مقدار عدد به دست آمده در معیار لاوسون برای سوخت دوتریم تریتیم ازسال ۱۹۶۹ تا سال ۲۰۰۰ حدود ۵۰۰ هزار برابر افزایش یافته است. سوخت‌های جدید مورد نظر هنوز نیاز به یک تا دو مرتبه افزایش در بزرگی دارند. بررسی‌های نظری نشان داده‌اند که این کار شدنی است [۳۰].
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
خواص دوتریوم
دوتریوم همان عنصر هیدروژن است که علاوه بر یک پروتون یک نوترون نیز درون هسته آن وجود دارد. اگرمولکول آب توسط دوتریوم تشکیل شود به آن آب سنگین^[۲۸] (  ) می‌گویند. در هر لیتر از آب دریا (۳۵) گرم دوتریوم وجود دارد. دوتریوم یکی از پایه‌های لازم برای همجوشی هسته‌ای است. در آب در کنار هر ۷۰۰۰ اتم هیدروژن ۱ اتم دوتریوم موجود است که جدا کردن آن با توجه به نزدیکی خواص آب سنگین و آب سبک بسیار سخت است. این دوتریوم­ها باید تغلیظ و انبار شوند تا ابتدا به آب سنگین ۱۵٪ و سپس به آب ۹۹٪ تبدیل شود، جدا سازی آب سنگین از آب سبک بسیار سنگین ، پیچیده و سخت است. به دلیل آنکه گرمای تبخیر آب سنگین بشتر از آب معمولی می‌باشد، از آن در نیروگاه­های اتمی جهت خنک کردن راکتورها استفاده می­ کنند.
دوتریوم را می توان به آسانی از آب استخراج کرد. هیدروژن موجود در زمین شامل دوتریوم به نسبت جرمی ۱:۵۰۰۰ است. یک تریلی پر از دوتریوم انرژی معادل ۲ میلیون تن زغال سنگ یا ۱.۳میلیون تن نفت (۱۰میلیون بشکه)، یا ۳۰ تن اکسید اورانیوم، آزاد خواهد کرد.
دوتریوم در واکنش‌های همجوشی زیر با آهنگ واکنش^[۲۹] مساوی شرکت می­ کنند:
(۲-۱)
(۲-۲)
محیطى که به این درجه از گرما برسد، نمی‌تواند در یک جداره مادى بگنجد.
خواص هلیوم ۳
هلیوم ۳ یکی از ایزوتوپ‌های غیر پرتوزای عنصر گازی هلیوم است که دارای ۲ پروتون و یک نوترون است. از این ماده به عنوان سوخت در تحقیقات مربوط به راکتورهای هسته‌ای، استفاده می‌شود. در زمین به ندرت یافت می‌شود و عموما در لایه‌های فوقانی سنگی کره ماه که طی بیش از میلیاردها سال توسط بادهای خورشیدی ایجاد شده است، به فراوانی موجود است. هلیون هسته اتم هلیوم ۳ حاوی دو پروتون و تنها یک نوترون می‌باشد. این در حالی است که هلیوم معمولی حاوی دو نوترون می‌باشد. وجود فرضی آن اولین بار در ۱۹۳۴ پیشنهاد شد [۳۱].
بخاطر جرم اتمی پایین‌ترش نسبت به هلیوم۴ دارای خصوصیات فیزیکی متفاوتی نسبت به آن است. به سبب تعامل ضعیف ناشی از پیوندهای دو قطبی-دو قطبی بین اتم‌های هلیوم، خواص فیزیکی ماکروسکوپی آن عمدتا توسط نقطه صفر انرژی آن (انرژی جنبشی حداقل) تعیین می‌شود. همچنین خواص میکروسکوپی هلیوم ۳ سبب می‌شود که نقطه صفر انرژی آن بالاتر از هلیوم ۴ باشد. این نشان می‌دهد که هلیوم۳ می‌تواند بر تعامل دو قطبی-دو قطبی با انرژی حرارتی کمتری نسبت به هلیوم-۴، غلبه کند.
هلیوم ۳ می‌تواند توسط یکی از دو واکنش زیر در واکنش‌های همجوشی شرکت کند:
^۲D + ^۳He →   ^۴He +  ۱p + 18.3 MeV(2-3)
^۳He + ^۳He → ^۴He   + ۲ ^۱p+ 12.86 MeV(2-4)
که هدف در این مطالعه استفاده از دوتریوم و هلیوم ۳ می‌باشد. سرعت‌های واکنش با دما متغیر است اما سرعت واکنش D-³He هرگز بالاتر از ۵۶/۳ برابر سرعت واکنش D-D نمی‌باشد. شکل ۲-۱ بیانگر حالت مقایسه‌ای بین انواع سوخت‌هاست.
شکل۲-۱- واکنش پذیری انواع سوخت‌ها [۳۲]
سرعت واکنش همجوشی به سرعت با دما افزایش می‌یابد تا اینکه به بیشینه مقداری رسیده و سپس به تدریج افت می‌کند. در مقایسه‌ای کلی جدول ۲-۱ را خواهیم داشت.
سوخت‌های پیشرفته، همجوشی سوخت‌های نسل دوم و سوم هستند که مقادیر بسیار کم یا اصلا هیچ نوترونی تابش نمی‌کنند و چرخه‌های سوخت نسل اول در آنها وجود ندارد. تعداد نوترون‌های تولید شده در واکنش‌های شامل هلیوم ۳ بسیار کم است (در مورد واکنش ^۳He-³He عملا صفر و در مورد D-³He حدود ۰۱/۰ تا ۰۵/۰ همجوشی D-T و کمتر از ۰۲/۰ همجوشی D-D است.
محصول نسل سوم واکنش‌های همجوشی فقط ذرات باردار است و هر گونه واکنش جانبی نسبتا بی اهمیت است. در شرایط مناسب، فقط ۱/۰ درصد از انرژی حاصل از واکنش p-¹¹B، توسط نوترون‌های تولید شده از واکنش‌های جانبی حمل می‌شود [۲].
استفاده از سوخت‌های جدید نسبت به D-T با مسایل بیشتری مواجه است. به عنوان مثال در مورد D-³He باید:
دمای احتراق دست کم حدود ۶ برابر افزایش یابد.
مقدار n_eτ_e حداقل حدود ۸ برابر
حاصل ضرب nτT حداقل در حدود ۵۰ برابر افزایش می‌یابد.
جدول۲-۱- نسل‌های مختلف سوخت‌های همجوشی [۲۶, ۳۳-۳۷]