پلاسما و هم جوشی گرما هسته ای
اهداف درس
· آشنایی با هم جوشی گرما هسته ای
· نقش پلاسما در هم جوشی گرما هسته ای
شرح درس
فرض کنید که سوخت یک رآکتور از دونزیوم (H2) خالص و یا از مخلوطی از دونزیوم و تریتیوم (H3) باشد.
برای ایجاد هم جوشی هسته ای، سه چیز مورد نیاز است:
١- دمای یون ها، باید بین صد ملیون و یک میلیارد درجه کلوین باشد، به عبارت دیگر بین ١٠٤ تا ١٠٥ الکترون ولت انرژی دارد.
٢- چگالی پلاسما باید در حدود ١٠١٥ یون در هر سانتی متر مکعب در حدود ٤-١٠ برابر چگالی هوا در کنار دریا باشد.
٣- یون ها باید حداقل برای چند صدم در این دما و چگالی نگهداری شوند، که این مرحله، محصور سازی نامیده می شود. اگر چگالی پلاسما بیشتر از ١٠١٥ یون در هر سانتی متر مکعب باشد، آن گاه زمان محصور سازی می تواند کوتاه تر باشد. اگر پلاسما خیلی فشرده شود، زمان محصور سازی، بی نهایت کوتاه خواهد شد. امّا انرژی آزاد شده، فوق العاده شدید است. در این صورت با یک بمب سر و کار خواهیم داشت نه یک راکتور کنترل شده است.
به همین دلیل، با وجود آن که وظیفه محصور سازی مشکل می شود، چگالی پلاسما در حداقل نگه داشته می شود.
در حقیقت کلید هم جوشی کنترل شده، محصور سازی پلاسماست که پلاسمای دوتریم را در دما و چگالی به قدر کافی برای رسیدن به شرایط هم جوشی گرما هسته ای نگهداری می کند. یک دهم ثانیه درون توده ی پلاسمای داغ، زمانی کافیست که دوترون ها در تمام طول پلاسما برای میلیون ها بار یا بیشتر حرکت رفت و برگشت داشته باشند. بعضی وقت ها باید آن ها را جمع کرده و محصور نگه داشت و آن ها را وقتی به سطح پلاسما می رسند، برگردانند؛ در غیر این صورت پلاسمای دوتریم به سادگی شبیه فوت دود سیگار پراکنده می گردد.
پلاسمای دوتریوم دارای چگالی ده هزار مرتبه کمتر از چگالی جو است. بنابراین با وجود آنکه دمای آن به طور نجومی بالاست ارزش گرمایی آن در آزمایش های هم جوشی هسته ای فوق العاده کوچک است. یک لیتر پلاسمای دوتریم در این چگالی و دمای ٣٥٠ میلیون درجه دارای ارزش گرمایی معادل ١٨٠٠٠ کالری است.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: نوربخش
