تولد انرژی پاک از میان امواج نورانی

 در بسیاری از نیروگاه‌هایی که در گذشته در آنها از امواج لیزری برای انجام واکنش‌های گداخت هسته‌ای و تولید جریان الکتریسیته در مراحل پایانی فرآیند استفاده می‌شد تمامی مراحل انجام واکنش به‌صورت همزمان و با استفاده از اشعه ایکس به منظور متراکم‌سازی و تامین حرارت اولیه برای احتراق منبع سوخت انجام می‌شد. این در حالی است که در نیروگاه‌های جدید واکنش در دو مرحله و تنها با استفاده از امواج لیزری پرانرژی انجام خواهد شد. در این نیروگاه اشعه‌های لیزری تابیده شده، اتم‌هایی نظیر هیدروژن را که در مجاورت و نزدیکی هم قرار گرفته‌اند بشدت تحت فشار قرار می‌دهند تا این‌که هسته این اتم‌ها با هم ترکیب و گداخته شده و درنتیجه هسته‌هایی از اتم‌های هلیوم شکل گیرد. در این نیروگاه‌ها از اتم‌های دوتریوم و تریتم که ایزتوپ هیدروژن هستند به عنوان سوخت اولیه برای ترکیب هسته اتم‌ها با هم استفاده می‌شود. از آنجایی که اتم‌های هلیوم در مقایسه با اتم‌های هیدروژن سبک‌تر هستند بنابراین جرم از دست داده شده به انرژی تبدیل خواهد شد. مطالعات انجام‌شده حاکی از آن است که باتوجه به این‌که در این نیروگاه برای تحت‌تاثیر قرار دادن اتم‌های هیدروژن و گداخت هسته‌ای از پرتوهای لیزری استفاده می‌شود پیش‌بینی می‌شود که درنتیجه گداخت هسته‌ای انرژی بیشتری در مقایسه با نیروگاه‌هایی که در آنها برای گداخت هسته‌ای از اشعه ایکس استفاده می‌شد، آزاد شود. پس از تولید امواج لیزری در این نیروگاه، اشعه‌های متراکم شده، روی منبع انرژی که در محفظه گداخت هسته‌ای قرار گرفته است متمرکز شده و آن را بشدت تحت تاثیر نیروی خود قرار می‌دهند. در مرحله بعدی دسته‌ای دیگر از اشعه‌های لیزری بر سطح مخروط طلایی که منبع سوخت در آن مستتر شده است برخورد می‌کنند که این واکنش منجر به آزادشدن الکترون‌هایی می‌شود که با سرعت بسیار بالایی در حرکت بوده و پس از برخورد با منبع سوخت سبب افزایش دمای آن تا 100 میلیون درجه سانتی‌گراد و آغاز واکنش گداخته هسته‌ای می‌شوند. در این مرحله نوترون‌هایی که بسرعت در حرکت هستند از منبع سوختی که در حال سوختن است خارج شده و با ضربه زدن به لایه عایقی که در دیواره محفظه وجود دارد انرژی خود را به صورت حرارت یا انرژی گرمایی آزاد می‌کنند. انرژی حرارتی آزادشده در این عایق حرارتی پس از عبور از یک مبدل حرارتی تبدیل به بخار می‌شود و در نهایت بخار داغ به دست آمده سبب به حرکت درآوردن توربین‌هایی خواهد شد که از چرخش آنها انرژی الکتریکی شبکه‌های توزیع تامین خواهد شد.

منبع: 2009 focus / may

مرزهای دانش

تولید انرژی الکتریکی در توربینها

واژه‌ توربین از یک لغت یونانی به معنی چرخنده مشتق شده است. توربین وسیله چرخنده‌ای است که می‌تواند انرژی یک سیال، مانند آب، گاز، بخار و یا باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. معمولا هر توربین از یک بخش چرخنده و چندین پره ثابت تشکیل شده است که به بخش اصلی متصل هستند. اگرچه اساس عملکرد انواع مختلف توربین‌ها یکسان است اما پره‌ها و پوشش محافظی که در اطراف پره‌ها وجود دارد با توجه به نوع سیالی که از آن برای تبدیل انرژی استفاده می‌‌شود و همچنین سطح عملکرد توربین، اشکال هندسی مختلفی خواهند داشت که منجر به ایجاد تغییراتی در طراحی شکل ظاهری آن خواهد شد. شاید برایتان جالب باشد بدانید که در میان انواع مختلف توربین‌هایی که نام برده شد، توربین‌های بخار متصل به مولد انرژی الکتریکی، بیشترین بازده انرژی الکتریکی را دارند. در توربین بخار از انرژی گرمایی برای ایجاد حرکت دورانی و تامین نیروی الکتریکی استفاده می‌شود. نخستین توربین بخار مدرن و امروزی در سال 1884 توسط چارلز پارسون، محقق بریتانیایی طراحی و ساخته شد. این توربین بخار چندمرحله‌ای توانست تحول چشمگیری را در صنعت حمل و نقل دریایی و هدایت و ناوبری کشتی‌ها به وجود آورد. این نوع توربین‌ها امروزه وظیفه تامین 80 درصد از برق مصرفی در سطح دنیا را که در نیروگاه‌های گازی و هسته‌ای تولید می‌شود، برعهده دارند. یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد توربین‌های بخار پارسون در مقایسه با توربین‌های بخاری که پیش از این ساخته شده بود این است که اساس کار آن برمبنای عبور از مراحل مختلفی است که در هر مرحله میزان انبساط بخار محدود به دستیابی به مقدار بیشینه انرژی جنبشی بدون افزایش سرعت حرکت پره‌های توربین خواهد بود. این نوع توربین برای نخستین بار در سال 1891 در نیروگاه‌های تولید برق مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن نیز در سال 1897 به عنوان سیستم مولد نیروی محرکه برای یک کشتی موسوم به توربینیا از آن استفاده شد که خوشبختانه نتایج موفقیت‌آمیزی را به همراه داشت و سرعت حرکت آن کشتی را به 18 متر بر ثانیه افزایش داد که در آن زمان این سرعت به عنوان رکوردی بی‌سابقه به ثبت رسید و به این ترتیب پس از مدت کوتاهی از این نوع توربین برای به حرکت درآوردن کشتی‌های جنگی و دیگر کشتی‌های بخار استفاده شد. بخار مورد نیاز توربین‌های بخار از سوخت‌های فسیلی یا هسته‌ای تامین می‌شود. در حقیقت انرژی تولید شده در توربین‌های بخار ناشی از تغییرات آنتالپی و یا به عبارت دیگر تغییرات ایجاد شده در محتوای گرمایی است که در درون توربین ایجاد می‌‌شود. این تغییرات که می‌تواند نشان‌دهنده مقدار انرژی گرمایی و مکانیکی تولید شده در توربین باشد ناشی از انرژی گرمایی داخلی توربین و همچنین تغییرات حجم فشار است. دما و فشار حاصل از منبع تامین بخار و همچنین کاهش فشار خروجی توربین می‌تواند نقش موثری در ایجاد تغییر در محتوای گرمایی توربین و افزایش تغییرات آنتالپی در این نوع توربین‌ها داشته باشد. از آنجایی که توربین‌های بخار از قابلیت تولید مقادیر قابل توجهی از انرژی الکتریکی در فضایی نسبتا کوچک برخوردار هستند امروزه علاوه بر تامین نیروی محرکه کشتی‌های سریع‌السیر تامین حجم قابل توجهی از نیروی الکتریکی مصرفی دنیا را برعهده دارند.