نویسندگان

1 1. گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت

2 2. دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، دامغان

چکیده

امید است که استفاده از سوخت‌های پیشرفته در نسل دوم نیروگاه‌های گداخت هسته‌ای رخ دهد. محاسبات نظری نشان می‌دهد که در چنین سوختی، دمای بالاتر پلاسما در حدود keV 100 شرط لازم برای رونق نرخ واکنش همجوشی هسته‌ای است. با این حال، ایجاد چنین شرایط دمایی مستلزم بهره‌گیری از راه‌انداز‌های بسیار قوی‌تر از آنچه امروزه در اختیار است، می‌باشد. در این پژوهش، با معرفی پیکربندی بهینه‌سازی شده دوگانه شامل لایه‌های سوخت DT و D3He، مناسب در رآکتور گداخت با راه‌انداز یونی سنگین، شرایط بهینه بهره انرژی بالا در سامانه MJ 3/1 شبیه‌سازی و استخراج گردید. سپس نشان داده شد که در چنین وضعیتی، بهره انرژی ایده‌آل، نسبت به حالت متناظر تک‌سوخت DT، حدود 22 درصد افزایش بازده از خود نشان می‌دهد. در اینجا سوخت درونی DT نقش ماشه افروزشی را ایفا نموده و لایه بیرونی‌تر D3He علاوه بر لایه سوختی، در حفاظ ذره و تابش نیز مؤثر بوده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

On the energy gain enhancement of DT+D3He fuel configuration in nuclear fusion reactor driven by heavy ion beams

نویسندگان [English]

  • S Khoshbinfar 1
  • S A Taghavi 2

چکیده [English]

It is expected that advanced fuels be employed in the second generation of nuclear fusion reactors. Theoretical calculations show that in such a fuel, a high plasma temperature about 100 keV is a requisite for reaction rate improvement of nuclear fusion. However, creating such a temporal condition requires a more powerful driver than we have today. Here, introducing an optimal fuel configuration consisting of DT and D-3He layers, suitable for inertial fusion reactors and driven by heavy ion beams, the optimal energy gain conditions have been simulated and derived for 1.3 MJ system. It was found that, in this new fuel configuration, the ideal energy gain, is 22 percent more comparing with energy gain in corresponding single DT fuel layer. Moreover, the inner DT fuel layer contributed as an ignition trigger, while the outer D3He fuel acts as particle and radiation shielding as well as fuel layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nuclear fusion reactor
  • heavy ion beam
  • inertial confinement fusion
  • DT+D3He fuel configuration
  • high energy gain

1. T Hamacher and A M Bradshaw, “Fusion as a Future Power Source: Recent Achievements and Prospects”, 18th World Energy Congress Energy Markets: The Challenges of the New Millennium, Buenos Aires, Argentina 21 (2001). 2. E L Neau, “Environmental and Industrial Applications of Pulsed Power Systems”, IEEE Transactions on Plasma Science 22 (1994) 2. 3. S Atzeni and J Meyer-Ter-Vehn, “The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics and Hot Dense Matter,” Clarendon Oxford university press (2004). 4. M Ragheb and D Haseltine, Journal of Fusion Energy 3 (1983) 283. 5. S J Zinkle and L L Snead, Annual Review of Materials Research 44 (2014) 241. 6. S V Ryzhkov, Sustainable Cities and Society 14 (2015) 313. 7. S Ido and T Tazim, Japanese Journal of Applied Physics 22 (1983) 1194. 8. H Daido, M Nishiuchi, and A S Pirozhkov, Report Progress in Physics 75 (2012) 056401-72. 9. D A Callahan-Miller and M Tabak, Physics of Plasmas 7 (2000) 2083. 10. B Yu. Sharkov et al., Nuclear Fusion 45 (2005) S291. 11. D Bohne, et al., Nuclear Engineering and Design 73 (1982) 195. 12. B Badger et al., “HIBALL-II-an Improved Conceptual Heavy Ion Beam Driven Fusion Reactor Study”, Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Germany, FR. Inst. fuer Neutronenphysik und Reaktortechnik (1985). 13. M M Basko, Nuclear Fusion 30 (1990) 2443. 14. S Atzeni and A Caruso, Il Nuovo Cimento B 80 (1984) 71.

تحت نظارت وف بومی