شتاب دهنده

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی

انواع دیگر انرژی

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینکه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

انواع شتاب دهنده

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

1. شتاب دهنده های خطی

    

2. شتاب دهنده های مداری

    

3. شتاب دهنده سیلکووترون

    

1. می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت.

    

2. هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است.

    

3. هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است.

    

4. با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

    

در حوزه ذرات

1. الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با ۱۹-۱۰*۶/۱ ژول

    

2. یک گرم هیدروژن ۱۰۲۳ * ۰۲/۶ اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

    

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول ۱۰۱۳*۶/۹=۱۰۹*۱*۱۰۲۳*۰۲/۶* ۱۹-۱۰*۶/۱

یک کیلووات ساعت برابر است با ۰۰۰/۶۰۰/۳ ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با ۲۶ کیلووات ساعت.

۱۰۱۳ *۶/۹ ژول تقسیم بر ۰۰۰/۶۰۰/۳ مساوی ۱۰۵*۲6

شتاب دهنده خطی
در آزمایشگاه های کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ذرات بنیادی مانند آلفا، بتا، پوزیترون، موئون ها و... برای بررسی خواصشان استفاده می شود. همچنین از ذرات آلفا، پروتون و دوتریم که دارای بار مثبت هستند، برای شکافت هسته ای استفاده می شوند. اما هنگامی که این ذرات را به سوی هسته می فرستیم، بر اثر نیروی دافعه الکتروستاتیکی بین هسته و ذرات نامبرده، این ذرات دفع می شوند و در نتیجه شکافتی صورت نمی گیرد. برای ایجاد شکافت هسته از طریق بمباران کردن ذرات نامبرده، بایستی سرعت و انرژی این ذرات را افزایش دهیم. برای این کار از دستگاه شتابدهنده خطی یا سیکلوترون خطی استفاده می کنیم.
این دستگاه از مجموعه از چند استوانه فلزی با اندازه های متفاوت تشکیل شده است به طوری که اگر از اولین استوانه کوچک شروع کنیم با پیشروی،طول این استوانه ها افزایش می یابد. این استوانه ها به جریان الکتریکی متناوب متصل اند. نوع بار الکتریکی استوانه ها به طور یک در میان یکسان تغییر می کند.
هنگامی که یک ذره مثبت به اولین استوانه می رسد، استوانه بار منفی می گیرد و در نتیجه بار مثبت به سمت صفحه استوانه تمایل پیدا می کند، اما همین که ذره به صفحه نزدیک شد، نوع بار صفحه از منفی به مثبت تبدیل می شود ( چون جریان متناوب است )، پس ذره دفع می شود، و از طرف استوانه بعدی بار منفی دارد، و در نتیجه ذره به سمت استوانه بعدی جذب می شود، اما همین که به صفحه استوانه بعدی رسید، نوع بار استوانه تغییر می کند و با این تغییر، ذره به استوانه بعدش منتقل می شود. این فرایند در طی عبور ذره باردار از استوانه تکرار می شود تا اینکه سرعت آن به حد مورد نیاز برسد.

شتاب دهنده معمولی

شتاب دهنده‌های با انرژی میانی: ‏

مکانیزم کار شتاب‌دهنده‌ معمولی:‏

• ذره فرودی به هسته برخورد می کند سپس در یک جهت متفاوت از ‏مسیر اول آن را ترک می‌کند. در صورتی که در حالت و ترکیب هسته ‏تغییری حاصل نشود. این فرآیند را کشان می‌نامند.‏

   

• در اثر برهم کنش ، هسته به یک حالت بر انگیخته گذر می‌کند. که ‏متعاقبا با گسیل اشعه گاما به یک حالت پایدارتر «حالت پایه) بر می گردد. ‏ذره فرودی منحرف شده و انرژی جنبشی از دست می دهد. این نوع ‏فرایند را ناکشسان می باشد.‏

   

• هسته فرودی را گیر می اندازد و سپس یک ذره دیگر (یک فوتون) گسیل ‏می کند. این فرآیندها از اجزای قابل توجه واکنش‌های هسته‌ای هستند.

   

• در کلیه آزمایشگاهها احتمال رخداد هر یک از فرآیندها مقدار معینی ‏هستند. که با شمارش تعداد آشکار شده در جهات مختلف و مقایسه آن ‏با تعداد ذرات فرودی این احتمال‌ها اندازه‌گیری می‌شود

  
   

   
• نظرات (

شتاب‌دهنده‌های همانند خطی و سیکلوترونها‌ به ویژه برای مطالعات ‏واکنش های هسته‌ای مفیدند که به طور عمده ذرات را تا انرژیهای ‏متوسطی شتابدار می سازند. ‏

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی کمتر تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود ۱۲ کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوم اینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: