برای مشاهده ویدیوی «خلاصه تصویری» این نوآوری اینجا کلیک نمائید
اختراعات علمی: علی پوراحمد | طبقه بندی: اختراعات جدید در ایران و جهان | دسته: اختراعات ثبت شده در ایران و جهان
کنترل زمانبندی پایداری پلاسما با استفاده از 2 راکتور همجوشی هسته ای توکامک برای ایجاد سیکل متناوب در تولید انرژی | تولید برق با استفاده از همجوشی هسته ای در دستگاه توکامک
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
◉ مقدمه و اهداف:
در این مقاله بطور مختصر به بررسی ایده بهره برداری از انرژی آزاد شده حاصل از پایداری پلاسما در یک زمانبندی کوتاه با استفاده از 2 راکتور گداخت هسته ای توکامک با هدف ایجاد سیکل متناوب در تولید انرژی میپردازیم.
استفاده از واکنش های هسته ای برای آزاد سازی انرژی به دو روش همجوشی (گداخت) هسته ای و شکافت هسته ای صورت می پذیرد. هر کدام از این دو روش دارای یک پروسه کاملا متفاوت هستند بدین صورت که در روش سنتی شکافت, با جداسازی و شکستن عناصر سنگین در یک اتم از طریق بمباران نوترونی یک ایزوتوپ بزرگ و سنگین, موفق به آزاد سازی انرژی می شویم اما در روش جدیدتر یعنی همجوشی (گداخت), ما عناصر سبکتر را به همدیگر نزدیک کرده تا با برخورد و ترکیب دو هسته(یون های مثبت) به یک اتم بزرگتر و سنگین تر, فرآیند همجوشی صورت پذیرد. با همین تعریف ساده از چگونگی واکنش هسته ای در این دو روش می توانیم به تفاوت اساسی چیدمان خطی این فناوری ها پی ببریم. آنچه واضح است امکان استحصال انرژی بسیار پاک و بی خطر از فناوری گداخت هسته ای است که در مقایسه با خطرات بالقوه پس ماند رادیواکتیو در روش شکافت هسته ای, فناوری در حال توسعه همجوشی به عنوان روشی محبوب و دوستدار محیط زیست مورد پذیرش همگان قرار گرفته است.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
هر چند در هر دو حالت شکافت و همجوشی، انرژی عظیمی از شکستن یا ادغام اتم ها آزاد میشود (زیرا جرم هسته نهایی کمتر از مجموع جرم ذرات اولیه می شود), اما تفاوت مهم این دو روش این است که در فرآیند فناوری همجوشی ما به چهار برابر توان تولیدی بیشتر در استحصال انرژی دست می یابیم که در کنار نداشتن خطرات پس ماند جانبی رادیواکتیوی, توسعه و انجام تحقیقات بر روی این فناوری مبحث توجه اکثریت شرکتهای متولی تولید انرژی در جهان قرار گرفته است. سوخت مورد نیاز برای یک راکتور همجوشی هسته ای ایزوتوپ های پاک و بدون خطر تریتیوم(هیدروژن3) و دوتریم(هیدروژن 2) است که دارای خروجی پاک و بی خطر ایزوتوپ های نوترون و هلیوم است, درحالی که ایزوتوپ هایی که خاصیت قابل شکافت Fissionable و ایجاد واکنش آبشار زنجیره ای در روش شکافت را دارند عناصر اورانیوم 235 و پلوتونیوم 239 هستند که از دسته ایزوتوپ های پرخطر محسوب می شوند زیرا در واکنش فروپاشی هسته ای یک عنصر ناپایدار پس از تبدیل به چند عنصر دیگر (تکثیر هسته های دختر با جرم و انرژی پایدارتر نسبت به والد), تششعات رادیواکتیوی منتشر می کنند.
