طاقة الاندماج: الفرق بين النسختين
| [نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
Mn-imhotep (نقاش | مساهمات) |
Mn-imhotep (نقاش | مساهمات) وسم: وصلات صفحات توضيح |
||
| سطر 22: | سطر 22: | ||
==الكثافة والدرجة الحرارة والزمن == |
==الكثافة والدرجة الحرارة والزمن == |
||
في الحبس المغناطيسي ، تكون كثافة الوقود (مثل الهيدروجين والتريتيوم) منخفضة ، في حدود "الفراغ الجيد". على سبيل المثال ، في جهاز [[ITER]] ، تبلغ كثافة الوقود حوالي 1.0 x 10 <sup> 19 </sup> |
في الحبس المغناطيسي ، تكون كثافة الوقود (مثل الهيدروجين والتريتيوم) منخفضة ، في حدود "الفراغ الجيد". على سبيل المثال ، في جهاز [[ITER]] ، تبلغ كثافة الوقود حوالي 1.0 x 10 <sup> 19 </sup> . متر <sup> −3 </sup> ، وهي حوالي مليون جزء من كثافة الغلاف الجوي . <ref> {{cite web | url = https: //accelconf.web.cern.ch/e06/TALKS/FRYCPA01_TALK.PDF | title = ITER و ITER الدولي والتعاون العلمي الدولي | الأول = ستيفانو | الأخير = Chiocchio}} </ref> وهذا يعني أنه يجب زيادة درجة الحرارة و / أو وقت الحبس لكي تتصادم تلك الأنوية مع بعضها البعض ويحدث إلتحامها مع إطلاق طاقة. تم تحقيق درجات الحرارة ذات الصلة بالاندماج باستخدام مجموعة متنوعة من طرق التسخين التي تم تطويرها في أوائل السبعينيات. في الأجهزة الحديثة (عام 2019 ) ، كانت المشكلة الرئيسية المتبقية هي وقت الحجز. تخضع البلازما في المجالات المغناطيسية القوية لعدد من حالات عدم الاستقرار المتأصلة ، والتي يجب قمعها للوصول إلى فترات وقتية مفيدة. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في جعل حجم المفاعل أكبر ، مما يقلل من معدل التسرب بسبب [[تشتت|التشتت]]. وهذا هو السبب في أن آلة ITER كبيرة جدًا. |
||
في المقابل ، تقترب أنظمة الحبس بالقصور الذاتي من قيم |
في المقابل ، تقترب أنظمة الحبس بالقصور الذاتي من قيم الكثافة ودرجة الحرارة مفيدة ، فلها كثافة أعلى ووصلت حرارتها إلى نحو 100 مليون درجة مئوية بتسليط قوة كهربائية عليها ، ولكن لها فترات حبس قصيرة. في [[منشأة الإشعال الوطنية ]] NIF الأمريكية ، وصلت كثافة وقود الهيدروجين الأولية إلى أقل قليلا من كثافة الماء المجمد ؛ وهذا مقدار يعادل أفتراضيا كثافة الماء عندما تصل كثافته إلى حوالي 100 ضعف كثافة الرصاص. في هذه الظروف ، يكون معدل الاندماج مرتفعًا لدرجة أن الوقود يندمج في أجزاء من الثانية التي تستغرقها الحرارة الناتجة عن التفاعلات لتفجير الوقود بعيدًا. على الرغم من أن NIF كبيرة أيضًا ، إلا أن هذه وظيفة من تصميم "المحرك" الخاص بها ، وليست متأصلة في عملية الاندماج. |
||
fi alhabs almighnatisii , takun alkathafat munkhafidatan , fi hudud "alfarag |
fi alhabs almighnatisii , takun alkathafat munkhafidatan , fi hudud "alfarag |
||
نسخة 11:58، 19 ديسمبر 2022
توليد الطاقة بالاندماج[1] يقصد بها استغلال الطاقة الناتجة عن تفاعل الاندماج النووي.[2]
نبذة
في تفاعلات الاندماج النووي تلتحم نواتي ذرة مع بعضها لتشكيل نواة أثقل . بعكس تفاعل انشطار نووي . الإندماج النووي هو التفاعل بين ذرات الهيدروجين ويحدث فيه إلتحام ذرتين منه فيتكون الهيليوم ويصاحبة انطلاق طاقة حرارية عظيمة. عمليات الاندماج النووي هي التفاعلات التي تتم بغزارة في الشمس وتنتج منها الحرارة العظيمة التي تجعل الحياة على الأرض ممكنة. وهو نفس التفاعل الذي بنيت على أساسه القنبلة الهيدروجينية . في تفاعل الاندماج تكون كتلة الهيلوم أقل من مجموع كتل ذرات الهيدروجين ، وهذا الفرق في الوزن (الكتلة) هو الذي يتحول إلى طاقة يظهر لنا في صورة حرارة عالية جدا . هذا الفرق في وزن الهيدروجين الداخل في التفاعل ووزن الهيليوم الناتج يسمى في الفيزياء طاقة الربط في الأنوية الذرية ، وهي أكبر قوة في الطبيعة على الإطلاق وتسمى القوة النووية الشديدة ، التي تظهر لنا عند حدوث تفاعل الاندماج في زيادة هائلة في درجة حرارة المواد المتفاعلة. ويقوم الإنسان الآن بتجارب علمية ضخمة وعديدة ومكلفة بغرض ترويض تلك الطاقة النووية والانتفاع بها لتوليد طلقة كهربائية. وتفاعلات الاندماج هو المجال الرئيسي للبحوث في فيزياء البلازما.
