عنوان : محاسبه تحلیلی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده در گرمایش سوخت توسط الکترونهای سریع تولید شده با بهره گیری از باریکه‌های لیزری در قلب راکتورهای همجوشی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد ارسنجان

 

دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی هسته‌ای

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc.)

گرایش: راکتور

 

 

عنوان:

محاسبه تحلیلی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده در گرمایش سوخت توسط الکترونهای

سریع تولید شده با بهره گیری از باریکه‌های لیزری در قلب راکتورهای همجوشی

 

استاد راهنما:

دکتر سیده نسرین حسینی مطلق

 

استاد مشاور:

دکتر کاووس عباسی

تابستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب
چکیده. 1
فصل اول: معرفی همجوشی هسته ای. 2
1-1- مقدمه. 3
1-2-  اصول فیزیکی حاکم بر همجوشی. 5
1-3-  محصور سازی. 10
1-3-1- محصور سازی  گرانشی. 10
1-3-2-  محصور سازی اینرسی. 10
1-3-3- محصور سازی مغناطیسی. 13
1-3-4- راکتورهای کلاس تجاری. 19
1-4- نتیجه گیری. 24
فصل دوم: طراحی و تحلیل چرخه های توانی برایتون هلیومی برای رآکتور HiPER.. 27
2-1- چکیده. 28
2-2- چرخه توانی برایتون هلیومی. 30
2-2-1- توصیف مدل:. 32
2-2-2- نتایج. 34
2-3- فرایند درون خنکسازی. 36
2-4- فرایند بازگرمایش:. 37
2-5- تحلیل حساسیت. 40
2-6- نتیجه گیری. 42
فصل سوم: ارزیابی نوترونی گزینه های بلانکت مربوط به محفظه انرژی همجوشی اینرسی لیزری HAPL. 43
چکیده:. 44
3-1-مقدمه:. 44
3-2-پوشش لیتیومی خود خنک کننده. 46
3-3- پوشش تولید کننده جامد هلیوم خنک شده :. 51
3-4- پوشش لیتیوم سرب دو برابر خنک کننده. 53
3-5- مقایسه ویژگی های هسته ای بلانکت و نتایج:. 56
فصل چهارم: احتراق سریع به وسیله باریکه دوترون. 58
4-1- مقدمه. 59
4-2- از دست دادن انرژی و برد دوترونها در سوخت های  و D3He  62
4-2-1- از دست دادن انرژی دوترون ها در سوخت های  و D3He. 62
4-3- طرح  دوترون ها. 89
4-4- نتیجه گیری. 112
فصل پنجم: ایجاد میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی و گرمایش هدف توسط الکترون های سریع تولید شده با لیزر. 113
چکیده. 114
5-1-مقدمه. 114
5-2- نتایج. 130
5-3- بحث. 134
5-4- نتایج. 151
5-5- نتیجه گیری:. 152
پیشنهادات. 159
فهرست منابع. 160
چکیده انگلیسی. 165
 
 
 
 
 