البته کماکان بشر جهت برخی موارد,(مانند درمان بیماری های نظیر سرطان) همچنان نیازمند رادیوایزوتوپ های حاصل از اورانیوم جهت پرتو درمانی در این دسته از بیماریها می باشد. ایزوتوپ های پرتو زا اورانیوم 235 نظیر مولیبدن 99 در حقیقت پایه فناوری تصویربرداری اسکن های پزشکی هسته ای است و یا تحلیل ترکیبات شیمیایی مواد غذایی و ردیابی آلودگی ها مضر غذایی تنها با استفاده از برخی ایزوتوپ های رادیواکتیوی اورانیوم امکان پذیر است. همچنین در حوزه زمین شناسی و باستان شناسی و یا سایر کاربردهای صنعتی, اورانیوم بعنوان یکی از عناصر ساختاری در چرخه عملیاتی این حوزه ها مورد استفاده قرار می گیرد. از اینرو, نمیتوان کاربردهای متنوع و ضروری ایزوتوپ های اورانیوم در خارج از حوزه تولید انرژی را کتمان کرد اما با توجه به حجم فعل و انفعالات بالای فناوری شکافت هسته ای برای ایجاد انرژی عظیم مورد نیاز جهت تولید برق, این احتمال نیز همیشه وجود دارد که در صورت ادامه و گسترش محض فناوری شکافت هسته ای جهت تولید انرژی, جهان بیش از پیش با خطرات ناشی از تششعات و پس ماند های زباله های رادیواکتیو و حوادث احتمالی مرتبط با نگهداری آن در آینده ای نه چندان دور روبرو گردد.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
با وجود چنین عواقب احتمالی در خصوص خطرات گسترش راکتورهای عظیم شکافت هسته ای, شاید فی الحال یکی از منطقی ترین راه حل ها, ادامه تحقیق و توسعه بر روی فناوری پاک و بدون خطر همجوشی هسته ای باشد خصوصا که میزان انرژی تولید شده با روش گداخت بسیار بیشتر از روش شکافت است. اما علیرغم تلاش مداوم متخصصین و مهندسین انرژی هسته ای در سرتاسر جهان, بنظر میرسد هنوز تا رسیدن به نقطه هدف تجاری سازی این فناوری و ایجاد زنجیره آبشار همجوشی خودگردان در پلاسما فاصله نه چندان زیادی وجود دارد. پلاسمای هیدروژن بوجود آمده در راکتور همجوشی باید حاوی سه شاخص ضرب سهگانه (Triple Product) مشتمل بر دمای کافی، چگالی مناسب و زمان نگهداری طولانی باشد تا زنجیره واکنش های بعدی و ادامه دار در راکتور رخ دهد. تا بحال نظریه ها و تئوری های مختلفی برای ایجاد یک سیکل واکنش ادامه دار در مرحله توسعه علمی همجوشی ارائه شده است اما همچنان مشکل کنترل بلند مدت چگالی پلاسما و همچنین مسیر حرکتی جریان پلاسما بر جای خود پابرجا است. به بیان دیگر, چالش اصلی و مهمی که تا به امروز مانع از دستیابی بشر به انرژی مداوم از فناوری پاک همجوشی شده است، عدم توانایی جلوگیری از نشت ذرات پرانرژی در داخل راکتورهای گداخت می باشد چراکه این امر مانع از بالا رفتن چگالی و دمای پلاسما برای حفظ واکنش زنجیره ای در آبشار خودگردان گداخت هسته ای میشود.
یکی از دلایلی که باعث شده استفاده از روش سنتی فناوری شکافت هسته ای برای تولید برق فراگیر شود این است که با تعدیل استفاده از میله های کنترل کننده, نوترون های رها شده از واکنش شکافت منجر به ادامه سیکل متناوب واکنش های بعدی و زنجیره ای پایدار در این فناوری می شود که شاخصه مهمی برای تولید برق می باشد در حالیکه با آخرین توسعه فعلی در فناوری همجوشی هسته ای امکان چنین واکنش زنجیره ای در پلاسمای تولید شده, میسر نیست و همین امر باعث شده که علیرغم توان تولید انرژی بسیار بیشتر در فناوری همجوشی هسته ای اما فی الحال امکان استفاده مداوم از انرژی حاصله از این فناوری برای تولید برق میسر نباشد. با توجه به این محدودیت, من ایده ای ساده برای ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در روش همجوشی هسته ای خلق کرده ام که قطعا تاییدیه قابلیت عملیاتی کردن آن میبایست مورد بررسی کارشناسی و آزمایش های دقیق مهندسی قرار گیرد لذا ایده و راهکار بازگو شده من در این مقاله معرف یک آزامایش یا یک شاخصه فنی اثبات شده نیست و تنها در حد امکان سعی کرده ام بر پایه مستندات مهندسی هسته ای, امکان عملیاتی کردن تولید مداوم انرژی با استفاده از شیفت زمانی بین دو راکتور همجوشی توکامک را تحلیل کرده و راهکاری جهت رفع این محدودیت ارائه نمایم, شاید که این ایده بتواند به گسترش همفکری جمعی برای ارائه راهکارهای بیشتر در رفع این چالش کمک نماید.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
◉ توضیحات تکمیلی ایده:
هرچند راهکاری که در این مقاله ارائه گردیده است, تغییر یا اضافه نمودن یک سیستم جدید به فرآیند واکنش گداخت هسته ای نیست اما برای درک بهتر آندسته از علاقمندانی که اطلاعات مختصری از چگونگی فرآیند همجوشی هسته ای دارند به برخی جزئیات بخش های اصلی پروسه گداخت هسته ای نیز (مرتبط با ایده ارائه شده در این مقاله), به طور خلاصه و کوتاه اشاره می شود. همانگونه که میدانیم برای ایجاد همجوشی هسته ای از روش ها و دستگاه های مختلفی استفاده می شود اما برای عملیاتی کردن ایده این مقاله من از روش محصور سازی پلاسما در دستگاه توکامک (Tokamak) استفاده کرده ام. دستگاه توکامک نوعی دستگاه برای انجام فعل و انفعالات فیزیک هسته ای با هدف محصورسازی و پایداری گاز یونیزه پلاسما است. محصور کنندگی پلاسما در این دستگاه با استفاده از دو سری میدان مغناطیسی محصورکننده که در درون چنبره دستگاه تعبیه شده است, انجام می شود. این میدانهای مغناطیسی، پلاسما را در وسط و حول محور عمودی مرکز دستگاه محصور کرده و سعی بر پایدار سازی گاز پلاسما می نمایند. دلیل اصلی استفاده از میدان های مغناطیسی جهت مهار پلاسما, دمای بسیار بالای پلاسما در حالت پایداری است که بسته به نوع سیستم راکتور همجوشی, بین 30 تا ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد, دمای وضعیت بازه پایداری پلاسما می باشد. پایداری پلاسما در چنین دماهای بالایی شرایط را برای همجوشی هستهای ایجاد می کند و واضح است که در چنین مقادیر بالایی از دما بغیر از میدان های قدرتمند مغناطیسی, هیچ ماده جامد دیگری نمیتواند با پلاسما تماس برقرار کرده و دوام بیاورد.
اتاقک توکامک محفظه مغناطیسی چنبره ای شکل است که قدمت طراحی اولیه آن به سال 1951 بر می گردد که در طول زمان مهندسین سعی نمودند با ارتقاء ساختاری, ضریب اتلاف انرژی و همچنین تنش های حرارتی و مکانیکی وارد شده بر سازه دستگاه توکامک را کاهش دهند. با کمی تفاوت, تقریبا تمام توکامک های فعلی یک سکیل مشابه شروع به کار را دارند. ابتدا محفظه داخلی از هر نوع هوا و ناخالصی ساکشن شده و محیطی با فشار معادل خلاء در دستگاه ایجاد می شود. پس از آن سوخت گازی وارد محفظه شده و همزمان یک ولتاژ الکتریکی بسیار قوی در محفظه ایجاد می شود تا گاز تجزیه و یونیزه گردد. در این مرحله الکترون ها از هسته اتم خارج شده و ذرات گاز پلاسما را بوجود می آورند که با برخورد این ذرات با یکدیگر دمای پلاسما (تا مدت زمان حفظ زنجیره پایداری) رو به افزایش می گذارد. نکته مهمی که در این مرحله وجود دارد این است که اگر ذرات پلاسما از خطوط محدب میدان مغناطیسی استفاده کنند پتانسیل و احتمال بیشتری برای پایداری زنجیره پلاسما بوجود می آید که این خود دلیلی بر استفاده مرسوم و معمول از دستگا ه های توکامک کروی شکل است.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
پایداری پلاسما معمولا به سه روش محصور سازی از طریق جبر گرانش, جبر مغناطیس و جبر اینرسی صورت می پذیرد. در حال حاضر امکان استفاده از روش محصور سازی پلاسما از طریق گرانش بر روی زمین میسر نیست زیرا بدلیل نیاز به ترکیب چگالی بالا در جرم بهمراه دمای بسیار بالا, (ایجاد فشاری معادل 400 میلیارد مرتبه بیشتر از اتمسفر زمین) امکان عملیاتی کردن آن بر روی زمین مقدور نیست و تنها این ترکیب فیزیکی پیچیده در درون ستارگان سوزان و بزرگی نظیر خورشید قابل رخ دادن است. اما در روش معمول محصور سازی جبر مغناطیسی (MCF)امکان رسیدن به پایداری پلاسما با مقدار کمی سوخت دوتریوم و تریتیوم (چگالی کمتر از یک میلی گرم تنها در فشار چند اتمسفر) با استفاده از ایجاد جریان القایی و یونیزه کردن سوخت برای تبدیل شدن به گاز پلاسما توسط دستگاه توکامک وجود دارد. در روش محصور سازی از طریق جبر اینرسی نیز, پرتو های لیزر و یون بصورت محاسبه شده و دقیق بر روی لایه بیرونی سوخت دوتریوم و تریتیوم (به قطر چند میلی متر) متمرکز می شوند تا هسته سوخت هزاران برابر نسبت به چگالی اولیه آن فشرده تر گردد و شرط بروز گداخت در واکنش هسته ای فراهم گردد.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
بصورت معمول, تعادل گاز پلاسما برآیندی از توازن بين فشار داخلی پلاسما و پس آیند نيروهای خارجی در محفظه خلاء دستگاه توکامک می باشد. ماندگاری و یا انحراف از معادله توازن بطور مستقیم مرتبط است با سه قسمت اصلی در تمامی دستگاه های توکامک که مشتمل هستند بر: پيچه چنبر ها, سيستم تولید دما, سیستم کنترل مكان و شكل پلاسما. بعبارتی محصورسازی، گرمايش، کنترل مكان و همچنین شكل پلاسما توسط این سه بخش اصلی تعیین و به انجام میرسد. کابین اصلی (محفظه) محصور سازی پلاسما در حقیقت چیدمانی از ترکیب سازه های پیچیده میدان های مغناطیسی است و در اطراف این محفظه چنبره ای شکل, پيچه های چنبر ه ای و قطبی طراحی و نصب شده است. عبور جريان ثابت در پيچه چنبر ه ای رخ می دهد و ذرات يونيزه شده حول میدان در این پیچه ميچرخند و با عبور ولتاژ الكتريكی از پيچه مرکزی، فرآیند ایجاد پلاسما در چنبره تکمیل می شود. ميدان ناشی از جريان پلاسما، ميدان مغناطيسی قطبی است و برآيند حاصل از آن عمود بر ميدان و بصورت مارپيچی است که باعث پيچش خطوط ميدان مغناطیسی به دور پلاسما ميشود و يك جداره مغناطيسی در اطراف پلاسما ايجاد ميکند. با افزايش قدرت ميدان مغناطيسی اطراف پلاسمای محصور شده, فشار وارده بر پلاسما نیز افزایش می یابد و با کنترل ميزان و جهت جريان در پيچه های قطبی ميتوانیم گاز پلاسما را برای بازه زمانی مشخصی محصور و در تعادل مكان و شكل نگه داریم. اما برای رسيدن به مرحله فرآیند گداخت و ایجاد زنجیره پلاسمای مشتعل خود نگهدار، به ايجاد دما های بسیار بالا از 30 تا 100 ميليون درجه کلوين نیاز داریم.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
در دستگاه های توکامک، مكان پلاسما ناپايدار و غيرخطی است و بدین دلیل چالش های جدی در کنترل مکان پلاسما وجود دارد. با توجه به ساختار فيزيكی D شکل در دستگاه های توکامک، پایداری مكان پلاسما به پارامترهای بسیاری منجمله مقدار جريان و نیز اندازه مكان مرجع ورودی پلاسما مرتبط است و چنانچه سایر تنظیمات ضروری ديگر را به این پارامترها اضافه کنیم، معمولا سيستم یک دستگاه توکامک دارای چندين نقطه عملیاتی ميباشد و بدین دلیل است که کنترل مكان پلاسما با استفاده از کنترل کننده های هوشمند و دستی بصورت متناوب در شرایط های متغیر و مختلف انجام می پذیرد تا حداکثر عملكرد مطلوب در بازه های مختلف عملیات تضمین شود. هدف اوليه در سیستم کنترل آن است که پلاسما با ديواره های محفظه خلاء برخوردی نداشته باشد و شكل D و سطح مقطع مشخص خود را حفظ کند تا کنترل فرآیند همجوشی امکان پذیر گردد. اما چالش بعدی پیش رو این است که در دستگاه توکامک با سطح مقطع D شكل، مكان عمودی ستون پلاسما کاملا ناپايدار است. از سوی دیگر، فشار بالای نيروهای مغناطيسی برای ایجاد کشيدگی در پلاسما، باعث افزایش ناپايداری در مكان عمودی پلاسما می شود, هرچند خود این کشيدگی باعث کاهش ناپايداری فيزيكی پلاسما و افزايش جريان آن ميشود اما با اینحال استفاده از سيستم کنترل حلقه بسته با کنترل جريان در پيچه های قطبی تاکنون نتوانسته است فرآیند پایداری دمای پلاسما را در مدت زمان طولانی در یک سیکل پایدار واکنش همجوشی هسته اتم ها نگه دارد.
◉ برای بزرگ نمایی بر روی هر یک از تصاویر گالری زیر کلیک نمائید:
با توجه به هدف این مقاله که ارائه راهکاری جدید جهت پایدار کردن سیکل متناوب استحصال انرژی از پلاسمای متغیر می باشد, مبحث گسترده سوخت گداخت هسته ای و چرخه های بسته داخلی و خارجی از ضرورت تشریحی این مقاله خارج بوده لذا در بخش مقدمه تنها بصورت عناوین مختصر و کوتاه به آن اشاره گردیده است که در صورت علاقمندی می توانید شرح کامل جزئیات چرخه های سوخت گداخت هسته ای را از منابع و مقالات گسترده مهندسی گداخت هسته ای تهیه و مطالعه نمائید. مطابق تصاویر ضمیمه شده به این مقاله هر دو دستگاه توکامک که جهت تشریح تئوری این ایده مدنظر عملیاتی شدن می باشند متشکل از یک پیکر بندی یکسان حلقوی برای ایجاد میدان مغناطیسی بهمراه یک پیکر بندی عمودی برای محصور سازی گاز پلاسما هستند. البته برای محصور سازی پلاسما از دو دستگاه همجوشی هسته ای دیگر با نام های استلاراتور و پینچ میدان معکوس نیز میتوان استفاده نمود اما به جهت پیچیدگی, هزینه بر و زمانبر بودن عملیاتی کردن آنها, در حال حاضر سریع ترین و مرسوم ترین روش دستیابی به فرآیند گداخت هسته ای استفاده از دستگاه توکامک است با اینحال هر سه دستگاه قابلیت استفاده در راهکار مطرح شده تحت عنوان "امکان ایجاد سیکل متناوب استحصال انرژی از گداخت هسته ای" را دارند.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
همانگونه که در تصاویر و ویدیوی انتهای این مقاله قابل مشاهده است من یک برش از قسمتهای داخلی محفظه خلاء که شامل Blanket tank و Vacuum vessel و LIB است را جهت درک بهتر ساختار توکامک بصورت انیمیشن سه بعدی برای علاقمندان طراحی و بازسازی کرده ام. در محیط تونل حلقوی محفظه خلاء, پایداری فشار کم مورد نیاز برای محصور شدن پلاسما ایجاد می شود تا دستگاه توکامک در پردازش روند استخراج تریتیوم دچار توقف نگردد. دیواره اول داخلی در دستگاه توکامک بعنوان مانع اولیه بین دمای پلاسمای فوق داغ و متریال ساختار راکتور همجوشی هسته ای در بمباران نوترونی عمل می کند و تقریبا نشت تریتیوم را مهار و به حداقل می رساند. در صورتیکه تریتیوم نتواند در این دیواره مهار شود منجر به نفوذ, تخریب و شکنندگی متریال لایه های بعدی در دستگاه توکامک و به تبع آن تلفات دما در چرخه سوخت می گردد. در قسمت پایین دیواره بلنکت نیز تجهیزات مرتبط با دایورتور قرار دارد که ذرات و سایر خروجی های جانبی واکنش گداخت از طریق اگزوزها تخلیه می شود.
در بیرون حلقه اولیه, چند مبدل حرارتی تعبیه شده تا انتقال گرما از واکنش هسته ای به حلقه دوم جهت تولید برق یا استفاده در فرآیندهای صنعتی دیگر امکان پذیر گردد. بدلیل نیاز به انتقال حرارت بسیار بالای محفظه خلاء در حالت پایداری پلاسما و همزمان احتمال نشت تریتیوم, مشکل جدی عدم توانایی کامل آلیاژ مبدل های حرارتی میانی برای جلوگیری از نشت تریتیوم همچنان بعنوان یک محدودیت مانع روند انجام طولانی مدت فرآیند گداخت هسته ای در یک دستگاه توکامک می شود. نشت تریتیوم و عدم پایداری دمای پلاسما برای واکنش های زنجیره ای پیوسته و طولانی مدت در کنار سایر موارد فنی که در حال حاضر مانع دستیابی فناوری همجوشی هسته ای به یک پایداری زمانی بدون توقف گردیده است, باعث گشت که امکان استفاده از ایده ترکیب شیفت سیکل پایداری کوتاه مدت پلاسما با استفاده از مازاد انرژی تولید شده بین دو راکتور توکامک را جهت بررسی و یا توسعه آن طراحی نمایم. بدین صورت که انرژی مازاد مفروض از پایداری کوتاه مدت پلاسما در یک راکتور مستقل, صرف ذخیره و تبدیل به ولتاژ محرکه الکتریکی جهت یک راکتور موازی و همسان دیگر شود و مجددا این سیکل بصورت توالی کنترل شده در چرخه گداخت هسته ای ادامه یابد.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
برای رسیدن به این مقصود نیاز به دو دستگاه راکتور همجوشی توکامک می باشد که میبایست از نظر مقادیر پارامترهای ورودی و خروجی (سوخت و انرژی) دارای شاخصه های کاملا همسان باشند. دلیل الزام شاخصه های همسان در هر یک از این دو دستگاه, پایش نزدیک به هم و دقیق تنظیمات ورودی و خروجی و نیز جلوگیری از اتلاف سوخت و انرژی در زمان شیفت متناوب و سریع بین آنها است. بعبارتی بدلیل همسانی سیستم های ورودی و خروجی هر دو دستگاه, کنترل میزان انرژی مازاد تولید شده در یک توکامک و انتقال آن جهت تغذیه به توکامک بعدی با کمترین احتمال بروز ناترازی در ضریب مصرف سوخت و انرژی صورت می پذیرد و روند تناوبی فرآیند همجوشی با اطمینان بیشتری ادامه می یابد. لازم به اشاره است که امکان انجام فرآیند این سیکل ترکیبی با دو دستگاه غیر مشابه همجوشی هسته ای نیز وجود دارد اما مستلزم صرف هزینه بالاتر و نیز الزام به بهینه سازی سیستم های کنترلی سخت افزاری و نرم افزاری جهت اعمال اتوماتیک فشار مطلوب و سیگنال شناسایی, داده برداری و تصحیح تغییر فشار در محفظه خلأ دستگاه های مختلف بعنوان رابط تسهیل دهنده چرخش انرژی مازاد در بین دو دستگاه گداخت می باشد.
همانگونه که در میانه ویدیوی انتهای این مقاله قابل مشاهده است, جهت شروع فرآیند متوالی همجوشی هسته ای در ابتدا دستگاه توکامک A با استفاده از ذخیره اولیه مقادیر بالایی از انرژی بار الکتریکی (سوخت های فسیلی یا غیر فسیلی) توسط ترنسفورماتور ها و انتقال دهنده های ولتاژ الکتریسیته در کارگاه کار خود را آغاز می کند تا ولتاژ بالای الکتریکی با ورود به ماژول های سیستم های حرارتی, دمای مورد نیاز را برای شروع فرآیند اولیه همجوشی و ایجاد جریان القایی و یونیزه کردن سوخت برای تبدیل شدن به پلاسما توسط دستگاه توکامک فراهم کند. همزمان در این مرحله محفظه دستگاه از طریق پمپهای مولد خلأ توربومولکولار و روتاری، به فشار بسیار پایین میرسد. سپس فشار عملیاتی محفظه، با کنترل اتوماتیک میزان تزریق گاز خالص هیدروژن از دریچه ورودی گاز تنظیم می شود. فشار محفظه خلأ با استفاده از سنسور خلأسنج در طول فرآیند گداخت اندازه گیری میشود تا اختلاف میان فشار لحظه ای با فشار مطلوب به عنوان سیگنال ضریب انحراف شناسایی شده و توسط کنترل کننده هوشمند, استاندارد فشار مطلوب به فرآیند تزریق گردد. با آزاد سازی مقدار بسیار کمی از سوخت دوتریوم و تریتیوم در دمایی نزدیک به 100 میلیون درجه سانتیگراد ( دما بسته به سیستم دستگاه توکامک ممکن است کمتر نیز باشد) یک مدار الکترونیکی برای ثابت نگه داشتن فشار گاز در محفظه بر پایه میکروکنترل با استفاده از پمپ های توربومولکولار وارد عمل می شود تا فشار با تزریق مداوم مقدار صحیح گاز کنترل شود و تغییرات احتمالی در مقدار گاز وارد شده به سیستم در طول فرآیند جبران گردد. سیستم کنترل فشار یکی از زیرسیستم های اتاق کنترل یکپارچه در فرآیند همجوشی هسته ای است که بر مبناي استاندارد ATCA طراحی می شود لذا تثبیت و کنترل پروفایل فشار گاز در تکنولوژی خلأ از اهمیت بسیار برخوردار است.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
پس از آنکه دستگاه توکامک A با پیش فرض 10 دقیقه به سطح مطلوب راندمان عملیاتی خود برای ایجاد انرژی مازاد (نسبت به انرژی مصرف شده) رسید, انرژی عظیم مازاد حاصله از طریق مبدل های الکتریکی بازیابی شده و سپس صرف ایجاد یک ولتاژ الکتریکی بسیار قوی جهت تجزیه و یونیزه کردن گاز موجود در محفظه دستگاه توکامک B می شود. با ورود دستگاه توکامک B به مدار عملیات, دستگاه توکامک A از مدار عملیات خارج شده و سیستم های آن به حالت انتظار تا حصول انرژی مازاد از دستگاه توکامک B در می آیند. مدت زمان تقریبی 600 ثانیه برای مرحله عملیات (کارکرد) و 600 ثانیه جهت مرحله انتظار (خاموش) برای هر یک از دو دستگاه توکامک با پیش فرض حد واسط احتمال فشار و آسیب دمایی به تجهیزات در نظر گرفته شده است. کما اینکه توکامک های توسعه یافته فعلی امکان نگه کردن پلاسما در دمای بسیار بالا را تا بیش از 1200 ثانیه نیز دارند اما در چنین دماهایی با بازه زمانی طولانی تر احتمال آسیب به تجهیزات دستگاه نیز دور از انتظار نیست. با اینحال بنظر میرسد بتوان با شیفت زمانی کوتاهتر در بین دو راکتور همسان از تخریب مواد دستگاه های همجوشی جلوگیری کرد و استهلاک قطعات آنها را به حداقل رساند.
