المفاعلات الحرارية المبردة بالغاز
HTGRيعتبر الكربون كمهدئ بديل للهدروجين في المفاعل الحراري ، وتتطلب النيترونات اصطدامات أكثر لتبطئها عند استخدام الكربون كمهدئ عوضاً عن الهيدروجين ( الماء ) . وهذا يعني أن الكربون يمتص قسماً أصغر من النيترون مقارنة بالماء ، وإن تصميم المفاعل الذي يحتوي على كتلة كبيرة من الكربون له وقع تأثيري كبير من الناحية النيترونية ، وفي معظم الحالات التي تستخدم الكربون كمهدئ المفاعل فإن مائع التبريد لهذا المفاعل يكون غازا.
المفاعل المعروض من قبل شركة ( the general electric) المسمى بمفاعل الحرارة العالية المبردة بالغاز أي ( h t g r ) يستعمل الهيليوم كمبرد وقلب المفاعل يتكون من مجاميع الكربون المكدسة متضمناً مناطق صغيرة تحتوي على وقود اليورانيوم _ الثور يوم
المنظومات الأساسية لمفاعل درجة الحرارة العالية المبرد للغاز
إن الاختلاف جوهري على باقي تصاميم المفاعلات : في منظومة الوقود المهدئ من حيث أن الوقود يتكون من اسطوانات صغيرة جداً من اليورانيوم و الثور يوم الموجودة في مناطق الوقود لمجاميع المهدئ الكربوني ، ومنظومة التبريد الابتدائية المتميزة باستخدامها لغاز الهليوم كمبرد ومنظومة التبريد الابتدائية تقع ضمن وعاء المفاعل المصنع من الخرسانة .
* يتكون قلب مفاعل درجة الحرارة العالية المبردة بالغاز من كومة ضخمة من مجموعات الجرافيت السداسية والتي تحوي كل منهما على مناطق وقودية بالإضافة لاحتوائها على مناطق مرور غاز الهليوم المضغوط ، يتكون الوقود من ثاني أكسيد أو كار بيد سيراميكي ، حيث أنه يتواجد كنوبات وقود صغيرة مغطاة بمادة خزفية ، والوقود المكون بشكل اسطوانات صغيرة ( pellets ) لها أغلفة مختلفة لتسهيل عملية الفصل أثناء عملية معاملة الوقود ، حيث يتكون اسطوانات الوقود الصغيرة القابلة للانشطار من اليورانيوم ( u 238 ) المخصب بنسبة 9% من(u235 ) ، مغطاة بالكربون الحراري ( pyrolitic ) وكار بيد السيليكون ، أما الاسطوانات الصغيرة المنتجة ( th233 ) فهي مغطاة بالكربون فقط ، وعند اشتغال المفاعل فإن الكر بيد السيلسيكوني القابل للاحتراق يساعد في فصل النوعين في عملية معاملة الوقود .
هناك منفذ في وعاء المفاعل المصنوع في الخرسانة المسبقة الإجهاد ويقع فوق المجاميع المركزية إن هذا المنفذ يستخدم في عملية إعادة تحميل الوقود وكذلك لغرض تحريك قضبان السيطرة أثناء عملية اشتغال المفاعل ، تمتلك المجامع المركزية أيضاً قناة إضافية منها كربيد البور ون كاحتياط لمنظومة المفاعل .
تتكون منظومة التبريد الابتدائية من القلب وأربعة إلى ستة دوائر لمائع التبريد الابتدائي حيث تتضمن كل دائرة على مضخة التدوير ( circulate ) الخاصة بها وعلى مولدها البخاري يضخ غاز الهليوم بضغط مقداره ( mp5 ) إلى الأسفل خلال القلب ومن ثم يخرج بدرجة حرارة تبلغ حوالي ( 743 ) درجة حيث أن الدرجة الحرارية هي أعلى من درجة حرارة المفاعلات المبردة بالماء . بعدئذ يمر الغاز في أحد الأنابيب المؤدية إلى مولد البخار ، إن سبب اشتعال المفاعل على درجة حرارة عالية هو كنتيجة المبرد الغازي وللخصائص الجيدة لقلب المفاعل الذي يتحمل درجات الحرارة العالية حيث لا يوجد غلاف معدني حساس لدرجات الحرارة العالية في الوقود ، البخار الحاصل كنتيجة لدرجات الحرارة العالية يعطي طاقة كهربائية بكفاءة تعادل ( 39 % )
المنظـومــات الـمسـاعــدة
تتكون من اثنين أو ثلاث دوائر مساعدة ، حيث في حالة فشل إحدى دوائر التبريد الرئيسية فإن المنظومات المساعدة تعمل على إزالة حرارة الانحلال بعد إطفاء المفاعل ، وتتوفر منظومتان متماثلتان تخدمان غرض تنقية غاز الهليوم المبرد تتم عملية التنقية بهذه المنظومات على أساس إلصاق جزيئات الغاز بالسطح الصلب حيث يستخدم غاز الهيدروجين كمستأصل لإزالة الدقيقات والغازات الملوثة . لقد صممت منظومة عزل المولد البخاري لمنع تسرب الماء أو البخار إلى المبرد الابتدائي فإذا حصل تسرب للماء فإن من الممكن في هذه الحالة عزل دائرة التبريد المعطوبة عند إطفاء المفاعل ، بينما تترك بقية دوائر التبريد لتجهيز التبريد اللازم .
مـنظـومــات السلامـــة
تختلف متطلبات السلامة لـ ( HTGR ) بصورة أساسية عن متطلبات السلامة لمفاعلات الماء ، عند حدوث ضرر في وقود مفاعل درجة الحرارة العالية فإن هناك وقتاً طويلاً لتصريف الحرارة ، ففي حالة وقود الماء الخفيف فإن حرارة الانحلال يمكن أن تقتصر غلاف الوقود بغضون دقيقة أو دقيقتين . من لحظة فقدان مائع التبريد ، أما في حالة ( HTGR ) فإنه يحتاج إلى زمن ساعة أو ساعتين عقب فقدان الوقود حتى ينصهر غلاف الوقود المطلي بمادة خزفية التي هي السبب في إطالة زمن تصريف الحرارة ، ومتانة القلب بسبب تواجد الجرافيت الذي تزداد متانته بارتفاع درجة الحرارة، من جهة أخرى يجب ضخ غاز الهيليوم المائع المبرد بضغط عالي لغرض سعة تبريدية عالية .
النيترونية _ استخدام الوقود _ اشتغال المفاعل
استعمال الكربون كمهدئ يقتضي على النيترونات الإنشطارية أن تقطع مسافة أكبر حتى تصل إلى الطاقات الحرارية ، ويكون الوقود ( HTGR ) معرضاً إلى نيترونات وبطاقات أكثر متوسطة عما هو عليه في مفاعلات الماء الخفيف ، وهذا يؤدي إلى امتصاص أكبر للنيترونات من قبل المادة الخصبة ( th 232 ) . وهذه الظاهرة تساعد في تصميم مفاعل نسبة التحويل فيه عالية نسبياً .