تکنولوژی

سوخت همجوشی دوتریوم تریتیوم چیست؟

توسط

ادغام اتم های دوتریوم و تریتیوم

در آزمایشگاه ثابت شده است که همجوشی اتم های دوتریوم (D) و تریتیوم (T) بیشترین افزایش انرژی را در “پایین ترین” دماها به همراه دارد. منبع: ITER

انرژی همجوشی می تواند انرژی ایمن، پاک و تقریبا بی حد و حصر را فراهم کند. اگرچه واکنش‌های همجوشی می‌تواند برای هسته‌های سبک با جرم کمتر از آهن اتفاق بیفتد، اما بیشتر عناصر تا زمانی که در معرض دما و فشارهای عظیمی مانند درون یک ستاره قرار نگیرند، ترکیب نمی‌شوند. برای تولید پلاسمای شعله ور در راکتورهای همجوشی آزمایشی مانند توکاماک ها و ستاره سازها، دانشمندان به دنبال سوختی هستند که تولید، ذخیره و ذوب آن نسبتا آسان باشد. در حال حاضر بهترین انتخاب برای راکتورهای همجوشی است سوخت دوتریوم تریتیوم. این سوخت در مقایسه با سایر عناصر در دماهای پایین تری به شرایط همجوشی دست می یابد و نسبت به سایر واکنش های همجوشی انرژی بیشتری آزاد می کند.

دوتریوم و تریتیوم ایزوتوپ های هیدروژن، فراوان ترین عنصر در جهان هستند. در حالی که همه ایزوتوپ های هیدروژن یک پروتون دارند، دوتریوم نیز دارای یک نوترون و تریتیوم نیز دارای دو نوترون است، بنابراین جرم یون آنها سنگین تر از prot است، ایزوتوپ هیدروژن بدون نوترون. هنگامی که دوتریوم و تریتیوم با هم ترکیب می شوند، هسته هلیوم را تشکیل می دهند که دارای دو پروتون و دو نوترون است. این واکنش یک نوترون پرانرژی آزاد می کند. نیروگاه های فیوژن انرژی آزاد شده توسط واکنش همجوشی را به برق تبدیل می کنند که خانه ها، مشاغل و سایر نیازهای ما را تامین می کند.

ایزوتوپ های هیدروژن

در هسته تمام ایزوتوپ های هیدروژن تنها یک پروتون وجود دارد، اما تعداد نوترون ها متفاوت است. منبع: عکس از جنرال اتمیکس

خوشبختانه، دوتریوم رایج است. از هر 5000 اتم هیدروژن موجود در آب دریا، 1 اتم دوتریوم است. این بدان معناست که اقیانوس های ما حاوی تن های زیادی دوتریوم هستند. هنگامی که نیروی همجوشی به واقعیت تبدیل می شود، تنها یک گالن آب دریا می تواند به اندازه 300 گالن بنزین انرژی تولید کند.

تریتیوم یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که نسبتاً سریع تجزیه می شود (نیمه عمر 12 سال دارد) و در طبیعت کمیاب است. خوشبختانه، قرار گرفتن عنصر فراوانتر لیتیوم در معرض نوترون های پرانرژی می تواند تریتیوم تولید کند. یک نیروگاه همجوشی فعال به لیتیوم غنی شده برای رشد تریتیوم مورد نیاز برای تکمیل چرخه سوخت دوتریوم-تریتیوم نیاز دارد. تلاش‌های تحقیق و توسعه کنونی بر روی طرح‌های پتوی پرورش تریتیوم پیشرفته با استفاده از لیتیوم که در اصل از منابع زمینی به دست آمده است، متمرکز است.

حقایق سوخت تریتیوم دوتریوم

  • آب دوتریوم حدود 10 درصد سنگین تر از آب معمولی است. به همین دلیل است که گاهی از آن به عنوان «آب سنگین» یاد می شود. در واقع در ته یک لیوان آب معمولی فرو می‌رود.
  • منابع تریتیوم روی زمین شامل تولید طبیعی از تعامل با پرتوهای کیهانی، راکتورهای شکافت هسته ای تولید کننده انرژی مانند راکتور آب سنگین CANDU و آزمایش سلاح های هسته ای است.
  • برای جلوگیری از برخی چالش‌های تحقیق و توسعه، از جمله آسیب به مواد ساختاری توسط نوترون‌های پرانرژی، دانشمندان همجوشی به واکنش‌های همجوشی آنوترون (مانند همجوشی دوتریوم-هلیوم-3 و همجوشی پروتون-بور) علاقه مند هستند، اگرچه این واکنش‌ها در دمای بالاتر از یون انجام می‌شوند. از دوتریوم و تریتیوم.

دفتر علوم DOE: سهم سوخت دوتریوم-تریتیوم

بخشی از مأموریت دفتر علوم وزارت انرژی، برنامه علوم انرژی همجوشی (FES) توسعه یک منبع انرژی عملی همجوشی است. FES با برنامه تحقیقات محاسبات علمی پیشرفته همکاری می کند و از محاسبات علمی برای پیشرفت علم همجوشی هسته ای و درک اثرات جرم یون بر روی انواع مختلف استفاده می کند.[{” attribute=””>plasma phenomena. At Office of Science user facilities such as the DIII-D tokamak and NSTX-U spherical tokamak, scientists study the impact of ion mass on plasma confinement, transport, and turbulence.  The confinement of fusion products such as the helium ion is also studied in presence of helical magnetic fields. The Office of Science Nuclear Physics program develops the fundamental nuclear science underpinning the understanding of fusion by creating nuclear reaction databases, generating nuclear isotopes, and elucidating aspects of nucleosynthesis.   

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا