مقاله کاربرد لیزر در گداخت هسته ای

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله کاربرد لیزر در گداخت هسته ای دارای ۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله کاربرد لیزر در گداخت هسته ای  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله کاربرد لیزر در گداخت هسته ای،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله کاربرد لیزر در گداخت هسته ای :

کاربرد لیزر در گداخت هسته ای
بشر نمى تواند تا ابد به سوخت فسیلى تکیه کند. اولاً منابع نفت، گاز و زغال محدود است و بالاخره تمام خواهد شد. دیگر این که به عقیده دانشمندان گازهاى گلخانه اى که از طریق سوزاندن سوخت هاى فسیلى تولید مى شود از عوامل اصلى تغییرات آب و هوایى هستند.با این حال، تقاضا براى انرژى نیز در حال افزایش است. در سال ،۱۹۹۰ در حدود ۷۵ درصد جمعیت جهان (در کشورهاى در حال توسعه) ۳۳ درصد کل انرژى جهان را سوزاندند.تا سال ۲۰۲۰، ۸۵ درصد جمعیت جهان از کشورهاى در حال توسعه ۵۵ درصد انرژى را مصرف خواهد کرد. بنابراین رقابت بیشترى بر سر منابع موجود سوختى به وجود خواهد آمد. برخى تصور مى کنند که گداز هسته اى جایگزین نسبتاً ایمنى براى سوخت هاى فسیلى خواهد بود.

مقامات شش کشور جهان آمریکا، چین، روسیه، ژاپن، کره جنوبی و هند به همراه نماینده اتحادیه اروپا روز سه شنبه ۲۱ نوامبر یک قرارداد چند میلیارد دلاری را برای احداث پیشرفته ترین راکتور هسته ای آزمایشی از نوع گداخت هسته ای (فیوژن) به امضا رساندند. اجرای طرح مشترکی برای تولید انرژی ارزانقیمت و بدون آلودگی زیست محیطی مشارکت خواهند کرد.rnational Thermonuclear Experimental Reactor) نام داده اند – فناوری به دست آمده از آن

برای ساخت یک نیروگاه گداز هسته ای آزمایشی به کار خواهد رفت.
آغاز طرح آیتر در شهر پاریس بوده و این شهر میزبان مقامات کشورهای آمریکا، روسیه، ژاپن، کره جنوبی، چین و هند بود. شیراک در مراسم روز سه شنبه که در کاخ الیزه در شهر پاریس برگزار شد اعلام کرد که اگر شرایط فعلی ادامه یابد، انسان تا ۱۰۰ سال آینده منابع سوختهای فسیلی را که ظرف صدها میلیون سال ایجاد شده اند، مصرف خواهد کرد.

گفتگو برای تعیین محل ساخت نیروگاه آزمایشی مدت ها ادامه داشته و به ویژه بین فرانسه و ژاپن در این زمینه رقابت وجود داشت. بالاخره، این راکتور هسته ای فوق پیشرفته در شهر “کاداراش” در منطقه پرووانس در جنوب فرانسه در حدود ۶۰ کیلومتری شهر مارسی احداث خو

اهد شد و با تولید نامحدود و پاکیزه برق می تواند کشورهای مختلف جهان را بی نیاز نماید. احداث رآکتور گداز هسته ای ۱۰ سال و اجرای طرح نهایی آیتر سی و پنج سال تعیین شده و هزینه آن تقریباً ۵۷/۴ میلیارد یورو (به قیمت هاى سال ۲۰۰۰)می باشد. اتحادیه اروپا و فرانسه که عملا میزبان نخستین طرح آزمایشی محسوب می شود، ۵۰ درصد هزینه هاى احداث را پرداخت خواهند کرد و پنج شریک دیگر هر یک ۱۰ درصد آن را تقبل مى کنند. چون ژاپن قبول کرد از احداث آن در خاک خود به نفع فرانسه چشم بپوشد از مزایایى برخوردار خواهد شد. این کشور م

یزبان یک مرکز تحقیقات مواد مربوطه که نیمى از هزینه ساخت آن را اروپا به گردن مى گیرد خواهد بود. همچنین دانشمندان ژاپنى سهم بیشترى از سمت هاى تحقیقاتى آیت

ر خواهند داشت.اتحادیه اروپا اکنون از یک مقام ژاپنى براى به عهده گرفتن مدیریت کل پروژه آیتر حمایت خواهد کرد و به علاوه در صورتى که رآکتور نمونه Demo به مرحله ساخت برسد از ژاپن به عنوان محل ساخت آن پشتیبانى خواهد کرد. انتظار مى رود این پروژه بیش از ۱۰ هزار شغل ایجاد کند و تخصص به دست آمده از آیتر به اروپا اجازه خواهد داد فواید فنا

ورى هاى منشعب را درو کند.
گداخت هسته ای(Fusion) در حقیقت سرچشمه انرژی خورشید و سایر ستارگان جها

ن محسوب می شود و هم اکنون دانشمندان عقیده دارند می توان از آن برای دستیابی به یک منبع انرژی ارزان، ایمن و غیرآلاینده استفاده کرد. این پروژه تمامی آموخته‌های بشر را انسجام خواهد بخشید.
در فناوری های هسته ای مرسوم فعلی هسته اتمهای سنگین در شرایط ویژه شکسته و هسته های عناصر سبکتر و همچنین انرژی آزاد می شود اما در فناوری گداخت هسته ای با تکیه بر این اصل کار مى کند که انرژى را مى توان از طریق فشردن هسته اتم ها به یکدیگر آزا

د کرد. این درحالى است که شکافت اتمى فیزیون که نیروگاه هاى اتمى امروزى بر آنها متکى هستند با شکافتن اتم ها کار مى کند.در هسته خورشید، فشارهاى عظیم نیروى

جاذبه اجازه وقوع چنین پدیده اى را در درجه حرارتى معادل تقریباً ۱۰ میلیون درجه سانتیگراد مى دهد. در زمین چنین فشار عظیمى ممکن نیست بنابراین باید از طریق بالا بردن درج

ه حرارت به بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد به ایجاد گداز هسته اى دست زد. هیچ ماده اى روى زمین تاب تحمل تماس مستقیم با چنین حرارتى را ندارد. بنابراین دانشمندان براى دستیابى به گداز، یک گاز فوق العاده داغ یا همان پلاسما را در داخل یک میدان مغناطیسى بسیا

ر فشرده به شکل تیوب نگاهدارى و فشرده مى کنند
بهترین سوخت براى گداز هسته اى شامل دو ایزوتوپ یا نوع مختلف از اتم هیدروژن است: دوتریوم و تریتیوم. دوتریوم را مى توان از آب که ماده اى فراوان است استخراج کرد. تریتیوم را مى توان از لیتیوم که در پوسته زمین به وفور یافت مى شود تولید کرد. وقتی این ایزوتوپ ها در د

مای بالا ترکیب می شوند مقداری ماده از بین می رود و در مقابل مقدار عظیمی انرژی تولید می شود. گداز هسته اى، برخلاف سوخت هاى فسیلى دى اکسید کربن تولید نمى کند. دى اکسید کربن مهمترین گاز گلخانه اى است که دانشمندان آن را مسئول گرمتر شدن زمین مى شناسند. طرفداران طرح آیتر عقیده دارند فناوری گداخت هسته ای به دلیل عدم تولید گازهای گلخانه ای و نیز تولید مقدار اندکی از پسماندهای رادیواکتیو گزینه مناسبی برای تامین انرژی در آینده است. کارشناسان همجوشى هسته اى همچنین مى گویند که این سیستم ذاتاً ایمن است زیرا هر عیبى در آن باعث مى شود سیستم فوراً از کار بازایستد.
نوترون هاى تولید شده در جریان گداز، موادى را که در جداره هاى محفظه پلاسما به کار رفته فع

ال مى کند. اما یکى از اهداف این پروژه یافتن موادى است که بیشترین مقاومت را در برابر این بمباران داشته باشد. این مى تواند به تولید فضولاتى نسبتاً ایمن که ظرف مقطعى نسبتاً کوتاه (۵۰ تا ۱۰۰ سال) از میان مى رود منجر شود. در مقایسه، فضولات رادیواکتیو که در نتیجه شکافتن اتم ها در جریان فیزیون تولید مى شود دوام بسیار بیشترى (هزاران ساله) دارند.به علاوه حجم فضولات تولید شده در آیتر نسبتاً ناچیز خواهد بود. محصول جانبی این فرآیند از زباله بیمارستانی خطرناک تر نیست.

لیزر والکان (Vulcan) واقع در بریتانیا انرژی معادل ۱۰۰ برابر کل تولید الکتریسته جهان را در نقطه ای

به اندازه چند میلیونیوم متر متمرکز کرد. دانشمندان در مقاله ای در New Journal of Physics گفتند می توانند چنین شرایطی را در مدتی کوتاه یعنی کسری از یک ثانیه ایجاد کنند. این آزمایش

مفهومی علمی را به نمایش گذاشت که می تواند در ساخت راکتورهای آینده که با همجوشی هسته ای کار می کند نقش کلیدی داشته باشد.
لیزر والکان یک پتاوات (هزار تریلیون وات) انرژی را به نقطه ای در حدود یک دهم قطر موی انسان تابانید. این پالس برای یک تریلیونیوم ثانیه ادامه داشت که دمای مقصد را به ۱۰ میلیون درجه سانتیگراد، یعنی یک دهم چیزی که برای گداز هسته ای لازم است، رساند. پروفسو

ر نورِیز به بی بی سی گفت: “ما می خواستیم کنش و واکنش اساسی ماده با این پالس

های لیزری را درک کنیم.” تیم او به خصوص می خواست درک کند که چه مقدار انرژی از لیزر به مقصد منتقل می شود.
بریتانیا پیشنهاد ساخت تاسیسات لیزری حتی قوی تری موسوم به “هایپر” (High Power laser Energy Research) را داده است که امکان همجوشی لیزری به عنوان یک منبع بالقوه انرژی را محک خواهد زد. پروفسور پیتر نورِیز از آزمایشگاه “روترفورد اپلتون” در آکسفوردشایر که این آزمایش در آن انجام شد گفت: “هایپر یک تاسیسات پیشنهادی در ابعاد خیلی بزرگ است، بنابراین

باید ابتدا مطمئن شویم که درک ما درست است.”
یکی از راه هایی که برای ایجاد چنین دمایی پیشنهاد شده ساخت لیزرهای فوق العاده قدرتمند مانند هایپر است، هرچند بسیاری به آن تردید دارد. پروژه دیگری در کالیفرنیا (National Ignition Facility) هست که قرار است تولید انرژی با کمک گداز هسته ای متکی بر لیزر را در فاصله ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۲ آزمایش کند.
در طبیعت چهار نیروی بنیادی گرا نشی، الکترومغناطیسی، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی وجود دارد که از طریق تبادل ذرات بنیادی و در نتیجه اندازه حرکت بین اجسام ایجاد می شود. نتیجه بر هم کنش ذرات بنیادی در هسته واکنش هسته ای و انرژی حاصل از ان انرژی هسته ای است، که از آن برای صنعت، پزشکی،کشاورزی تولید برق استفاده صلح امیز و برای انفجار های

هسته ای استفاده نظامی می شود. انفجار هسته ای ، راکتور هسته ای کنترل نشده ای است که در ان واکنش هسته ای بسیار وسیع در زمان کمتر از میلیاردم ثانیه رخ میدهد برای ایجاد انفجار هسته ای به یک سوخت شکافت یا گداخت پذیر، ماشه اغاز گر حوادث و روشی که اجازه م

یدهد تا قبل از اینکه انفجار پایان یابد، کل سوخت شکافته یا گداخته شود، نیاز میباشد در انفجار های هسته ای همه چیز در کانون انفجار در دمای بالا( حدود۱۰۶×۳۰۰ درجه سانتی گراد)به حالت گاز در می آید و در خارج از کا نون موج شدید گرما همه چیز را می سوزاند و فشار موج ضربه ای ساختمان ها و تاسیسات را خراب میکند و تشعشعات مواد رادیواکتیو در محیط انفجار و نقاط دور دست، محیط زیست، گیاهان وموجودات زنده را به مخاطره می اندازد. برای داشتن فن آور

ی هسته ای چرخه سوخت ضروری است که شامل نورد سنگ معدن اورانیوم ، تهیه هگزافلوراید

اورانیوم ، غنی سازی و; است.غنی سازی به روش های الکترومغناطیسی ، سانتریفیوژ، لیزر، دیفوزیون گازی و ; انجام میگیرد.
انرژی هسته ای، شکل اصلی دیگری از انرژی است که در داخل اتم قرار دارد . یکی از قوانین جهانی این است که انرژی نه تولید پذیر است و نه از بین رفتنی ، اما به شکلهای دیگر قابل تبدیل است انرژی هسته ای، شکل اصلی دیگری از انرژی است که در داخل اتم قرار دارد . یکی از قوانین جهانی این است که انرژی نه تولید پذیر است و نه از بین رفتنی ، اما به شکلهای دیگر قابل

تبدیل است.
ماده را می توان به انرژی تبدیل نمود. آلبرت انیشتن ، مشهورترین دانشمند جهان ، فرمول ریاضی خاصی را برای شرح این نظریه ارائه نموده است :
E = MC2
برطبق فرمول فوق انرژی (E) برابر است با جرم (m) ضربدر سرعت نور به توان دو .
لطفاً توجه داشته باشید که بعضی از نرم افزارهای وب قادر به نمایش توان روی شبکه نیستند. معمولاً مجذور C توسط قرار دادن عدد ۲ کوچک در بالا و سمت راست C نشان داده می شود. دانشمندان از معادله انیشتن برای آزاد سازی انرژی نهفته در اتم و نیز جهت ساخت بمب اتمی استفاده نمودند.
یونانیان قدیم براین باور بودند که کوچکترین جزء طبیعت ، اتم است. اما در ۲۰۰۰ سال قبل ، آنها نمی دانستند که ذرات کوچکتر از اتم نیز در طبیعت یافت می شود.
همانطوریکه در فصل ۲ گفتیم ، اتمها از ذرات کوچکتری به نام هسته ، که خود متشکل از پروتون و نوترون هستند ، تشکیل شده اند. این اتمها توسط الکترونهایی احاط شده که بدور آنه

ا می چرخند، درست مثل گردش زمین به دور خورشید.
شکاف هسته ای
هسته اتم می تواند شکافته شود. زمانیکه این مسئله رخ میدهد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این انرژی به دو صورت گرما و نور است. انیشتن معتقد بود که مقدار کوچکی از ماده حاوی مقدار زیادی انرژی است. زمانیکه این انرژی ، آهسته از اتم خارج می شود ، می توان آنرا

مهار نمود و تولید برق نمود. اما زمانیکه انرژی موجود در هسته اتم بطور ناگهانی آزاد می شود ، انفجار عظیمی مانند بمب اتم رخ میدهد.
سوخت یک نیروگاه هسته ای (مانند نیروگاه هسته ای کانیون در تصویر) ، اورانیوم است. اورانیوم عنصری است که در اکثر مناطق جهان از زیرزمین استخراج می شود. اورانیوم

بعداز مرحله کانه آرایی بصورت قرصهای بسیار کوچکی در داخل میله های بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نیروگاه نصب می شوند. کلمه «Fission» به معنی شکافت است.
در داخل رآکتور یک نیروگاه اتمی ، اتمهای اورانیوم تحت یک واکنش زنجیره ای کنترل شده ، شکافته می شوند. در یک واکنش زنجیره ای ، ذرات حاصل از شکافت اتم به سایر اتمهای اورانیوم برخورد کرده و باعث شکافت آنها می گردند. هریک از ذرات آزاد شده مجدداً باعث شکافت سایر اتمها در یک واکنش زنجیره ای می شود. درنیروگاههای هسته ای ، معمولاً از یک

سری میله های کنترل جهت تنظیم سرعت واکنش زنجیره ای استفاده می گردد. عدم کنترل این واکنشها
می تواند منجربه تولید بمب اتم شود. اما در بمب اتم ، تقریباً ذرات خالص اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم (باشکل و جرم معینی) باید با نیروی زیادی در کنارهم قرار گیرند. چنین شرایطی در یک رآکتور هسته ای وجود ندارد.

واکنشهای زنجیره ای همچنین باعث تولید یک سری مواد رادیواکتیو می شوند. این مواد در صورت رهایی می توانند به مردم آسیب برسانند. بنابراین آنها را به شکل جامد نگهداری می کنند. این مواد در گنبدهای بتنی بسیار قوی نگهداری می شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطری بوجود نیاید (به تصویر توجه کنید)
واکنشهای زنجیره ای باعث تولید انرژی گرمایی می شوند. این انرژی گرمایی برای جوشاندن آب در قلب رآکتور مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین ، به جای سوزاندن سو

خت ، در نیروگاههای هسته ای ، اتمها از طریق واکنش زنجیره ای شکا

فته شده و انرژی گرمایی تولید می کنند. این آب از اطراف رآکتور به قسمت دیگری از نیروگاه فرستاده می شود. در این قسمت که مبدل گرمایی نامیده می شود، لوله های پر از آب حرارت داده شده و بخار تولید می کنند. سپس بخار حاصله باعث گردش ت

وربین و درنتیجه تولید برق میشود. مقطع عرضی یک نیروگاه هسته ای در شکل نشان داده شده است.
گداخت هسته ای
گداخت شکل دیگری از انرژی هسته ای است. گداخت ، به معنی

الحاق هسته های کوچکتر و ساختن یک هسته بزرگتر است. در داخل خورشید ، گداخت هسته ای اتمهای هیدروژن باعث تولید اتمهای هلیوم می شود. در اثر این گداخت، گرما ، نور و پرتوهای دیگری تولید می شود.
همانطوریکه در تصویر می بینید ، با ترکیب دو نوع اتم هیدروژن (دوتریم و ترتیم) ، یک اتم هلیوم و یک ذره اضافی بنام نوترون تشکیل می شود. در واکنش فوق مقداری انرژی نیز تولید می گردد. دانشمندان مدتها که برروی کنترل گداخت هسته ای کار می کنند تا بتوانند یک رآکتور گداخت برای تولید برق بسازند. اما مشکل این است که نمی دانند چگ

ونه واکنش در یک محیط بسته را کنترل کنند.
مزیّت گداخت هسته ای نسبت به شکافت هسته ای در این است که ماده رادیواکتیو کمتری تولید کرده و سوخت آن پایدارتر از عمر خورشید است.