تبلیغات
وبلاگ شخصی مهدی رعنایی

وبلاگ شخصی مهدی رعنایی
علمی.ورزشی 
قالب وبلاگ
نویسندگان
مهار هم جوشی هسته ها
مهار هم جوشی هسته ها


 




 
گامی دیگر برای به خدمت درآوردن انرژی اتم
همه آنهایی كه اندكی با فیزیك آشنایی دارند می دانند، كه پایه های فیزیك نوین را دو نظریه نسبیت و كوانتومی تشكیل می دهند. اما هر كدام از این دو نظریه تا مرزهای معینی كاربرد دارند و بعد از آن به نتایج غیر قابل قبولی می انجامند. نسبیت كه در میدان های گرانشی متداول مثل گرانش كهكشان ها نتایج كاملا درستی می دهد. وقتی با شرایط ابتدای آفرینش یعنی انفجار بزرگ مواجه می شود عباراتی نامتناسب ارائه می دهد، تضادهایی مثل ظهور بی نهایت ها. نظریه كوانتومی هم كه در مورد فوتون ها و الكترون ها و دیگر اجرام ریز پیش بینی های درستی می كند، وقتی وارد ابعاد هسته ای و نیروهای مربوطه می شود به تناقضاتی می رسد. البته این بدان معنی نیست كه ما اطلاعاتی در مورد هسته اتم ها نداریم، بلكه منظور این است كه یك نظریه جامع برای توضیح آن چه در هسته می گذرد وجود ندارد؛ و گرنه بشر سال هاست كه با هسته آشنایی دارد و با فرایندهای هسته ای، انرژی (و البته سلاح!) تولید كرده است. ولی اكنون انسان قصد دارد قدمی دیگر بردارد و آن مهار و كاربردی كردن انرژی گداخت هسته ای است. البته در این راه مشكلات عملی و نظری بسیاری وجود دارد. شاید سال ها تا برداشتن این قدم باقی مانده باشد اما به نظر می رسد در موسسه فناوری ماساچوست (MTY) (1) خبرهایی است........
نگریستن به داخل خورشیدی مصنوعی
بعد از حدود پنج دهه تحقیقات، انتظار می رود طی یك یا دو سال آینده گام های مهمی در راستای مهار نیروی جوش هسته ای برداشته شود. این مرحله كه "اشتغال هم جوشی(2)" نام دارد، باید توسط دستگاهی با همین نام كه در كالیفرنیا ساخته شده است، انجام شود. آخرین آزمایش ها مربوط به این دستگاه كه اشتغال هم جوشی ملی (3) (NIF) نام گرفته است، سال ها گذشته مختصرا با شكست هایی مواجه شد. دانشمندان زیادی از جمله پژوهشگران مركز علوم پلاسما و هم جوشی (PSFC)(4) برای عملی ساختن این بخش اساسی از عملیات ایفای نقش كرده اند. اگر بخواهیم به طور مختصر شرح دهیم، محققان PSFCمعین كرده اند كه چگونه می توان از یك واكنش هم جوشی به عنوان نوعی نور پس زمینه(5) استفاده كرد؛ كاری كه به آنها این توانایی را می دهد تا مشاهده كنند چه اتفاقی در واكنش های نخستین در حال روی دادن است. گداخت یا جوش هسته ای، به معنی تركیب و ممزوج شدن دو اتم كوچك در یك اتم، به همراه آزاد كردن مقدار حیرت آوری انرژی است. این دقیقا همان فرآیندی است كه در خورشید هم روی می دهد و شاید به گونه ای بتوان آن را راه حل نهایی مسئله انرژی جهان نیز دانست. زیرا این فرآیند می تواند مقادیر عظیمی از انرژی را بدون آلودگی های گلخانه ای ایجاد كند. هر چند شاید راه كار عملی كنترل این انرژی- مثلا با ساخت نیروگاه- تا یك دهه دیگر دور از دست باقی بماند.
یك مشكل اساسی پیشاوری محققان و مهندسان این است كه واكنش واقعی باید در كپسولی با مقطع دایره ای شكل و قطر 2 میلی متر اتفاق بیفتد كه دما و فشار آن در حال انفجار حتی بسیار بیشتر از آنی می شود كه در مركز خورشید موجود است! در چنین محیطی، تصویر نگاری یا انجام هر نوع اندازه گیری
به هیچ وجه كار آسانی نیست؛ در حالی كه واضح است چنین اعمالی برای تنظیم سیستم و حصول نتیجه مطلوب حیاتی هستند. یك گروه از MIT كه توسط محقق ارشد PSFC، "ریچارد پتراسو"(6) رهبری می شد، در روش استفاده از نور پس زمینه به پیشرفت هایی دست یافته اند. این موضوع برای اولین بار در سال 2008 به اطلاع عمومی رسید. اكنون این گروه گزارش می دهند كه توانسته اند در دانشگاه رچستر(7) آزمایش های موفقیت آمیزی را ثبت كنند و موفق به یادگیری جزئیات جالبی درباره ماهیت میدان های الكتریكی و مغناطیسی اطراف كپسول كوچك شده اند.
دكتر پتراسو در این مورد می گوید: "ما در حال گرفتن یك تصویر فوری از چیزی بودیم كه میدان های الكتریكی و مغناطیسی بدان شبیه بودند، این اطلاعاتی است كه مشكل بتوان از روش دیگری به دست آورد."
ساخت یك جرقه زن برای گداخت
NIFاز روشی بهره می برد كه "راه اندازی غیر مستقیم" نامیده می شود. در این روش، كپسول كوچكی از سوخت هیدروژنی را به داخل یك گودال كه "تابشگر كامل(8)" نام دارد، می اندازد. سپس پرتوهای لیزر درون دیواره های این گودال را بمباران می كنند كه این كار موجب گرم شدن دیواره ها و انتشار پرتوهای ایكس می شود، و این امر نیز به نوبه خود باعث اشتعال كپسول می شود. اشتعال یعنی هدف نهایی و اساسی NIF، به این معنی است كه انرژی ناشی از گداخت اتم های فوق چگال هم جوار می شود و این روند همین طور در یك فرایند زنجیره ای ادامه می یابد. دكتر پتراسو توضیح می دهد: "اما برای رسیدن به نقطه شروع اشتعال به وسایل خطا یابی نیاز است، تا جزئیات آن چه داخل كپسول می گذرد را مشخص كنند، جایی كه دما به 200 میلیون درجه كلوین می رسد و فشار هم می تواند تا یك تریلیون واحد اتمسفر افزایش یابد!"(9)
به منظور این كه اشتعال به درستی عمل كند، كپسول حاوی دوتریوم و تریتیوم (دو شكل سنگین از عنصر هیدروژن) باید به طور تقریبا كامل كروی باشد، به طور كامل در مركز تابش دهنده قرار بگیرد و باید در حالتی تقریبا كامل از تعادل و تقارن منفجر شود. پتراسو در این مورد می گوید: "یك پرسش مهم این است كه دست ما چقدر برای خطاهای آزمایشگاهی باز است؟ این یكی از چیزهایی است كه هنوز مشخص نشده، و در واقع پاسخ همین پرسش است كه روشن می كند چرا روش های مشاهده سیستم این قدر با اهمیت هستند." در مركز تحقیقات انرژی لیزر رچستر، كپسول دومی نزدیك كپسول اول جایگذاری و به وسیله پرتوهای لیزر بمباران شد كه باریكه ای از پروتون ها را برای راه انداختن كپسول دوم در داخل تابشگر كامل تولید كرد.
«نلسون هوفمان» دانشمند فیزیك پلاسما در آزمایشگاه لوس آلاموس می گوید: "گروه MITدر چندین روش بسیار موثر، برای اندازه گیری جنبه های مهم آن چه داخل كپسول های گداخت روی می دهد، پیشرفت كرده اند. این جنبه ها به عنوان یك شاخص برای این كه معلوم شود چقدر به هدف اشتعال نزدیك هستیم بسیار حیاتی اند. به عنوان یك نتیجه، گروه MIT هم اكنون نیز پدیده های شگفت انگیزی را در روش گسترش میدان های الكتریكی و مغناطیسی یافته اند. "او اضافه می كند: "تلاش برای رسیدن به گداخت هسته ای، یكی از سخت ترین مشكلات علمی است كه تاكنون با آن درگیر بوده‌ایم. بنابر این بازنگری مسئله به روشی نوین (مانند تصویر نگاری پروتونی گروه MIT) برای كشف پدیده هایی كه در هیچ روش دیگری نمایان نمی شود، می تواند كارساز باشد."
به عنوان یك نمونه از نتایجی كه اخیرا منتشر شده، گروه MIT همراه با همكارانی از آزمایشگاه ملی "لاورنس لیورمور(10)" (آزمایشگاهی برای تحقیقات مربوط به انرژی لیزر) نتایجی را مشاهده كردند كه از یك آزمایش به اصطلاح خودشان "برخورد پنج چگاله با الگوی ستاره ای" به دست آمد. این نتایج در میدان های اطراف كپسول مشاهده شده اند. باید تاكید كنیم كه این میدان ها می توانند نقش مهمی را در مشاهدات غیر مستقیم بازی كنند. الگوی مشاهده شده، نتیجه مكان پرتوهای لیزر فرودی است.
پتراسو انتظار دارد كه در NIF، مدت زیادی از نخستین آزمایش ها بگذرد تا هدف اشتعال حاصل شود. او می گوید: "این چیزی است كه قبلا هرگز اتفاق نیفتاده است، بنابر این ما باید به شناختی وابسته باشیم كه هم زمان خودمان با آزمایش به دست می آوریم، و این ماییم كه باید موقعیت های بسیار دقیقی كه مورد نیاز است ایجاد كنیم." وی كه از سال 1978 (1357 ش) در PSFC مشغول كار بوده است، ادامه می دهد: "بسیاری از بخش های این تلاش، پایه های نظری- عملی دقیقی دارند؛ اما بسیاری دیگر نیز این طور نیستند. به همین خاطر، ما باید نقاط تاریك تئوری ها را خودمان پر كنیم تا بتوانیم سرانجام، شرایط را به درستی مهیا كنیم."
برای این كار، علاوه بر كمك های مركز رچستر، محققان MIT شامل 6 دانشجوی دكتر، نقش مهمی را در انجام پروژه NIF ایفا كرده اند.
به بیان پتراسو: " اشتعال نه فقط گام مهمی به سوی اتفاقی است كه شاید روزی به استفاده عملی از نیروی گداخت بینجامد، بلكه همچنین می تواند وسیله عملی خوبی باشد تا بفهمیم خورشید و دیگر ستارگان چطور كار می كنند. شما- حتی در خلال همین آزمایش ها كه فقط چند میلیونیوم ثانیه دوام دارند- شرایطی را ایجاد می كنید كه تنها می توان در مركز ستارگان یافت، به نظر من اخترفیزیكدانان نیز این شرایط را بسیار جالب و مسحور كننده خواهند یافت."



طبقه بندی: دانستنیها،
[ یکشنبه 30 بهمن 1390 ] [ 01:48 ب.ظ ] [ مهدی رعنایی ]
.: Weblog Themes By SibTheme :.

درباره وبلاگ


وبلاگ شخصی مهدی رعنائی

آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
امکانات وب