يک مهندس ايتاليایی از ترکيب توربینهای بادی و صفحات خورشيدی و سازه پلهای دره ای ويادوک ایده ای خلاقانه را برای پلهای ايتاليا ارائه نموده است.👆👆👆@ElectricallEngineers
اکو کپسول؛ خانه قابل حمل با انرژی پاک بادو خورشید @ElectricallEngineers
روز پنجشنبه ۱۹ آذر، ماشین عظیم یک میلیارد یورویی که آلمانیها برای ۲۰ سال روی آن کار میکردند، به کار افتاد. این ماشین نوعی رآکتور همجوشی هستهای به نام «استلاریتور» (Stellarator) است؛ ماشینی که آلمانیها اسمش را «وندلشتاین ۷ ایکس» (Wendelstein 7-X) گذاشتهاند. در آغاز، دانشمندان به مدت دو ماه این ماشین را با گاز هلیوم پر میکنند. هلیوم یک گاز بیاثر است و پژوهشگران با استفاده از آن میخواهند مطمئن شوند که میتوانند به طور موثر، این گاز را کنترل کنند و دمای آن را بالا ببرند. در پایان ماه ژانویهی سال بعد، آزمایشها با گاز هیدروژن آغاز میشود. بدین ترتیب دانشمندان میتوانند با همجوشی ایزوتوپهای هیدروژن، به منبعی قابل اعتماد برای استحصال انرژی پاکیزه و بی انتها دست یابند. در ادامه بیشتر دربارهی این ماشین توضیح میدهیم.@ElectricallEngineers
اگر دربارهی انرژی همجوشی هستهای مطالعه کرده باشید، حتما در مورد توکامکها هم خواندهاید. این ماشینهای دوناتی شکل (حلقوی)، برای این ساخته شدهاند که بتوانند گاز یونیزه شده به نام پلاسما را در میدانهای مغناطیسی به دام بیندازند و آن را به دمای بسیار زیاد برسانند. بدین ترتیب هستههای هیدروژن به هم جوش میخورند. توکامکها، ستون فقرات پیشبرد پژوهشهای هستهای هستند و ساخت آنها نسبتا آسان است، با این حال از زمانی که بوجود آمدهاند، پیشرفت خیلی زیادی نکردهاند.
ولی بیایید توکامکها را کنار بگذاریم، جایی در شمال شرقی آلمان، پژوهشگران یک ماشین همجوشی هستهای خیلی عظیم و متفاوت به نام استلاریتور ساختهاند. این ماشین یک میلیارد یورویی وندلشتاین 7-X نام دارد و در حقیقت حلقهای به قطر ۱۶ متر است که تجهیزات مختلف عجیب و غریبی به بدنهی آن نصب شده و سیمهای زیادی از آن آویزان است. در ضمن تکنسینهای زیادی مرتب در حال کار کردن با قسمتهای مختلف آن هستند. درون این ماشین که بیشتر به ماشینهای موجود در فیلمهای علمی-تخیلی شبیه است، ۵۰ آهنربای الکتریکی هرکدام به وزن ۶ تن قرار دارد.
@ElectricallEngineers
هرچند اساس کار استلاریتورها با توکامکها یکسان است، ولی تا به حال توجه کمی به آنها میشد. توکامکها خیلی بهتر میتوانند گاز را به دام بیندازند و دمای آن را بالا ببرند. با این حال استلاریتور ویژگیهایی دارد که میتواند باعث شود به هنگام استفاده به صورت اقتصادی، ماشین بهتری نسبت به توکامک باشد. استلاریتورها به هنگام کارکرد خیلی با ثباتتر هستند و برخلاف توکامکها، هر از گاه دچار فروپاشی نمیشوند. با این حال ساخت استلاریتورها مشکلتر است و ممکن است برخلاف انتظار، هزینه و تاخیر در ساخت آنها بیشتر از ساخت توکامکها شود. «توماس کلینگر» (Thomas Klinger) که سرپرست گروه آلمانی سازندهی وندلشتاین 7-X است میگوید: «کسی متوجه معنی ساخت استلاریتور نمیشد.»
اساس کار استلاریتورها با توکامکها یکسان است ولی بعضی از نقاط ضعف آنها را ندارد.
