منابع تحقیق با موضوع دوترون، DT، انرژي

دانلود پایان نامه ارشد

سایر بر هم کنش های باریکه با یونها این کمیت افزایش می یابد . به بیان ریاضی می توان گفت طبق رابطه 5 لگاریتم کولنی به سه عامل دمای الکترونی ، چگالی عددی الکترونی و انرژی باریکه یونی وابسته است و چون جرم الکترون بسیار کم است و در مخرج هم قرار دارد لذا عبارات دارای me در مخرج بسیار بزرگ می شود و افزایش مقدار ED در رابطه لگاریتم کولنی تأثیری ندارد . اما طبق روابط6 ، 7 و 8 با افزایش انرژی باریکه دوترونی ED ، لگاریتم کولنی D-d ،ِD-t و ِD-3He افزایش می یابد .( طبق این روابط هم لگاریتم کولنی به دمای یونی ، چگالی عددی یونی و انرژی باریکه دوترونی وابسته است )
ج- طبق جدول 2 در دمای سوخت و همچنین انرژی باریکه دوترونی ثابت ، لگاریتم کولنی D-e از D-d ،ِD-t و ِD-3He بیشتر است . به خاطر اینکه یون دوترون در باریکه ، با الکترون پلاسما به دلیل جرم کمتر و تحرک بیشتر ، بر هم کنش بیشتری انجام می دهد .
د- طبق شکل های 16 و 17 لگاریتم کولنی بر هم کنش های D-d ،ِD-t ، بدلیل داشتن عدد اتمی یکسان ( Z=1 ) تقریباً با هم برابرند .
ذ- لگاریتم کولنی برهم کنش D-3He در سوخت D3He کمتر از ِD-t در سوخت DT است . ، به خاطراینکه 3He دارای عدد اتمی بیشتر و جرم کمتری نسبت به تریتیوم می باشد .

شکل 4-15- تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی الکترونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT یا D3He به ازای ρ=300gcm^(-3)..

شکل 4-16- تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی دوترونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT به ازای ρ=300gcm^(-3)..

شکل 4-17-تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی تریتونها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوختDT به ازای ρ=300gcm^(-3)..

شکل 4-18-تغییرات دو بعدی لگاریتم کولنی هلیوم ها بر حسب انرژی دوترون در دماهای مختلف مربوط به سوخت D3He به ازای ρ=300gcm^(-3)..

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 ρ=300gcm^(-3).

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 ρ=300gcm^(-3).

شکل 4-21- تغییرات سه بعدی لگاریتم کولنی مربوط به تریتونها بر حسب انرژی دوترون و دمای تریتونی برای سوخت DT به ازای ρ=300gcm^(-3).

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 ρ=300gcm^(-3)

برد کل دوترون ها در سوخت های DT و D3He
برد دوترون ها با انرژي هاي اوليه مختلف در پلاسماي DT و D3He به ترتیب توسط معادلات 9 و10 محاسبه مي شود :
R=∫_(ε_D)^0▒〖[ dE^(D⁄e)/dx+dE^(D⁄d)/dx+dE^(D⁄t)/dx]〗^(-1) dE (9 )
R=∫_(ε_D)^0▒〖[ dE^(D⁄e)/dx+dE^(D⁄d)/dx+dE^(D⁄3He)/dx]〗^(-1) dE
از بررسی شکل های 23 و 24 و داده های موجود در جدول 3 میتوان دریافت که :
الف- با افزایش انرژی دوترون و افزایش دمای سوخت ، برد کل دوترونها در هر دو سوخت DT و D3He افزایش می یابد . به خاطر اینکه یونهای دوترون در باریکه وقتی انرژی بیشتری داشته باشند قادرند در مدت زمان کوتاهتری فاصله بیشتری در سوخت طی کنند و انرژی خود را جاگذاری نمایند . از طرف دیگر در انرژی دوترون ثابت با افزایش دما ، چون طبق مطالب بالا سهم توان توقف هر یک از الکترونها و یونها کاهش می یابد این امر باعث افزایش برد می گردد .
ب- برد کل باریکه دوترون در سوخت D3He کمتر از سوخت DT است .

