برای بهینه سازی کار رآکتورهای همجوشی و افزایش توان خروجی آنها راههای متعددی وجود دارد. یکی از این راهها انتخاب نوع واکنشی است که قرار است در رآکتور انجام بشود. واکنش زیر نوعی از واکنش همجوشی به صورتی است که در آن دو هسته سبک با یکدیگر واکنش داده و یک هسته سنگین‌تر را بوجود می‌آورند. یعنی حاصل ترکیب دو هسته دوتریم و تولید یک هسته ترتیم به علاوه یک هسته هیدروژن معمولی است. این واکنش انرژی ده می‌باشد. چون تفاوت انرژی بستگی هسته سنگین‌تر و هسته‌های سبکتر مقداری منفی است.

در این واکنش مقدار انرژی تولیدی برابر MeV4 می‌باشد. قبلا گفته شد که باید برای انجام همجوشی هسته‌ها به اندازه کافی به هم نزدیک بشوند. این مقدار کافی حدودا معادل 3 fm می‌باشد. چون در این فاصله‌ها انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی دو دوترون در حدود MeV 0.5 هست پس می‌توانیم با این مقدار انرژی دادن به یکی از دوترونها دافعه کولنی بین دوترونها شکسته و واکنش را شروع کنیم که بعد از انجام مقدار MeV 4.5 تولید می شود (MeV 0.5 انرژی جنبشی به علاوه 4 MeV انرژی آزاد شده).

محصور سازی

یک تعریف ساده و پایه‌ای از همجوشی عبارت است از فرو رفتن هسته‌های چند اتم سبکتر و تشکیل یک هسته سنگین‌تر. مثلا واکنش کلی همجوشی که در خورشید رخ می‌دهد عبارت است از برخورد هسته‌های چهار اتم هیدروژن و تبدیل آنها به یک اتم هلیوم. تا اینجا ساده به نظر می‌رسد، ولی مشکلی اساسی سر راه است می‌دانید هسته از ذرات ریزی تشکیل شده است که پروتون و نوترون جزء لاینفک آن هستند. نوترون بدون بار و پروتون با بار مثبت که سایر بارهای مثبت را به شدت از خود می‌راند. مشکل مشخص شد؟ بله … اگر پروتونها (هسته‌های هیدروژن) یکدیگر را دفع می‌کنند، چگونه می‌توان آنها را در همجوشی شرکت داد؟

همانطور که حدس زدید راه حل اساسی آن است که به این پروتونها آن قدر انرژی بدهیم که انرژی جنبشی آنها بیشتر از نیروی دافعه کولنی آنها شود و پروتونها بتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند. حال چگونه این انرژی جنبشی را تولید کنیم؟ گرما راه حل خوبی است. در اثر افزایش دما جنب و جوش و به عبارت دیگر انرژی جنبشی ذرات بیشتر و بیشتر می‌شود، بطوری که تعداد برخوردها و شدت آنها بیشتر و بیشتر می‌شود. به نظر شما آیا دیگر مشکلی وجود ندارد؟ خیر ، مسئله اساسیتری سر راه است.

یک سماور پر از آب را تصور کنید. وقتی سماور را روشن می‌کنید با این کار به آب درون سماور گرما می‌دهید (انرژی منتقل می‌کنید). در اثر این انتقال انرژی دمای آب رفته رفته بالاتر می‌رود و به عبارتی جنب و جوش مولکولهای آب زیاد می‌شود. در این حالت بین مولکولهای آب برخوردهایی پدید می‌آید. هر مولکول که از شعله (یا المنت یا هر چیز دیگری) مقداری انرژی دریافت کرده است آنقدر جنب و جوش می‌کند تا بالاخره (به علت محدود بودن محیط سماور و آب) انرژی خود را به دیگری بدهد. مولکول بعدی نیز به نوبه خود همین عمل را انجام می‌دهد. بدین ترتیب رفته رفته انرژی منبع گرما در تمام آب پخش می‌شود و دمای آب بالا می‌رود. آیا وقتی بدنه سماور را لمس می‌کنیم هیچ گرمایی حس نمی کنیم؟ …بله حس می کنیم.

