طاقة الاندماج النووي

خطوات الاستخدام

أدخل عدد تفاعلات الاندماج النووي من نوع الديوتريوم-تريتيوم (D-T) التي ترغب في حساب الطاقة الناتجة عنها. يتم تحويل هذا العدد إلى طاقة باستخدام المعادلة الفيزيائية الأساسية: الطاقة لكل تفاعل = 17.6 MeV (مليون إلكترون فولت).

تحويل الطاقة من MeV إلى جول: 1 MeV يساوي 1.602176634 × 10^-13 جول. لذا، الطاقة لكل تفاعل D-T = 17.6 × 1.602176634e-13 = 2.8198 × 10^-12 جول. هذه القيمة ثابتة فيزيائيًا وتعتمد على فرق الكتلة بين النوى الداخلة والخارجة.

اضرب عدد التفاعلات (numReactions) في الطاقة لكل تفاعل (2.8198e-12 جول) للحصول على الطاقة الكلية بالجول: E_joules = numReactions × 2.8198e-12.

يمكنك اختياريًا تحويل الطاقة إلى وحدات أخرى مثل الكيلوواط-ساعة (kWh) أو أطنان مكافئة من مادة TNT. للتحويل إلى kWh، اقسم الناتج بالجول على 3.6e6. للتحويل إلى طن TNT، استخدم المعامل 4.184e9 جول لكل طن.

الأسئلة الشائعة

اندماج D-T هو تفاعل نووي يندمج فيه نظيري الهيدروجين: الديوتريوم (D) والتريتيوم (T) لتكوين الهيليوم-4 ونيوترون، مع إطلاق طاقة هائلة مقدارها 17.6 MeV لكل تفاعل. يعتبر هذا التفاعل الأكثر سهولة للتحقيق في المفاعلات الاندماجية لأنه يتطلب أقل درجة حرارة (حوالي 100 مليون درجة مئوية) مقارنة بتفاعلات اندماجية أخرى. الأهمية تكمن في أن الديوتريوم متوفر بكثرة في مياه البحر، بينما يمكن إنتاج التريتيوم من الليثيوم داخل المفاعل. يوفر الاندماج النووي طاقة نظيفة عمليًا مع وقود لا ينضب تقريبًا، وبدون انبعاثات غازات دفيئة أو نفايات مشعة طويلة العمر (على عكس الانشطار النووي). ومع ذلك، تبقى التحديات الهندسية والفيزيائية كبيرة جدًا لبناء مفاعل اندماجي عملي ينتج طاقة صافية.

طاقة الاندماج النووي تنشأ من تحول جزء صغير من الكتلة إلى طاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة E = Δm × c²، حيث Δm هو نقص الكتلة (فرق الكتلة بين النوى الداخلة والناتجة). في تفاعل D-T، تكون كتلة الديوتريوم والتريتيوم أكبر قليلاً من كتلة الهيليوم-4 والنيوترون. هذا الفرق الصغير (حوالي 0.0186 وحدة كتلة ذرية) يتحول إلى طاقة بمقدار 17.6 MeV. لحساب ذلك: Δm = (2.014102 + 3.016049) - (4.002603 + 1.008665) = 0.018883 u، وباستخدام التحويل 1 u = 931.494 MeV/c²، نحصل على طاقة ≈ 17.6 MeV. هذا يوضح أن حتى كتلة ضئيلة تنتج طاقة هائلة بفضل مربع سرعة الضوء (c²). في الواقع، كل جرام من وقود الاندماج يطلق طاقة تعادل حرق 11 طنًا من الفحم.

الاندماج النووي يدمج نوى خفيفة (مثل الهيدروجين) لتكوين نواة أثقل، بينما الانشطار يقسم نواة ثقيلة (مثل اليورانيوم) إلى نوى أخف. لكل تفاعل، يطلق الاندماج طاقة أكبر بحوالي 4 مرات من الانشطار (لكل وحدة كتلة). من حيث السلامة: مفاعلات الاندماج لا تعاني من خطر الانصهار النووي لأن الوقود صغير جدًا ويجب حقنه باستمرار، وأي خلل يؤدي إلى توقف التفاعل فوريًا. أما الانشطار فيحتوي على كتلة حرجة وقد يحدث انصهار إذا فشلت أنظمة التبريد. النفايات: الاندماج ينتج هيليوم-4 (غاز خامل) ونيوترونات تؤدي إلى تشعيع مواد المفاعل، لكنها تصبح مشعة لفترة قصيرة (عقود) مقارنة بنفايات الانشطار التي تستمر لآلاف السنين. كما أن الاندماج لا ينتج بلوتونيوم أو مواد صالحة لصنع الأسلحة. التحدي الأكبر للاندماج هو تحقيق 'كسب طاقة صافي' (Q>1) حيث تزيد الطاقة الناتجة عن الطاقة المستهلكة لرفع درجة الحرارة.

نعم، لكن القيم ستختلف. تفاعل D-D ينتج طاقة أقل (حوالي 4 MeV لكل فرع) ويتطلب درجات حرارة أعلى، بينما D-He3 ينتج طاقة أعلى (18.3 MeV) لكنه يتطلب وقود هيليوم-3 نادر على الأرض. حاسبتنا الحالية تفترض تفاعل D-T فقط. لتوسيعها، يمكن إضافة خيار لاختيار نوع التفاعل وتحديث الطاقة لكل تفاعل. على سبيل المثال، تفاعل D-D له مساران: أحدهما ينتج تريتيوم وبروتون (4.0 MeV) والآخر ينتج هيليوم-3 ونيوترون (3.3 MeV)، بمتوسط طاقة حوالي 3.65 MeV لكل تفاعل. أما D-He3 فينتج هيليوم-4 وبروتون (18.3 MeV). لذلك، يجب تعديل المعامل في الحساب وفقًا لذلك.

طاقة الاندماج النووي

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

1ما مقدار الطاقة الناتجة عن 10^18 تفاعل اندماجي من نوع D-T؟ قارن هذه الطاقة مع الاستهلاك السنوي للكهرباء في منزل متوسط (حوالي 10,000 kWh سنويًا).

2كم عدد تفاعلات D-T اللازمة لتوليد طاقة تعادل انفجار قنبلة هيروشيما النووية (حوالي 15 كيلوطن TNT)؟

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة