد. سپس فشار عملیاتی محفظه، با کنترل اتوماتیک میزان تزریق گاز خالص هیدروژن از دریچه ورودی گاز تنظیم می شود. فشار محفظه خلا با استفاده از سنسور خلاسنج در طول فرآیند گداخت اندازه گیری میشود تا اختلاف میان فشار لحظه ای با فشار مطلوب به عنوان سیگنال ضریب انحراف شناسایی شده و توسط کنترل کننده هوشمند, استاندارد فشار مطلوب به فرآیند تزریق گردد. با آزاد سازی مقدار بسیار کمی از سوخت دوتریوم و تریتیوم در دمایی نزدیک به 100 میلیون درجه سانتیگراد ( دما بسته به سیستم دستگاه توکامک ممکن است کمتر نیز باشد) یک مدار الکترونیکی برای ثابت نگه داشتن فشار گاز در محفظه بر پایه میکروکنترل با استفاده از پمپ های توربومولکولار وارد عمل می شود تا فشار با تزریق مداوم مقدار صحیح گاز کنترل شود و تغییرات احتمالی در مقدار گاز وارد شده به سیستم در طول فرآیند جبران گردد. سیستم کنترل فشار یکی از زیرسیستم های اتاق کنترل یکپارچه در فرآیند همجوشی هسته ای است که بر مبنای استاندارد ATCA طراحی می شود لذا تثبیت و کنترل پروفایل فشار گاز در تکنولوژی خلا از اهمیت بسیار برخوردار است.
پس از آنکه دستگاه توکامک A با پیش فرض 10 دقیقه به سطح مطلوب راندمان عملیاتی خود برای ایجاد انرژی مازاد (نسبت به انرژی مصرف شده) رسید, انرژی عظیم مازاد حاصله از طریق مبدل های الکتریکی بازیابی شده و سپس صرف ایجاد یک ولتاژ الکتریکی بسیار قوی جهت تجزیه و یونیزه کردن گاز موجود در محفظه دستگاه توکامک B می شود. با ورود دستگاه توکامک B به مدار عملیات, دستگاه توکامک A از مدار عملیات خارج شده و سیستم های آن به حالت انتظار تا حصول انرژی مازاد از دستگاه توکامک B در می آیند. مدت زمان تقریبی 600 ثانیه برای مرحله عملیات (کارکرد) و 600 ثانیه جهت مرحله انتظار (خاموش) برای هر یک از دو دستگاه توکامک با پیش فرض حد واسط احتمال فشار و آسیب دمایی به تجهیزات در نظر گرفته شده است که در بخش توضیحات تکمیلی این مقاله بر روی نشریه رسانه سیاره علوم , زنجیره "کنترل زمانبندی پایداری پلاسما" و ساختار تشکیل دهنده این سیستم به تفصیل شرح داده شده است.
