[متفيزقة مبدعة]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته


كيف تعمل المحطات النووية "المفاعل النووي"
لتوليد الطاقة


كيف تعمل المحطات النووية "المفاعل النووي" لتوليد الطاقة




طبيعية والتي تعرف باسم الطاقة المتجددة مثل استخدام المساقط المائية والشلالات والمراوح الهوائية للحصول على الطاقة اللازمة لتدوير التوربينات. ومن ضمن الوسائل التي اخترعها الانسان لتوفير الطاقة لتدوير التوربيانات استخدام الطاقة النووية، ويصل نسبة محطات توليد الطاقة الكهربية التي تعمل بالطاقة النووية في العالم حوالي 17%، ففي فرنسا مثلا تعتمد بنسبة 75% على المحطات النووية لتوليد الطاقة الكهربية. بينما في الولايات المتحدة الامريكية فإنها تعتمد على المحطات النووية بنسبة لا تزيد عن 15% ويصل عدد المحطات النووية في العالم حسب احصائيات الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى 400 محطة نووية منها 100 في الولايات المتحدة.

تستخدم الطاقة النووية في توليد الحرارة اللازمة من خلال التفاعلات الانشطارية لنواة اليورانيوم المشع وتستخدم هذه الحرارة في تحويل الماء إلى بخار يوجه لتحريك التوربينات التي تحرك ملفات كبيرة في مجال مغناطيسي فتعمل على توليد الطاقة الكهربية.




صورة لمحطة توليد طاقة كهربائية باستخدام المفاعل النووية وموضح البرج الاسمنتي الذي تخرج منه الابخرة الناتجة من عملية تبريد اليورانيوم


هل تسائلت عزيزي القارئ كيف يمكن الحصول على الطاقة الكهربية من محطات الطاقة النووية وكيف تعمل هذه المحطات للحصول على الطاقة الكهربية بالرغم من اننا نعرف تماما ان الطاقة النووية استخدمت للتدمير الشامل نتيجة لقوة الانفجار الهائلة التي تحدثها من خلال القنابل النووية ولكن في المقابل يمكن تسخير هذه الطاقة الهائلة من أجل الاستخدامات السلمية والحصول على الطاقة الكهربية التي هي عصب الحياة.




في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح تفصيلي بسيط لفكرة عمل محطات الطاقة النووية على ان تكون عزيزي القارئ قد اطلعت على المقالين السابقين بعنوان كيف يعمل المولد الكهربي الدينامو، وكيف تصدر الاشعاعات النووية.



اساسيات هامة
ماذا تعرف عن اليورانيوم؟










يصطدم نيوترون حر في نواة ذرة يورانيوم-235
تمتص نواة اليورانيوم-235 النيوترون وتنشطر مباشرة إلى نواتين
تنطلق ثلاث نيوترونات نتيجة للانشطار وتتحرر طاقة حرارية وتنطلق اشعة جاما

تحدث عملية امتصاص النوترونات والانشطار النووية لليورانيوم-235 بسرعة كبيرة جداً حيث لا تستغرق هذه العملية اكثر من بيكوثانية أي (1x10-12) ثانية. وخلال فترة زمنية صغيرة جداً نحصل على طاقة هائلة تنطلق في صورة حرارة واشعاعات جاما ولعلك تتساءل عزيزي القارئ من اين اتت هذه الطاقة الهائلة؟ ان الاجابة عن هذا يجعلنا نذكر قانون تكافؤ الطاقة والكتلة لاينشتين وهو ان الطاقة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء وبالتالي اي كتلة صغيرة نضربها في مربع سرعة الضوء يؤدي الى طاقة هائلة ويكتب قانون تكافؤ الطاقة والكتلة

