بر اساس روند همجوشی سوخت دوتریوم و هلیوم ۳ می‌دانیم که محصولات واکنش، ذرات باردار آلفا و پروتون‌های بار دار پر انرژی می‌باشند. اما به دلیل وجود واکنش‌های میانی بین مواد اولیه مانند دوتریوم و دوتریوم که از دو کانال اتفاق می‌افتد که از طریق یک کانال ذرات نوترون پر انرژی و ذرات هلیوم ۳ تولید شده و از طریق کانال دیگر ذرات پروتن و ذرات تریتیوم که ذرات تریتیوم به نوبه خود در واکنش با ذرات دوتریوم تولید نوترون‌های پر انرژی و ذرات آلفا می‌کنند و این مجموعه از واکنش‌ها نیاز به حفاظت از سیستم راکتور در برابرشار نوترونی قوی که با دیواره برخورد می‌کند و جلوگیری از انتشار این ذرات و همچنین محافظت از محیط در برابر ذرات تریتیوم که جزو موا رادیو اکتیو می‌باشند، حکم می کند که اجزای تشکیل دهنده دیواره نسبت به تخریب نوترون مقاوم باشد. دیوار محفظهای که با پلاسما در تماس می‌باشد، دیواره اولیه نامیده می‌شود. ذرات پلاسما با انرژی زیاد به این دیواره برخورد می کنند. این موجب تخریب دیواره و همچنین از عمر دیواره میکاهد و پلاسما را آلوده میسازد. جهت جلوگیری از این تخریب از یک منحرف کننده یا پوشش گازی استفاده می کنند. انرژی ذرات آلفای حاصل از واکنش D-3He در حدود MeV76/3 است و انرژی ذرات پروتن تولید شده برابر MeV7/14است. از آنجا که این ذرات دارای بار الکتریکی هستند، توسط میدان مغناطیسی مهار شده، انرژی خود را در برخورد با پلاسما از دست می دهند و از پلاسمای مرکزی جدا میشوند [۴۶].
ذرات نوترون تولید شده در واکنش میانیD-T با انرژی و ذرات نوترونی تولید شده توسط واکنش میانی D-D با انرژی MeV4/2 از دیواره اولیه عبور کرده و جذب پوششی در پشت آن می‌شود.
پوشش توسط یک لایهی حفاظتی احاطه شده است که از خروج نوترون و اشعهی گاما جلوگیری می کند. پیچهی مغناطیسی ابررسانا نیز در خارج لایهی حفاظتی، محصورسازی پلاسما را در مرکز راکتور امکان پذیر می کند. سیستم خنک کننده راکتور، انرژی حرارتی جذب شده پوشش را جهت سرد شدن به مبدل حرارتی هدایت می کند. مغناطیس ابر رسانا از طریق یک سیستم برودتی خنک می‌شود. پلاسمای مرکزی تا دمای لازم برای همجوشی با یک سیستم حرارتی گرم می‌شود. همانطور که گفته شد برای جلوگیری از تخریب دیواره از پوشش گازی استفاده می‌شود، در روش پوشش گازی، سوخت گاز خنثی، فضای بین پلاسمای مرکزی و دیواره را پر می کند. این گاز خنثی با پخش شدن در داخل پلاسما، سوخت مورد نیاز راکتور را تامین می کند. همچنین موجب حفاظت از دیواره اولیه و مانع ورود ذرات ناخالص به پلاسما و پخش ذرات از پلاسمای مرکزی خواهد بود. ذرات آلفا و پروتن تولید شده به همراه مقادیر مصرف نشده یونهای تریتیوم و هلیوم ۳ در دمای بالا در اثر پخش، پلاسمای مرکزی را ترک می کنند. یونها قبل از برخورد با اولین دیواره، با گاز خنثی برخورد کرده و انرژی خود را از دست می دهند و پس از جذب الکترون خنثی شده، ار محفظهی راکتور خارج میشوند. به این ترتیب گاز خنثی اولین دیواره را از تخریب توسط یونهای پر انرژی حفظ خواهد کرد. ذرات پلاسمای مصرف نشده از محفظهی راکتور خارج میشوند. به طور کلی روشهایی که برای حفاظت به کار میروند به دو جنبه مکانیکی و غیر مکانیکی تقسیم میشوند. روش مکانیکی شامل تکنیک منحرف کننده مغناطیسی و پوشش در برابر شارش گاز است. روش غیر مکانیکی نیز شامل موقعیت سطوح حفاظتی بین پلاسما و محفظهی دیواره خلا را شامل می‌شود [۴۳].
۲-۱۲- بارگذاری دیواره راکتور
منظور از بارگذرای دیواره، شارهای انرژی مختلفی است که با اولین دیواره در واحد سطح و در واحد زمان برخورد می کند. بار دیواره معیاری از شرایطی است که دیواره در تماس با پلاسما تحمل می کند. وقتی بار دیواره زیاد باشد، تخریب شدید می‌شود و عمر دیواره کوتاه خواهد بود. اما جهت کاهش بار دیواره، باید ابعاد راکتور افزایش یابد تا سطح دیواره برای همان خروجی وسیعتر شود. تعیین میزان بار دیواره مستقیما به اقتصاد راکتور بستگی دارد. واحد مورد استفاده برای بارگیری می‌باشد. در راکتورهای اولیه برای بار دیواره مقادیر بزرگی نظیر در نظر گرفته شده بود. این مقدار پس از تخریب شدیدی که در اثر تابش بر دیواره به وقوع پیوست، با عبور شار انرژی قوی ار آن به میزان مناسبی کاهش داده شد. اما امروزه میزان یک بار مناسب برای راکتور به شمار می آید [۴۱].
اساس روش محصورسازی
اساس روش محصورسازی مغناطیسی، اثر میدان مغناطیسی روی حرکت ذرات باردار است. پلاسما دارای ذرات باردار بوده و تحت تاثیر میدان مغناطیسی، ذرات باردار پلاسما مسیرهای مارپیچی حول خطوط میدان با فرکانس سیکلوترونی(ѡ) پیدا می‌کنند [۲۲, ۴۱].
برای حالت میدان مغناطیسی همگن ، یک یون ایزوله شده، دارای مسیر مارپیچی حول خطوط میدان ، با فرکانس سیکلوترونی زیر است.
(۲-۱۹)
و شعاع لامور در صفحه عمود بر ، در رابطه زیر ارائه می‌شود:
(۲-۲۰)
میدان مغناطیسی مورد نظر B=Bz، از یک سولونوئید بزرگ تولید می‌شود در نتیجه این میدان را در داخل میتوان به اندازهی کافی یکنواخت در نظر گرفت. معادله‌ی حرکت ذره عبارتست از:
(۲-۲۱)
(۲-۲۲)
(۲-۲۳)
(۲-۲۴)
(۲-۲۵)
(۲-۲۶)
(۲-۲۷)
علامت نشان‌دهنده‌ی q است. میتوان فاز را طوری انتخاب کرد که:
(۲-۲۸)
که ثابت مثبت و نشان‌دهنده‌ی سرعت در صفحه‌ی عمود بر B می‌باشد. در نتیجه:
(۲-۲۹)
با انتگرال‌گیری مجدد داریم:
(۲-۳۰)
(۲-۳۱)
با در نظر گرفتن رابطه‌ی شعاع لارمور داریم:
(۲-۳۲)
(۲-۳۳)
که مدار دایره‌ای را حول مرکز راهنمای[۴۶] ( ) که ثابت است، توصیف می‌کند. شکل۲-۳ مدارهای لامور در یک میدان مغناطیسی را نشان میدهد.
شکل۲‑۳: مدارهای لارمور در یک میدان مغناطیسی [۴۷]
اگر یک میدان الکتریکی نیز در فضا وجود داشته باشد، حرکت به صورت مجموع دو حرکتِ چرخش لارمور دایره‌ای عادی به علاوه‌ی سوق مرکز راهنما است.
در این حالت، معادله‌ی حرکت عبارتست از:
(۲-۳۴)
یون در نیم‌دور اول خود از میدان الکتریکی انرژی می‌گیرد و و در نتیجه شعاع لارمور افزایش می‌یابد و در نیم‌دور دوم انرژی از دست میدهد و شعاع لارمور کاهش می‌یابد. این اختلاف در شعاع لارمور در طرف چپ و راست مدار، موجب سوق می‌شود. برای جلوگیری از فرار ذرات از بخشهای انتهایی سولونوئید، یکی از راهحلهای ممکن، خمکردن سولونوئید به شکل چمبرهای است که به این ترتیب، دو انتها را از بین میبرد که در (شکل ۲-۴) نشان داده شده است.
شکل ۲-۴: نمایش میدان مغناطیسی توروئیدی و پولوئیدی و تبدیل چرخشی [۵۶]
راهحل دیگر، استفاده از میدان بسیار نیرومند در بخشهای انتهایی برای بازگرداندن ذرات به سوی مرکز است که این شیوه، آینه مغناطیسی نامیده می‌شود.
اگر جهت و مقدار بردار میدان مغناطیسی تغییر کند، مقدار و نیز مطابق آن تغییر خواهد کرد. این امر، همراه با نیروی وارد بر ذرهی باردار است که در اثر گرادیان میدان مغناطیسی موجود، بوجود آمده است.
(۲-۳۵)
بنابراین یک انتقال ذره که آن را انتقال گراد B[47] مینامیم، که عمود بر خطوط میدان معرفی می‌شود. هنگامی که یون در یک میدان مغناطیسی رو به افزایش وارد می‌شود، شعاع خمیدگی ذره بسیار کوچک می‌شود. این کار ادامه می‌یابد تا ذره به میدان مغناطیسی کاهشی انتقال یابد؛ جایی‌که شعاع شروع به افزایش می کند. بنابراین یون یا ذرهی باردار به وسیله میدان مغناطیسی افزایشی منعکس شده و در نتیجه به ناحیهای متمایل می‌شود که دانسیتهی مغناطیسی کاهش یافته است. جهت حرکت ذره توسط نشانهی بار، و شعاع خمیدگی توسط جرم ذره تعیین می‌شود. بنابراین، یونها و الکترونها، مسیرهای مختلفی را دنبال خواهند کرد[۲۲].
شکل‌های ۲-۵ و ۲-۶ نشان‌دهنده تفاوت شعاع لارمور برای الکترونها و یونها می‌باشد. که این تفاوت به سبب متفاوت بودن جرم آنها می‌باشد.
شکل ۲-۵: سوق‌گیری ذره، در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متعامد [۲۲]
شکل ۲-۶: حرکت مارپیچی الکترونها و یونها در امتداد خطوط مغناطیسی [۵۰]
اتلاف انرژی پلاسما
۲-۱۴-۱-تابش ترمزی [۴۸]
فرم در حال بارگذاری ...