شکل 4-23- تغییرات برد کل بر حسب انرژی دوترونی در دماهای متفاوت مربوط به سوخت DT به ازای ρ=300gcm^(-3)

شکل 4-24 :تغییرات برد کل بر حسب انرژی دوترونی در دماهای متفاوت مربوط به سوخت D3He به ازای ρ=300g〖cm〗^(-3)
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 ρ=300g〖cm〗^(-3)

4-3- طرح FI دوترون ها
کپسول سوخت مخروطي هدايت شده با چگالي يکنواخت 300gcm^(-3) ρ= در شکل 25 مشاهده مي شود . چشمه باريکه دوترونی (ليزر شتاب دهنده ) که فويل CD کروي است در فاصله μm 500 d= دور از سوخت قرار گرفته است و فرض مي شود دوترونها به طور آني توليد مي شوند و فرآيند بر هم کنش ليزر مافوق شديد با هدف ناديده گرفته مي شود .
ما فرض ميکنيم که باريکه دوترونی (توسط ليزر شتاب داده می شوند ) با شعاع μm 20 توسط توزيع انرژي ماکسولي μm 20مشخص ميشود:
(11) (dN_D)/(dE_D )=(2N_0)/(√π T_D^(3⁄2) ) √(E_D ) e^((-E_D)⁄T_D )
در شکل 27 تغییرات توزیع دوترونها بر حسب انرژی اشان رسم شده است .
و 〖cm〗^(-3)1016 × 5/1 N_o= تعداد کل دوترونهاست . دماي توزيع Mev 3= T_D و ماکزيمم انرژي جنبشي دوترون Mev 53 است . انرژي جنبشي دوترونها با رسيدن به سوخت در زمانهاي مختلف E_D (t)=1⁄2 m_D 〖( d/t )〗^2 است. در شکل 28 تغییرات E_D بر حسب زمان (s) رسم شده است .ودر شکل29 تغییرات N_D بر حسب t(s) ترسیم شده است.

شکل 4-25- (a طرح کپسول مخروطی هدایت شده برای احتراق سریع دوترون (b منبع لیزر کانونی شده شتاب دهنده دوترونها از فویل CD کروی

شکل 4-26 (a سطح مقطع واکنش همجوشی DT بر حسب انرژی جنبشی دوترون (b احتمال واکنش های هسته ای حرارتی بر حسب دمای سوخت DT

E_D (MeV)
شکل4-27 تغییرات دو بعدی N_D بر حسب E_D

شکل4-28-شکل دو بعدی تغییرات (MeV)E_D بر حسب زمان (s)

شکل4-29- شکل دو بعدی تغییرات N_D بر حسب t(s)
با احتساب فاصله بين چشمه و سوخت ، ما ميتوانيم توان بجا گذاشته شده باريکه دوترونی را به صورت زير تعريف کنيم:
(6) P_D (t)=8/(3√π) E_total/τ 〖( τ/t )〗^6 e^(-〖( τ/t )〗^2 )
به طوریکه =101.82d(mm)/√(T_(D(Mev)) ) =〖[ (m_D d^2)/((2T_D)) ]〗^(1⁄2) τ زمان مشخصه و N_0 kT_D 2/3 = E_total انرژي کل طيف باريکه دوترونی است .
بررسی اشکال دو بعدی و سه بعدی 30 و 31 نشان می دهند که :
الف- چون طبق شکل 29 توزیع تعداد دوترون ها N_D در سوخت بر حسب زمان به صورت ماکسولی است . بنابراین شکل توزیع توان بجا گذاشته شده باریکه دوترونی P_D در سوخت نیز بر حسب زمان ماکسولی است .
ب- شکل 31 تغییرات P_D بر حسب انرژی جنبشی دوترون T_D و زمان t را به صورت ماکسولی نشان می دهد ، به طوری که با افزایش انرژی جنبشی باریکه دوترون و گذشت زمان تقریباً 5 پیکو ثانیه ، توان بجا گذاشته شده باریکه به ماکزیمم مقدار خود در سوخت می رسد .

شکل4-30- شکل دو بعدی تغییرات P_D (t) بر حسب t(ps)

شکل 4-31- شکل سه بعدی تغییرات توان بجا گذاشته شده باریکه دوترون بر حسب دمای توزیع دوترون و زمان در سوخت

تعداد کل دوترونها که بر واحد زمان در زمانهاي مختلف به سوخت مي رسند برابر است با:
dN/dt=( dN/(dE_D ) ).( (dE_D)/dt )
دوترونهاي سريع ممکن است هنگام کند شدن متحمل واکنش های گرما هستهاي (همجوشي های باريکه ) شوند. احتمال واکنش هاي هسته اي (p(T)) به سطح مقطع DT در شکل (a)4 و توان توقف دوترونهاي سريع در سوخت DT بستگي دارد . لذا داریم:
p(T)=∫_0^R▒〖n_T σ_DT dx〗=∫_(E_o)^(E_th)▒〖n_T σ_DT (E)1/(B(E,T)) dE〗 (7)
که در آن n_T چگالي عددی تريتيوم در سوخت است . σ_DT (E) سطح مقطع همجوشي DT است که تابعي از انرژي جنبشي دوترونهاست و سرعت حرارتي تريتيوم را ناديده گرفته ایم زیرا بسیار کمتر از سرعت پرتابه کننده است .
R برد دوترونها در سوخت و B(E,T) توان توقف کل دوترونها است . E_0 و E_th به ترتيب انرژي جنبشي اوليه و انرژي حرارتي دوترونهاست . از شکل (b) 4 مشخص است که احتمال واکنشهاي هستهاي با افزايش دماي سوخت افزايش مي يابد که ناشي از کاهش توان توقف دوترونهاست . ذرات آلفای ناشی از واکنش هاي گرما هسته اي انرژي خود را در لکه داغ بجا گذاشته می گذارند ومقداری از این انرژي اضافي و توان براي احتراق به کار برده مي شود .
در رسم شکل 32 از فرمول سه پارامتري زير به عنوان سادهترين راه براي تعيين سطح مقطع همجوشي( احتمال رخداد بر هم كنش) بين دو هسته سبك استفاده شده است:

