چگونه میلگرد فیوز کار خواهد کرد
فیوژن چیست؟
ما و سیاره ما از میلیونها واکنش همجوشی هسته ای برخوردار هستیم که هر ثانیه در هسته خورشید قرار دارد. بدون این واکنش ها، ما هیچ نور و گرما و احتمالا هیچ زندگی ای نداریم. یک واکنش همجوشی رخ می دهد زمانی که دو اتم هیدروژن برای ایجاد یک اتمی بزرگ هلیم ۴، که انرژی را آزاد می کند، رخ می دهد. در اینجا این است که چگونه این روند کار می کند:
دو پروتون برای تشکیل یک اتم دوتریوم، یک پوزیترون و نوتینو ترکیب می کنند.
یک اتم پروتون و یک اتم دوتریوم برای تشکیل یک اتم هلیوم ۳ (دو پروتون با یک نوترون) و یک پرتو گاما ترکیب می کند.
دو اتم هلیوم ۳ برای تشکیل هلیم ۴ (دو پروتون و دو نوترون) و دو پروتون ترکیب می شوند.
فیوژن تنها می تواند در محیط های فوق گرم که در میلیون ها درجه اندازه گیری می شود رخ دهد. ستاره هایی که از پلاسما ساخته می شوند، تنها اشیاء طبیعی هستند که به اندازه کافی داغ هستند تا واکنش های همجوشی ایجاد کنند. پلاسما، که اغلب به عنوان ماده چهارم ماده شناخته می شود، گاز یونیزه شده از اتم هایی است که از برخی الکترون ها جدا شده اند. واکنش های فیوژن مسئول ایجاد ۸۵ درصد انرژی خورشید هستند.
سطح بالای گرما مورد نیاز برای ایجاد این نوع پلاسما غیرممکن است که اجزای موجود در مواد شناخته شده ای را شامل شود. با این حال، پلاسما یک هادی خوب الکتریکی است که امکان استفاده، هدایت و تسریع در استفاده از میدان مغناطیسی را فراهم می کند. این مبنایی برای ایجاد یک فضاپیما با همجوشی است که ناسا معتقد است در عرض ۲۵ سال قابل دستیابی است. در بخش بعدی، ما به پروژه های خاص فیوژن موتور در توسعه نگاه خواهیم کرد.
پرواز بر روی فیوژن قدرت
واکنش های همجوشی انتشار مقدار زیادی از انرژی، به همین دلیل است محققان در حال ابداع راه هایی برای بهره برداری از انرژی را به یک نیروی محرکه آن سیستم است. فضاپیمای فضایی می تواند برنامه ناسا را برای ماموریت مأموریت مأموریتی ماموریت کند. این نوع فضاپیما می تواند زمان بیشتری را به مریخ برساند بیش از ۵۰ درصد، به طوری که باعث کاهش مواجهه با تابش و بی وزن می شود.
ساخت یک فضاپیما با همجوشی معادل توسعه یک ماشین بر روی زمین است که میتواند دو بار سریعتر از هر ماشین با هزینه ۷۰۰۰ مایل در هر گالن سفر کند. در علم موشک، بهره وری سوخت یک موتور موشک با تأثیر خاص خود اندازه گیری می شود. نیروی خاصی به واحدهای نیروی محرکه برای واحدهای سوختگیری در طول زمان اشاره دارد.
یک درایو فیوژن می تواند حدود ۳۰۰ برابر بیشتر از موتورهای شبیه سازی شده موشک را داشته باشد. یک موتور موشک شیمیایی شبیه به ۴۵۰ ثانیه است که به این معنی است که موتور می تواند ۱ پوند از ۱ پوند سوخت را برای ۴۵۰ ثانیه تولید کند. یک موشک همجوشی می تواند یک ضربه خاص تخمینی ۱۳۰،۰۰۰ ثانیه داشته باشد. علاوه بر این، موشک های همجوشی از هیدروژن به عنوان سوخت مایع استفاده می کنند، بدین معنا که می تواند خود را از طریق فضا عبور دهد. هیدروژن در اتمسفر بسیاری از سیارات وجود دارد، بنابراین تمام فضاپیما باید در جو قرار بگیرند و در بعضی از هیدروژن ها خودشان را تزریق کنند.
موشک های Fusion می تواند موثرتر از موشک های شیمیایی باشد که سریع سوخت را سوختند. این باور بودند که نیروی محرکه فیوژن اجازه خواهد داد که سفر سریع به هر نقطه در منظومه شمسی ما، و می تواند تنها در دو سال اجازه سفر دور از زمین به مشتری است. بیایید نگاهی به دو پروژه نیروگاه هسته ای ناسا بدهیم.