وندلشتاین 7-X میتواند یک نقطهی عطف باشد. این ماشین که در موسسهی تحقیقات فیزیک پلاسمای مکسپلانک آلمان قرار دارد، اولین مثال بزرگ از استلاریتورهایی است که توسط ابرکامپیوترها طراحی شدهاند. اگر این ماشین بتواند مثل توکامکی در همین اندازه عملکرد داشته باشد، پژوهشگران این حوزه میتوانند مسیر جدیدی در همجوشی هستهای ترسیم کنند. «دیوید اندرسون» (David Anderson) از دانشگاه ویسکانسین مدیسون میگوید: «کسانی که روی توکامکها کار میکنند، خیلی دوست دارند ببینند نتیجه چه میشود و هیجانزده هستند.» وندلشتاین 7-X نخستین استلاریتور بزرگ جهان است و ساخت آن ۱.۱ میلیون ساعت کار برده است. این ماشین با استفاده از پیچیدهترین مدلهای مهندسی ساخته شده و میتواند بازههای دمایی خیلی زیاد و نیروهای شدید را تحمل کند.@ElectricallEngineers
استلاریتورها در برابر همان چالشهایی قرار دارند که دیگر ماشینهای همجوشی مثل توکامکها با آنها درگیر هستند. آنها باید بتوانند دمای گاز را تا ۱۰۰ میلیون درجهی سانتیگراد، یعنی هفت برابر دمای هستهی خورشید بالا ببرند و آن را نگه دارند. این میزان دما، الکترونها را از اتمها جدا میکند و پلاسمایی از الکترونها و یونها برجای میگذارد. این باعث میشود یونها بتوانند آنقدر سریع حرکت کنند که با یکدیگر برخورد کنند و به هم جوش بخورند. با این حال این کار باعث بیثبات شدن گاز میشود. به همین دلیل گاز را در یک قفس مغناطیسی نگه میدارند. سیمپیچی به دور تونلهای مملو از گاز پیچیده شده که وقتی جریان برق از آن عبور میکند، میدان مغناطیسی ایجاد میشود و در نتیجه گاز از بدنهی تونل دور میماند و درون آن هدایت میشود. در ضمن تونل به صورت حلقه ساخته شده تا هیچ خط پایانی برای گاز وجود نداشته باشد.@ElectricallEngineers
اگر دربارهی انرژی همجوشی هستهای مطالعه کرده باشید، حتما در مورد توکامکها هم خواندهاید. این ماشینهای دوناتی شکل (حلقوی)، برای این ساخته شدهاند که بتوانند گاز یونیزه شده به نام پلاسما را در میدانهای مغناطیسی به دام بیندازند و آن را به دمای بسیار زیاد برسانند. بدین ترتیب هستههای هیدروژن به هم جوش میخورند. توکامکها، ستون فقرات پیشبرد پژوهشهای هستهای هستند و ساخت آنها نسبتا آسان است، با این حال از زمانی که بوجود آمدهاند، پیشرفت خیلی زیادی نکردهاند.
ولی بیایید توکامکها را کنار بگذاریم، جایی در شمال شرقی آلمان، پژوهشگران یک ماشین همجوشی هستهای خیلی عظیم و متفاوت به نام استلاریتور ساختهاند. این ماشین یک میلیارد یورویی وندلشتاین 7-X نام دارد و در حقیقت حلقهای به قطر ۱۶ متر است که تجهیزات مختلف عجیب و غریبی به بدنهی آن نصب شده و سیمهای زیادی از آن آویزان است. در ضمن تکنسینهای زیادی مرتب در حال کار کردن با قسمتهای مختلف آن هستند. درون این ماشین که بیشتر به ماشینهای موجود در فیلمهای علمی-تخیلی شبیه است، ۵۰ آهنربای الکتریکی هرکدام به وزن ۶ تن قرار دارد.
@ElectricallEngineers
هرچند اساس کار استلاریتورها با توکامکها یکسان است، ولی تا به حال توجه کمی به آنها میشد. توکامکها خیلی بهتر میتوانند گاز را به دام بیندازند و دمای آن را بالا ببرند. با این حال استلاریتور ویژگیهایی دارد که میتواند باعث شود به هنگام استفاده به صورت اقتصادی، ماشین بهتری نسبت به توکامک باشد. استلاریتورها به هنگام کارکرد خیلی با ثباتتر هستند و برخلاف توکامکها، هر از گاه دچار فروپاشی نمیشوند. با این حال ساخت استلاریتورها مشکلتر است و ممکن است برخلاف انتظار، هزینه و تاخیر در ساخت آنها بیشتر از ساخت توکامکها شود. «توماس کلینگر» (Thomas Klinger) که سرپرست گروه آلمانی سازندهی وندلشتاین 7-X است میگوید: «کسی متوجه معنی ساخت استلاریتور نمیشد.»
