انرژی ای که امروزه استفاده می کنیم در شکل های مختلف یافت می شود. برخی بخاطر هدف مشخصی از قبیل گرمایش یا انتقال گرما از برخی دیگر مناسب ترند. چوب و سوختهایی شبیه کود حیوانی و کشاورزی یکی از منابع پر کاربرد انرژی اند و تا امروز هم در برخی کشورها باقی مانده اند. با استفاده از زغال سنگ، انقلابی در اروپا و امریکا به پا شد و متعاقبا نفت و گاز نیز روش زندگی مردم را تغییر داد. زغال سنگ، نفت و گاز روی هم در حدود 80% از مصرف انرژی جهان را تولید می کنند. منابع سوختهای فسیلی، محدود و برگشت ناپذیرند و همچنین مشکلات جدی بخاطر سوختن سوختهای فسیلی وجود دارد. مثلاسوختن یک تن زغال سنگ درحدود5/3 تن دی اکسید کربن آزاد می کند واگر نفت و گاز را نیز علاوه برزغال سنگ به حساب آوریم، در حدود 24 بیلیون تن دی اکسید کربن در سال در اتمسفر آزاد می شود که این مقدار سال به سال بیشتر نیز می شود. دی اکسید کربن باعث می شود اتمسفر شبیه یک گلخانه عمل کند و افزایش مقدار آن باعث داغ تر شدن زمین می شود. افزایش دمای زمین باعث ایجاد اثرات ناگوار در آب و هوا و سطح دریا می شود. علاوه براین، سوختن سوختهای فسیلی باعث ایجاد خساراتی همچون باران اسیدی که بر سطح دریاچه، رودخانه و جنگلها اثر می گذارد و منجر به آسیب هایی بر سلامت انسانها می گردد . منابع هیدرولیکی نیز که از نوع منابع انرژی تجدید پذیر هستند وامروزه استفاده می شوند هنوزجایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی نیستند. بنابراین، بشر به دنبال تولید منابع جدیدی از انرژی به نام انرژی هسته ای بر آمد[1]. انرژی هسته ای سوخت تمیزی است و هیچگونه گرمای جهانی تولید نمی کند. هم چنین موجب آلودگی اتمسفر نگردیده و اکسیژن موجود در هوا را نیز مصرف نمی کند. به همین علت امروزه کشورها در صدد هستند تا از انرژی هسته ای برای تولید الکتریسیته استفاده کنند و با بکارگیری این انرژی مقدار بسیار بالایی از کاهش دی اکسید کربن در این کشورها ایجاد شده است. بنابراین، این انرژی توانسته است جایگزین بسیار مناسبی برای سوخت فسیلی باشد. امروزه انرژی هسته ای به دو صورت شکافت و همجوشی هسته ای ایجاد می شود. در فصل اول این پایان نامه روشهای استفاده از انرژی هسته ای و توضیح آنها پرداخته شده است. همچنین چند عامل موثر بر انرژی همجوشی بیان و روشهای تولید انرژی در طبیعت به روش همجوشی هسته ای توضیح داده شدند. به چند واکنش مهم در چرخه سوخت همجوشی پرداختیم و چگونگی رخ دادن همجوشی هسته ای در ستارگان را بیان نمودیم. در فصل دوم پایان نامه، به عوامل مهم ایجاد کننده ناپایداریهای هیدرودینامیکی اشاره نمودیم. برای این منظور، ابتدا به تعریف و توضیح انواع ناپایداری های هیدرودینامیکی بر اساس اهمیت آنها درسیالات و در همجوشی محصورشدگی اینرسی پرداختیم. مقایسه میان انواع ناپایداریها و راهکارهای مناسب برای کم کردن این ناپایداریها در این فصل بیان شدند. آهنگ رشد مربوط به هریک از ناپایداریها شرح داده شد و معادلات اولر و بررسی پایداری سیال بررسی شد. هم چنین درباره تاثیر موج فشار بر ناپایداریهای هیدرو دینامیکی اشاره نمودیم و در پایان چند عدد مهم که در سیالات و در همجوشی محصور شدگی لختی کاربرد فراوان دارند، را معرفی نمودیم. در فصل سوم درباره نقش و تاثیر استفاده از لایه متخلخل در کاهش آهنگ رشد ناپایداری ریلی– تیلور در بخش قطع هدف همجوشی محصور شدگی اینرسی در حضور و در عدم حضور میدان الکتریکی صحبت نموده ایم و در فصل چهارم بررسی نتایج بدست آمده از کارهای انجام شده در این پایان نامه بیان شده و پیشنهادهایی برای ادامه کار در آینده ذکر شده است.

توان توقف یون در ماده، یک پدیده طبیعی بسیار مهم است که اهمیت زیادی در کاربرد های علمی دارد. در پنجاه سال گذشته، توان توقف یون ها بسیار مورد توجه قرارگرفته و در مقالات مختلفی به این مطلب پرداخته شده است. استفاده از باریکه های یونی در همجوشی هسته ای وقتی شروع شد که دانشمندان فهمیدند می توان از یون های سبک با انرژی های mev و یون های سنگین با انرژی های gev برای احتراق سوخت همجوشی استفاده کرد. مزیت اصلی استفاده از باریکه های یون سنگین گستره انرژی مطلوب آن است که به یون های با انرژی جنبشی بالا اجازه می دهد در بیرونی ترین لایه هدف متوقف شوند. همچنین نهشت انرژی یون های سبک و سنگین، هر دو در ناحیه کلاسیکی است یعنی هیچ ذره فوق گرمی وجود ندارد تا باعث پدیده پیش گرمایش شود و شامل ناپایداری های مجتمع یا تأثیرات غیر خطی نیز نمی باشد. دوم این که تکنولوژی شتاب دهنده های باریکه های یون سنگین کاملا پیشرفته و شناخته شده است و شتاب دهنده های مفیدی با بازده و آهنگ تکرار بالا قبلا برای آزمایش های فیزیک انرژی بالا ساخته شده است. سوم این که هزینه لازم برای انرژی اولیه بسیار مناسب است. اما به علت جرم زیاد یون های سنگین در یک انرژی خاص، جریان کم است و شدت یون ها نیز کم می باشد. به همین دلیل باید باریکه ها را کانونی کنیم. از لحاظ فیزیکی انتخاب های زیادی در مورد نوع باریکه ها و نوع هدف ها داریم اما برای استفاده در یک راکتور خاص، محدودیت هایی مانند کسر مصرف ، انرژی خروجی، جرم و ضخامت لایه وجود دارد. از طرف دیگر به دلیل خصوصیات مناسب نهشت انرژی یون های سنگینی مانند کربن، استفاده از آنها در پرتو پزشکی و به خصوص در درمان سرطان روز به روز به روز افزایش می یابد و تعداد مراکز درمانی که از باریکه های یون سنگین استفاده می کنند رو به افزایش است. باریکه های یونی هم مانند باریکه های پروتونی می توانند برای درمان طیف وسیعی از سرطان ها به کار روند و اثرات جانبی آنها نیز بسیار کم است. همچنین می توان از دز بالاتری از آنها استفاده کرد بدون این که باعث تخریب بافت سالم شود. در استفاده از باریکه های یونی در همجوشی راه انداز یون سنگین و یا در پرتو پزشکی، لازم است که نهشت انرژی باریکه ها را تعیین کنیم و میزان بیشینه نهشت انرژی، محل دقیق برخورد باریکه ها در روی هدف، میزان دقیق عمق نفوذ باریکه ها در هدف و مکانیسم کامل نهشت انرژی باریکه ها در دما و چگالی های مختلف را به دقت محاسبه کنیم. به همین دلیل، در این کار تحقیقی، مکانیسم های اساسی نهشت انرژی باریکه ها و شبیه سازی دقیق نهشت انرژی باریکه ها در روی هدف های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل اول راجع به اصول کلی همجوشی هسته ای، انواع مختلف واکنش های همجوشی، روش های گوناگون دستیابی به واکنش های مناسب، بهره انرژی و طراحی هدف ها برای همجوشی هسته ای صحبت شده است. فصل دوم راجع به فیزیک نهشت انرژی باریکه های یون سنگین می باشد و در آن به چگونگی نهشت انرژی باریکه های یون سنگین در ماده داغ چگال و انتخاب باریکه مناسب برای همجوشی پرداخته شده است. همچنین این فصل شامل فرمول های اساسی توان توقف در ماده سرد و بررسی چگونگی تغییرات آنها برای ماده داغ چگال که در همجوشی مورد استفاده قرار می گیرد، می باشد. فصل سوم راجع به استفاده از باریکه های یون سنگین در پرتو درمانی است و شامل معرفی معادلات مربوط به توان توقف و بررسی خصوصیات باریکه های یونی مناسب در پرتو درمانی می باشد. در فصل چهارم خصوصیات و روش محاسبات مورد استفاده در کد شبیه سازس ok2 که در این کار تحقیقی برای شبیه سازی نهشت انرژی باریکه های یون سنگین مورد استفاده قرار گرفته، معرفی شده است. فصل پنجم نیز مربوط به ارائه نتایج حاصل از اجرای کد ok2 و همچنین نتایج حاصل از ترسیم سه بعدی داده های مربوط به اجرای کد ok2 با استفاده از برنامه نوشته شده توسط نرم افزار matlab برای باریکه های مختلف و هدف هایی با جنس و شکل های گوناگون می باشد.

جدیدترین پیشرفت همجوشی محصور سازی لختی، ایده اشتعال سریع است، که راهی برای گرمایش مستقیم سوخت با چگالی بالا را پس از تراکم پیشنهاد می کند. ایده ی اشتعال سریع، به این علت جالب توجه است که اساسا به انرژی ورودی کمتری برای دستیابی به شرایط اشتعال نیاز دارد. مزیت این ایده در این است که تراکم و اشتعال جدا شده هستند. و در نتیجه توانایی بهره بالاتر برای یک انرژی ورودیکمتر بوجود آمده است. و بدین ترتیب امکان طراحی بیشتر هدف را دراختیار ما قرار می دهد. به همین علت در این پژوهش، موجودی تریتیوم در یک راکتور راتا مقدار کمینه کاهش داده ایم. تریتیوم به علت غلظت کم آن در ساچمه ی سوخت نقش اساسی را در سوخت های d,t-poor برای رسیدن به دمای بالا و اشتعال ساچمه ایفا می کند. دمای اشتعال برای سوخت ، حتی برای یک مقدار خیلی کوچک x، خیلی کمتر از است.در این پایان نامه، بهره انرژی سوخت را برای یک ساچمه ی سوخت با توده ی سوخت دوتریم خالص و بذر dt با درصدهای متفاوت ترتیوم محاسبه نموده و تغییرات بهره انرژی سوخت برحسب چگالی سوخت به ازای پارامترهای متفاوت فیزیکی را به صورت نمودارهایی محاسبه و ارائه نموده ایم.در این نمودارها، با افزایش درصد تریتیوم اولیه در هدف افزایش یافته و همچنین با افزایش چگالی، بهره انرژی سوخت بیشتری بدست می آید. البته افزایش بهره انرژی تنها تا حوالی مشاهده می شود. بعلاوه، در این پایان نامه نشان می دهیم که می توان هدف های dt با نسبت کمتری تریتیوم، در مقایسه با دوتریوم، بدون کاهش قابل توجهی در انرژی خروجی طراحی کرد. بررسی کاهش انرژی خروجی بر حسب کسرهای تریتیوم متفاوت اولیه نشان می دهد که مقدار این انرژی در درصدهای حدود 10% تفاوت چشمگیری با مقدار مربوط به سوخت هم مولار ندارد.

