U3F1ZWV6ZTQ2ODMyNzEwNzU3MDA0X0ZyZWUyOTU0NjEyMzYxMDQxNw==

المفاعل النووي - تعرف على الطاقة النووية

 ما هو المفاعل النووي؟

المفاعل النووي هو نظام يحتوي ويتحكم في سلسلة التفاعلات النووية المستمرة. تستخدم المفاعلات لتوليد الكهرباء، وتحريك حاملات الطائرات والغواصات، وإنتاج النظائر الطبية للتصوير وعلاج السرطان، ولإجراء البحوث.
يتم وضع الوقود، المكون من ذرات ثقيلة تنقسم عندما تمتص النيوترونات، في وعاء المفاعل (وهو عبارة عن خزان كبير بشكل أساسي) جنبًا إلى جنب مع مصدر نيوتروني صغير. تبدأ النيوترونات في تفاعل متسلسل حيث تطلق كل ذرة تنقسم المزيد من النيوترونات التي تسبب انقسام ذرات أخرى. في كل مرة تنقسم الذرة ، تطلق كميات كبيرة من الطاقة على شكل حرارة. يتم إجراء حرارة المفاعل بواسطة المبرد ، والذي يكون في الغالب مجرد ماء عادي. يسخن المبرد وينطلق إلى التوربين لتدوير مولد أو عمود تشغيل.

المكونات الرئيسية

  • قلب المفاعل يحتوي على كل الوقود النووي ويولد كل الحرارة. يحتوي على يورانيوم منخفض التخصيب (<5٪ يورانيوم -235) وأنظمة تحكم ومواد إنشائية. يمكن أن يحتوي القلب على مئات الآلاف من دبابيس الوقود الفردية.
  • المبرد هو المادة التي تمر عبر القلب وتنقل الحرارة من الوقود إلى التوربينات. يمكن أن يكون الماء أو الماء الثقيل أو الصوديوم السائل أو الهيليوم أو أي شيء آخر. في أسطول الولايات المتحدة من مفاعلات الطاقة ، الماء هو المعيار.
  • التوربين ينقل الحرارة من المبرد إلى الكهرباء ، تمامًا كما هو الحال في محطة الوقود الأحفوري.
  • الاحتواء هو الهيكل الذي يفصل المفاعل عن البيئة. عادة ما تكون على شكل قبة ، مصنوعة من الخرسانة عالية الكثافة والمسلحة بالفولاذ. لم يكن لدى تشيرنوبيل احتواء يمكن الحديث عنه.
  • أبراج التبريد تحتاج بعض المحطات الي ابراج التبريد لتفريغ الحرارة الزائدة التي لا يمكن تحويلها إلى طاقة بسبب قوانين الديناميكا الحرارية. هذه هي الرموز القطعية للطاقة النووية. ينبعث منها بخار الماء النظيف فقط.  

نظام مفاعل متحرك

تُظهر الصورة أعلاه (مستنسخة من NRC) مفاعلًا نوويًا يسخن الماء ويدور مولدًا لإنتاج الكهرباء. يجسد جوهر النظام جيدًا. الماء الذي يدخل المكثف ثم يعود للخارج مباشرة سيكون ماء من نهر أو بحيرة أو محيط. يخرج من أبراج التبريد. كما ترون، فإن هذا الماء لا يقترب من النشاط الإشعاعي الموجود في وعاء المفاعل. 


أنواع المفاعلات

هناك العديد من الأنواع المختلفة من أشكال الوقود النووي ومواد التبريد التي يمكن استخدامها في المفاعل النووي. نتيجة لذلك، هناك الآلاف من تصميمات المفاعلات النووية المختلفة الممكنة. هنا، نناقش بعض التصميمات التي تم إنشاؤها من قبل، ولكن لا تحد من خيالك ؛ أكثر من مليون تصميم مفاعلات أخرى ممكنة. احلم بنفسك! أو، من أجل المتعة، يمكنك تجربة مولد مفهوم المفاعل العشوائي الخاص بنا أو الاطلاع على قائمة تضم أكثر من مليون خيار. 

مفاعل الماء المضغوط 
كثر أنواع المفاعلات شيوعًا. يستخدم PWR الماء القديم العادي كمبرد. يتم الاحتفاظ بمياه التبريد الأولية عند ضغط مرتفع جدًا حتى لا تغلي. يمر عبر مبادل حراري ، وينقل الحرارة إلى حلقة مبرد ثانوية ، والتي تقوم بعد ذلك بتدوير التوربين. تستخدم هذه كريات وقود الأكسيد المكدسة في أنابيب الزركونيوم. يمكن أن يحرقوا وقود الثوريوم أو البلوتونيوم أيضًا. 
الايجابيات:
  • معامل الفراغ السلبي القوي - يبرد المفاعل إذا بدأ الماء في الغليان لأن المبرد هو الوسيط ، وهو مطلوب للحفاظ على التفاعل المتسلسل
  • الحلقة الثانوية تحافظ على الأشياء المشعة بعيدًا عن التوربينات ، مما يجعل الصيانة سهلة.
  • تم تجميع الكثير من الخبرة التشغيلية وتم تحسين التصاميم والإجراءات إلى حد كبير.
السلبيات:
  • يهرب المبرد المضغوط بسرعة إذا انكسر أحد الأنابيب، مما يتطلب الكثير من أنظمة التبريد الاحتياطية.
  • لا يمكن توليد وقود جديد - عرضة لـ "نقص اليورانيوم"

مفاعل الماء المغلي

ثاني أكثر شيوعًا ، أن BWR يشبه PWR من نواح كثيرة. ومع ذلك ، لديهم فقط حلقة تبريد واحدة. يعمل الوقود النووي الساخن على غلي الماء أثناء خروجه من أعلى المفاعل ، حيث يتجه البخار إلى التوربين لتدويره.

الايجابيات:

  • أبسط السباكة يقلل من التكاليف
  • يمكن زيادة مستويات الطاقة ببساطة عن طريق تسريع المضخات النفاثة ، مما يعطي قدرًا أقل من الماء المغلي والمزيد من الاعتدال. وبالتالي، فإن متابعة الحمل بسيطة وسهلة.
  • تم تجميع الكثير من الخبرة التشغيلية وتم تحسين التصاميم والإجراءات إلى حد كبير.
السلبيات:
  • مع وجود المياه السائلة والغازية في النظام، يمكن إجراء العديد من حالات العبور الغريبة، مما يجعل تحليل السلامة أمرًا صعبًا
  • يكون المبرد الأساسي على اتصال مباشر مع التوربينات، لذلك إذا حدث تسرب لقضيب الوقود، يمكن وضع مادة مشعة على التوربين. هذا يعقد الصيانة حيث يجب ارتداء الموظفين للبيئات المشعة.
  • لا يمكن إنتاج وقود جديد - عرضة لـ "نقص اليورانيوم"
  • لا يؤدي عادةً أداءً جيدًا في أحداث تعتيم المحطة، كما هو الحال في فوكوشيما.

مفاعلات الديوتيريوم واليورانيوم في كندا (CANDU)

CANDUs هي تصميم كندي موجود في كندا وحول العالم. تحتوي على ماء ثقيل ، حيث يحتوي الهيدروجين الموجود في H2O على نيوترون إضافي (مما يجعله الديوتيريوم بدلاً من الهيدروجين). يمتص الديوتيريوم عددًا أقل من النيوترونات من الهيدروجين ، ويمكن أن تعمل وحدات CANDU باستخدام اليورانيوم الطبيعي فقط بدلاً من التخصيب.

الايجابيات:
  • تتطلب القليل جدا من تخصيب اليورانيوم.
  • يمكن التزود بالوقود أثناء التشغيل ، مع الحفاظ على عوامل السعة عالية (طالما أن آلات مناولة الوقود لا تنكسر).
  • مرنة للغاية ، ويمكنها استخدام أي نوع من الوقود.
السلبيات:
  • تحتوي بعض المتغيرات على معاملات إيجابية لدرجة حرارة سائل التبريد ، مما يؤدي إلى مخاوف تتعلق بالسلامة.
  • يؤدي امتصاص النيوترونات في الديوتيريوم إلى إنتاج التريتيوم ، وهو مادة مشعة وغالبًا ما يتسرب بكميات صغيرة.
  • يمكن تعديله نظريًا لإنتاج بلوتونيوم يستخدم في صنع الأسلحة بشكل أسرع قليلاً من المفاعلات التقليدية.

مفاعل سريع تبريد الصوديوم

يتم تبريد هذه المفاعلات بواسطة معدن الصوديوم السائل. الصوديوم أثقل من الهيدروجين ، وهي حقيقة تؤدي إلى تحرك النيوترونات بسرعات أعلى (وبالتالي بسرعة). يمكن أن تستخدم هذه المعادن أو وقود الأكسيد ، وتحرق مجموعة متنوعة من الوقود. الايجابيات:

  • يمكن أن يولد الوقود الخاص به، والقضاء بشكل فعال على أي مخاوف بشأن نقص اليورانيوم (انظر ما هو مفاعل سريع؟)
  • يمكن أن تحرق نفاياتها
  • يسمح الوقود المعدني والخصائص الحرارية الممتازة للصوديوم بالتشغيل الآمن السلبي - سيغلق المفاعل نفسه بأمان دون أن تعمل أي أنظمة احتياطية (أو أشخاص من حوله) ، بالاعتماد فقط على الفيزياء.
السلبيات:
  • مبرد الصوديوم يتفاعل مع الهواء والماء. وبالتالي، فإن التسرب في الأنابيب يؤدي إلى حرائق الصوديوم. يمكن تصميمها حول هذه المفاعلات ولكنها تمثل عقبة كبيرة لهذه المفاعلات.
  • لحرق النفايات بالكامل ، تتطلب هذه مرافق إعادة المعالجة التي يمكن استخدامها أيضًا للانتشار النووي.
  • يمكن استخدام النيوترونات الزائدة المستخدمة لمنح المفاعل قدراته على استخدام الموارد سراً لصنع البلوتونيوم للأسلحة.
  • معاملات الفراغ الموجبة متأصلة في معظم المفاعلات السريعة ، وخاصة الكبيرة منها. هذا هو قلق السلامة.
  • لم يتم تجميع الكثير من الخبرة التشغيلية. لدينا فقط حوالي 300 سنة من الخبرة في مجال المفاعلات المبردة بالصوديوم.

تعليقات
تعليقان (2)
إرسال تعليق

إرسال تعليق

الاسمبريد إلكترونيرسالة