شتاب دهنده ذرات
امروزسوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي وسوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.
سوختهاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب ميشوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوختهاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8كيلووات ساعت انرژي توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعتانرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.
بهعلاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقلايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن.دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم ياپلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبكليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبتو منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليدانرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياباورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكافپذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي بهوسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم 235 يا پلوتونيوم239 مي توان مقدار 23ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيزدارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينهزيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژيمقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هايهسته اي موسوم است.
اين زباله ها براي محيط زيست و سلامتافراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوندتا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصرسبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هايگداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمبهاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژيبراي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوختها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني ميكنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوماينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيواست.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوماينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاًانرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلوواتساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با 000/000/23 كيلوواتساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يك كيلوگرم اورانيومتوليد انرژي مي كند.
انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژيخورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اينانرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمينيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميلنيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كهشايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژيعبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم ودستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن وكنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستندسرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تااين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژيعظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثالشتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تايك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.
اگر ما به وسيله اينشتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريقكنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي 26 ميلياردكيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم وغيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطحانرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتابدهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.
شتابدهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند: 1- شتاب دهنده هاي خطي، 2 _شتاب دهنده هاي مداري، 3 _ شتاب دهنده سيلكووترون. علاوه بر آن ساخت ونگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هايمولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطيكه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادليك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اينشتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزارنيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليدانرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليدكند.
علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه ميتوان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشانمي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آبشيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زبالههاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابعانرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي استانرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابراست با انرژي حاصل از سوختن 000/500/2 ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگربه مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژي توليد ميكند.
ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخايرنفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابراست با 10 تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفادهكنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم.مزاياي اين سيستم عبارتند از: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلفساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. 3_ هيچ گونه زباله ياآلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. 4 _با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبععظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.
درحوزه ذرات
1-الكترونولت: واحد انرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلافپتانسيل يك ولت عبور كند برابر است با 19-10*6/1 ژول
2 _ يك گرم هيدروژن 1023 * 02/6 اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مول هيدروژن گويند.
اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كند معادل انرژي آن برابر خواهد بود:
ژول 1013*6/9=109*1*1023*02/6* 19-10*6/1
يك كيلووات ساعت برابر است با 000/600/3 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.
1013 *6/9 ژول تقسيم بر 000/600/3 مساوي 105*26