شتاب دهنده ذرات

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته كلی تقسیم می شوند سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و ذغال سنگ كه با اكسیژن هوا تركیب می شوند و ایجاد انرژی به شكل حرارت می كنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر، انرژی كمتری تولید می كنند. مثلاً یك كیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ كیلووات ساعت انرژی تولید می كند و یك كیلوگرم نفت حدود ۱۲ كیلووات ساعت انرژی تولید می كنند. این سوخت ها آلوده كننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشكلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوكسید كربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبك لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینكه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تكنولوژی فعلی بشر را دارد؛ مانند ایزوتوپ های كمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ كه به این ایزوتوپ ها شكاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیادی انرژی به وسیله حجم كم ماده سوختنی. مثلاً از یك كیلوگرم اورانیوم ۲۳۵یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون كیلووات ساعت گرما ایجاد كرد، اما مشكلاتی نیز دارند؛ از آن جمله این كه: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشكلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینكه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند كه به زباله های هسته ای موسوم است.این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناك هستند و باید برای صدها سال در انبار های محكم نگهداری شوند تا رادیواكتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبك مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند كه قرار است در راكتور های گداخت یا همجوش هسته ای، تولید انرژی كنند. البته تاكنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تكنولوژی راكتور های گداخت باید تكمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می كنند كه باید در راكتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و كنترل شوند دوم اینكه تریتیوم نباید از راكتور نشت كند زیرا یك ایزوتوپ رادیواكتیو است. مزایای این سوخت ها عبارت از این است كه فراوان در دسترس هستند و دوم اینكه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می كنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون كیلووات ساعت در صورتی كه انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ كیلووات ساعت. بنابراین یك كیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یك كیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می كند.

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز، كه مشكل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر این است كه بازده انرژی پایینی دارد و دوم اینكه دائمی نیستند و سوم اینكه تكنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیادی از اینها تكمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می كنیم جدیدترین طرح تولید انرژی كه شاید یكی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی كنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملكرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الكتریكی و مغناطیسی برای شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتریكی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یك مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریكا قادر است ذرات پروتون را تا یك تریلیون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یك گرم هیدورژن معمولی كه در آب زیاد است را تزریق كنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد كیلووات ساعت انرژی، كه مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شكافت حدود ۱۲۰۰ كیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشكه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یك گرم هیدروژن تا سطح انرژی یك تریلیون الكترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم كه شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلی تقسیم بندی می شوند: ۱_ شتاب دهنده های خطی، ۲ _ شتاب دهنده های مداری، ۳ _ شتاب دهنده سیلكووترون. علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و كم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت. به عنوان مثال یك شتاب دهنده خطی كه طول آن ۱۰۰ متر و ولتاژ آن ۱۰ میلیون ولت است كه قادر است انرژی معادل یك گیگا (Gev) الكترون ولت تولید كند. این انرژی معادل است با انرژی ۲۶ میلیون كیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم ۵۰ درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده كنیم این شتاب دهنده قادر است معادل ۲۰ هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی كند. یعنی قادر خواهد بود ۲۰ میلیون مگاوات انرژی الكتریكی تولید كند.

---