برق و الکترونیک

يك موتور خطي در واقع يك موتور الكتريكي است كه استاتورش غير استوانه شده است تا به جاي اينكه يك گشتاور چرخشي توليد كند، يك نيروي خطي در راستاي طول استاتور ايجاد كند.

طرح‌هاي بسياري براي موتورهاي خطي ارائه شده است كه مي‌توان آنها را به دو دسته تقسيم كرد: موتورهاي خطي شتاب بالا و شتاب پايين. موتورهاي شتاب پايين براي قطارهاي مگليو و ديگر كاربردهاي حمل و نقلي روي زمين مناسب هستند. موتورهاي شتاب بالا معمولاً خيلي كوتاه هستند و براي شتاب دادن به جسمي تا سرعت بسيار زياد و سپس رها كردن آن به كار مي‌روند. اين موتورها معمولاً براي مطالعات برخورد سرعت بالا به عنوان تسليحات نظامي يا به عنوان راه‌اندازنده جرمي براي پيشرانه فضاپيما به كار مي‌رود. موتور خطي‌اي كه براي شتاب دادن به يون ها يا ذره‌هاي زير اتمي به كار مي‌رود، يك شتاب دهنده ذره ناميده مي‌شود. با نزديك شدن ذره‌ها به سرعت نور، طراحي موتورها معمولاً متفاوت مي‌شود و اين ذره‌ها نيز عموماً داري بار الكتريكي هستند.

شتاب پايين
ايده موتور خطي اولين بار توسط پرفسور اريك ليتويت از كالج امپريال در لندن مطرح شد. در طرح وي و در اكثر طرح‌هاي شتاب پايين، نيرو توسط يك ميدان مغناطيسي خطي سيار كه بر روي هادي‌ها موجود در ميدان عمل مي‌كند، ايجاد خواهد شد. در هر هادي‌ چه يك حلقه، چه يك سيم‌پيچ يا يك تكه از فلز تخت كه در اين ميدان قرار گيرد جريان‌هاي گردابي القا شده وجود خواهد داشت و بنابراين يك ميدان مغناطيسي مخالف را ايجاد خواهد كرد. دو ميدان مغناطيسي همديگر را دفع خواهند كرد و بنابراين جسم هادي را از استاتور دور خواهند كرد و آن را در طول جهت ميدان مغناطيسي سيار حمل خواهند كرد.
به علت اين ويژگي‌ها، موتور خطي اغلب در پيشرانه قطار مگليو به كار مي‌رود هر چند كه مي‌توان صرف نظر از پرواز مغناطيسي از آنها استفاده كرد، مانند استفاده در فن‌آوري انتقال پيشرفته و سريع نور كه در سيستم ترن آسماني ونكوور ، Scarborough RT تورنتو، ترن هوايي فرودگاه JGK نيويورك و Putra RTL كووالالامپور به كار مي‌رود. از اين فن‌آوري با تغييراتي در برخي از قطار‌هاي بازي نيز استفاده مي‌شود.
موتورهاي خطي عمودي نيز براي مكانيسم‌هاي بالابر در معدن هاي عميق پيشنهاد شده است.

شتاب بالا
موتورهاي خطي شتاب بالا براي كاربرهاي متعددي پيشنهاد شده‌اند. به علت اينكه مهمات ضد زرهي كنوني بايستي گلوله‌هاي كوچكي با انرژي جنبشي بسيار بالا باشند يعني دقيقاً آنچه كه اين موتورها فراهم مي‌كنند، از آنها به عنوان تسليحات استفاده شده‌ است. اين موتورها همچنين براي استفاده در پيشرانه فضا پيماها به كار گرفته مي‌شود. در چنين شرايطي به اين موتورها راه‌اندازهاي جرمي گفته مي‌شود. ساده‌ترين روش استفاده از راه‌انداز جرمي براي پيشرانه فضا پيما، ساخت يك راه‌انداز جرمي بزرگ است كه بتواند محموله را تا سرعت گريز شتاب دهد.

طراحي موتورهاي شتاب بالا به دلايل متعددي مشكل است. آنها مقادير بزرگ انرژي را در مدت زمان كوتاه نياز دارند.  كه براي هر پرتاب در فضا نياز به 300GJ در مدت زمان كمتر از يك ثانيه دارد. ژنراتورهاي الكتريكي معمولي براي چنين نوع از باري طراحي نشده‌اند اما روش‌هاي ذخيره انرژي الكتريكي كوتاه مدت را مي‌توان مورد استفاده قرار داد. خازن ‌ها پر حجم و گران هستند اما مي‌توانند به سرعت مقادير بزرگ انرژي را فراهم كنند. ژنراتورهاي هم قطب را مي‌توان براي تبديل سريع انرژي جنبشي يك چرخ طيار به انرژي الكتريكي به كار برد. موتورهاي خطي شتاب بالا نيازمند ميدان‌هاي مغناطيسي بسيار قوي‌اي نيز هستند، در واقع ميدان‌هاي مغناطيسي اغلب آنقدر قوي اند كه اجازه استفاده از ابر رساناها را نمي‌دهند. اما با طراحي دقيق مي‌توان اين مشكل را حل كرد.
دو طرح متفاوت پايه‌اي از موتور‌هاي خطي شتاب بالا ابداع شده است: تفنگ‌هاي ريلي و تفنگ هاي كويلي.

نيروگاه اتمي

طی سال های گذشته اغلب کشورها به استفاده از این نوع انرژی هسته ای تمایل داشتند و حتی دولت ایران 15 نیروگاه اتمی به کشورهای آمریکا ، فرانسه و آلمان سفارش داده بود. ولی خوشبختانه بعد از وقوع دو حادثه مهم تری میل آیلند (Three Mile Island) در 28 مارس 1979 و فاجعه چرنوبیل (Tchernobyl) در روسیه در 26 آوریل 1986، نظر افکار عمومی نسبت به کاربرد اتم برای تولید انرژی تغییر کرد و ترس و وحشت از جنگ اتمی و به خصوص امکان تهیه بمب اتمی در جهان سوم، کشورهای غربی را موقتا مجبور به تجدید نظر در برنامه های اتمی خود کرد.

نیروگاه اتمی چیست؟

نیروگاه اتمی در واقع یک بمب اتمی است که به کمک میله های مهارکننده و خروج دمای درونی به وسیله مواد خنک کننده مثل آب و گاز ، تحت کنترل درآمده است. اگر روزی این میله ها و یا پمپ های انتقال دهنده مواد خنک کننده وظیفه خود را درست انجام ندهند، سوانح متعددی به وجود می آید و حتی ممکن است نیروگاه نیز منفجر شود، مانند فاجعه نیروگاه چرنوبیل شوروی سابق.

ساختار نیروگاه اتمی:

نیروگاه اتمی از مواد مختلفی شکل گرفته است که همه آنها نقش اساسی و مهم در تعادل و ادامه حیات آن را دارند. این مواد عبارت اند از:

ماده سوخت:

ماده سوخت متشکل از اورانیوم طبیعی ، اورانیوم غنی شده ، اورانیوم و پلوتونیم است. که سوختن اورانیوم بر اساس واکنش شکافت هسته‌ای صورت می گیرد.

نرم کننده ها:

نرم کننده ها موادی هستند که برخورد نوترون های حاصل از شکست با آنها الزامی است و برای کم کردن انرژی این نوترون ها به کار می روند. زیرا احتمال واکنش شکست پی در پی به ازای نوترون های کم انرژی بیشتر می شود. آب سنگین (D2O) یا زغال سنگ (گرافیت) به عنوان نرم کننده نوترون به کار برده می شوند.

میله های مهارکننده:

این میله ها از مواد جاذب نوترون درست شده اند و وجود آنها در داخل راکتور اتمی الزامی است و مانع افزایش ناگهانی تعداد نوترون ها در قلب رآکتور می شوند. اگر این میله ها کار اصلی خود را انجام ندهند، در زمانی کمتر از چند هزارم ثانیه قدرت راکتور چند برابر شده و حالت انفجاری یا دیورژانس راکتور پیش می آید. این میله ها می توانند از جنس عنصر کادمیم و یا بور باشند.

مواد خنک کننده یا انتقال دهنده انرژی حرارتی:

این مواد انرژی حاصل از شکست اورانیوم را به خارج از راکتور انتقال داده و توربین های مولد برق را به حرکت در می آورند و پس از خنک شدن مجدداً به داخل راکتور برمی گردند. البته مواد در مدار بسته و محدودی عمل می کنند و با خارج از محیط رآکتور تماسی ندارند. این مواد می توانند گاز CO2 ، آب ، آب سنگین، هلیم گازی و یا سدیم مذاب باشند.

طرز کار نیروگاه اتمی:

عمل سوختن اورانیوم در داخل نیروگاه اتمی متفاوت از سوختن زغال یا هر نوع سوخت فسیلی دیگر است. در این پدیده با ورود یک نوترون کم انرژی به داخل هسته ایزوتوپ اورانیوم 235 عمل شکست انجام می گیرد و انرژی فراوانی تولید می کند. بعد از ورود نوترون به درون هسته اتم ، ناپایداری در هسته به وجود آمده و بعد از لحظه بسیار کوتاهی هسته اتم شکسته شده و تبدیل به دو تکه شکست و تعدادی نوترون می شود.

به طور متوسط تعداد نوترون ها به ازای هر 100 اتم شکسته شده 247 عدد است و این نوترون ها اتم های دیگر را می شکنند و اگر کنترلی در مهار کردن تعداد آنها نباشد واکنش شکست در داخل توده اورانیوم به صورت زنجیره ای انجام می شود که در زمانی بسیار کوتاه منجر به انفجار شدیدی خواهد شد. در واقع ورود نوترون به درون هسته اتم اورانیوم و شکسته شدن آن توام با انتشار انرژی معادل با Mev200 میلیون الکترون ولت است.

این مقدار انرژی در سطح اتمی بسیار ناچیز ولی در مورد یک گرم از اورانیوم در حدود صدها هزار مگاوات است. که اگر به صورت زنجیره ای انجام شود، در کمتر از هزارم ثانیه مشابه بمب اتمی عمل خواهد کرد. اما اگر تعداد شکست ها را در توده اورانیوم و طی زمان محدود کرده به نحوی که به ازای هر شکست، اتم بعدی شکست حاصل کند شرایط یک نیروگاه اتمی به وجود می آید.

نمونه عملی:

نیروگاهی که دارای 10 تن اورانیوم طبیعی است قدرتی معادل با 100 مگاوات خواهد داشت و به طور متوسط 105 گرم اورانیوم 235 در روز در این نیروگاه شکسته می شود و همان طور که قبلاً گفته شد در اثر جذب نوترون به وسیله ایزوتوپ اورانیوم 238 اورانیوم 239 به وجود می آمد که بعد از دو بار انتشار ذرات بتا (یا الکترون) به پلتونیوم 239 تبدیل می شود که خود مانند اورانیوم 235 شکست پذیر است. در این عمل 70 گرم پلتونیوم حاصل می شود.

ولی اگر نیروگاه سورژنراتور باشد و تعداد نوترون های موجود در نیروگاه زیاد باشند مقدار جذب به مراتب بیشتر از این خواهد بود و مقدار پلتونیوم های به وجود آمده از مقدار آنهایی که شکسته می شوند بیشتر خواهند بود. در چنین حالتی بعد از پیاده کردن میله های سوخت می توان پلتونیوم به وجود آمده را از اورانیوم و فرآورده های شکست را به کمک واکنش های شیمیایی بسیار ساده جدا و به منظور تهیه بمب اتمی ذخیره کرد.

http://qtc.pib.ir

www.electronvolt.blogfa.com