اساس کار استلاریتورها با توکامکها یکسان است ولی بعضی از نقاط ضعف آنها را ندارد.
وندلشتاین 7-X میتواند یک نقطهی عطف باشد. این ماشین که در موسسهی تحقیقات فیزیک پلاسمای مکسپلانک آلمان قرار دارد، اولین مثال بزرگ از استلاریتورهایی است که توسط ابرکامپیوترها طراحی شدهاند. اگر این ماشین بتواند مثل توکامکی در همین اندازه عملکرد داشته باشد، پژوهشگران این حوزه میتوانند مسیر جدیدی در همجوشی هستهای ترسیم کنند. «دیوید اندرسون» (David Anderson) از دانشگاه ویسکانسین مدیسون میگوید: «کسانی که روی توکامکها کار میکنند، خیلی دوست دارند ببینند نتیجه چه میشود و هیجانزده هستند.» وندلشتاین 7-X نخستین استلاریتور بزرگ جهان است و ساخت آن ۱.۱ میلیون ساعت کار برده است. این ماشین با استفاده از پیچیدهترین مدلهای مهندسی ساخته شده و میتواند بازههای دمایی خیلی زیاد و نیروهای شدید را تحمل کند.@ElectricallEngineers
استلاریتورها در برابر همان چالشهایی قرار دارند که دیگر ماشینهای همجوشی مثل توکامکها با آنها درگیر هستند. آنها باید بتوانند دمای گاز را تا ۱۰۰ میلیون درجهی سانتیگراد، یعنی هفت برابر دمای هستهی خورشید بالا ببرند و آن را نگه دارند. این میزان دما، الکترونها را از اتمها جدا میکند و پلاسمایی از الکترونها و یونها برجای میگذارد. این باعث میشود یونها بتوانند آنقدر سریع حرکت کنند که با یکدیگر برخورد کنند و به هم جوش بخورند. با این حال این کار باعث بیثبات شدن گاز میشود. به همین دلیل گاز را در یک قفس مغناطیسی نگه میدارند. سیمپیچی به دور تونلهای مملو از گاز پیچیده شده که وقتی جریان برق از آن عبور میکند، میدان مغناطیسی ایجاد میشود و در نتیجه گاز از بدنهی تونل دور میماند و درون آن هدایت میشود. در ضمن تونل به صورت حلقه ساخته شده تا هیچ خط پایانی برای گاز وجود نداشته باشد.@ElectricallEngineers
با این حال این شکل حلقوی مشکلاتی هم ایجاد میکند. مشکل این است که سیمپیچهای نزدیک به مرکز دونات به هم نزدیکتر هستند و در نتیجه،مغناطیسی در آنجا قویتر است. این عدم تعادل مغناطیسی باعث میشود که پلاسما به دیوارههای تونل برخورد کند. راهحل، نصب آهنرباهای الکتریکی دیگری در قسمت بیرونی تونل است که بتواند با بوجود آوردن نوعی پیچش در جریان پلاسما، آن اثر مغناطیسی اضافه را خنثی و تعادل را برقرار کند.
@ElectricallEngineers
نخستین استلاریتور در سال ۱۹۵۱ توسط اخترفیزیکدانی به نام «لیمان اسپیتزر» (Lyman Spitzer) در دانشگاه پرینستون ساخته شد. استلاریتور او به شکل عدد 8 انگلیسی بود. تومامکها اولین بار دههی ۱۹۵۰ در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شدند. تومکامکها هم پیچش را بر روی تودهی پلاسما ایجاد میکنند، با این حال این پیچش از درون ایجاد میشود. آنها از دستگاههایی مثل ترنسفورماتور برای تحریک الکترونها و یونها جهت حرکت مثل جریان الکتریکی در تونل استفاده میکنند. این جریان، نوعی میدان مغناطیسی عمومی چنبرهای ایجاد میکند که وقتی به میدان موجود در طول تونل اضافه میشود، خطوط مارپیچی میدان درون تونل را ایجاد میکند.
@ElectricallEngineers
قطعات عجیب وندلشتاین ۷ ایکس باید با دقت میلیمتری به یکدیگر متصل شوند. همهی جوشکاریها با کامپیوتر انجام میشد و با لیزر نظارت میشد.
توکامک و استلاریتور هر دو به خوبی کار میکنند، ولی توکامکها در با ثبات نگه داشتن پلاسما بهتر هستند. قسمتی از آن به دلیل تقارن مغناطیسی توکامکها است که باعث میشود ذرات گاز مسیر مستقیمتری را بپیمایند. اندرسون میگوید که در استلاریتورها «ذرات دچار تکان و انحراف زیادی میشوند» این باعث میشود که بسیاری از آنها از مسیر خارج شوند. به همین دلیل بیشتر تحقیقات همجوشی در دههی ۱۹۷۰ روی توکامکها متمرکز شد. نتیجهی آن را میتوانیم در توکامک عظیمی به نام ITER که در فرانسه ساخته میشود ببینیم. این ماشین عظیم ۱۶ میلیارد یورویی، با تلاش کنسرسیومی بینالمللی ساخته میشود و قرار است بتواند انرژی بیشتر از آنچه مصرف میکند را تولید کند. این توکامک میتواند راه ما به سوی رسیدن به رآکتورهای همجوشی اقتصادی را هموار کند.
ولی توکامکها هم مشکلات زیادی دارند. یک ترنسفورماتور میتواند در پالسهایی کوتاه جریان را از درون پلاسما عبور دهد و این برای ساخت رآکتورهای اقتصادی مناسب نیست. جریان موجود در پلاسما ممکن است دچار مشکل شود و در نتیجه به فروپاشی مغناطیسی بینجامد. بدین ترتیب که قوام پلاسما از دست برود و نیروهای مغناطیسی آنقدر زیاد شوند که به توکامک آسیب برسد.
در عوض استلاریتورها خیلی ایمن هستند. میدان مغناطیسی آنها به طور کامل از سیمپیچهای خارجی تامین میشود که نیاز به پالسهای جریان الکتریکی ندارند. در ضمن هیچ جریان پلاسمایی وجود ندارد که منجر به فروپاشی شود. این دو عامل باعث شده که بعضی گروههای پژوهشی، استلاریتورها را رها نکنند.
پیش از استلاریتور آلمانی، بزرگترین استلاریتور جهان به نام «ماشین عظیم مارپیچی» (LHD) سال ۱۹۹۸ در ژاپن ساخته شده بود. این استلاریتور، نوعی از همان طراحی کلاسیک استلاریتوری است که لیمان اسپیتزر ساخته بود. LHD نیز دارای دو سیمپیچ مارپیچی بزرگ برای اعمال نیرو به پلاسما و سیمپیچهای دیگر جهت کنترل آن است. این استلاریتور همهی رکوردها را از آن خود کرده است. این استلاریتور کاملا با ثبات است و تقریبا با توان توکامکی به اندازهی خودش کار میکند.
@ElectricallEngineers
دو پژوهشگر آلمانی به نام «یورگن نورنبرگ» (Jurgen Nuhrenberg) و «آلن بوزر» (Allan Boozer) فکر کردند میتوانند با نوعی طراحی متفاوت کاری کنند که پلاسما در میدان مغناطیسی با نیروی ثابت ولی جهات متغیر، پایدار بماند. «پر هرالندر» (Per Helander) از موسسهی تحقیقات فیزیک پلاسمای مکس پلانک میگوید: «این میدان شبه متقارن برای به دام انداختن ذرات کاملا مناسب نیست. ولی میتوانید با آن به حالت کامل نزدیک شوید و به سطحی قابل قبول برسید.» به طور کلی میتوان کاری کرد که یک استلاریتور به خوبی توکامک کار کند.
استراتژی طراحی این ماشین که با نام «بهینهسازی» (Optimization) شناخته میشود، یافتن بهترین شکل میدان مغناطیسی که میتواند پلاسما را به دام بیندازد است. سپس باید آهنرباهایی طراحی کرد که بتوانند این میدان را بوجود بیاورند. این کار نیاز به توان پردازشی بالایی دارد و تا دههی ۱۹۸۰ ابرکامپیوترهایی که بتوانند این کار را انجام دهند، ساخته نشده بود.
@ElectricallEngineers
@ElectricallEngineers
نخستین استلاریتور در سال ۱۹۵۱ توسط اخترفیزیکدانی به نام «لیمان اسپیتزر» (Lyman Spitzer) در دانشگاه پرینستون ساخته شد. استلاریتور او به شکل عدد 8 انگلیسی بود. تومامکها اولین بار دههی ۱۹۵۰ در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شدند. تومکامکها هم پیچش را بر روی تودهی پلاسما ایجاد میکنند، با این حال این پیچش از درون ایجاد میشود. آنها از دستگاههایی مثل ترنسفورماتور برای تحریک الکترونها و یونها جهت حرکت مثل جریان الکتریکی در تونل استفاده میکنند. این جریان، نوعی میدان مغناطیسی عمومی چنبرهای ایجاد میکند که وقتی به میدان موجود در طول تونل اضافه میشود، خطوط مارپیچی میدان درون تونل را ایجاد میکند.
