الاستعمالات الاخرى للمفاعلات - الانصهار النووي - الطاقة النووية .. الفيزياء

تقليص
X
 
  • تصفية - فلترة
  • الوقت
  • عرض
إلغاء تحديد الكل
مشاركات جديدة

  • الاستعمالات الاخرى للمفاعلات - الانصهار النووي - الطاقة النووية .. الفيزياء

    الاستعمالات الاخرى للمفاعلات - الانصهار النووي - الطاقة النووية .. الفيزياء

    الاستعمالات الاخرى للمفاعلات

    الى جانب الاستعمال المتزايد للمفاعلات فى محطات توليد الطاقة ، تم بناء مفاعلات صغيرة ومبرمجة كان الهدف منها تحقيق غايات اخرى ، ربما كان اهمها تسيير السفن . وقد استخدمت في هذا النوع المياه المضغوطة من اجل القيام بمهام التبريد والتخفيف من سرعة النوترونات في نفس الوقت .

    وقد كانت اول غواصة ذرية انزلت الى البحر الغواصة الاميركية نوتيليس عام ١٩٥٤ . والمعروف ان استعمال الطاقة النووية في الغواصات يعطيها قدرة على الغوص لفترات طويلة من الوقت .

    فالغواصة العادية تضطر للصعود الى سطح الماء مرات عديدة من اجل القيام بشحن بطارياتها بواسطة مولد ديزل يحتاج الى كميات من الهواء للقيام بعمله . وقد تمكنت اول غواصة من نوع نوتيليس من البقاء تحت الماء مسافة ٦٢٠٠٠ ميل عبرت خلالها القطب الشمالي دونما أي حاجة للتزود بالوقود .

    وقد باشرت عدة دول بناء سفن نووية : الا ان هذه السفن ما زالت غير قادرة على منافسة السفن التي تعمل على النفط الا في حالات خاصة مثل كسح الجليد في المياه القطبية ، حيث برهنت عن تفوقها عن السفن العادية .

    ولا بد من الاشارة الى ان المفاعلات النووية بدأت تظهر في البرامج السلمية . ففي عام ١٩٦٥ ، تم تزويد تابع فضائي اميركي بمفاعل سريع مده بحاجته من الطاقة لمدة ٤٣ يوما ، وتم تحويل الحرارة فيه الى كهرباء بواسطة مزدوجات حرارية . وهناك تصاميم اميركية لصنع صاروخ نووي يتألف من مفاعل حراري يستعمل فيه الغرافيت كمخفف السرعة النوترونات والهدروجين الذي تصل درجة حرارته الى ٢٠٠٠ درجة مئوية لتبريد المفاعل وتسيير الصاروخ . أما فوهة الصاروخ فانها تبرد بواسطة سائل الهدروجين المخزن في الصاروخ .

    الانصهار النووي

    يتبين من الرسم البياني لطاقة الترابط الموجود على الصفحة ١٢٢ ان توليد الطاقة بواسطة صهر الذرات الخفيفة ممكن كتوليدها من انشطار الذرات الثقيلة . فالانصهار يحدث في الشمس والنجوم وتفاعلاته تنتج لنا الطاقة التي لا حياة بدونها على الارض . ويعتقد ان النجوم ، كالشمس ، بدأت أولى مراحل حياتها على شكل سحابة من الهدروجين - أي من البروتونات والنوترونات والالكترونات - تم عملت قوى الجذب بين الذرات على ان تكون الكثافة في الداخل اكبر منها في الخارج ، مما يزيد من عدد الاصطدامات في مركز النجم ومن طاقته ، فينتج عن ذلك ارتفاع في الضغط وفي درجة الحرارة . وكلما ارتفعت درجة الحرارة ابتعدت الالكترونات عن مداراتها وأصبحت الذرات مشردة . والجدير بالذكر ان الغاز المشرد بهذا الشكل يدل على وجود حالة رابعة من حالات المادة تسمى البلازما .

    وعندما ترتفع درجة حرارة البلازما تتحد البروتونات فيها مع النوترونات وتؤلف نوى ذرات الدوتريوم التي تتحد مع بعضها البعض لتأليف نوى التريتيوم والهليوم مجتمعة ولا يحدث هذا الانصهار الا على درجة من الحرارة تسمى درجة حرارة الاشتعال ، أما اذا بقيت درجة الحرارة دون هذه الدرجة ، فان قسما من الطاقة يذهب سدى بسبب ما يسمى اشعاعات الكبح - أي تحول الطاقة الحركية المباشر الى اشعة سينية ، وهو تحول ينجم عن تصادم قريب بين الالكترون والبروتون أو بين الالكترون والنواة .