فهرست جدول ها
 
جدول2-1-داده های منبع انرژی مربوط به SCLL. 30
جدول 2-2- نتایج مر بوط به بازده گرمایی بیشینه. 35
جدول2-3-:بازده گرمایی بیشینه و rc  بهینه به ازای چند مقدار از پارامتر هایTTD و . 38
جدول 3-1- ویژگی های هسته ای پوشش های کاندید. 57
جدول 4-1:مقادیر عددی محاسبه شده مربوط به سهم توان توقف الکترونها و یونها در انرژی های متفاوت دوترونی و دماهای مربوط به سوخت های DT و D3He. 80
جدول 4-2-  Coulomb logarithm of D-e, D-d, D-t and D-3He  for DT and  D3He fuels  in different  energy of deuteron and fuel temperatures. 86
جدول 4-3- مقادیر عددی محاسبه شده مربوط به برد کل بر حسب انرژی دوترونی و دما برای سوخت های   DT و  D3He  به ازای . 89
جدول 4-4- مقادیر عددی سه پارامتر ثابت  برای سوخت­هایD-D،  D-T وHe3 D- 96
جدول 5-1 مقادیر  عددی L , τd(s)   برحسب تغییرات T(Kev) و Zeff 122
جدول5-2-نتایج جذاب بر اساس دانش امروزی. 155
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل ها
شکل 1-1- منحنی انرژی بستگی بر نوکلئون برحسب تابعی از جرم هسته ای.  6
شکل 1-2-  روش محصور سازی لختی محرک غیر مستقیم  در NIF. 12
شکل 1-3- سیم پیچ مارپیچی. 14
شکل 1-4- سیم پیچ های  پیچیده شده در اطراف قسمتهای سوار نشده    15
شکل1-5-نمونه ای از هندسه استلاتور. 16
شکل 1-6- هندسه توکامک معمولی را نشان می دهد. منبع: موسسه ماکس پلانک در فیزیک پلاسما. 18
شکل 1-7- پیشرفت به سوی راکتورهای همجوشی. 20
شکل 1-8- سه منبع گرمایش پلاسما در ITER. 22
شکل 1-9- واکنش دوتریم، تریتیوم. منبع: پروژه آموزش فیزیک معاصر  24
شکل 2-1- چرخه توانی برایتونی هلیومی برای طرحSFWB.. 31
شکل2-2- تاثیر مراحل خنک سازی  داخلی بر روی بازده چرخه. 36
شکل2-3- طرح چرخه توانی برایتون هلیومی به همراه باز گرمایش  37
شکل2-4- اثر TTD و   بر روی بیشینه بازده چرخه. 39
شکل2-5- حساسیت بازده چرخه به پارامتر های چرخش. 41
شکل3-1- سطح مقطع اتاقک HAPL.. 48
شکل 3-2- طرحی از زیر نمونه پوشش لیتیوم خود- خنک کننده. 50
شکل 3-3- تغییر شعاعی گرمایش هسته ای در مولفه های پوشش لیتیومی  50
شکل 3-4- طرحی از پوشش زایش  جامد. 52
شکل 3-5- تغییر شعاعی گرمایش هسته ای در اجزای پوشش SB.. 54
شکل 3-6- طرح کلی از مفهوم پوشش DCLL. 54
شکل 3-7- تغییر شعاعی گرمایش هسته ای در پوشش DCLL. 55
شکل4-1:تغییرات دو بعدی سهم توان توقف الکترونها بر حسب انرژی دوترون به ازای دماهای متفاوت الکترونی برای سوخت DT  ویا D3He در  و تابع پله ای 0. 67
شکل4-2-تغییرات دو بعدی سهم توان توقف دوترونها بر حسب انرژی دوترون به ازای دماهای متفاوت دوترونی برای سوخت DT  ویا D3He در  .. 67
شکل4-3- تغییرات دو بعدی سهم توان توقف تریتونها بر حسب انرژی دوترون به ازای دماهای متفاوت تریتونی برای سوخت DT  در  .  68
شکل4-4- تغییرات دو بعدی سهم توان توقف هلیوم ها بر حسب انرژی دوترون به ازای دماهای متفاوت هلیومی برای سوخت D3He در . 68
شکل 4-5-شکل تغییرات سه بعدی سهم توان توقف الکترونها  بر حسب  انرژی دوترونی  و دماهای الکترونی مختلف برای سوخت DT و یا D3He به ازای  و تابع پله ای0.. 69
شکل 4-6-شکل تغییرات سه بعدی سهم توان توقف دوترونها  بر حسب  انرژی دوترونی  و دماهای دوترونی مختلف برای سوخت DT و یا D3He به ازای .. 69
شکل 4-7- شکل تغییرات سه بعدی سهم توان توقف تریتونها  بر حسب  انرژی دوترونی  و دماهای تریتونی مختلف برای سوخت DT به ازای . 70
شکل 4-8- شکل تغییرات سه بعدی سهم توان توقف هلیوم ها  بر حسب  انرژی دوترونی  و دماهای هلیومی مختلف برای سوخت D-3He  به ازای . 70
شکل4-9- تغییرات سه بعدی سهم توان توقف الکترونها  بر حسب تغییرات  انرژی دوترونی و دمای الکترونی برای سوخت  D-T و یا D3He  با ازای  سه چگالی سوخت متفاوت و تابع پله ای 0.. 71
شکل4-10- تغییرات سه بعدی سهم توان توقف دوترونها  بر حسب تغییرات  انرژی دوترونی و دمای دوترونی برای سوخت  D-T و یا D3He  با ازای  سه چگالی سوخت.. 71
شکل4-11- تغییرات سه بعدی سهم توان توقف تریتونها  بر حسب تغییرات  انرژی دوترونی و دمای تریتونی برای سوخت  D-T با ازای  سه چگالی سوخت.. 72
شکل4-12-تغییرات سه بعدی سهم توان توقف هلیوم ها  بر حسب تغییرات  انرژی دوترونی و دمای هلیومی برای سوخت  D3He با ازای  سه چگالی سوخت.. 72
شکل 4-13 سیم پیچ های  پیچیده شده در اطراف قسمتهای سوار نشده    75
شکل 4-14 تغییرات دو بعدی سهم توان توقف الکترونها و یونها. 79
شکل 4-15- تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی الکترونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT یا D3He  به ازای .. 82
شکل 4-16- تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی دوترونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT  به ازای .  83
شکل 4-17-تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی تریتونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT  به ازای .. 83
شکل 4-18-تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی هلیوم ها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوخت D3He  به ازای .  84
شکل 4-19-تغییرات سه بعدی لگاریتم کولنی مربوط به الکترونها بر حسب انرژی دوترون و دمای الکترونی برای سوخت  DT یا D-3He به ازای . 84
شکل 4-20-تغییرات سه بعدی لگاریتم کولنی مربوط به دوترونها بر حسب انرژی دوترون و دمای دوترونی برای سوخت  DT یا D-3He به ازای . 85
شکل 4-21- تغییرات سه بعدی لگاریتم کولنی مربوط به تریتونها بر حسب انرژی دوترون و دمای تریتونی برای سوخت  DT به ازای . 85
شکل 4-22-تغییرات سه بعدی لگاریتم کولنی مربوط به هلیوم ها بر حسب انرژی دوترون و دمای هلیومی برای سوخت  D-3He   به ازای . 86
شکل 4-23- تغییرات برد کل بر حسب انرژی دوترونی در دماهای متفاوت مربوط به سوخت  DT به ازای . 88
شکل 4-24 :تغییرات برد کل بر حسب انرژی دوترونی در دماهای متفاوت مربوط به سوخت  D3He به ازای . 88
شکل 4-25-. 90
شکل 4-26. 91
شکل4-27  تغییرات دو بعدی  بر حسب .. 91
شکل4-28-شکل دو بعدی تغییرات  بر حسب زمان (s) 92
شکل4-29- شکل دو بعدی تغییرات  بر حسب . 92
شکل4-30- شکل دو بعدی تغییرات  بر حسب . 94
شکل 4-31- شکل سه بعدی تغییرات توان  بجا گذاشته شده باریکه دوترون بر حسب دمای توزیع دوترون و زمان در سوخت. 94