آغاز کشف و گسترش انرژی هسته ای، به سال 1932 میلادی که نوترون توسط چادویک کشف شد بر می گردد. این کشف از چند نظر دارای اهمیت بود. اولا، تشریح ساختار اتم به شکل قابل قبول تری امکان پذیر شد و نشان داده شد که هر ویژه هسته می تواند چندین ایزوتوپ مختلف داشته باشد. ثانیا، نوترون ذره ی جدیدی بود که برای بمباران هسته ی اتم و ایجاد واکنش های مصنوعی در اختیار دانشمندان فیزیک هسته ای قرار گرفت. دانشمندانی چون فرمی و همکارانش در یافته بودند که نوترون به علت بی بار بودن (بر خلاف پروتون و ذره ی آلفا) آسان تر به درون سد پتانسیل هسته ی اتم نفوذ کرده و با آن بر هم کنش می کند. در این برهه، فرمی دو کشف بزرگ دیگر هم انجام داد. یکی این که دریافت نوترون های کم انرژی برای انجام واکنش های هسته ای، موثر تر از نوترون های پر انرژی هستند، و دیگر این که موثر ترین راه کند کردن نوترون های پر انرژی، پراکندگی متوالی آن ها از طریق عناصر سبک مثل هیدروژن در ترکیباتی چون آب و پارافین است. آزمایش های فرمی بر روی عنصر اورانیوم توسط دو شیمیدان به اسامی هان و اشتراسمن تکرار شد. این دو نفر در سال 1938 دریافتند که هسته ی عنصر سنگین اورانیوم در اثر بمباران با نوترون، به دو هسته با جرم تقریبی متوسط تقسیم می شود. دو فیزیکدان، به نام های مایتنر و فریش ، با شنیدن خبر این کشف و بر مبنای مدل قطره مایع ، توضیحی فیزیکی برای این فرآیند پیدا کردند. مایتنر با استفاده از فرمول تبدیل جرم به انرژی اینشتین نشان داد که این کاهش جرم به انرژی تبدیل شده است. فریش نیز این فرآیند را شکافت هسته ای نامید. جلوه های مهم دیگری از شکافت در ماه های بعد کشف شد. ژولیو کوری و همکاران او در فرانسه نشان دادند که در فرآیند شکافت، چند نوترون نیز گسیل می شود، و بعدا معلوم شد که این نوترون ها انرژی خیلی بالایی دارند. به این ترتیب، این امکان وجود داشت که فرآیند شکافت، که با یک نوترون آغاز می شد و دو یا سه نوترون تولید می کرد، در صورت بروز شکافت دیگری توسط این نوترون های جدید، ادامه پیدا کند. زنجیره ی واکنش خود نگهداری که به این ترتیب ایجاد می شد قادر بود مقدار فوق العاده زیادی انرژی تولید کند. در دسامبر 1942، اولین راکتور هسته ای کنترل شده، توسط فرمی در زیر زمین دانشگاه شیکاگو ساخته شد. این راکتور که از قرار دادن میله های سوخت در میان بلوک های گرافیت ساخته شده بود، راه را برای ساخت راکتور های هسته ای بعدی هموار ساخت. راکتور های هسته ای به دو نوع عمده ی راکتور های سریع (که نوترون سریع موجب واکنش شکافت می گردد و نیازی به کندکنندگی نوترون نیست) و راکتور های حرارتی دسته بندی شده است که خود راکتور های حرارتی به سه نوع عمده ی راکتور های آب سبک، راکتور های با کند کننده گرافیت (گازی) و راکتور های آب سنگین تقسیم بندی می شوند. راکتور های آبی تحت فشار (pwr) و راکتور های آب جوشان (bwr) از نوع راکتور های آب سبک هستند، که راکتور های آبی تحت فشار حدود 60% راکتور های هسته ای جهان را تشکیل می دهند. علی رغم اهمیت انرژی هسته ای برای استفاده های صلح آمیز، در سال 1945 دولت آمریکا از بمب هسته ای برای تغییر سرنوشت جنگ استفاده کرد. همین امر باعث شد احساس وحشت از انرژی هسته ای در افکار عمومی جهان به وجود آید. سال ها طول کشید تا با توسعه تکنولوژی هسته ای در زمینه های تولید انرژی، خدمات پزشکی، صنعت و کشاورزی، مردم و حتی دیگر دانشمندان به اهمیت نقش این انرژی در پیشرفت علم و صنعت واقف گردند. دستیابی به فناوری هسته ای در دنیای امروز یک ضرورت است و در کشور عزیزمان ایران نیز با توجه به روند رو به رشد توسعه اقتصادی و اجتماعی کشور، این ضرورت وجود دارد. مهم ترین نیاز مندی کشورمان در توسعه علوم و فنون هسته ای، تولید برق از این طریق می باشد. از این رو، سازمان انرژی اتمی ایران، از ابتدا برنامه ی انرژی هسته ای کشور را بر پایه ی استفاده از راکتور های آبی تحت فشار قرار داد. در طرح تکمیل نیروگاه هسته ای بوشهر نیز این نوع راکتور مورد بهره برداری قرار گرفته است. بنابراین، شناخت تکنولوژی راکتور های آبی تحت فشار از دو جهت، هم از نظر ملی و هم از نظر گستره ی استفاده از این نوع راکتور در جهان اهمیت دارد.

از دیر باز تاکنون تولید انرژی به شیوه ای که در خورشید اتفاق می افتد، یکی از رویاهای بشر بوده است. تقاضای روزافزون انرژی و اتمام سوخت های فسیلی و گسیل آلاینده های محیطی توسط این نوع سوخت، بشر را بر آن داشت تا از واکنش های هسته ای برای تولید انرژی استفاده نماید. در این میان، انرژی حاصل از واکنش شکافت اورانیوم، نقش مهمی در تولید انرژی مورد نیاز بشر دارد، اما گسیل مواد رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی، این سوخت را علی رغم مزیت های اقتصادی آن، برای محیط غیر ایمن می سازد. از ابتدای قرن بیستم می دانیم که منبع انرژی در خورشید (مانند سایر ستارگان) فرآیندی است که به آن همجوشی هسته ای می گویند. اما فعالیت های تحقیقاتی در این زمینه تا دهه ی پنجاه میلادی آغاز نشد. امروزه کشورهای زیادی که در تلاش برای دستیابی به منبع جدیدی برای تولید انرژی می باشند، از تحقیقات در زمینه ی همجوشی هسته ای حمایت می کنند. اهمیت انجام این گونه تحقیقات هنگامی که بحران انرژی حادتر می شود، بیشتر خود را نشان می دهد. چرا که انرژی حاصل از همجوشی یکی از راه های مبارزه با این بحران است، به ویژه این که در مقایسه با سوزاندن نفت و ذغال سنگ و یا حتی نیروگاه های شکافت هسته ای برتری های چشمگیری از لحاظ اکولوژی و ایمنی ارائه می دهد. تأمین انرژی در واکنش های همجوشی با هسته های سبک نظیر دوتریوم و تریتیوم صورت می گیرد که سوختی است پاک و ارزان با تولید انرژی سرشار و پسمان بسیار پاک به نام هلیوم، که این سوخت های مورد نیاز، به وفور در طبیعت یافت می شوند. علاوه بر این، جذابیت آن هنگامی دوچندان می شود که بدانیم سوخت مورد نیاز فرآیند همجوشی هسته ای را می توان از آب دریا هم تأمین کرد. اگر چه پیشرفت های چشمگیری در زمینه ی تکنولوژی همجوشی هسته ای به دست آمده است، امّا تا به حال هیچ راکتور همجوشی به صورت تجارتی شروع به کار نکرده است. بنابراین می توان گفت که در حال حاضر تقریباً تمام انرژی هسته ای در جهان از طریق نیروگاه های شکافت هسته ای تأمین می شود. در فصل اول این پایان نامه، بحث مختصری در مورد همجوشی هسته ای و مبانی همجوشی محصورشدگی اینرسی که یکی از شیوه های متداول دستیابی به فرآیند همجوشی هسته ای می باشد، را بیان می کنیم. در فصل دوم به فیزیک کلی موج شوکی که نقش برجسته ای در مرحله تراکم در همجوشی محصورشدگی اینرسی ایفا می کند، می پردازیم. در فصل سوم به بررسی موج شوکی و چگونگی عملکرد آن و بهترین روش اعمال آن در این نوع همجوشی می پردازیم. فصل چهارم، شامل نتایج به دست آمده از بررسی موج شوک و پیشنهاد هایی برای ادامه کار می باشد.

در همجوشی محصور شدگی لختی، سوخت همجوشی هسته ای با چگالی زیاد توسط باریکه های تابشی ، متراکم شده تا مواد همجوشی کننده به هم نزدیک شده و احتمال همجوشی افزایش یابد. یکی از روش های رایج در همجوشی محصور شدگی لختی ، احتراق سریع است که در مرحله تراکم پلاسمای چگال با دمای کم پدید می آید که اگر دمای نهایی به اندازه ی کافی پایین باشد، الکترون های پلاسما تبهگن می شود و باتوجه به ویژگی های پلاسمای تبهگن ، می توان آن ها را تا چگالی های بسیار بالا متراکم کرد. در پلاسمای تبهگن فرمی چون دمای الکترون پایین است، اتلاف ناشی از تابش برمشترالانگ کاهش می یابد ودر نتیجه سوختن سوخت های متداول همجوشی هسته ای به ویژه سوخت انئوترونیک پروتون- بور11 ،موثرتر از حالت کلاسیکی صورت می گیرد. سوخت های انئوترونیک بسیار ایمن تر وپاک تر ازسایر سوخت ها هستند و این سوخت، مهم ترین کاندید برای این نوع از سیستم های ایمن است که تنها مشکل آن دمای احتراق بالاست. تبهگنی پلاسما سبب کاهش دمای احتراق سوخت دوتریم- تریتیوم و پروتون- بور11 می شود . در این پایان نامه، بهره انرژی این دو سوخت در حالت کلاسیکی و حالت تبهگن باهم مقایسه شده است. کارهای انجام شده در این پایان نامه نشان می دهد که برقراری شرایط تبهگنی برای سوخت دوتریم ـ تریتیوم صرفا" سبب کاهش دمای احتراق آن شده ولی نقش مثبتی در افزایش بهره انرژی همجوشی ندارد ،اما برای سوخت پروتون ـ بور11 ، حالت تبهگن سیستم می تواند علاوه بر کاهش دمای احتراق ،بهره انرژی را نسبت به حالت کلاسیکی افزایش دهد. مطالب ارائه شده در این پایان نامه در چهار فصل تدوین شده است . فصل اول شامل بیان ضرورت استفاده از انرژی هسته ای و معرفی روش های متداول استخراج این نوع انرژی می باشد و با توجه به مزایای بیان شده برای روش همجوشی هسته ای ، این روش به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم به معرفی روش همجوشی محصور شدگی لختی و شناسایی پارامترهای مطرح در این شیوه که یکی از روش های همجوشی هسته ای و اساس کار ما در این پایان نامه است ، پرداخته ایم. در فصل سوم شرایط دستیابی به پلاسمای تبهگن و تأثیر آن بر بهره انرژی دو نوع سوخت همجوشی متداول ( سوخت دوتریم ـ تریتیوم و سوخت پروتون ـ بور11) به طور مفصل مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نهایتا" فصل آخر شامل نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار در آینده می باشد

بر طبق مدل اشتعال جرقه مرکزی در همجوشی اینرسی، یک ناحیه داغ مرکزی در ساچمه سوخت ایجاد می شود که سپس مشتعل شده و یک موج سوختن گرماهسته ای ایجاد می کند که به لایه های سوخت سرد بیرونی انتشار می یابد. ایده اشتعال جرقه مرکزی به عنوان جایگزینی برای مدل اشتعال حجمی پیشنهاد شده است که در آن تمام سوخت باید به دما و چگالی های بالا برسد. محاسبات متعدد انجام شده برای هدف دوتریم- تریتیم راه اندازی شده با باریکه های لیزری و یا یونی، نشان داده است که بر حسب طراحی هدف و پارامترهای فیزیکی راه انداز، هر یک از این دو حالت می تواند روی دهد. واضح است که مدل اشتعال جرقه مرکزی از نظر بهره انرژی، مناسب تر از مدل اشتعال حجمی می باشد، زیرا در این مدل تنها کسر کوچکی از سوخت، باید تا دماهای اشتعال بالا گرم شود. در این پایان نامه، ابتدا مقادیر مجاز دما و پارامتر محصورشدگی در ناحیه جرقه و در نتیجه، اندازه بهینه جرقه برای تشکیل و اشتعال آن در مدل اشتعال حجمی تعیین شده است. سپس، مدلی تحلیلی برای تعیین بهره انرژی در ایده اشتعال جرقه مرکزی ارائه شده و اثرات پارامترهای فیزیکی مختلف مانند پارامتر آنتروپی، بازده هیدرودینامیکی و دمای ناحیه جرقه، روی بهره انرژی هدف بررسی شده است. در پایان، اثرات ناشی از تغییر درصد تریتیم موجود در سوخت بررسی شده و مقدار بهره انرژی برای سوخت هایی با نسبت های مختلف دوتریم- تریتیم، مقایسه شده است.

پیشرفت جامعه بشری وتوسعه تمدن مستقیما متناسب با افزایش بازدهی و بهره کار و در نتیجه بالا رفتن استانداردهای زندگی اجتماعی است و لزوما این پیشرفت اجتماعی و تکنولوژی‏ْ، موجب افزایش استفاده از انرژی و همچنین لزوم دستیابی به منابع جدید و یا بهره بیشتر انرژی می گردد. امروزه قسمت اعظم انرژی مورد نیاز بشر با استفاده از نیروگاههای آبی‏ْ، فسیلی و هسته ای تامین می شود. با توجه به اینکه استفاده از انرژی آبهای جاری بسیار محدود است و فقط در نواحی خاصی از جهان در دسترس است و ذخائر سوختهای فسیلی نیز رو به اتمام است و روز به روز بدست آوردن آنها مشکلتر می شود‏ْ، در نتیجه بدیهی است که برای تامین انرژی از نیروگاههای شکافت هسته ای استفاده گردد. البته راه دیگری برای دستیابی به انرژی هسته ای نیز وجود دارد که تحت عنوان همجوشی هسته ای نامیده می شود. اما از آنجایی که تحقیقات دانشمندان در تولید انرژی از طریق همجوشی هسته ای هنوز به مرحله بهره برداری نرسیده‏ْ، لذا تقریبا تمامی انرژی هسته ای در جهان از طریق نیروگاههای شکافت هسته ای تولید می شود.

سناریوی اشتعال سریع، برای همجوشی محصورسازی اینرسی بیشتراز یک دهه قبل برای رهایی از تقارن تابش روی هدفهای متداول پیشنهاد شده است. یک چنین آزادی از تقارن، اجازه ی داشتن لیزر با انرژی پایین تر و در نتیجه بهره ی بالاتر را می دهد. اولین ایده از اشتعال سریع که ارائه شد، انتشار باریکه ی الکترون-نسبیتی را از لبه سوخت از پیش فشرده به مرکز پلاسمای چگال را پیشنهاد می کرد. اما به سرعت مشخص شد که پایداری باریکه یک موضوع مورد بحث در این سناریو است. راه انداز پروتونی اشتعال سریع، به خاطر احتمال پایداری بیشتر به دلیل اینرسی بالاتر پروتونها بعدا پیشنهاد شد. با وجودی که باریکه پروتونی باید قطعا بسیار پایدارتر از باریکه الکترونی باشد اما پایداری اش در زمینه راه انداز اشتعال سریع تاکنون به طور تحلیلی مشخص نشده است. هدف این پایان نامه، روشن کردن این مشکل به وسیله کارکردن بر روی تئوری جنبشی ناپایداری باریکه پروتونی و حل معادله آشفتگی مربوط به آن است. در این مسیر مشخص شد که انتقال باریکه پروتونی در پلاسما با دو مد بونمن مانند که در ارتباط با برهم کنشهای الکترونهای هم حرکت باپروتونهای باریکه و الکترونهای هم حرکت باپروتونهای زمینه است، روبرو می شود. این برهم کنشها در دو مدل سرد و ماکسولی بررسی می شود. ملاحظه مدل سرد می تواند به حل معادله مدل ماکسولی کمک کند. در پایان دمای مناسب با ملاحظه مدل ماکسولی برای توزیع ذرات درگیر پس از تزریق باریکه پروتونی به پلاسمای چگال محاسبه می شود. در این دما انتقال باریکه پروتونی در پلاسما با کمینه میزان ناپایداریها روبرو شده و باریکه بیشینه انرژی اش را در محل مناسب در پلاسما برای همجوشی هسته ای به نهشت می گذارد.

باریکه های یون سنگین، نهشت انرژی قابل توجهی در ماده دارند و می توانند با اتلاف انرژی نسبتاَ کمی به درون ماده نفوذ کنند. انتظار می رود که این باریکه ها یکی از گزینه های مناسب برای همجوشی یون سنگین باشند. در همجوشی یون سنگین، غیریکنواختی پرتودهی باید کمتر از چند درصد باشد تا سوخت به طور کامل متراکم شود و انرژی همجوشی را به طور موثر آزاد کند. باریکه های یون سنگین به سطح هدف برخورد می کنند و انرژی شان را در یک لایه نسبتا عمیق و ناحیه پهن به نهشت می گذارند. بنابراین غیریکنواختی پرتودهی باریکه های یون سنگین باید در حجم ناحیه نهشت و در لایه جذب کننده تخمین زده شود. برای انجام این کار از کد شبیه سازی ok1 استفاده شده و بعضی اصلاحات روی آن انجام گرفته است. در این کد، نهشت انرژی و غیر یکنواختی پرتودهی باریکه های یون سنگین در هدف های متفاوت با استفاده از طرح های پرتودهی متفاوت 12، 20، 32، 60 و 120 باریکه محاسبه شده است. همچنین با استفاده از این کد، ترسیم سه بعدی نهشت انرژی روی هدف های کروی شبیه سازی شده است. محاسبه این مقادیر برای بهینه سازی پارامترهای باریکه و ساختار هدف به منظور طراحی آزمایش های بیشتر همجوشی یون سنگین ارزشمند خواهد بود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که نهشت انرژی باریکه های اورانیوم دارای غیر یکنواختی پرتودهی کمتری نسبت به باریکه های سرب بوده، همچنین با افزایش تعداد باریکه ها، مقدار غیر یکنواختی ها کاهش می یابد. افزایش دمای اولیه هدف تاثیری روی غیر یکنواختی پرتودهی باریکه ها ندارد، اما افزایش شعاع اتاقک راکتور باعث کاهش گسیلندگی باریکه و افزایش غیر یکنواختی پرتودهی باریکه ها می شود. بنابراین، می توان محدوده شعاع اتاقک راکتور را بین m5-2 در نظرگرفت، در غیر این صورت، غیر یکنواختی ها افزایش می یابد.

پیشرفت جامعه بشری، نیاز روزافزون به انرژی را افزایش می دهد. یکی از راه های تولید انرژی موردنیاز، واکنش های هسته ای می باشند که انرژی فوق العاده زیادی تولید می کنند. از آن جا که عناصر اصلی سوخت های همجوشی به راحتی در طبیعت یافت می شوند و محصولات واکنش بر خلاف واکنش های شکافت، رادیواکتیو نیستند، تولید انرژی از این طریق حائز اهمیت است. یکی از روش های همجوشی هسته ای، محصورشدگی لختی(icf) می باشد. در این نوع همجوشی باید تقارن کروی کاملی وجود داشته باشد تا فرآیندهای همجوشی به وقوع بپیوندد. اما انفجارات درونی ایجادشده در محفظه سوخت icf تحت تاثیر انواع ناپایداری های هیدرودینامیکی مانند ریلی-تیلور و ریخت مایر- مشکوف می تواند تراکم سوخت را از حالت تقارن کروی خارج و باعث اغتشاش رو به رشدی در محفظه سوخت گردد. این ناپایداری ها که می توانند بر روی عملکرد فرآیند سوختن کامل، نقش منفی داشته باشند، بر اثر ایجاد عدم یکنواختی در شدت باریکه لیزر فرودی و ضخامت هدف تشکیل می شوند. در این پایان نامه، اثر چسبندگی و پارامتر عدد آتوود بر رشد ناپایداری ریلی- تیلور بررسی شده است. با توجه به معادلات اولر و درنظر گرفتن اختلالات حاکم، مجموعه معادلاتی که فاز خطی ناپایداری rt را توصیف می کنند، به دست آمده است. آهنگ رشد ناپایداری، محاسبه و نمودارهای مربوط به آن بررسی شده است و عدد موجی که در آن آهنگ رشد بیشینه ناپایداری رخ می دهد، محاسبه گردید. در پایان، اثر عدد آتوود بر رشد ناپایداری rt بررسی شده است.

هدف از بررسی شارش سیال و فرآیند انتقال حرارت در راکتور های هسته ای از نوع آبی تحت فشار، افزایش توان و بالا بردن سطح ایمنی در این نوع راکتور ها می باشد. از این رو، تلاش بر آن است که شارش سیال را به کمک روش های محاسباتی دینامیک سیالات پیش بینی نماییم. دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، یک روش محاسباتی کامپیوتری کار آمد برای آنالیز رفتار هیدرودینامیکی راکتور های آب سبک می باشد، که به طور قابل ملاحظه ای مورد توجه قرار گرفته است. این علاقه مندی به دلیل اهمیت آنالیز سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت در محفظه فشار راکتور (که قابل پیش بینی توسط کد های محاسباتی یک بعدی نیست) به وجود آمده است. در این پایان نامه، مدل ریاضی پدیده های اساسی فیزیکی یک راکتور آبی تحت فشار را بیان نموده و قوانین دینامیک سیالات را در آن بررسی می نماییم. از آنجایی که امکان برخی از آنالیز ها در آزمایشگاه وجود ندارد و یا معمولا نیاز به امکانات پیشرفته می باشد، با استفاده از نرم افزار ansys cfx 13 (کد محاسباتی دینامیک سیالات)، ژئومتری کامل محفظه ی فشار یک راکتور آبی تحت فشار، از نوع 1000vver- مدل320v- را شبیه سازی و توزیع سه بعدی جریان را در مجاری جانبی (downcomer) و محفظه ی انتهایی راکتور(lower plenum) در دو حالت پایا و گذرا مورد بررسی قرار خواهیم داد. همچنین توزیع دمای سیال درون محفظه فشار و بعضی از اجزای راکتور در هنگام وقوع سانحه هسته ای از دست رفتن خنک کننده، loca با استفاده از همین نرم افزار، شبیه سازی شده و نتایج آن مطرح گردیده است.

همجوشی محصورشدگی اینرسی (icf)، یکی از روش های دستیابی به فرآیند همجوشی هسته ای است. یکی از اساسی ترین مشکلاتی که در icf با آن مواجه می شویم، وجود ناپایداری های هیدرودینامیکی علی الخصوص ناپایداری ریلی- تیلور (rti) است. بنابراین، درک رفتار این ناپایداری و کنترل آن در icf ضروری است. ناپایداری ریلی- تیلور در فصل مشترک دو سیال زمانی رخ می دهد که یک سیال سبک باعث شتاب دادن به یک سیال سنگین تر می شود. در این پایان نامه، اثر میدان مغناطیسی و لایه متخلخل نانو ساختار بر روی آهنگ رشد ناپایداری ریلی- تیلور در بخش قطع لایه نازک هدف icf با بکارگیری تحلیل های خطی پایداری بررسی شده است. اگرچه ناپایداری ریلی- تیلور در دو فاز اتفاق می افتد (فاز شتابدار شدن و شتاب معکوس)، در این بررسی این ناپایداری فقط در فاز شتابدار شدن در نظر گرفته شده است. برای بدست آوردن آهنگ رشد ناپایداری rt از تئوری ساده ای بر پایه تقریبات مگنتوهیدرودینامیک استفاده شده است. عدد موج قطع و بیشینه مقدار عدد موج و بطور متناظر، بیشینه مقدار فرکانس تعیین شده است. در نهایت، نشان داده می شود که اثر میدان مغناطیسی و لایه متخلخل نانو ساختار، آهنگ رشد ناپایداری ریلی– تیلور را در مقایسه با حالت کلاسیک کاهش می دهد.

همجوشی محصور شدگی اینرسی مستعد به انواع ناپایداری هاست که از این میان ناپایداری ریلی- تیلور به عنوان مهمترین این ناپایداری ها از عوامل مخربی است که جلوی تراکم سوخت را می گیرد و به این ترتیب موجب کاهش بهره ی انرژی حاصل می شود. در بسیاری از مراحل واکنش همجوشی به روش محصورشدگی لختی، از ساخت ساچمه ی سوخت تا تشکیل لکه ی داغ مرکزی، شاهد وقوع این ناپایداری ها هستیم. بیش از دو دهه است که مطالعه ی روش هایی در جهت کاهش این ناپایداری ها آغاز شده است. نشان داده شده است که بسترهای خارجی وقوع این ناپایداری، همچون عدم تقارن باریکه های نهشت انرژی و یا انحراف از شکل کاملا کروی در ساخت ساچمه، تا حد زیادی قابل کنترل است. اما وقوع ناپایداری ها در طول انفجار ساچمه، در فاز شتاب و نیز فاز شتاب معکوس، تا حد زیادی اجتناب ناپذیر است و بنابراین عمده ی تلاش ها در جهت کاهش آهنگ رشد این نوع ناپایداری است. مشخص شده است که بیشینه کردن آدیابات در سطح خارجی ساچمه، همزمان با کمینه نگه داشتن مقادیر آن در نواحی داخلی تر، می تواند کاهش آهنگ رشد را به همراه داشته داشته باشد. در این پایان نامه ابتدا به معرفی روش استفاده از شوک تضعیف شونده برای دست یابی به یک آدیابات شکل داده شده در ساچمه پرداخته ایم و سپس با حل معادلات حاکم بر پلاسما، کمیت های اساسی در این شکل دهی را به دست آورده ایم. در نهایت به بررسی نقش این کمیت ها در شکل دهی آدیابات پرداخته ایم.

از دیرباز تا کنون تولید انرژی به شیوه ای که در خورشید اتفاق می افتد، یکی از رویاهای بشر بوده است. از ابتدای قرن بیستم میدانیم که منبع انرژی در خورشید (مانند سایر ستاره ها) فرآیندی است که به آن همجوشی هسته ای می گویند. اما فعالیتهای تحقیقاتی در این زمینه تا دهه 50 میلادی آغاز نشد. امروزه کشورهای زیادی که در تلاش برای رسیدن به منبع جدیدی برای تولید انرژی می باشند، از تحقیقات در زمینه همجوشی هسته ای حمایت میکنند. اهمیت انجام این گونه تحقیقات هنگامیکه با گذر زمان بحران انرژی حادتر میشود، بیشتر مشخص می گردد که استفاده از انرژی ناشی از فرآیند همجوشی هسته ای میتواند یکی از راههای کنار آمدن با این بحران محسوب گردد به ویژه که در مقایسه با سوزاندن زغال سنگ یا نفت و یا حتی نیروگاههای شکافت هسته ای برتریهای چشمگیری از نظر اکولوژی و ایمنی ارائه میدهد. علاوه بر این جذابیت آن هنگامی دوچندان میشود که بدانیم سوخت مورد نیاز فرآیند همجوشی هسته ای را میتوان از آب دریا تامین کرد و این موضوع باعث میشود که جدا از مشکلات تکنولوژیک، همجوشی هسته ای بتواند مستقیما در دسترس اکثر کشورهای جهان قرار گیرد. اگرچه پیشرفتهای چشمگیری در زمینه تکنولوژی همجوشی هسته ای بدست آمده است اما تا به حال هیچ راکتور همجوشی هسته ای به صورت تجاری شروع به کار نکرده است. بنابراین میتوان گفت در حال حاضر تقریبا تمامی انرژی هسته ای در جهان از طریق نیروگاههای شکافت هسته ای تامین میشود. یکی از روشهای همجوشی بر روی زمین همجوشی محصورسازی اینرسی است که بشر برای به نتیجه رسیدن آن بسیار امیدوار است. در این روش کپسولهای سوختی تحت فشار لیزر و یا باریکه هایی از ذرات باردار به چگالی و دمای بسیار بالایی می رسد و این چگالی و دمای بالا سبب نزدیکی زیاد هسته ها گردیده به طوریکه هسته ها بر سد کولنی غلبه میکنند و نیروی جاذبه هسته ای بین آنها برقرار خواهد شد، همجوشی صورت خواهد گرفت و انرژی بیش از انرژی ورودی آزاد خواهد شد. در همجوشی محصورسازی اینرسی، روشی به نام اشتعال سریع وجود دارد که در آن پلاسمای بسیار چگال را تشکیل داده و ذراتی مثل الکترون، انرژی اولیه لازم برای همجوشی، به آن میدهد. در این پایان نامه در فصل اول اصول همجوشی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم ایده های موجود در همجوشی محصورسازی اینرسی، اشتعال سریع و اتلاف انرژی ذرات باردار معرفی شده است. در فصل سوم با کمک مدل تحلیلی، به بررسی نهشت انرژی، میانگین نفوذ و برد الکترون نسبیتی در پلاسمایdt پرداخته و تاثیر پراکندگی بر روی نفوذ الکترون نسبیتی و تاثیر دما، چگالی، عدد اتمی پلاسما و انرژی الکترون نسبیتی بر روی پراکندگی مورد بحث قرار گرفته شده است.

برهمکنش باریکه-پلاسما نقش مهمی را در شاخه های مختلف فیزیک ایفا می کند و مطالعه تئوری ناپایداری های خطی باریکه-پلاسما، اساس فیزیک پلاسما را شکل می دهد. ما پایداری خطی یک سیستم که شامل باریکه الکترونی و جریان برگشتی است را برای هر جهتی از بردار موج نسبت به باریکه، مورد بررسی قرار می دهیم و هیچ فرض اولیه ای را برای جهت میدان الکتریکی نسبت به بردار موج نخواهیم داشت. این سیستم مربوط به اشتعال سریع می باشد که با نفوذ باریکه الکترونی در پلاسما، جریان برگشتی که توسط الکترونهای پلاسما حمل می شود را تولید می شود. این بررسی را برای سه مدل انجام می دهیم: باریکه سرد و پلاسمای سرد، باریکه سرد و پلاسمای گرم، باریکه نسبیتی سرد و پلاسمای سرد. در این پایان نامه رابطه پراکندگی را برای این سیستم ها حل کرده و تأثیر دما، چگالی باریکه و پلاسما و نیز سرعت باریکه را بر روی ریشه این معادله مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. ریشه های این معادله، همان آهنگ رشد میکرو ناپایداریها در این سیستم است.

تولید انرژی به روش همجوشی هسته ای، به دلیل بهره انرژی ضعیفی که تولید می کند، صرفه اقتصادی ندارد. در نتیجه رسیدن به همجوشی پایدار، مستمر و اقتصادی، نیاز به محرکی برای جبران کاستی ها و برآوردن معیار لاوسون، دارد؛ نیز همجوشی مستمر نیاز به تولید تریتیوم، به عنوان سوخت همجوشی، به صورت خودکفا دارد. این مهم، دانشمندان را به فکر ترکیب شکافت با گداخت برای جبران این موضوع انداخت. با استفاده از نوترون های پر انرژی ناشی از همجوشی، می توان هم سوخت شکافای اورانیوم یا پولوتونیوم تولید کرد و هم با استفاده از ایزوتوپ های مختلف لیتیوم، تریتیوم مورد نیاز را به وجود آورد. کاربرد دیگری که برای این تکنولوژی پیشنهاد گردیده، از بین بردن پسمان های هسته ای ناشی از شکافت و تبدیل آنها به عناصری با سمیت پایین تر می باشد، که می تواند موضوع پژوهش های دیگر قرار گیرد. در این پایان نامه، کند کننده های مختلف آب سبک، آب سنگین، بریلیوم و اکسید بریلیوم را در حضور زاینده های مختلف تریتیوم، لیتیوم طبیعی، اکسید لیتیوم، لیتیوم-6 و لیتیوم-7 برای سه فاکتور مهم تولید تریتیوم، تولید انرژی شکافت و تولید انرژی ناشی از دیگر واکنش ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین این نتایج بدون حضور کند کننده نیز مورد بررسی قرار گرفت.بر اساس نتایج به دست آمده، برای زایش تریتیوم و انرژی ناشی از واکنش های غیر از شکافت، بهترین عملکرد را لیتیوم-6 دارد و بیشترین مقدار نیز زمانی به دست آمد که لیتیوم-6 بدون حضور خنک کننده بررسی گردید. گزینه دوم بیشترین کارآیی برای لیتیوم-7 ثبت شد.در مورد انرژی ناشی از شکافت اگرچه نتایج به یکدیگر نزدیک می باشد لیکن، آب سبک در حضور لیتیوم طبیعی، اکسید لیتیوم و لیتیوم-7 بهترین کارآیی و مقدار انرژی را از خود نشان دادند.

ایده ی احتراق سریع یکی از روش های امید بخش جهت تجاری سازی راکتورهای همجوشی محصور شدگی لختی به شمار می آید. مطالعات و شبیه سازی های بسیاری به چرخه ی سوخت دوتریوم-تریتیوم (dt) اختصاص یافته است. از این رو در این رساله، احتراق سریع سوخت پیش فشرده ی dt با باریکه ی دوترونی، مد نظر قرار گرفته است. با فرض توزیع انرژی ماکسولی دوترون ها با میانگین انرژی mev3، اتلاف انرژی این ذرات در پلاسمای سوخت پیش فشرده با چگالی 3-gcm300 محاسبه شده است. محاسبات نشان می دهد، با در نظر گرفتن نهشت انرژی ذرات آلفای ناشی از همجوشی غیر حرارتی دوترون های فرودی با تریتون های سوخت، توان نهشتی در مقایسه با باریکه ی یون های مشابه، %6 افزایش می یابد. در حال حاضر یکی از عمده نگرانی های نیروگاه های هسته ای قدرت، مشکلات ناشی از پسمان های هسته ای است. امید است این امر در نیروگاه های همجوشی هسته ای، تا حدود زیادی مرتفع گردد. با این وجود، همچنان مشکلات حفاظت پرتوی ناشی از انباشت تریتیوم در پوشش بارور زاینده و فعالسازی مواد ساختمان راکتور ناشی از نوترون های واکنش همجوشی dt، قابل توجه است. از این رو سوخت عمدتا حاوی دوتریوم همراه با مقدار اندکی تریتیوم (dtx) مورد بررسی قرار گرفته است. با مطالعه ی مکانیزم های تولید و اتلاف انرژی، محدوده های مجاز سوخت پیش فشرده و باریکه ی پروتونی فرودی، به منظور احتراق و اشتعال سوختن سوخت همجوشی در حالت کاتالیزوری ترتیومی بررسی شده است. چگالی جرمی 2-gcm5?r? و کسر تریتیوم اولیه ی 0.025=x، مقادیر پیشنهادی سوخت پیش فشرده و میانگین انرژی باریکه 3<ep<10mev،، زمان تپش پالس ps15tp??5 و توان 1-ps3kevcm1022×(15wp??5)، مقادیر پیشنهادی باریکه ی پروتونی فرودی است. در انتها، ترکیب سوخت dtx3hey با تاکید بر حفظ نقش کاتالیزوری تریتیوم مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر کسر تریتیوم و هلیوم-3 اولیه ی سوخت 0.022=x و 0.38=y پیشنهاد شده است. با مقادیر فوق، ضمن حفظ حالت کاتالیزوری تریتومی، شار نوترونی تولیدی در سوخت به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.

