[GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]
مكونات المفاعل النووي[/GRADE]
[GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]يتألف المفاعل النووي الحراري من مكونات، الهدف منها استمرار التفاعل المتسلسل الذي من خلاله تكون كمية وترتيب مادة الانشطار النووي، وكذلك المادة غير الانشطارية الوسيطة داخل قلب المفاعل •
ويتكون المفاعل النووي من سبعة أجزاء هي :[/GRADE]
1- [GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]وعاء المفاعل وهو عبارة عن خزان من الصلب السميك، يوضع في الجزء السفلي منه قلب المفاعل وقضبان التحكم الممتدة حتى أعلى الوعاء، ويحافظ وعاء المفاعل المغلق على عدم خروج الإشعاع من قلب المفاعل، كذلك يحوي المادة المبردة داخل السطح الداخلي المتعرج •[/GRADE]
2
- [GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]الوقود النووي: تستخدم معظم المفاعلات النووية وقوداً صلباً تكون فيه المادة الانشطارية من عنصر اليورانيوم أو سبيكة من اليورانيوم والألمنيوم، أو أقراص من أكسيد اليورانيوم أو كربيد اليورانيوم داخل فراغات الجرافيت، وتوضع عناصر المادة المشعة (الوقود) داخل حافظة معدنية تغطي الوقود وتمنع نواتج الانشطار ولاتتأثر سريعاً بالنيوترونات •
ويتميز التفاعل الانشطاري داخل المفاعل باستخدام اليورانيوم235 المستخرج من خام اليورانيوم الذي يستهلك في المفاعل، ويتحول جزء منه إلى البلوتونيوم239 الذي يتشكل من اليورانيوم 238، ويمكن أن يعمل المفاعل دون إجراء عملية إحلال سريعة للوقود النووي، وللمزيد من الاقتصاد في تشغيل المفاعل يفضل إزالة نواتج الانشطار من المفاعل دورياً، إذ إن النيوترونات من نواتج الانشطار تبقى عالقة، وبالتالي يقل عدد النيوترونات المتاحة لاستمرار سلسلة التفاعل مع إنتاج المزيد من البلوتونيوم، وكذلك يتم إزالة البلوتونيوم من المفاعل (دورياً أيضاً)، حيث يمكن تنقيته للاستخدام كوقود انشطاري في مفاعلات أو أغراض أخرى، وبالإضافة إلى ذلك يتم تغيير اليورانيوم وإحلاله قبل أن يستهلك تماماً، أو إصابة الوقود بعيوب لتجنب فقد القدرة على
استمرارية سلسلة التفاعل •
وبالتالي فإن اليورانيوم المستخدم في المفاعلات عادة مايتصل بحلقة أخرى أوسع لإعادة تشغيله في مصنع أو معمل قريب من المفاعل، وفي هذا المصنع يتم تنقية اليورانيوم والبلوتونيوم لتوفير وقود جديد للمفاعلات، كذلك يتم تشغيل منتجات الانشطار للحصول على عناصر مشعة مختلفة، ثبت أن قيمتها عالية في استخدامات أخرى، وهذا يُطلق عليه >الصناعات النووية< •[/GRADE]
3- [GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]المادة المخصبة:
إحدى المشاكل التي تواجه استخدام المفاعلات هي الفقد المنتظم للمادة الانشطارية مع استمرار عمل المفاعل، ويمكن تقليل آثار المشكلة باستخدام وقود يحتوي على المادة الانشطارية، وقدر من مادة مخصبة لها القدرة على التحول إلى مادة انشطارية، ومن أمثلة ذلك يستخدم الثوريوم 232 كمادة مخصبة ولها القدرة على التحول إلى وقود انشطاري يورانيوم 233 بامتصاص نيوترون •
وتختلف صور خلط الوقود بالمادة المخصبة من دولة إلى أخرى ومن مفاعل لآخر، حيث تستخدم بعض المفاعلات مخلوطاً متجانساً من الأكاسيد عالية التخصيب من اليورانيوم 235 والثوريوم في حاويات من الصلب غير القابل للصدأ على شكل أنابيب، ومع اليورانيوم المخصب يتحول جزء من اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم 239 وفي هذه الحالة يزيد حجم المادة الانشطارية، وهناك طريقة أخرى هي تشكيل اليورانيوم في شكل حبيبات صغيرة من الوقود عالي التخصيب في تجاويف قضبان الوقود من اليورانيوم الطبيعي، ويمكن بعد ذلك إحلال الحبيبات، حيث تكون قد فقدت قدرتها الإشعاعية، ولكن يمكن ترك التجاويف على حالها لفترة طويلة ويعاد استخدامها بكفاءة عالية •[/GRADE]
4- الوسيط (المهدىء):
يستخدم في قلب المفاعل النووي >وسيط< لإبطاء سرعة النيوترونات المنطلقة بسرعتها الابتدائية، ويتم اللجوء إليه لأن الطاقة الأقل للنيوترونات توفر الاحتمال الأكبر لامتصاصها في الوقود النووي لإنتاج المزيد من الانشطار نظراً للحاجة إلى النيوترونات البطيئة لإحداث سلسلة التفاعل، حيث يمسك الوسيط بقليل من النيوترونات، وبقدر الزيادة في كمية مادة الوسيط يرتفع معدل الطاقة في إنتاج النيوترونات •