@ElectricallEngineers
قطعات عجیب وندلشتاین ۷ ایکس باید با دقت میلیمتری به یکدیگر متصل شوند. همهی جوشکاریها با کامپیوتر انجام میشد و با لیزر نظارت میشد.
توکامک و استلاریتور هر دو به خوبی کار میکنند، ولی توکامکها در با ثبات نگه داشتن پلاسما بهتر هستند. قسمتی از آن به دلیل تقارن مغناطیسی توکامکها است که باعث میشود ذرات گاز مسیر مستقیمتری را بپیمایند. اندرسون میگوید که در استلاریتورها «ذرات دچار تکان و انحراف زیادی میشوند» این باعث میشود که بسیاری از آنها از مسیر خارج شوند. به همین دلیل بیشتر تحقیقات همجوشی در دههی ۱۹۷۰ روی توکامکها متمرکز شد. نتیجهی آن را میتوانیم در توکامک عظیمی به نام ITER که در فرانسه ساخته میشود ببینیم. این ماشین عظیم ۱۶ میلیارد یورویی، با تلاش کنسرسیومی بینالمللی ساخته میشود و قرار است بتواند انرژی بیشتر از آنچه مصرف میکند را تولید کند. این توکامک میتواند راه ما به سوی رسیدن به رآکتورهای همجوشی اقتصادی را هموار کند.
ولی توکامکها هم مشکلات زیادی دارند. یک ترنسفورماتور میتواند در پالسهایی کوتاه جریان را از درون پلاسما عبور دهد و این برای ساخت رآکتورهای اقتصادی مناسب نیست. جریان موجود در پلاسما ممکن است دچار مشکل شود و در نتیجه به فروپاشی مغناطیسی بینجامد. بدین ترتیب که قوام پلاسما از دست برود و نیروهای مغناطیسی آنقدر زیاد شوند که به توکامک آسیب برسد.
در عوض استلاریتورها خیلی ایمن هستند. میدان مغناطیسی آنها به طور کامل از سیمپیچهای خارجی تامین میشود که نیاز به پالسهای جریان الکتریکی ندارند. در ضمن هیچ جریان پلاسمایی وجود ندارد که منجر به فروپاشی شود. این دو عامل باعث شده که بعضی گروههای پژوهشی، استلاریتورها را رها نکنند.
پیش از استلاریتور آلمانی، بزرگترین استلاریتور جهان به نام «ماشین عظیم مارپیچی» (LHD) سال ۱۹۹۸ در ژاپن ساخته شده بود. این استلاریتور، نوعی از همان طراحی کلاسیک استلاریتوری است که لیمان اسپیتزر ساخته بود. LHD نیز دارای دو سیمپیچ مارپیچی بزرگ برای اعمال نیرو به پلاسما و سیمپیچهای دیگر جهت کنترل آن است. این استلاریتور همهی رکوردها را از آن خود کرده است. این استلاریتور کاملا با ثبات است و تقریبا با توان توکامکی به اندازهی خودش کار میکند.
@ElectricallEngineers
دو پژوهشگر آلمانی به نام «یورگن نورنبرگ» (Jurgen Nuhrenberg) و «آلن بوزر» (Allan Boozer) فکر کردند میتوانند با نوعی طراحی متفاوت کاری کنند که پلاسما در میدان مغناطیسی با نیروی ثابت ولی جهات متغیر، پایدار بماند. «پر هرالندر» (Per Helander) از موسسهی تحقیقات فیزیک پلاسمای مکس پلانک میگوید: «این میدان شبه متقارن برای به دام انداختن ذرات کاملا مناسب نیست. ولی میتوانید با آن به حالت کامل نزدیک شوید و به سطحی قابل قبول برسید.» به طور کلی میتوان کاری کرد که یک استلاریتور به خوبی توکامک کار کند.
استراتژی طراحی این ماشین که با نام «بهینهسازی» (Optimization) شناخته میشود، یافتن بهترین شکل میدان مغناطیسی که میتواند پلاسما را به دام بیندازد است. سپس باید آهنرباهایی طراحی کرد که بتوانند این میدان را بوجود بیاورند. این کار نیاز به توان پردازشی بالایی دارد و تا دههی ۱۹۸۰ ابرکامپیوترهایی که بتوانند این کار را انجام دهند، ساخته نشده بود.
@ElectricallEngineers