در مقایسه با راه انداز های پیچیده و حجیم معمول در محصورسازی لختی(icf)، نابودی پاد پروتونی انرژی ویژه ی را در اختیار قرار می دهد و از این رو نوع بی نظیری از جمع آوری و تحویل انرژی است. راه انداز های پاد پروتونی می توانند کاهش قابل توجهی در جرم سسیتم برای رانش فضایی پیشرفته در icf داشته باشند. ما فیزیک استفاده از را برای راه اندازی انواع مختلف هدف های پر بهره ی icf به روش های احتراق حجمی،احتراق لکه داغ و احتراق سریع مورد بررسی قرار می دهیم. کسر قابل استفاده از انرژی نهشت نابودی برای تراکم قطع واداشته ی و نیز احتراق سریع واداشته ی بر پایه ی مدل های سوختن هدف صفر و یک بعدی، تعیین می شود. بنابراین توان مقیاسی برای تعداد پاد پروتون های تزریق شده ی لازم به ازای هر کپسول و نیز الزام های زمان بندی و لکه ی کانونی، کاهش می یابد. انرژی جنبشی باریکه ی پاد پروتون های تزریق شده ی لازم برای نفوذ به نقطه ی نابودی مطلوب همیشه نسبت به انرژی نابودی به نهشت گذاشته شده، کم است. نشان می دهیم که نشاندن فلز سنگین برای سوخت و/ یا قطع کننده لازم است تا بتوانیم نهشت موضعی انرژی نابودی را بهینه کنیم و مشخص کنیم که حداقل نزدیک به پاد پروتون تزریق شده لازم است تا رسیدن به بهره های بالا(چند صد مگا ژول) در هر پیکربندی از هدف، فراهم شود. بازده ی هدف- یعنی نسبت بهره ی گداخت به انرژی نابودی در دسترس حاصل از پاد پروتون های تزریق شده( )- در محدوده ی برای هدف های احتراق حجمی تا برای هدف های احتراق سریع قرار دارد. icf واداشته ی پاد پروتونی یک ایده ی تئوری است و کنترل پاد پروتون ها و ظرافت تزریق مورد نیاز- به صورت موقتی و فضایی- با چالش های تکنینی پراهمیتی رو به رو خواهند شد. ذخیره سازی و به کاربستن پاد پروتون های با انرژی پایین به ویژه به صورت پادهیدروژن، علمی است که هنوز در آغاز راه قرار دارد و تولید مقدار زیادی پاد پروتون تحت روش های امروزی مورد نیاز است

سیستم های زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده (ads) و واداشته با هم جوشی (fds) به علت عملکرد در حالت زیربحرانی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. هم چنین مقرون به صرفه بودن، قابلیت آن ها برای از بین بردن پسمان های هسته ای، مشخصه های برتر قابل دسترس ایمنی وپتانسیل آنها برای سوزاندن اکتنیدها و محصولات شکافت با طول عمر بالا از جمله خصوصیات بارز آنها می باشد. سیستم adsاز یک شتاب دهنده به عنوان راه انداز استفاده میکند تا تولید نوترون در هدف تلاشی صورت گیرد. سیستم fdsنیز، دارای منبع نوترون همجوشی برای تولید نوترون مورد نیاز است، بر اساس نیاز این منبع می تواند متفاوت باشد. این سیستم به علت استفاده از منبع لایزال انرژی، در صورت کاربردی شدن، دارای مشخصه های برتری نسبت به سیستم adsمی باشد. در این پایان نامه ابتدا به شبیه سازی سیستم زیر بحرانی واداشته با شتاب دهنده myrrhaپرداختیم، سپس بررسی محاسبه ی بهره ی نوترون در حالت های مختلف مدل های فیزیکی با استفاده از کد شبیه سازی mcnpxانجام شد و تأثیر ناچیز یون های سبک بر ترابرد ذرات معین گردید. پس از آن تغییرات بهره نسبت به تغییرات شعاع هدف محاسبه و نرخ افزایشی آن مشاهده شد. در بخش بعدی نیز سیستم زیربحرانی واداشته با هم جوشی fds-i، شبیه سازی شد و در ادامه محاسبات نوترونی، تغییرات شار نوترون، میزان شکافت با تغییرات شعاع و ضخامت لایه ی اورانیوم بررسی و تأثیر آن بر کاهش تولید تریتیوم در لایه ی حاوی تریتیوم به دست آمد.

. در این پایان نامه با استفاده از کدmcnpx ابتدا ضریب تکثیر موثر وتغییرات سطح مقطع کل اندرکنش اکسید اورانیوم با نوترون را برای دو راکتور همگن و غیرهمگن فرضی مورد بررسی قرار دادیم.در قسمت بعد ضریب تکثیر موثر برای راکتور همگن stacy بدست آمد. در این راکتور، ضریب تکثیر موثر برحسب تغییر نوع بازتابنده برای سه ماده متفاوت آب سبک ، پلی اتیلن و بتون در ارتفاع های مختلف محلول سوخت بررسی شد. هم چنین تغییرات راکتیویته بر حسب ضخامت بازتابنده برای سه نوع متفاوت بازتابنده آب سبک، پلی اتیلن و بتن مشخص شد. پس از آن پارامتر keff برای راکتور غیرهمگن stacy در حالت های مختلف شبکه سوخت یعنی در شبکه های مربعی به ضلع 5/1،1/2 و 5/2 که در هر کدام نسبت حجم اکسید اورانیوم به محلول اورانیل نیترات متفاوت است بررسی شد.

از جمله روش های تولید نوترون های سریع استفاده از برهم کنش نوترون-پروتون می باشد که این نوع برهم کنش در محیط آزمایشگاه قابل انجام می باشد. در این پایان نامه تلاش شده تا آزمایش تولید نوترون را با استفاده از کد mcnpx شبیه سازی، ونتایج تجربی و شبیه سازی شده را مقایسه کنیم.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.