موشک اختصاصی مگنتوپلاسما خاص
VASIMR در واقع یک موشک پلاسما است که یک پیشرونده برای نیروی همجوشی است. اما، از آنجایی که یک موشک بادی که از پلاسما استفاده می کند، محققان زیادی از این نوع موشک یاد خواهند گرفت. موتور VASIMR شگفت انگیز است در حالی که پلاسما را در شرایط بسیار گرم ایجاد می کند و سپس این پلاسما برای ایجاد رانش. سه موتور پایه در موتور VASIMR وجود دارد.
سلول پیشرو – گاز پروانه ای، معمولا هیدروژن، به این سلول تزریق می شود و برای تولید پلاسما یونیزه می شود.
سلول مرکزی – این سلول به عنوان یک تقویت کننده عمل می کند تا پلاسما را با انرژی الکترومغناطیسی بیشتر حرارت دهد. امواج رادیویی برای اضافه کردن انرژی به پلاسما، شبیه به کارکرد اجاق مایکروویو است.
Aft cell – نازل مغناطیسی انرژی پلاسما را به سرعت اگزوز جت تبدیل می کند. میدان مغناطیسی استفاده شده است به اخراج این پلاسما همچنین محافظت از سفینه متوجه شده اید که پلاسما از دست زدن به پوسته از فضاپیما است. پلاسما به احتمال زیاد هر گونه مواد در تماس با آن را از بین ببرد. دمای پلاسما خروجی نازل تا ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت (۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد) است. این ۲۵۰۰۰ بار داغتر از گازهای اخراج شده از شاتل فضایی است.
در یک مأموریت به مریخ، یک موتور VASIMR به طور مداوم برای نیمه اول سفر تسریع می شود، سپس جهت آن را معکوس می کند و برای نیمه دوم کاهش می یابد. موشک پلاسما اکسایش متغیر همچنین می تواند در ماهواره های موقعیت یابی در مدار زمین استفاده شود.
گاز پویا فیوژن آینه
به طور همزمان با VASIMR توسعه یافته است. سیستم پیمانکاری فیزیکی آینه گاز پویا (GDM). در این موتور، طولانی، بلند و باریک، سیم پیچ حامل جریان از سیم است که مانند یک آهنربا عمل می کند را احاطه کرده یک محفظه خلاء شامل که پلاسما. پلاسما در محدوده مغناطیسی ایجاد شده در بخش مرکزی سیستم به دام افتاده است. در پایان موتور، آهنرباهای آینه ای هستند که مانع از اینکه پلاسما از سرعت موتورها سرازیر شود. البته، شما می خواهید برخی از پلاسما را نشت برای ارائه محوری.
به طور معمول، پلاسما ناپایدار است و به راحتی محدود نمی شود، که آزمایش های اولیه را با دستگاه های فیوژن آینه انجام داد. گاز قادر به آینه مشکلات بی ثباتی جلوگیری از پویا است از آنجا که آن را به شیوه ای بلند و نازک ساخته شده، به طوری که خطوط میدان مغناطیسی هستند مستقیما در سراسر سیستم. ناپایداری نیز با اجازه دادن به مقدار مشخصی از پلاسما در نزدیکی قسمت باریک آینه امکان پذیر است.
در سال ۱۹۹۸، آزمایش GDM میلگرد در NASA تولید پلاسما در حین آزمایش سیستم تزریق پلاسما، که کار مشابه با سلول پیشرو VASIMR است. این گاز را به GDM تزریق می کند و حرارت آن را با گرمای رزونانس سیکلوترون (ECRH) ایجاد می کند که توسط یک آنتن مایکروویو در ۲٫۴۵ گیگاهرتز کار می کند. در حال حاضر آزمایش برای تأیید امکان سنجی GDM طراحی شده است. محققان همچنین بر روی بسیاری از ویژگی های عملیاتی یک موتور کامل کار می کنند.
درحالیکه بسیاری از مفاهیم پیشرفته ناسا در حال پیشرفت هستند، بنیاد نیروی هسته ای هم اکنون ساخته شده است. زمانی که فناوری های دیگری برای رسیدن به مأموریت احتمالی در دسترس هستند، می تواند یک فضاپیما با همجوشی باشد که ما را در آنجا حمل می کند. به اواسط قرن ۲۱st، سفر به مریخ ممکن است به عنوان معمول به عنوان سفر به ایستگاه فضایی بین المللی تبدیل شود.