الآلية
تحدث تفاعلات الاندماج عندما تقترب نواتان ذريتان أو أكثر بما يكفي لفترة كافية بحيث تتغلب القوة النووية التي تربطهم ببعض على قوة التنافر ( القوة الكهروستاتيكية ) تدفعهما بعيدًا عن بعضهما لأن شحنتيهما موجبة . في تفاعل اندماج نووي تتكون أنوية أثقل ، فمثلا عندما تتحد اربعة أنوية هيدروجين (أي 4 بروتونات ) تنتج نواة ذرة الهيليوم (وهي تتكون من بروتونين ونيوترونين ، حيث تتحلل أثنين من البروتونات إلى نيوترونين بواسطة النشاط الإشعاعي). في الشمس تتم تلك التفاعلات وهي مكونة أساسا من الهيدروجي باستمرار وتنتج حرارتها وضوئها التي تمكن من الياة على الأرض. ليس هذا فقط فإن تفاعلات الالتحام تحدث في الشمس بين الهيلوم والهيليوم وتتكون عناصر أثقل ، مثل الكربون والنتروجين والأكسجين وغيرها. وكل تلك التفاعلات الاندماجية التي تتم في الشمس ، وتتم أيضا في النجوم ، هي مصدر طاقة الشمس الهائلة. تتواصل تلك التفاعلات الاندماجية في الشمس والنجوم إلى أن تصل إلى الحديد (الحديد-56 حيث توجد في نواته ما مجموعة 56 بروتونا ونيوترونا) . و بالنسبة إلى الأنوية الأثقل من الحديد-56 ، يكون التفاعل ماص للحرارة ، أي لا يُصدر حرارة ويحتاج إلى حرارة خارجية لكي يتم . [3] بالنسبة إلى النوى الأخف من حديد-56 ، يكون التفاعل مولدا للحرارة ، وتطلق طاقة (حرارية) عندما تندمج. نظرًا لأن الهيدروجين يحتوي على بروتون واحد في نواته ، فإنه يتطلب أقل جهد لتحقيق الاندماج ، وباندماجه ينتج أكبر قدر من صافي إنتاج الطاقة. أيضًا نظرًا لأنه يحتوي على إلكترون واحد ، فإن الهيدروجين هو أسهل وقود للتأين الكامل (تأين الهيدروجين يحتاج إلى حرارة عالية جدا ، تبلغ في قلب الشمس نحو 14 مليون درجة مئوية . وفي هذه الظروف عالية الحرارة وعالية الضغط تنفصل الإلكترونات عن الذرات ويصبح ما يسمى بلازما. فالبلازما في الفيزياء هي حالة غريبة في الطبيعة تنفصل فيها الشحنات عن بعضها البعض. في الشمس والنجوم لا يوجد الهيدروجين أو الهيليوم وغيرهم كغازات وإنما كبلازما شديدة السرعة تتصادم ببعضها البعض وينتج من إلتحامها عناصر أثقل .
تعمل القوة النووية القوية فقط على مسافات قصيرة جدا جدا(فيمتومتر واحد على الأكثر ، قطر بروتون واحد أو نيوترون) ، بينما تعمل القوة الكهروستاتيكية على التنافرة بين النوى - وشحنتها موجبة - على مسافات أطول. من أجل الخضوع للاندماج ، يجب إعطاء ذرات الوقود طاقة حركية كافية للاقتراب من بعضها البعض بشكل كافٍ حتى تتغلب القوة النووية القوية على التنافر الكهروستاتيكي. تُعرف كمية الطاقة الحركية اللازمة لتقريب ذرات الوقود بدرجة كافية باسم "حاجز كولوم". تشمل طرق توفير هذه الطاقة تسريع الذرات في معجل الجسيمات ، أو تسخينها إلى درجات حرارة عالية جدا.
بمجرد تسخين الذرة فوق طاقة التأين ، يتم تجريد الإلكترون الخاص بها. تُعرف النواة المجردة الناتجة باسم أيون. هذا التأين يصنع سحابة ساخنة من الأيونات والإلكترونات الحرة المرتبطة بها سابقًا ، والمعروفة باسم البلازما. لأن الشحنات منفصلة ، فإن البلازما موصلة كهربيًا ويمكن التحكم فيها مغناطيسيًا. تستفيد العديد من أجهزة الاندماج من هذا لحصر الجسيمات أثناء تسخينها.
التصاميم الرائدة الحالية في آلات البحوث هي توكاماك و الحبس بالقصور الذاتي (ICF) بواسطة الليزر. كلا التصميمين قيد البحث بمقاييس كبيرة جدًا ، وأبرزها المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي توكاماك في فرنسا ، و منشأة الإشعال الوطنية (NIF) في الولايات المتحدة. يدرس الباحثون أيضًا تصميمات أخرى قد تقدم أساليب أرخص. من بين هذه البدائل ، هناك اهتمام متزايد بـ اندماج بحصر القصور الذاتي بالليزر ، والـ ستيلاراتور.
الكثافة والدرجة الحرارة والزمن
في الحبس المغناطيسي ، تكون كثافة الوقود (مثل الهيدروجين والتريتيوم) منخفضة ، في حدود "الفراغ الجيد". على سبيل المثال ، في جهاز ITER ، تبلغ كثافة الوقود حوالي 1.0 x 10 19 . متر −3 ، وهي حوالي مليون جزء من كثافة الغلاف الجوي . [4] وهذا يعني أنه يجب زيادة درجة الحرارة و / أو وقت الحبس لكي تتصادم تلك الأنوية مع بعضها البعض ويحدث إلتحامها مع إطلاق طاقة. تم تحقيق درجات الحرارة ذات الصلة بالاندماج باستخدام مجموعة متنوعة من طرق التسخين التي تم تطويرها في أوائل السبعينيات. في الأجهزة الحديثة (عام 2019 ) ، كانت المشكلة الرئيسية المتبقية هي وقت الحجز. تخضع البلازما في المجالات المغناطيسية القوية لعدد من حالات عدم الاستقرار المتأصلة ، والتي يجب قمعها للوصول إلى فترات وقتية مفيدة. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في جعل حجم المفاعل أكبر ، مما يقلل من معدل التسرب بسبب التشتت. وهذا هو السبب في أن آلة ITER كبيرة جدًا.
في المقابل ، تقترب أنظمة الحبس بالقصور الذاتي من قيم الكثافة ودرجة الحرارة مفيدة ، فلها كثافة أعلى ووصلت حرارتها إلى نحو 100 مليون درجة مئوية بتسليط قوة كهربائية عليها ، ولكن لها فترات حبس قصيرة. في منشأة الإشعال الوطنية NIF الأمريكية ، وصلت كثافة وقود الهيدروجين الأولية إلى أقل قليلا من كثافة الماء المجمد ؛ وهذا مقدار يعادل أفتراضيا كثافة الماء عندما تصل كثافته إلى حوالي 100 ضعف كثافة الرصاص. في هذه الظروف ، يكون معدل الاندماج مرتفعًا لدرجة أن الوقود يندمج في أجزاء من الثانية التي تستغرقها الحرارة الناتجة عن التفاعلات لتفجير الوقود بعيدًا. على الرغم من أن NIF كبيرة أيضًا ، إلا أن هذه وظيفة من تصميم "المحرك" الخاص بها ، وليست متأصلة في عملية الاندماج. fi alhabs almighnatisii , takun alkathafat munkhafidatan , fi hudud "alfarag
مراجع
- ^ علماء أميركيون يحققون اختراقًا في عملية الاندماج النووي نسخة محفوظة 27 ديسمبر 2016 على موقع واي باك مشين.
- ^ "Nuclear Fusion : WNA". world-nuclear.org. November 2015. Archived from the original on 2015-07-19. Retrieved 2015-07-26.
- ^ [http: //hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene /nucbin.html#c2 "يمكن أن ينتج عن الانشطار والاندماج طاقة"]. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. اطلع عليه بتاريخ 2014-10-30.
{{استشهاد ويب}}: تحقق من قيمة|مسار=(مساعدة) - ^ Chiocchio، ستيفانو. [https: //accelconf.web.cern.ch/e06/TALKS/FRYCPA01_TALK.PDF "ITER و ITER الدولي والتعاون العلمي الدولي"] (PDF).
{{استشهاد ويب}}: تحقق من قيمة|url=(مساعدة)
اقرأ أيضا