وليس لدى العناصر الأثقل من الكربون القدرة على أن تكون وسيطاً، لأن قدرتها على إبطاء النيوترونات ليست جيدة، وإذا تم استخدام أحد هذه العناصر الأكثر ثقلاً كوسيط، فإن النيوترونات يمكن امتصاصها في الوسيط أو تفقد في الوسط المحيط، قبل أن تتوفر الطاقة الكافية لتحويل النيوترونات السريعة إلى نيوترونات حرارية، ويمثل الهيدروجين الثقيل والبريليوم والكربون وبعض مركبات هذه العناصر أفضل [GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]المواد المستخدمة عملياً للوسيط[/GRADE] •
5-
[GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]المبرّد
يتم امتصاص الحرارة الناتجة من سلسلة الانشطار من المفاعل بواسطة >مبرّد<، ويعتمد عمله على المياه العادية أو المياه الثقيلة أو المعادن السائلة أو الأملاح المصهورة أو الغاز، وتسمى المياه النقية العادية المياه الخفيفة، وتستخدم كمبرد في مفاعلات المياه الساخنة، كما تستخدم ا[/GRADE]لمياه الثقيلة كمبرد في المفاعلات التي تستخدم المياه الثقيلة كوسيط •
6-[GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"] السيطرة على عمل المفاعل:
أبسط طرق السيطرة على سلسلة التفاعل هي استخدام مادة عالية القدرة على الإمساك بالنيوترونات، ويعد الكادميوم مادة لها هذه القدرة، واستخدمت ألواح الكادميوم في أول مفاعل انشطار متسلسل أُقيم في جامعة شيكاغو عام 1942، ومنذ ذلك الحين يتم وضع قضبان الكادميوم وخفضها داخل المفاعل لتحديد المعدل الذي يتم عليه الانشطار،
كما تستخدم قضبان من بورون الصلب غير المغطى بالجرافيت في المفاعلات التي تستخدم الجرافيت كمادة وسيطة، أو يستخدم بورون الصلب المغطى في حالة تعرضه للتآكل، وقد تستخدم قضبان السيطرة من المواد التي توجد في الطبيعة ذات القدرة على امتصاص النيوترونات، وقد تستخدم السوائل في أنابيب القضبان، وفي مثل هذه الحالات تتغير قدرة السيطرة مع تغير مستوى السوائل •
ومن تقنيات السيطرة الأخرى على المفاعلات استخدام مواد امتصاص النيوترونات الذاتية في مواد التبريد، ومن أمثلة ذلك حمض البوريك الذائب في مياه التبريد، للإبقاء على المفاعل تحت مستوى الحرارة الحرج خلال تغيير عبوة الوقود النووي، ويتم إخراج حمض البوريك من المبرد مع بدء عمل المفاعل، ومن الطرق الأخرى وضع مواد امتصاص النيوترونات داخل الوقود ذاته، بعد فترة من الوقت تصبح المادة أقل قدرة وتأثيراً على امتصاص النيوترونات وهو مايعادل فقد الانشطارية المستهلكة في الانشطار، وتزود بعض المفاعلات بنظام للسيطرة الذاتية بالنظر إلى تأثير الحرارة على فاعلية المفاعل •[/GRADE]
7- [GRADE="00008B FF6347 008000 4B0082"]
نظام الوقاية (التدريع):
يزداد الحجم الكلي للمفاعل النووي مع زيادة الحاجة لحماية العاملين من أضرار >إشعاع جاما< المصاحب للانشطار ومع زيادة الإشعاع التراكمي الناتج عن نواتج الانشطار النووي الذي تزداد فيه أشعة جاما بالإضافة إلى تسرب بعض النيوترونات من المفاعل، حيث لايتم امتصاص النيوترونات السريعة، والأفضل والأسهل تقليل طاقتها الحرارية بإحاطتها بمواد إضافية لامتصاص النيوترونات، وهذه النيوترونات الساخنة يمكن امتصاصها باستخدام كمية من المادة الوسيطة السميكة في مواد بناء المفاعل •
وتتميز أشعة جاما بقدرتها على اختراق الأجسام، ويمكن امتصاصها بقدرة عالية باستخدام المعادن الثقيلة مثل الرصاص والتنجستين، ولأسباب اقتصادية من المعتاد استخدام الخرسانة المحيطة بالمفاعل بقدر زائد من السمك في البناء •
وبالنظر إلى التأثير البيولوجي على الإنسان، يحتاج المفاعل البحثي الصغير إلى جدار محيطه ذات سمك يتراوح بين3.7-4.2 متر، وبارتفاع يتراوح بين 4.6 - 6 متر، وتُغطي مساحة المفاعل مابين 80 - 120 هكتاراً مربعاً، حتى أن إنشاءات الوقاية من الإشعاع في مفاعل نووي صغير ينتج 5 ميجاوات، تتكون من طبقات من الخرسانة المسلحة بسمك 8 -10 أقدام (3 أمتار) ومواد أخرى لتقوية الوقاية من الخرسانة والصلب والتي لايمكن اختراقها •
وتتطلب إقامة المفاعل وجوده بجوار مصدر مياه وفير مثل نهر كبير أو بحيرة أو شاطىء البحر، حيث يحتاج كميات وفيرة من المياه الضرورية لأغراض التبريد •[/GRADE]