دلیلش هم برخورد مولکولهای پر انرژی آب با بدنه سماور و انتقال انرژی خود به آن. هدف ما از روشن کردن سماور گرم کردن آب بود نه سماور. امیدوارم تا اینجا پاسخ اولین مشکل اساسی بر سر راه همجوشی را دریافت کرده باشید. بله اگر اگر با صرف هزینه و زحمت بالا سوخت را به دمایی معادل میلیونها درجه کلوین برسانیم آیا این اتمها آنقدر صبر خواهند کرد تا با دیگر اتمها وارد واکنش شوند یا در اولین فرصت انرژی بالای خود را به دیواره داده و آن را نابود می‌کند؟ بنابراین نیاز به محصور سازی داریم، یعنی باید به طریقی اجازه ندهیم که این گرما به دیواره منتقل شود.

خورشید و ستارگان

سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می‌کند کشف کرده‌اند. این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هسته‌های چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک هسته اتم هلیوم. اما مشکلی سر راه این نظریه است. بالاترین دمایی که در خورشید وجود دارد مربوط به مرکز آن است که برابر 15ضرب در 10 به توان 6 می‌باشد. در حالی که در ستارگان بزرگتر این دما به 20 ضرب در ده به توان 6 می‌رسد. به همین خاطر تصور بر این است که آن واکنش معروف ترکیب چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک اتم هلیوم در سایر ستارگان بزرگ نیست که باعث تولید انرژی می‌شود.

بلکه احتمالا چرخه کربن در آنها به کمک آمده و کوره آنها را روشن نگه می‌دارد. منظور از چرخه کربن آن چرخه‌ای نیست که روی زمین اتفاق می‌افتد، بلکه به این صورت است که ابتدا یک اتم هیدروژن معمولی با یک اتم ¹²C ترکیب می‌شود (همجوشی) و یک اتم ¹³N به همراه یک واحد پرتو گاما را آزاد می کند. بعد این اتم با یک واپاشی به یک اتم ¹³C به علاوه یک پوزیترون و یک نوترینو تبدیل می‌شود. بعد این ¹³C دوباره با یک اتم هیدروژن ترکیب می‌شود و ¹⁴N و یک واحد گاما حاصل می‌شود.

دوباره در اثر ترکیب این نیتروژن با یک هیدروژن معمولی اتم ¹⁵O و یک واحد گاما تولید می‌شود و ¹²C واپاشی کرده و ¹⁵N به علاوه یک پوزیترون و یک نوترینو را بوجود می‌آورد. و دست آخر با ترکیب ¹⁵N با یک هیدروژن معمولی ¹²C به علاوه یک اتم هلیوم بدست می‌آید.

باد خورشیدی بطور پیوسته و با سرعت بین 200 تا 900 کیلومتر در ثانیه در فضای میان سیارات می‌وزد (رقم بین 400 تا 500 کیلومتر در ثانیه را می‌توان سرعت متوسط بادهای خورشید محسوب داشت) و ذراتی که بوسیله باد خورشیدی حمل می‌شوند حدود 4 تا 5 روز وقت لازم دارند تا به زمین برسند. باد خورشیدی شامل تعدادی الکترون و پروتون همراه با مقدار کمی یون های سنگین می‌باشد.

مهمترین ذرات باد خورشیدی در فاصله خورشید تا زمین را ذرات آلفا (هسته هلیوم) تشکیل می‌دهند که حدود 4 تا 5 درصد مجموع ذرات را به خود اختصاص داده‌اند. ترا

ویژگیهای باد خورشیدی

باد خورشیدی بطور پیوسته و با سرعت بین 200 تا 900 کیلومتر در ثانیه در فضای میان سیارات می‌وزد (رقم بین 400 تا 500 کیلومتر در ثانیه را می‌توان سرعت متوسط بادهای خورشید محسوب داشت) و ذراتی که بوسیله باد خورشیدی حمل می‌شوند حدود 4 تا 5 روز وقت لازم دارند تا به زمین برسند. باد خورشیدی شامل تعدادی الکترون و پروتون همراه با مقدار کمی یون های سنگین می‌باشد.

مهمترین ذرات باد خورشیدی در فاصله خورشید تا زمین را ذرات آلفا (هسته هلیوم) تشکیل می‌دهند که حدود 4 تا 5 درصد مجموع ذرات را به خود اختصاص داده‌اند. تراکم متوسط این ذرات چیزی حدود در متر مکعب است که این رقم با فاکتوری معادل بیش از صد در تغییر است. (به طور مثال تراکم ذرات مزبور در سطح دریای زمین برابر در متر مکعب می باشد).

دمای پلاسمای باد خورشیدی که بر حسب پراکنش سرعت ذرات بیان می‌گردد. در نزدیکیهای زمین حدود کلوین است. با این ترتیب ظاهراً زمین در لفافی از پلاسمای بسیار گداخته و بسیار رقیق پوشیده شده، این وضعیت نشان می‌دهد که خورشید از جرم خود حدود کیلوگرم در ثانیه می‌کاهد و آن را به پدیده‌ای بنام باد خورشیدی مبدل می‌سازد. با این روند مدتی معادل حدود سال وقت لازم است تا تمام جرم خورشید بر باد رود. جالب اینجاست که این مدت تقریباً 10 بار طولانی‌تر از مدت زمان آغاز پیدایش و فعالیت خورشید تا زمان حاضر است.
کم متوسط این ذرات چیزی حدود در متر مکعب است که این رقم با فاکتوری معادل بیش از صد در تغییر است. (به طور مثال تراکم ذرات مزبور در سطح دریای زمین برابر در متر مکعب می باشد).

دمای پلاسمای باد خورشیدی که بر حسب پراکنش سرعت ذرات بیان می‌گردد. در نزدیکیهای زمین حدود کلوین است. با این ترتیب ظاهراً زمین در لفافی از پلاسمای بسیار گداخته و بسیار رقیق پوشیده شده، این وضعیت نشان می‌دهد که خورشید از جرم خود حدود کیلوگرم در ثانیه می‌کاهد و آن را به پدیده‌ای بنام باد خورشیدی مبدل می‌سازد. با این روند مدتی معادل حدود سال وقت لازم است تا تمام جرم خورشید بر باد رود. جالب اینجاست که این مدت تقریباً 10 بار طولانی‌تر از مدت زمان آغاز پیدایش و فعالیت خورشید تا زمان حاضر است.

خورشید ستاره ای است از ستارگان رشته اصلی که  میلیارد سال از عمرش می گذرد . این ستاره ی کروی شکل بوده و عمدتا از گاز های هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است . وسعت این ستاره کیلومتر 104 میلیون کیلومتر(870000) است. جرم ستاره 7 برابر جرم یک ستاره معمولی بوده و همچنین برابر جرم تمام سیاراتی است که به دورش می چرخد. در هسته خورشید جرم توسط واکنشهای هسته ای تبدیل به تشعشعات الکترو مغناطیسی که 750 نوعی انرژی هسته ای هستند می شوند.این انرژی به سمت بیروم تابانده شده و باعثدرخشندگی خورشید می گردد. سایر اجسام آسمانی موجود در منظومه شمسی که توسط جاذبه خورشید در مدارهایشان قرار گرفتا اند نیز گرمایشان را از این انرژی می گیرند.

مواد تشکیل دهنده خورشدید حالت گازی درندبنابرین خورشید محدوده ی دقیق و معینی نداشته و مواد اطراف آن به تدریج در هوا منتشر می شوند.اما چنین به نظر میرسدکه خورشید لبه ی تیزی داشته باشدچرا که بیشتر نوری که به زمین می رسداز یک لایه که چند صد کیلومتر ضخامت دارد ساطع میشود این لایه فتوسفر نام داشته و به عنوان سطح خورشید شناخته شده است. بالای سطح خورشید کروموسفر با رنگین کره و هاله خورشیدی قرار دارند که با همدیگر جو خورشید را تشکیل میدهند .

مرکز خورشید مانند کوره ای هسته ای است با دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد (27 میلیون درجه فارنهایت)که چگالیش 160 برابر آب می باشد. تحت چنین شرایطی هسته های اتم هیدروژن با هم ترکیب شده و تبیل به هسته های هلیووم میشوند . در این حین 7 درصد جرم ترکیب شده تبدیل به انرژی میشود از 590 میلیون تن هیدروژنی که در هر ثانیه در مرکز خورشید ترکیب میشوند ،309 میلیون تن به ارژی تبدیل می شوند .این سوخت هیدروژنی تا 5 میلیارد سال دیگر دوام خواهد داشت مسیر نامنظم تا 2 میلیون سال طول میکشد تا انرزی تولید شده در مرکز خورشید به سطح آن رسیده و به صورت نور وگرما تابش کند سپس بعد از فقط 8 ثانیه این انرژی به زمین میرسد .

هنگامی که خورشید میشود تا تبدیل به یک غول سرخ شود قطرش حدود 150برابربزرگتر خواهد شد . گازهای منبسط شده و داغ رنگ زرد و حرارت خود را از دست داده و قرمز رنگ و سرد خواهد شد اما به خاطر بزرگتر شدن سطح خورشید درخشندگی ان1000 برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع خواهد کردزبانه ها و شعله های خورشیدی زبانه حلقوی در شکل پایین خطوط میدان مغناطیسی دو لکه خورشیدی را به هم متصل کرده است. در سال 1973 یک زبانه خورشیدی 000/588 کیلومتر از سطح خورشید را پوشاند اغلب فعالیت های شدید خورشید در نزدیکی لکه های خورشیدی رخ میدهند . شعله های خورشیدی چرخه های انرژی هستند که عمر چند ساعته دارند این شعله ها هنگامی به وجود می آیند که مقداری زیادی انرزی مغناطیسی بطور ناگهانی آزاد شوند . زبانه های خورشیدی فورانهایی از گاز مشتعل هستند که ممکن است صد ها هزار کیلومتر در فضا پیش بروند . میدان مغناطیسی خورشید میتوتند زبانه های حلقوی را هفته ها در فضا پیش بروند معلق نگاه دارد

باد خورشیدی

هاله ( جو بیرونی) خورشید حاوی ذراتی هست که انرژی کافی برای افراد از جاذبه خورشید را دارند . این ذرات به صورت مارپیچی با سرعتی معادل 900 کیلومتر (560 مایل)در ثانیه از خورشید دور شده و باد خورشیدی را به وجود می اورند. این ذرات در همان مسیرهای میدان مغناطیسی خورشید حرکت میکنند و از آنجا که دارای بار الکتریکی هستند منظومه شمسی را پر از جریانات الکتریکی میکنند ناحیه فعالیت های خورشیدی هیلوسفر (کره خورشیدی)نامیده میشود باد خورشیدی در هر ثانیه حدود یک.

میلیون تن هیدروژن حورشیدرا از بین می‌برد. 100000 میلیارد سال طول خواهد کشیدتا بادخورشیدی تمام جرم خورشیدرا در فضای بین سیاره‌ای پخش کند، اما طول عمر طبیعی خورشید فقط  میلیارد سا لل است مسیر نامنظم
دو میلیون سال طول می کشد تا انرژی تولیدتولید شدهدر مرکز خورشید به سطح آن رسیده  و بصورتنورو گرما تابش کند