◉ نوآوری: پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک
◉ مخترع و صاحب امتیاز: علی پوراحمد
◉ طبقه بندی: اختراعات جدید مخترعین ایران و جهان
همانگونه که اشاره شد در سیستم توکامک های پیشرفته فعلی, فرآیند نگه داشتن زنجیره پایداری پلاسما تا مرز بیش از 20 دقیقه و رسیدن به تولید انرژی مازاد بر انرژی مصرف شده امکان پذیر شده است. بعنوان مثال دستگاه گداخت WEST (در جنوب فرانسه) توانسته است پلاسما را در حالت همجوشی کمی بیش از ۲۲ دقیقه یا ۱۳۳۷ ثانیه حفظ کند اما علیرغم این محدودیت زمانی و نیز احتمال بالای آسیب دیدن بخش های مختلف یک دستگاه همجوشی هسته ای در مواجه و تماس با دمای بسیار بالای بمباران شدید نوترونی و همچنین احتباس و نفوذ تریتیوم که منجر به شکنندگی و تخریب مواد در بازه های زمانی بسیار طولانی تر می شود (بعنوان مثال چندین ساعت کارکرد مداوم), این احتمال نیز وجود دارد که بتوان با استفاده از انرژی مازاد تولید شده در بازه زمانی کوتاهتر و با استهلاک کمتر, به یک سیکل چرخشی تولید انرژی آنگونه که در این ایده شرح داده ام دست یابیم که البته عملیاتی کردن یا بهینه سازی اجرای این ایده مستلزم بررسی های کارشناسی بیشتر و دقیق تر جهت اثبات امکان استفاده از این راهکار می باشد.
بمثابه سایر ایده های علمی, احتمال قابلیت اجرایی, توسعه و بهینه سازی این راهکار دور از دسترس نبوده و در صورت عملیاتی شدن "کنترل زمانبندی پایداری پلاسما با استفاده از 2 راکتور همجوشی هسته ای" می توان کمک شایانی به تولید انرژی پاک و بی پایان از چرخه خودگردان هسته ای نمود.
پایان مقاله//
◉ ویدیوی راه حل پایداری پلاسما در واکنش همجوشی هسته ای با ایجاد سیکل متناوب تولید انرژی در دستگاه توکامک / از دسته «اختراعات علی پوراحمد»
◉ سازنده انیمیشن این ویدیو: علی پوراحمد
◉ سازنده موسیقی این ویدیو: علی پوراحمد
◉ گفتار متن: علی پوراحمد
◉ زبان: انگلیسی
◉ زیر نویس فارسی: ندارد
درباره مخترع و نویسنده این مقاله 👇 :
مقالات اختراعات علمی مرتبط با تولید برق :
◉ اختراع نیروگاه تولید برق از چرخش زمین در فضا و انتقال الکتریسیته تولید شده به گیرنده زمینی با استفاده از لیزر
◉ اختراع نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین و نیروی گریز از مرکز در موتور گرانش 1
◉ اختراع نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین و نیروی گریز از مرکز در موتور گرانش 2
◉ اختراع نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین و چرخ های معلق در موتور گرانش 3
◉ اختراع نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین و نیروی گریز از مرکز در موتور گرانش 4
◉ اختراع نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین و فیزیک ترکیبی در موتور پیچیده گرانش 5
◉ اختراع استفاده از آب دریا و حوضچه گرداب مصنوعی برای تولید برق
◉ اختراع استفاده از آب سواحل عمیق دریا و اقیانوس برای ایجاد سد مصنوعی و تولید برق
◉ اختراع تولید برق از سانتریفیوژ سیال با استفاده از آب, جاذبه و نیروی گریز از مرکز
سایر اختراعات علی پوراحمد :
◉ لیست کامل مجموعه اختراعات و مقالات علمی منتشر شده علی پوراحمد
سایر مقالات علی پوراحمد :
◉ در خلق اختراعات علمی و یا تولیدات هنری هرگز به سراغ ابزار هوش مصنوعی نمی روم زیرا آن را عاملی منفی برای رشد خلاقیت واقعی مغز می دانم!
◉ آیا هوش مصنوعی میتواند خالق هنر و جایگزینی برای هنرمند و خلاقیت انسانی باشد؟
◉ آیا فرازمینی ها وجود دارند؟ - آیا اسناد و گزارشات محرمانه از یوفو ها و موجودات فضایی واقعی است؟
◉ چرا در سینمای ایران ژانر علمی تخیلی وجود ندارد!
◉ عوامل تاثیر گذار در خلق اختراعات, چگونه میتوانیم یک مخترع شویم!
◉ آیا خدا وجود دارد؟ آیا وجدان می تواند جایگزین خدا شود؟
◉ در مواجه با حسادت ورزی و انرژی منفی انسانهای حسود چه عکس العملی میبایست داشته باشید؟
تبلیغات
