التحدي الحرجى للدواء الهضمى فى مفاعلات الارتجال

إن السعي إلى إنشاء مراكز للطاقة الدمجية التجارية لتكرار العمليات التي تتحكم في الشمس، وفي مفاعل للدمج، تسخن النظائر الهيدروجينية إلى أكثر من 150 مليون درجة كليسيوس، مما يشكل بلازما تتحول إلى هيليوم وتطلق طاقة هائلة، وفي حين أن البلازما نفسها تحتوي على مغناطيسية، فإن جدران المفاعل - خاصة الجدار الأول، وتحول الاضطرابات الحرارية إلى قنابل مبدعة.

والتحدي ليس مجرد درجة حرارة عالية، بل يجب أن تتحمل الجدران أيضاً الحمولات الحرارية الدورية (عملية مُضَوَّلة في التوكاماك)، والنيوترونات ذات الطاقة العالية التي تُزيل الذرات وتخلق فقاعات الهيليوم، وتُتبجّع من جسيمات البلازما، ومن ثم فإن المواد التي تُفرّق في منطقة أخرى، تُتبع في ذلك نظم مُعدّدة مُعدّدة مُعدّة مُعدّدة.

الطلب الحراري والميكانيكي على المواد الخام

ويجب أن تعمل عناصر التبريد بالبلازما في مفاعل الصمامات في ظل تدفق حراري ثابت لعدة ميغاوات لكل متر مربع، مع وجود أحداث متداخلة مثل الأنماط المحلية، وتنتج عنها انفجارات تزيد بمقدار عشرة أضعاف، ومن ثم فإن التدفق الحراري على سطح الشمس يبلغ نحو 6.3 ميغاواط/م2.

وثمة عامل حاسم آخر هو الاحتفاظ بالتريتيوم، وهو النظير الشحيحة والمشعة؛ وأي مواد تستوعب التريتيوم تقلل من كفاءة الوقود وتثير شواغل تتعلق بالسلامة، ويحتفظ بيريليوم، المستخدم في الترسو الأوروبي المشترك والشبكة الدولية للطاقة الذرية، بثلاثية أضعاف، في حين أن التنغستن يظهر قدرا أقل بكثير من الاحتفاظ بها، ولذلك يجب أن يوازن تصميم جدران المفاعلات الأداء الحراري ومقاومة والتراتب.

المعادن المسببة للتقلب: تنغستن، موليبدينوم، وما بعده

تونغستن كرئيس للمرشحين

Tung[Ften is the most studied material for plasma-facing surfaces due to its highest melting point of all metals (3,422 °C), low sputtering yield, and low tritium retain. It also has good thermal thermal conductivity (170 W/m·K at room temperature, though it decreases at high temperature). These properties make tungstenre baselinestaor.

Molybdenum and its Alloys

ويشكل موليبدينوم، الذي يبلغ نقطة الانصهار 623 2 درجة مئوية، خياراً آخر من خيارات الانكماش الحراري، حيث يقل معدل السلوك الحراري عن التنغستن، ولكنه أسهل من الآلة، أما المحار الممولية مثل التزحلقية (الطنيوم - الزركونيوم - المبلدينيوم) فتتيح قوة أعلى من درجات الحرارة العالية وتستخدم في مرافق اختبار الفلورية العالية.

مسارات متقدمة للتفكيك

ومن بين المحاور الأكثر غرابة، نظم التا-تا-ف و-تا-كر التي تهدف إلى الجمع بين نقاط الانصهار العالية مع تحسين مقاومة الإشعاع، كما تم التحقيق في جميع المحاور التي تستخدمها شركة فانادام (مثلاً، V-4Cr-4Ti) من أجل أن تكون خصائصها المنخفضة النشاط أقل إشعاعاً بعد التعرض للنيترون مقارنة بالفولاذ الأسمادي.

Cramics and Ceramic Matrix Composites

Silicon Carbide (SiC) and SiC/SiC Composites

إن النسيج الوطني للسيليكون (SiC) هو خزف مع استقرار حراري استثنائي (يتجاوز عدد الـ 700 2 درجة مئوية)، وقلة الكثافة، وصعوبة مقاومة الإشعال النيوتروني، والاحتفاظ بـ 500 1 قطعة من النسيجات الحرارية المتخلفة عن ثلاث مرات.

Reractory Carbides and Nitrides

وتُظهر حرارة مثل ] كربيد الزركونيوم ] (ZrC)، (أ) أنَّ هذه المواد المشبوهة ذات الشكل الحاد (FLT:3) (TaC)، و) هي مادة من قبيل الكربوطات الهنغارية [FttleT:5] (معدداسي كلور)

مركبات الخضراوات والكربون-الفيروس

وقد استخدمت المواد القائمة على الكربون في البكر من الطوابق مثل جي تي ولا تزال تستخدم في بعض التصميمات المحولة بسبب ارتفاع مقاومة الصدمات الحرارية وانخفاض عدد الذري (التي تقلل من الخسائر في الإشعاع البلازما) غير أن الكربون يعاني من تآكل شديد بسبب التلويث الكيميائي (الهيدروكربونات المستخدمة) وارتفاع معدل الاستبقاء في الترايتيوم.

العناصر السائلة لصناعة المعادن

وهناك بديل [للجدران الصلبة] يستخدم معدن سائل متدفق كسطح مثبت بالبلازما، والليثيوم السائل، والقصدير، أو سبائكه يمكن أن يكون حرارة ذاتية، وتشتت حرارة السائلة عن طريق التخدير، كما أن أكثر المواد التي يتم تحليلها هي الليثيوم، التي تلتقط أيضاً خصائصها وتلتقطها بضغوط متينية.

تقنيات التبريد والإدارة الحرارية المتقدمة

Microchannel and Heat-Pipe cooling

وحتى أفضل المواد لها حدود حرارية، فالتبريد النشط أمر أساسي للحفاظ على درجات الحرارة داخل حدود آمنة، كما أن التبريد التقليدي للمياه يستخدم في التحلل التدفقي دون المكشوف، ولكن الماء له حد حرج من التدفق الحراري ويمكن أن يسبب التآكل وتآكل الإجهاد في الفولاذ غير الملموس، وتشمل المفاهيم المتقدمة التبريد بالثدي والثدي، حيث تنقل قنوات صغيرة )٥٠-٢٠٠( إلى مغسلة.

مجهزة بالهيليوم و مجهزة بسائلة - مهدئة

أما بالنسبة لمفاعلات الرش التي تتجاوز المدار الثابت، فإن التبريد في غاز الهيليوم يُفضل لأنه غير مصحوب وغير مسيئ ويمكن أن يعمل في درجة حرارة عالية (700-900 درجة مئوية) في تحويل الطاقة الدراجة المباشرة، ويستخدم تصميم الديموئي الأوروبي غطاء من الفول السوداني المكعب، ويحتاج تبريد الهيليوم إلى تصميم دقيق للثيف والعجلات لتحقيق تفاعل عالي في نفس الوقت.

التكتل الحراري للحاجز

وفي بعض المفاهيم، يُطبق على المواد الهيكلية خلف الجدار الأول، مع صبغ الحاجز الحراري المستخرج من الزركونيا المستقرة باليتريا أو الزركونات النادرة، وذلك للحد من تدفق الحرارة إلى مكونات الصلب، وتُستعير هذه المعاطف من تكنولوجيا التربين الغازية، ولكن يجب تكييفها مع مستويات الإشعاع النيوتروناتي والتآكل من قبل البلازما.

التدوين والهندسة السطحية

وكثيراً ما لا تكون المادة السائبة ولكن السطح الذي يفشل أولاً، فالأسطح المسببة للتضخم البلاستيكي تتآكل بفعل الترميز وإعادة المستودعات، ويمكن أن تشكل طبقات مختلطة (مثلاً، معالجات البيرليوم - تونغستن) تؤدي إلى تحلل الأورام، كما أن تكنولوجيات التكتل مثل التحلل الميكانيكي للبخار الكيميائي (الخامس) توفر طبقة من الرش.

وثمة منطقة ناشئة أخرى هي سبائك التنغستن التي تشكل طبقة مستقرة من أكسيد الأوكسيد عند درجة الحرارة العالية في حالة حدوث جرعات جوية (مثلاً من تمزق الأنابيب المبردة) وأظهرت سبائك التنغستن التي طورتها اتحادات التنغارية الأوروبية معدلات تكسيث منخفضة من جراء أوامر بحجم المطاعم المحسنة للجزر.

التحديات في مجال التصنيع والتوحيد

كما أن إنتاج مكونات كبيرة خالية من العيوب من المعادن الخردة والسرامات أمر صعب، كما أن التنغستن صعب ومرن؛ ويحتاج التشريح واللحام إلى تقنيات خاصة.

الاختبارات والمرافق التجريبية

(أ) أن تكون المواد المبردة (التردد العالي) في حالة الدمج، وأن تكون هذه المواد هي أول من يدمج العديد من هذه المواد في بيئة محترقة من البلازما، ولكنها لن تبدأ عملياتها حتى أواخر عام 2030، وفي الوقت نفسه، يستخدم الباحثون أجهزة اختبار عالية التردد (مثلاً، مرفق التحميل في المختبرات في ألمانيا، أو في المرفق العالي للتحلل الحراري)

For higher neutron fluence, the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) has been proposed to provide fusion-relevant neutron spectra using deuteron-lithium reactions. IFMIF will be essential to qualify materials for DEMO. A reduced-cost version, IFMIF-DONES (Demonstration Neutron Source), is developed in Europe, with a site

الاتجاهات المستقبلية ودور التعلم في مجال الآلات

ويسترشد البحث عن مواد جديدة على نحو متزايد بأساليب حسابية، ويمكن لعمليات حساب الكثافة الوظيفية العالية الناتج أن تفحص آلاف التكوينات المحاطة لتحديد المرشحين الذين لديهم نقاط انصهار عالية، وقلة غلة التوابل، ومقاومة إشعاعية جيدة. ويمكن أن تتنبأ نماذج التعلم من الآلات التي تم تحديدها بشأن البيانات القائمة بممتلكات مثل السلوك الحراري، والاستقرار في المرحلة، والتسامح إزاء الأضرار الناجمة عن الارتداد باليوران.

وثمة حدود أخرى هي مواد التلقيح الذاتي التي يمكن أن تصلح الضرر الذي يلحقه الإشعال في الموقع، وفي الخزف، يمكن لبعض الفولاذات التي تمزق الأوكسيدات، والسوكات التي تُنتج في المستقبل، أن تُخيّل الهيليوم عند حدود الحبوب، مما يقلل من الاختناق.

خاتمة

إن التطور الناجح للطاقة الدمجية يتوقف على التغلب على التحديات المادية البالغة في جدران المفاعلات، إذ إن الرحلة من المعادن الأساسية إلى المركبات المتقدمة والمعادن السائلة تمثل توليفاً ملحوظاً لعلوم المواد والهندسة النووية والفيزياء العالية الحرارة، بينما لا تزال الثيران تمثل مجموعة العمل من أجل الأجهزة القريبة الأجل مثل " إي تي تي تي تي " ، فإن الحلول الطويلة الأجل مثل مركبي سيك/سي.