بررسی میزان نهشت انرژی باریکه های یون سنگین با استفاده از کد شبیه سازی ok2

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.