شکل 4-32-. 98
شکل 4-33-  احتمال وقوع واکنش های حرارتی برحسب انرژی  دوترون  در دماهای مختلف سوخت . 99
شکل 4-34-  احتمال واکنش های حرارتی برحسب انرژی دوترون  در دماهای مختلف سوخت D3He. 100
شکل 4-35- تغییرات لگاریتم کولنی بر هم کنش  بر حسب انرژی ذره آلفا و دمای الکترون. 101
شکل 4-36- انرژی بجاگذاری ذرات آلفا (خط بنفش ) ، توان باریکه دوترون (سبز نقطه چین -خط) و  تعداد دوترونها رسیده به سوخت بر واحد زمان ( قرمز خط چین). 102
شکل 4-37- توان بر واحد حجم ( آهنگ حجمی انرژی)  ایجاد شده  ناشی از گرمایش ذرات آلفا در سوخت D-T .. 105
شکل 4-38 توان بر واحد حجم ( آهنگ حجمی انرژی)  ایجاد شده  ناشی از گرمایش ذرات آلفا در سوخت     D-3He  .. 106
شکل 4-39- برد ذره آلفا در مرکز لکه داغ  در چگالی های مختلف سوخت  107
شکل 4-40- توان بر واحد حجم (آهنگ حجمی)  افزایش انرژی ناشی  از جاگذاری  انرژی ذرات آلفا در سوخت D-T ( بر اساس ارتباط 5 زیر )  108
شکل 4-41- توان بر واحد حجم (آهنگ حجمی)  افزایش انرژی ناشی  از جاگذاری  انرژی ذرات آلفا در سوخت  D-3He. 108
شکل 4-42- آهنگ حجمی پراکندگی انرژی ناشی از هدایت الکترون ( ). 109
شکل5-1  تغییرات سه بعدی  شدت میدان الکتریکی برحسب عدد اتمی بار موثر و دما. 115
شکل 5-2- تغییرات دو بعدی  شدت میدان الکتریکی  برحسب دما به ازای مقادیر مختلف بار موثر. 116
شکل5-3- تغییرات دو بعدی  مقاومت ویژه  اسپیتزر  برحسب دما و  مقادیر مختلف بار موثر. 116
شکل5-4-  تغییرات سه بعدی  مقاومت ویژه اسپیتزر  برحسب بار موثر و دما. 117
شکل5-5- تغییرات دو بعدی میانگین عمق نفوذ برحسب تغییرات دما به ازای مقادیر مختلف بار موثر. 118
شکل5-6-تغییرات دو بعدی نیمه لگاریتمی  زمان خنثی سازی (s) برحسب دما(KeV) و  مقادیر مختلف بار موثر. 120
شکل5-7-  تغییرات سه بعدی  زمان خنثی سازی  برحسب بار موثر و دما  120
شکل5-8- تغییرات دو بعدی زمان پخش  برحسب دما و  مقادیر مختلف بار موثر. 121
شکل 5-9- تغییرات سه بعدی  زمان پخش  مغناطیسی برحسب  تغییرات بار موثر و دما. 122
شکل5-10-تغییرات سه بعدی نسبت زمان پخش به زمان خنثی سازی (Q) برحسب بار موثر و دما. 123
شکل5-11-. 126
شکل5-12-تغییرات دو بعدی      بر حسب   الف). به ازای وب) به ازای . 127
شکل5-13- تغییرات دو بعدی  برحسب . 128
شکل5-14-. 129
شکل 5-15-  تغییرات سه بعدی دما برحسب فاصله و ظرفیت گرمایی به ازای . 131
شکل5-16تغییرات سه بعدی ،  بر حسب  و  به ازای   و . 132
شکل 5-17-  تغییرات سه بعدی میدان الکتریکی بر حسب تغییرات شعاع r و  به ازای (معادله 13). 133
شکل5-18-  تغییرات چگالی جریان  بر حسب فاصله r 134
شکل5-19-تغییرات سه بعدی شدت میدان الکتریکی بر حسب تغییرات شعاع r و  به ازای (معادله 18).. 135
شکل5-20تغییرات سه بعدی شدت میدان مغناطیسی بر حسب تغییرات شعاع r و  به ازای (معادله 19). 136
شکل5-21-تغییرات سه بعدی میدان الکتریکی برحسب تغییرات C و  برای گرمایش قوی  به ازای j=61^10. 138
شکل5-22-  تغییرات سه بعدی میدان مغناطیسی برحسب تغییرات فاصله r و  برای گرمایش قوی. 139


محاسبه تحلیلی میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده در گرمایش سوخت توسط الکترون های سریع تولید شده با بهره گیری از باریکه های لیزری در قلب راکتور های همجوشی
 
به‌وسیله‌ی: ابوذر شاکری
 
چکیده
همجوشی هسته ای شکلی از انرژی هسته ای تولید شده توسط عناصر سبک همجوشی کننده که اکثراً ایزوتوپ های هیدروژن  ، دوتریوم (D) و تریتیوم (T)می باشند که انرژی همجوشی دارای مزایایی نسبت به منابع انرژی فسیلی و انرژی شکافت هسته ای می باشد و ایمن می باشد و گسیل گازهای گلخانه ای نمیکند ونیاز به نگهداری واکنش های زنجیره ای ندارد و دارای مواد رادیو اکتیو کمتری نسبت به انرژی شکافت می باشد . که این پایان نامه شامل دو قسمت اصلی می باشد که به ترتیب در زیر می آیند:
قسمت اول :احتراق سریع با بهره گیری از مجموعه مخروط هدایت شده  توسط باریکه دوترونی (لیزر شتاب داده شده) پیشنهاد شده می باشد . سوخت از پیش فشرده شده یکنواخت    توسط باریکه دوترونی با توزیع انرژی ماکسولی تا دمای   3 گرم می­گردد. این طرح بهره گیری کامل از انرژی بجا گذاشته شده ذرات آلفای تولید شده توسط واکنش­های گرما هسته­ای را میسر می­سازد و می­تواند در حدود 5/4% انرژی باریکه یونی را در مقایسه با باریکه­های یونی از جنس پروتون یا کربن را ذخیره نماید . انرژی احتراق آزاد شده  توسط باریکه خارجی می­تواند به گونه قابل ملاحظه­ای کاهش یابد.
قسمت دوم :میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده توسط باریکه سریعی از الکترون ها در یک رسانا از نظر تحلیلی محاسبه می شوند، که شامل تغییر در مقاومت ویژه بخاطر گرمایش اهمی می باشد.  فرض می گردد که مقاومت ویژه دارای یک قانون توانی دلخواه وابسته به دما باشد، چگالی جریان الکترونی سریع ثابت فرض می گردد( بیم صلب) ، خنثی سازی بار فوری می باشد و اینکه پخش و پخش مغناطیسی ناچیز می باشد.
 
کلمات کلیدی: احتراق سریع، الکترون سریع، همجوشی هسته ای، انرژی همجوشی
 
 
 
فصل اول
معرفی

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه برق قدرت:اینورتر و روش های کلیدزنی

