طراحی یک نیروگاه گداخت گرماهسته ای

گداخت (همجوشی) هسته ای فرآیندی است که در آن دو اتم سبک برای تشکیل یک اتم سنگین تر با هم ترکیب می گردند، در این فرآیند (واکنش) انرژی آزاد می شود. گداخت تامین کننده انرژی ستارگان است و از نظر اصولی می تواند منبع تقریبا نامحدود و از نظر محیطی، بی خطرترین نوع انرژی بر روی زمین باشد. ایجاد واکنش های گداخت بر روی زمین (در دماها و فشارهای بسیار بالا) در نیروگاه های (رآکتورهای) گداخت گرما هسته ای، از گزینه های مناسب و جدی بشر به خصوص برای تبدیل انرژی حاصله (گرمایی) به انرژی الکتریکی می باشد. این نیروگاه ها به خصوص در مقایسه با انواع نیروگاه های هسته ای متداول (از نوع شکافت) دارای مزایایی از قبیل وجود سوخت سرشار (دوتریوم در آب دریا و لیتیم در پوسته زمین زمین یافت می شود)، چرخه سوخت آسانتر و کم هزینه تر (تصویر شماره 1)، ایمنی بسیار بالا (عدم آزادشدن غیر قابل کنترل انرژی به علت وجود مقادیر بسیار کم سوخت)، عدم تولید پسماندهای هسته ای با رادیواکتیویته قوی و نیمه عمر بالا و عدم تولید تشعشعات مضر برای انسان و محیط می باشند. طراحی و ساخت انواع رآکتورهای آزمایشی گداخت هسته ای (محصورسازی لختی و مغناطیسی) توسط کشورهای مختلف دنیا (ایالات متحده، اتحادیه اروپا، روسیه، ژاپن، کره جنوبی، ایران و ...) تعریف شده و در حال انجام است. مهمترین این پروژه ها (به شیوه محصورسازی مغناطیسی)، رآکتور آزمایشی گرماهسته ای بین المللی (international thermonuclear experimental reactor, iter) ، ایتر، می باشد. این پروژه در منطقه کاراداش فرانسه و با هزینه ای بالغ بر ده میلیارد یورو، در حال تکمیل طراحی و ساخت می باشد. هدف از طراحی و ساخت آن امکان سنجی فنی و علمی گداخت گرما هسته ای جهت مقاصد صلح آمیز (به خصوص تولید برق) با بیشترین بازده و کمترین هزینه می باشد. یک نیروگاه گداخت گرماهسته ای علاوه بر ساختمان ها، سیستم ها و اجزای مرتبط با واکنش گداخت گرماهسته ای ( که در نمونه های آزمایشی از قبیل ایتر مورد تحقیق و طراحی قرار می گیرد) می بایست واجد ساختمان ها، سیستم-ها و اجزای تبدیل انرژی گرمایی حاصله به انرژی الکتریکی (شبیه نیروگاه های بخاری) و همچنین دیگر ساختمان ها، سیستم ها و اجزای پشتیبان، خدماتی و کمکی (جانبی) مورد نیاز نیروگاه باشد. با توجه به اینکه تاکنون چنین نیروگاهی (نوع تجاری) در جهان ساخته نشده و عموما فعالیت های انجام شده در مرحله آزمایشی و طراحی مفهومی بوده و همچنین نیازهای ملی و جهانی به فعالیت های تحقیقی و طراحی در این خصوص به ویژه بر روی چیدمان و طراحی ساختمان ها، سیستم ها و اجزای این نیروگاه ها، تحقیق و طراحی پیرامون چیدمان مجموعه و معماری ساختمان توکامک به عنوان موضوع تحقیق و طراحی رساله حاضر قرار گرفته است.