σ(E_lab )=-16389C_3 (1+m_a/m_b )^2×[m_a E_lab [Exp(31.40 Z_1 Z_2 √(m_a/E_lab ))-1]{〖(C_1+C_2 E_lab)〗^2+(C_3-2π/([Exp(31.04Z_1 Z_2 √(m_a⁄E_lab ))-1]))^2 }]^(-1)
كه E_lab انرژي دوترون فرودي بر حسبKev در دستگاه آزمايشگاهي ، 〖 m〗_a و m_b به ترتيب جرم هسته فرودي و هسته هدف ، Z_2 و〖 Z〗_1 نيز به ترتيب عدد اتمي هسته فرودي و هسته هدف ميباشد. C_3 و C_2، C_1 سهپارامتر ثابت می باشند که مقادیر عددی آنها در جدول 4 آورده شده اند كه براي انواع سوختها اين مقادير متفاوت است.
جدول 4-4 – مقاديرعددی سه پارامتر ثابت C_3 و C_2، C_1 براي سوختهايD-D ، D-T وHe3 D-
D-D ( T+ p,n+3He )
He3 D+
D+T

2641/60-
1334/1-
5405/0-
C_1
05066/0
003039/0
005546/0
C_2
9932/54-
6702/0-
3909/0-
C_3

به کمک رابطه 9 و جدول 4 با قرار دادن مقادير مشخص و ثابت 2 m_a= و 1 Z_1= به عنوان جرم و عدد اتمي هسته دوترون به عنوان هسته فرودي در شکل 32 تغييرات سطح مقطع همجوشي برحسب انرژي دوترون فرودي در بازه Kev10000-0براي سوختهاي D-TوHe3D- رسم شده است .
شکل 4-32- نشان ميدهد سوخت D-T نسبت به سوخت He3D- داراي بيشترين سطح مقطع واکنش است . توجه شود که در این شکلها سطح مقطع بر حسب بارن است .

الف-

ب

شکل 4-32- سطح مقطع واکنش همجوشی بر حسب انرژی دوترون برای سوخت الف- DT ب- D3He ج- DT و D3He

شکل 33 نشان می دهد :
الف- با افزایش دمای سوخت در انرژی ثابت دوترون ، احتمال رخداد واکنش های هسته ای حرارتی افزایش می یابد که علت آن کاهش توان توقف دوترونهاست .
ب- در یک دمای ثابت سوخت بین 1 تا Kev10 با افزایش انرژی دوترون احتمال رخداد واکنش های گرما هسته ای تا انرژی Kev400 روند صعودی و بعد از آن روند نزولی پیدا می کند که این موضوع هم طبق شکلهای 13 به کاهش توان توقف دوترونها مربوط می شود .

شکل 4-33- احتمال وقوع واکنش های حرارتی برحسب انرژی دوترون در دماهای مختلف سوخت DT

بررسی شکل 34 نشان می دهد که مطالب فوق در مورد شکل 33 ، برای سوخت D3He هم صادق است . باید توجه شود که در هر دما احتمال رخداد واکنش های گرما هسته ای برای سوخت D3He کمتر از سوخت DT می باشد که این عامل هم به توان توقف کمتر دوترونها در سوخت D3He نسبت به سوخت DT بر می گردد .

شکل 4-34- احتمال واکنش های حرارتی برحسب انرژی دوترون در دماهای مختلف سوخت D3He

کل انرژي بجا گذاشته شده در لکه داغ شامل انرژي جنبشی آزاد شده بوسيله باريکه دوترونی و انرژي بجا گذاشته شده بوسيله ذرات آلفاست که توسط واکنشهاي گرما هسته اي توليد مي شود . اين ذرات آلفا تک انرژي نيستند بدليل اينکه انرژي جنبشي دوترونها درست قبل از همجوشي گرما هسته اي است . در چارچوب مرکز جرم ، انتشار ذرات آلفای ايجاد شده توسط واکنش هاي گرما هسته اي ايزوتروپيک است . به طوريکه در چارچوب آزمايشگاهي براي ذرات آلفا

پایان نامه
Previous Entries منابع تحقیق با موضوع دوترون، باریکه، یونها Next Entries منابع تحقیق با موضوع زمان واکنش