همجوشی هسته ای


1-1- مقدمه
پلاسما که اغلب به عنوان حالت چهارم ماده تصریح شده می باشد، در پشت سر جامدات، مایعات و گازها قرار دارد.گازی داغ می باشد که الکترون های آن به دور هسته اتمی از طریق یک فرایند شناخته شده به عنوان یونیزاسیون متلاشی می شوند، پلاسما گویا مثل یک ماده واقعا عجیب و غریب می باشد. اما در آن چه چیزی هست؟ پلاسما تأثیر اساسی در شکل گیری جهان ما اعمال کرده می باشد. در پی انفجار بزرگ، کل جهان شامل پلاسما بوده و حتی امروزه دانشمندان بر این باورند که که 99٪ از جهان قابل نظاره در حالت پلاسما می باشد.   پس پلاسما، در واقع حالت اول ماده می باشد. آن حالتی از ماده می باشد که به طوری اساسی منبع اصلی انرژی برای جهان باقی مانده می باشد:
همجوشی ستارگان تعادل پیچیده ای بین نیروی رو به خارج ناشی از گرمای واکنش همجوشی  می باشد که در قلب ستاره هست و نیروی رو به داخل ناشی از گرانش می باشد. در واقع، این جرم ستاره می باشد که آن را از رفتن  به ابرنواختر حفظ می نماید.
ایجاد و حفظ یک واکنش همجوشی هسته ای پایدار بر روی زمین به مقصود تولید توان برای دانشمندان برای پژوهش در چند دهه شده می باشد. ثابت شده که همجوشی یک کار بسیار مشکل ،  پیش روی شکافت می باشد. پس از  آنکه نوترون در سال 1932 توسط جیمز چادویک کشف گردید، پیشرفت سریع به سوی دستیابی به شکافت هسته ای انجام گردید. در  سال1942 دانشمندان نشان دادند که چگونه تولید واکنش های زنجیره ای شکافت کنترل می گردد. در 26 ژوئن سال 1954، اولین نیروگاه هسته ای در جهان در شهر اوبنینسک (Obninsk)، در نزدیکی مسکو در اتحاد جماهیر شوروی سابق بنا گردید. این  نیروگاه 5 مگا وات برق تولید می نمود که کافی برای تولید  برق  مورد نیاز حدود 2000 خانه  بود که مطابق با  استانداردهای امروز که در آن یک نیروگاه هسته ای معمولی می تواند حدود mW2 1000برق تولید کند، بسیار ناچیز بود. با این حال، شاهکار ی باور نکردنی حاصل از کشف علمی برای پیاده سازی تجاری در بیش از دو دهه باقی ماند.
اما چرا شکافت نیاز به بهره گیری از هسته های سنگین، اغلب شامل مواد رادیواکتیو دارد که خطرات ایمنی و بهداشتی را در برخواهد داشت. ایمنی راکتورهای شکافت بعد از حادثه تری مایل آیلند در سال 1979 و بحران چرنوبیل در سال 1986 تحت نظارت شدید بود. واکنش های همجوشی، از سوی دیگر، معمولا شامل هسته های  سبک  می باشند و در نتیجه مواد غیر رادیو اکتیو ایجاد می کنند.
با اعتقاد به اینکه مسئله همجوشی را  نمی توان به سادگی شکافت حل نمود دولت ها در اواسط قرن بیستم اینکا را آغاز کردند، بودجه طرح های پژوهشی طبقه بندی شده در همجوشی. به زودی درک گردید، با این حال تلفیقی از یک کار بسیار مشکل تر مطرح  گردید و همکاری بین المللی نیاز بود تا این مشکل را حل کند. در سال 1958 دولت ایالات متحده موضوع محرمانه تحقیقات همجوشی مغناطیسی را  به مقصود باز کردن یک گفت و گوی بین المللی مطرح نمود..
همکاری بین المللی عملکردی  شبیه  به عملکرد DNA  در تحقیقات همجوشی می باشد. گویا که حل مشکل همجوشی تنها توسط یک کشور کاری بیش از حد دشوار می باشد. و با این حال، حتی امروزه بیش از پنجاه سال پس از تحقیقات همجوشی محرمانه ، راکتور همجوشی تجاری هنوز هم وجود ندارد. اما ممکن می باشد در این مورد با کمک یک همکاری جدید بین المللی برای ساخت اولین راکتور همجوشی جهان در جنوب فرانسه تغییر کند که تحت عنوان .ITER  معروف  می باشد و ممکن می باشد بهترین امید در این زمینه برای حل مشکل باشد.
این فصل قصد دارد به تجزیه و تحلیل مسائل مرتبط با دستیابی به واکنش های همجوشی پایدار بپردازد و همچنین یک نمای کلی از طرح های مختلف راکتور را ارائه نماید.
تعداد صفحه : 197
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***