    وتقدر الطاقة التي يطلقها تفاعل الانصهار بحوالي ۱۳ × ۱۰-۱۲ جول . وبما ان كلغ الدوتريوم يحتوي على ۳ × ٢٦١٠ نواة ، فان الطاقة الناتجة عن تحول الدوتريوم الى هيليوم هي ٣ × ١٤١٠ جول ، أي ما يعادل ستة اضعاف الطاقة الناتجة عن انشطار كلغ واحد من اليورانيوم . ولهذا السبب يشكل الانصهار منبعا كامنا لكميات هائلة

    ( تفاعلات الانصهار في الهدروجين ( فوق ) وفي نظائر الليثيوم ( تحت )

    من الطاقة ، بالاضافة الى كونه وقودا متوفرا بغزارة كافية . فالبحر مليء بالهدروجين ، وهو يحتوي على ذرات الدوتريوم بمعدل ١٥ ذرة في كل ۱۰۰۰۰۰ ذرة من ذراته ومع ذلك ، لا بد من بلوغ درجة حرارة الاشتعال اللازمة لاطلاق التفاعل من ذرات الدوتريوم ( وتقدر بحوالي ٥٠ مليون درجة ) والجدير بالذكر ان المصدر الوحيد لبلوغ درجة الحرارة هذه هو القنبلة الذرية ( الانشطارية ) . وقد تم تحقيق اول تفاعل انصهاري على الارض عام ١٩٥٢ عندما احيطت قنبلة انشطارية بطبقة من مادة مهدرجة - شكل ذلك اول قنبلة هدروجينية - كان لها أثر مدمر اكبر بكثير مما خلفته القنبلة الذرية نفسها . فقد كانت القنبلة الذرية التي ألقيت على هيروشيما مساوية لـ ٢٠ كيلو طن من ت . ن . ت . اما القنبلة الانشطارية الانصهارية فانها تعادل ٢٠ ميغاطن من تنت . ولا بد من الاشارة الى ان ديتروات الليثيوم مادة قابلة للانصهار .

    اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.22_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	88.3 كيلوبايت 
الهوية:	247725 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.22 (1)_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	105.3 كيلوبايت 
الهوية:	247726 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.23_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	49.1 كيلوبايت 
الهوية:	247727 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.24_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	145.4 كيلوبايت 
الهوية:	247728

  • #2
    Other uses of reactors - Nuclear fusion
    - Nuclear energy .. Physics

    Other uses of reactors

    In addition to the increasing use of reactors in power plants, small and programmed reactors were built for other purposes, perhaps the most important of which was the operation of ships. In this type, pressurized water was used to perform cooling tasks and reduce the speed of neutrons at the same time.

    The first nuclear submarine to be launched into the sea was the American submarine Nautilus in 1954. It is known that the use of nuclear energy in submarines gives them the ability to dive for long periods of time.

    A regular submarine has to surface many times in order to charge its batteries using a diesel generator that requires quantities of air to do its job. The first Nautilus submarine was able to stay underwater for a distance of 62,000 miles, during which it crossed the North Pole without any need to refuel.

    Several countries have begun building nuclear ships: however, these ships are still unable to compete with ships that run on oil except in special cases such as icebreaking in polar waters, where they have proven their superiority over ordinary ships. It should be noted that nuclear reactors have begun to appear in peaceful programs. In 1965, an American space satellite was equipped with a fast reactor that provided it with its energy needs for 43 days, and the heat was converted into electricity by thermocouples. There are American designs to build a nuclear missile consisting of a thermal reactor in which graphite is used as a neutron speed reducer and hydrogen, which reaches a temperature of 2,000 degrees Celsius, to cool the reactor and drive the missile. The missile nozzle is cooled by liquid hydrogen stored in the missile.

    Nuclear Fusion

    The graph of binding energy on page 122 shows that energy can be generated by the fusion of light atoms as well as by the fission of heavy atoms. Fusion occurs in the sun and stars, and its reactions produce the energy without which life on Earth would be impossible. It is believed that stars, like the sun, began their first stages of life as a cloud of hydrogen - that is, of protons, neutrons, and electrons - and the forces of attraction between the atoms made the density inside greater than the density outside, which increased the number of collisions in the center of the star and its energy, resulting in an increase in pressure and temperature. The higher the temperature, the more electrons move away from their orbits and the atoms become displaced. It is worth noting that the displaced gas in this form indicates the existence of a fourth state of matter called plasma.

    When the temperature of the plasma rises, the protons in it combine with the neutrons and form the nuclei of deuterium atoms, which combine with each other to form the nuclei of tritium and helium together. This fusion does not occur except at a temperature called the ignition temperature. However, if the temperature remains below this temperature, part of the energy is wasted due to what is called braking radiation - that is, the direct conversion of kinetic energy into X-rays, a conversion that results from a close collision between an electron and a proton or between an electron and a nucleus. The energy released by the fusion reaction is estimated at about 13 × 10-12 joules. Since one kilogram of deuterium contains 3 × 2610 nuclei, the energy resulting from the conversion of deuterium into helium is 3 × 1410 joules, which is equivalent to six times the energy resulting from the fission of one kilogram of uranium. For this reason, fusion is a potential source of enormous amounts of energy, in addition to being a sufficiently abundant fuel. The sea is full of hydrogen, and it contains deuterium atoms at a rate of 15 atoms per 100,000 of its atoms. However, the ignition temperature necessary to launch the reaction from the deuterium atoms must be reached (estimated at about 50 million degrees). It is worth noting that the only source of reaching this temperature is the atomic (fission) bomb. The first fusion reaction on Earth was achieved in 1952 when a fission bomb was surrounded by a layer of hydrogen material - this formed the first hydrogen bomb - which had a much greater destructive effect than the atomic bomb itself. The atomic bomb dropped on Hiroshima was equivalent to 20 kilotons of TNT. T. As for the fusion fission bomb, it is equivalent to 20 megatons of tant. It must be noted that lithium dimerate is a fusionable material.

    تعليق

    يعمل...
    X