Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Παραγωγή σωματιδίων άλφα και η συνεισφορά τους στο φαινόμενο θέρμανσης πλάσματος σε μηχανές σύντηξης

Daponta Chrysovalanti

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Tα τελευταία χρόνια, και ιδιαίτερα στις ΗΠΑ, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη Συμπαγών Συσκευών Μαγνητικής Σύντηξης (Compact Magnetic Fusion Devices - CMFDs). Αυτές λειτουργούν με ενδιάμεσες πυκνότητες πλάσματος: n ~ (1020 m-3 - 1024 m-3), σε σχέση με τις μηχανές μαγνητικής (MCF): n ~ 1019 m-3 ή αδρανειακής (ICF) σύντηξης: n ~ 1029 m-3. Οι Συμπαγείς Διατάξεις Μαγνητικής Σύντηξης εμφανίζονται κατάλληλες για βιομηχανικές εφαρμογές, στις οποίες συμπεριλαμβάνονται η μελέτη ενός πλάσματος MCF, οι δοκιμές παραγωγής ενέργειας μέσω σύντηξης, η διαστημική πρόωση και οι μελέτες γύρω από τα υλικά κατασκευής του χιτώνα των διατάξεων MCF. Σε σχέση με τις συμβατικές μηχανές Tokamak και ICF, το τελικό κόστος (κατασκευής - λειτουργίας) των συσκευών CMFD είναι τουλάχιστον εκατό (100) φορές χαμηλότερο.Οι συμβατικές μηχανές μαγνητικού (MCF) και αδρανειακού (ICF) περιορισμού, όπως επίσης και οι αναπτυσσόμενες Συμπαγείς Διατάξεις Μαγνητικής Σύντηξης (CMFD), θεωρούν ως επί το πλείστων, τα πυρηνικά καύσιμα του Δευτερίου - Τριτίου (D - Τ) και του Υδρογόνου - 11Bορείου (p – 11B). Εν τούτοις, η πυρηνική αντίδραση: D + T → (_2^4)He+ n, δεν αποτελεί τον ιδανικό υποψήφιο για την παραγωγή “καθαρής” ενέργειας, καθόσον απελευθερώνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της, υπό τη μορφή ακτινοβολίας νετρονίων υψηλής ενέργειας {1 νετρόνιο (n), ενέργειας 14.1 MeV, ανά αντίδραση σύντηξης}. Η πυρηνική αντίδραση: p + 11B → 3 (_2^4)He από την άλλη πλευρά, όχι μόνο εκπέμπει λιγότερο (<) από το 1.0 % της συνολικής της ενέργειας, υπό τη μορφή ακτινοβολίας νετρονίων, αλλά και παράγει τρία (3) ισο-ενεργητικά, φορτισμένα σωματίδια άλφα ((_2^4)He), με συνολική ενέργεια στα 8.7 MeV. Το τελευταίο ποσό ενέργειας μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, με αποδοτικότητα ~ 60 – 70 %, δίχως την απαίτηση ενός θερμοδυναμικού κύκλου. Πρόσφατα πειράματα της διεθνούς βιβλιογραφίας μετρούν την παραγωγή σωματιδίων άλφα από πυρηνικές αντιδράσεις p-11B, οφειλόμενες στην αλληλοεπίδραση μίας δέσμης πρωτονίων υψηλής ενέργειας, παραγόμενης μέσω δέσμης laser, με ένα στερεό στόχο ή ένα στερεό πλάσμα Βορείου (διατάξεις δέσμης - στόχου). Καθόσον στην προκειμένη περίπτωση, η παραγωγή σωματιδίων άλφα εξαρτάται από την αρχική ενέργεια της δέσμης των πρωτονίων, την αρχική πυκνότητα και την θερμοκρασία του μέσου Βορείου, αλλά και την χρονική εξέλιξη όλων αυτών των παραμέτρων, οι διατάξεις δέσμης – στερεού στόχου (ή μέσου) παράγουν τελικά, ένα σχετικά μικρό αριθμό σωματιδίων άλφα. Τη βασική κύρια δυσκολία της έρευνας που πραγματοποιείται γύρω από την αντίδραση σύντηξης p-11B, αποτελεί η αποδοτικότητα της ενεργής της διατομής (cross section), σε θερμοκρασίες πλάσματος υψηλότερες των 250 keV. Σε αυτές τις τόσο υψηλές θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια του πλάσματος p-11B, σαν αποτέλεσμα της επιτάχυνσης τους από το ηλεκτρικό πεδίο άλλων φορτισμένων σωματιδίων (πρωτόνια ή ατομικούς πυρήνες), εκπέμπουν έντονη ακτινοβολία Bremsstrahlung, Η ακτινοβολία Bremsstrahlung αποτελεί τον κύριο μηχανισμό απώλειας ενέργειας του καυσίμου p-11B, που εμποδίζει την ανάφλεξη του {Q = (Pfus / PBrems) ≥ 1, όπου: Pfus η παραγόμενη ισχύς σύντηξης και PBrems οι απώλειες ισχύος της ακτινοβολίας Bremsstrahlung}. Προκειμένου να ξεπεραστεί η δυσκολία της αποδοτικότητας της πυρηνικής ενεργής διατομής, προτείνεται ο σχηματισμός του πλάσματος σύντηξης p-11B στο εσωτερικό μίας Συμπαγούς Διάταξης Μαγνητικής Σύντηξης (CMFD). To πλάσμα πρωτονίων και ιόντων Βορείου θα προκύπτει από την αλληλοεπίδραση δύο (2) δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας {μίας δέσμης πλάσματος πρωτονίων και μίας δέσμης πλάσματος ιόντων Βορείου}, στο εύρος ενεργειών 100 keV – 300 keV. Στο εσωτερικό του σχηματιζόμενου πλάσματος σύντηξης, τα παραγόμενα σωματίδια άλφα των πυρηνικών αντιδράσεων p-11B θα μεταφέρουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας τους, μέσω δυαδικών συγκρούσεων Coulomb, στα πρωτόνια και τα ιόντα Βορείου (φαινόμενο αλυσιδωτών αντιδράσεων και σχετικό φαινόμενο θέρμανσης πλάσματος, από τα παραγόμενα σωματίδια άλφα των αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης p-11B, με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία). Ο τύπος της Συμπαγούς Διάταξης Μαγνητικής Σύντηξης που περιεγράφηκε παραπάνω, θα επιτρέπει ένα σχετικά μεγάλο χρόνο συγκράτησης της ενέργειας του πλάσματος p-11B (τΕ ~ 10 s), ούτως ώστε ο συνολικά παραγόμενος αριθμός σωματιδίων άλφα, να μπορεί στη συνέχεια να συμβάλλει στην παραγωγή “καθαρής” ενέργειας.Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, θα μελετηθούν: i) Οι διαδικασίες παραγωγής πλάσματος, ii) H διαδικασία σύντηξης p-11B σε μία Συμπαγή Μηχανή Σύντηξης, στην οποία το πλάσμα θα παράγεται από δύο (2) δέσμες ιόντων (πρωτονίων και Βορείου) υψηλής ενέργειας, iii) Οι αλληλοεπιδράσεις των παραγόμενων σωματιδίων άλ

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες