مگنتو هیدرو دینامیک MHD (بخش اول)

تبدیل مگنتو هیدرو دینامیک MHD، کاربردی تکنولوژیکی از پلاسما محسوب می گردد، که امکان تولید انرژی الکتریکی از انرژی جنبشی پلاسما را بدون نیاز به توربین فراهم می آورد. از نظر فیزیکی ، پلاسمایی که در مبدل MHD مورد استفاده قرار می گیرد، دمایش در مقایسه با پلاسمای مورد استفاده در گداخت هسته ای فوق العاده پایین تر است. در تبدیل مگنتو هیدرو دینامیک با جریان یافتن گازی یونیزه شده در راستای عمود بر یک میدان مغناطیسی، مطابق پدیده موسوم به فارادی، یک میدان الکتریکی در جهت عمود بر دو جهت بردار جریان سیال وبردار میدان مغناطیسی القا می گردد.
ژنراتورهای MHD در یک چرخه مگنتو هیدرو دینامیک در نقش یک ماشین الکتریکی ظاهر می شوند، به این معنی که می توان از انرژی حرکتی خطی ذرات پلاسمای متحرک برای تولید برق DC استفاده کرد و برعکس می توان از انرژی برق DC برای شتاب دادن ذرات پلاسما استفاده نمود، به عبارت دیگر تبدیل مگنتو هیدرو دینامیک یک فرآیند دو طرفه است. مبدلهای مگنتو هیدرو دینامیک در حال حاضر، علاوه بر آنکه به عنوان نیروگاه های تولید برق مطرح می باشند، دارای مصارف نظامی هم شده اند. به عنوان مثال می توان از ژنراتورهای MHD برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز سیستم های هدایت داخلی موشک ها و سفینه های فضایی و یا از موتور های MHD برای پیش رانش موشک ها استفاده کرد.

نیروگاه های MHD نسبت به نیروگاه های گداخت هسته ای دارای هزینه سرمایه گذاری کمتری می باشند، لیکن تولید انرژی الکتریکی در آنها در مقایسه با نیروگاه های کلاسیک سوخت فسیلی بسیار هزینه بر است.

یکی از مواردی که بر هزینه تولید چنین نیروگاه هایی می افزاید، ضرورت تجهیز آنها به اینورتر برای تبدیل برق DC تولیدی آنها به برق AC می باشد.

یکی از مراکزی که تحقیقات گسترده ای در رابطه با ژنراتورهای MHD انجام می دهد، Inutake Laboratory در کشور ژاپن می باشد.
اصول کلی ژنراتورهای MHD
در یک ژنراتور مگنتو هیدرو دینامیک از پلاسما برای تبدیل مستقیم انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی استفاده می شود. در این ژنراتور یک شاره از گاز یونیزه شده که نسبت بزرگی از انرژی اولیه ذخیره شده در آن تبدیل به انرژی جنبشی ناشی از حرکت مستقیم شده است، با زاویه قائم به داخل خطوط یک میدان مغناطیسی تزریق می شود.

هنگام تقاطع فواره پلاسما با خطوط میدان مغناطیسی، مطابق قانون فارادی یک میدان الکتریکی E = V x B عمود بر جهت جریان فواره پلاسما و جهت چگالی شار مغناطیسی در پلاسما القا می شود، که در آن V معرف بردار سرعت فواره پلاسما و B معرف بردار چگالی شار مغناطیسی می باشد. این میدان الکتریکی در صورت اتصال یک مدار مصرف خارجی به الکترودهای ژنراتور،A1 وA2 ، که خود در تماس با پلاسما می باشند، موجب ایجاد جریانی الکتریکی عمود بر جهت V وB می گردد، که از پلاسما و بار خارجی R1 عبور می کند. تحت تاثیر جریان عبوری از پلاسما و میدان مغناطیسی عمود بر آن، فواره پلاسما در حین عبور از داخل خطوط میدان مغناطیسی شتاب منفی می گرد و از سرعتش کاسته می شود. نیرویی که بر واحد حجم پلاسمای متحرک اعمال می شود و تمایل به ترمز کردن ذرات پلاسما را دارد برابر f = J x B است که در آن J معرف بردار چگالی جریان عبور کننده از پلاسما می باشد. این پدیده نا مطلوب است و موجب کاهش انرژی الکتریکی حاصله می گردد.

نویسنده: مهندس محمد حسن قهرمانی
پایان بخش اول
جهت مشاهده ادامه مقاله روی (نویسنده: bennaz) در زیر همین مطلب کلیک کنید.