hasti-m
06-01-2009, 04:27 PM
امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيممي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابلتجديد. سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب ميشوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگرانرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8 كيلووات ساعت انرژيتوليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوختها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.
به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده وداراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليدگاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند ماننداورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبكليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفيهستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيلهتكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتنداز توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرماورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23 ميليون كيلووات ساعت گرما ايجادكرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ هامشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليدانرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هايهسته اي موسوم است.
اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناكهستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن ازبين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوميا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژيكنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي ميشد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايدتكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعاتنوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شونددوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياياين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژيزيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژنبه هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيومبرابر است با 23000000 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يككيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.
انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژيخورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژيتجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكهتكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقالهسعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد رامعرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژيزياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسيبراي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم هاقادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذراتتا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيمو فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهندهپروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترونولت (Tev) شتاب دهد.
اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرمهيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابرخواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليدشده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اينانرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تاسطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده هاداراي چه قدرت عظيمي هستند.
شتاب دهنده هابه چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند
1 - شتاب دهنده هاي خطي
2 - شتاب دهنده هاي مداري
3 - شتاب دهنده سيلكووترون
علاوه برآن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هايمولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طولآن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هرثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتابدهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتينيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژيالكتريكي توليد كند.
علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه ميتوان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كهاين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند،بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده وآلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي ايندستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يكگيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 2500000 ليتر بنزين خواهدبود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژيتوليد مي كند.
ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفتعربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي بهسوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتنداز: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كمبوده است. 3- هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آبخالص يا بخار آب است. 4- با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدودمي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.
در حوزه ذرات
1- الكترون ولت: واحدانرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلاف پتانسيل يك ولت عبوركند برابر است با
1.6 * 10^-19
ژول
2 _ يك گرم هيدروژن
6.02*10^23
اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مولهيدروژن گويند.
اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كندمعادل انرژي آن برابر خواهد بود:
9.6*10^13
ژول
يك كيلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.
9.6*10^13
ژول تقسيم بر 3600000 مساوي
26*10^5
به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده وداراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليدگاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند ماننداورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبكليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفيهستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيلهتكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتنداز توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرماورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23 ميليون كيلووات ساعت گرما ايجادكرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ هامشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليدانرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هايهسته اي موسوم است.
اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناكهستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن ازبين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوميا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژيكنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي ميشد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايدتكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعاتنوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شونددوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياياين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژيزيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژنبه هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيومبرابر است با 23000000 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يككيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.
انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژيخورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژيتجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكهتكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقالهسعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد رامعرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژيزياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسيبراي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم هاقادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذراتتا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيمو فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهندهپروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترونولت (Tev) شتاب دهد.
اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرمهيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابرخواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليدشده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اينانرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تاسطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده هاداراي چه قدرت عظيمي هستند.
شتاب دهنده هابه چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند
1 - شتاب دهنده هاي خطي
2 - شتاب دهنده هاي مداري
3 - شتاب دهنده سيلكووترون
علاوه برآن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هايمولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طولآن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هرثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتابدهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتينيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژيالكتريكي توليد كند.
علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه ميتوان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كهاين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند،بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده وآلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي ايندستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يكگيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 2500000 ليتر بنزين خواهدبود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژيتوليد مي كند.
ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفتعربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي بهسوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتنداز: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كمبوده است. 3- هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آبخالص يا بخار آب است. 4- با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدودمي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.
در حوزه ذرات
1- الكترون ولت: واحدانرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلاف پتانسيل يك ولت عبوركند برابر است با
1.6 * 10^-19
ژول
2 _ يك گرم هيدروژن
6.02*10^23
اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مولهيدروژن گويند.
اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كندمعادل انرژي آن برابر خواهد بود:
9.6*10^13
ژول
يك كيلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.
9.6*10^13
ژول تقسيم بر 3600000 مساوي
26*10^5