E = mc2
والكتلة m التي تتحول الى طاقة في الانشطار النووي لليورانيوم-235 تأتي من ان كتلة النواة الام اكبر من كتلة نواة الذرتين المنشطرتين وبالتالي فرق الكتلة هذا هو مصدر الطافة الهائلة التي تتولد عن الانشطار النووي لليورانيوم-235 والتي تقدر بحوالي 200 مليون الكترون فولت من طاقة تتحرر من كل ذرة يورانيوم-235 وتخيل كم عدد الذرات التي تكون في قطعة من اليورانيوم بحكم كرة تنس ولتصور كم الطاقة الهائل المتحرر من انشطارات في ذرات اليورانيوم في هذا الحجم الصغير فغنه يعادل انفجار 20 مليون لتر من الوقود.
واليورانيوم المستخدم في المفاعل النووي المستخدم للحصول على الطاقة الكهربية مطعم بنسبة لا تزيد عن 3% بذرات اليورانيوم-235 وبالمناسبة اليورانيوم المستخدم في القنبلة النووية يحتوي على نسبة لا تقل عن 90% من اليورانيوم-235.

داخل المفاعل النووي




صورة لاقراص اليورانيوم والتي تظهر سوداء في الصورة والتي تعرف باسم الوقود النووي



حزمة من اليورانيوم المرصوص وبداخله فتحات لادخال مادة التحكم في التفاعلات الانشطارية
تركيب المفاعل النووي
الفكرة الفيزيائية لعمل المفاعل النووي هي واحدة في كل المفاعلات ولكن هناك نظامين مختلفين للتبريد حيث في النظام الاول يستخدم الماء المضغوط الذي يمكن ان ترتفع درجة حرارته إلى مئات الدرجات المئوية قبل ان يتحول الى بخار ويستخدم الماء المضغوطكمصدر للحرارة لتحويل الماء إلى بخار في دائرة ثانوية أخرى منفصلة عن دائرة التبريد بينما في الانواع الاخرى من المفاعلات يتم ماء التبريد الذي ارتفعت درجة حرارته وتحول إلى بخار مباشرة لتحريك التوربينات وهنا تكون دائرة رئيسية واحدة كما هو موضح في المخططات التفصيلة التالية:



الجزء الايسر من مخطط المفاعل النووي نلاحظ الماء المضغوط الذي يستخدم في تبريد اليورانيوم والحرارة الناتج والتي يمتصها الماء المضغوط يفقدها لتحويل الماء إلى بخار يستخدم في تحريك التوربينات وتوليد الحركة المطلوبة لتوليد الطاقة الكهربية. لاحظ ان دائرة التبريد تختلف عن دائرة البخار.لمشاهدة الصورة بالحركة
اضغط هنا



هذا المخطط يوضح فكرة عمل المفاعل النووي المستخدم لتوليد الطاقة الكهربية ولكن هنا نجد ان الماء المستخدم في التبريد هو الذي يتحول إلى بخار ماء لتحريك التوربينات وتوليد الطاقة الكهربية. لاحظ هنا ان دائرة التبريد ودائرة البخار هي دائرة واحدة.لمشاهدة الصورة بالحركة
اضغط هنا



صورة توضح انابيب ضخ البخار المضعوط لتحريك التوربيانت لتوليد الكهرباء



التوربينات التي تتحرك بفعل ضغط البخار الموجه عليها




وحدة التحكم في المفاعل النووي والمستمر طوال الوقت لتدخل الفنيين في اي لحظة يتطلب الامر ذلك
ما هي مخاطر التي من الممكن ان تنجم عن خلل في
المفاعلات النووية؟
إن استخدام المفاعلات النووية لتوليد الطاقة الكهربية تعتبر ميزة كبيرة عن استخدام الفحم لتوليد الحرارة اللازمة الطاقة الكهربية لان الغازات الناتجة عن الاحتراق مثل غازات الكربون والكبريت وغيره من الغازات الناتجة هي غازات سامة وملوثة للبئية وتنتج بكميات كبيرة بالمقارنة بالعادم الناتج عن المفاعلات النووية، وبالرغم من كل هذا الا ان اي خلل قد يحدث في المفاعل النووي قد يسبب كارثة بشرية لا يحمد عقباها مثل كارثة تشورنوبل التي نتج عنها الاف الاطنان من المواد المشعة التي تسربت الى الجو، كما ان الوقود الناتج من المفاعل النووي يعتبر مواد خطرة ويستمر تأثيرها لالاف السنين ولا يمكن التخلص منها بسهولة، كما ان نقل الوقود النووي يعتبر عملية خطرة بالرغم انه لم تحدث اي مشاكل تذكر. ولهذه المخاطر لم يتم الاعتماد على توليد الطاقة الكهربية بواسطة الطاقة النووية بنسبة كبيرة وكما ذكرنا في بداية هذا المقال فإن الاعتماد على الحصول على الكهرباء من الطاقة النووية لم يتجاوز 17%

منقول ....

[mah333]

رائع اختي الكريمة بارك الله فيك
:s_thumbup:

[متفيزقة مبدعة]

:a_plain111:

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة mah333 رائع اختي الكريمة بارك الله فيك :s_thumbup:

بارك الله فيك شكرا لمرورك:a_plain111:

[الحارث]

يعطيك العافيه وبارك الله فيك وجزاك الله خيـــــــــــراً ،،،

[متفيزقة مبدعة]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة الحارث يعطيك العافيه وبارك الله فيك وجزاك الله خيـــــــــــراً ،،،

الله يعافيك شكرا لمرورك,,,,

[خالد الغامدي]

بارك الله فيك,, وجزيت خيرا,,

[متفيزقة مبدعة]

شكرا لمرورك

[الباحث العراقي]

الفصل الاول
- المفاعلات النووية
المفاعل النووي:- هو اداة تسمح بحدوث تفاعل تسلسلي انشطاري يمكن التحكم به بطريقة يتم بها انتاج الطاقة والنيوترونات للاغراض البحثية او لانتاج النضائر.والمواد الاساسية في المفاعل النووي هي:-
الوقود النووي :- الذي يحافظ على استمرار تفاعل الانشطار التسلسلي .
المهدئ :- وذلك لتهدئة وتبطئة النيوترونات السريعة لتحسن احتمالية حدوث التفاعل الانشطاري
الغلاف :- الذي يحوي اقراص او قضبان الوقود بحيث تبقى انواع الانشطار النشطة اشعاعيا حبيسة تفاديا لانطلاقها الى البيئة.
المبرد :- لامتصاص النيوترونات والتحكم في معدل حدوث الانشطار التسلسلي.
وفي مايلي انواع المفاعلات النووية

المفاعلات البحثية :-
لقد تم انشاء اكثر من 400 مفاعل للبحث والاختبار في مختبرات جامعية وحكومية ,بينما تمتلك مفاعلات بحوث صغيرة قوة اقل او حوالي 6 كيلو واط . بحيث انها لاتحتاج الى تبريد شديد , يعمل اكبر مفاعل اختبار عند اقل او حوالي 50mwth)) للعديد من هذة المفاعلات التسهيلات اللازمة لانتاج النويدات المشعة تجاريا .
تستعمل مفاعلات البحث فى الفيزياء النووية في كل من الكيمياء التحليلية والتركيبية في علم الاحياء الاشعاعي وفي الطب ...........الخ ويكون عملها سهلا عادة وسلميا فطريا ً , وكلفتها قليلة , حوالي مليون دولار لاصغر واحد . العديد منها من نوع متجمع . يقع قلب المفاعل في مركز الوعاء الكونكريتي بعمق مساويا الى (6-8) م وعرضهة مساوي الى (2 – 5 )م حاويا ماءا نقيا يلصق التركيب الوقودي الى قالب فولاذي ويعلق من الجسر الذي يقطع عرض التجمع ويكون قلب المفال مكشوفا ويمكن رؤيتة من سطح الماء , يجهز الماء حجب الاشعاع الاساس, والتنظيم , والتبريد,ويصل سمك الجدران الكونكريتية الى حوالي 2م عندما يقع المفاعل فوق الارض ,والا فيمكن استعمال جدران اقل سمكا والطلب الرئيسي للحماية من الاشعاع هو بسبب التفاعل
16O(n,p)16N bg
7 s
يكون انبعاث gs ذات طاقة عالية (2 : 6 ميكا الكترون فولت ) وقد يكون التبريد ضروريا لمستويات قوة اكبر من 100 كيلو واط .يكون الوقود عادة ً على شكل قضبان او صفائح غنية جدا ً باليورانيوم ( الى حد 90 % ) وتكون كمية 235U اقل او حوالي 3 كغم.
وللمفاعلات البحثية اهداف منها :-
التشعيع النيوتروني/حيث توضع المادة المراد تشعيعها بالنيوترونات في احد قنوات المفاعل وقد يكون الهدف منة دراسة تأثير النيوترونات على المدة ذاتها لاسيما اذا كانت إحدى المواد المستخدمة في بناء المفاعل , او بهدف تحويل بعض عناصرها الى نظائر مشعة لاستخدامها في الطب والصناعة والزراعة والبحث العلمي
لبعض مفاعلات البحث قناة خاصة تسمى ((القناة الحرارية)) تسمح بخروج النيوترونات (البطيئة) خارج المفاعل لاجراء دراسات عليها او بواسطتها خارج قلب المفاعل
تصميم بعض مفاعلات البحث لاستخدامها في اجراء دراسات (فيزياء المفاعل ) ذاتة مثل دراسة تغير كثافة الفيض النيوتروني ودرجات الحرارة ودراسة تولد البلوتونيوم – 239 وتجمع نواتج الانشطار النووي وأثرها على فعالية وسلوك تصاميم جديدة ومحسنة للوقود وكذلك لدراسة حوادث غير مبرمجة قد تحدث للمفاعل أثناء تشغيله.
إضافة لذلك فلمفاعلات البحث فائدة كبيرة في تدريب المهندسين والعمليين وتطوير خبراتهم في تشغيل وتصميم المفاعلات النووية ودراسة المواصفات المتداخلة والمعقدة والخطرة أحيانا.ً
ان احد التصاميم الشائعة لمفاعلات البحث والتجربة يسمى (( مفاعل حوض السباحة )) وهو مكون من قلب من اليورانيوم الغني المحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم – 235 يوضع اسفل حوض عميق مملوء بالماء , ويلعب الماء دور المهدئ وعاكس ومبرد وغلاف واق من الإشعاع ويهيئ هذا التصميم فرصة النضر الى قلب المفاعل عندما يكون في الحالة الحرجة وهي فرصة لايهيئها أي تصميم اخر وعند النظر الية نرى انبعاث ضياء ازرق منة يسمى((إشعاع سيرنكوف)) وسببه انطلاق بعض الإشعاعات من قلب المفاعل بسرعة في الماء تفوق سرعة الضوء في الماء



-ب- مفاعلات إنتاج البلوتونيوم
تنتج جميع أنواع المفاعلات عنصر البلوتونيوم بفعل امتصاص نوى اليورانيوم -238 للنيوترونات , وإذا تطلب الأمر الحصول على البلوتونيوم لغرض استخدامه لإنتاج الأسلحة النووية عندئذ تصمم مفاعلات خصيصا لهذا الغرض حيث تنتج البلوتونيوم بمواصفات تلائم الغرض من إنتاجه , ويمكن الوصول إلى أفضل معدل لإنتاج البلوتونيوم – 239 باختيار دقيق لهندسة قلب المفاعل حتى ولو كان ذلك على حساب خسارة بعض المزايا من إجراء هذا التصميم , وفي مثل هذه المفاعلات يجب استبدال الوقود النووي على فترات لاتتجاوز السنتين , حيث بعد هذه المدة يلعب انشطار نوى البلوتونيوم – 239 دورا هاما وعندها تتكون هذه النوى وتنشطر في الوقت نفسه فلا يزداد تركيزها كثيرا إضافة لذلك ثمة ظهور مشكلة اخطر وهي إن نوى البلوتونيوم -239 تمتص النيوترونات لتتحول إلى نوى البلوتونيوم -240 والى البلوتونيوم -241 والبلوتونيوم -242 ويتراكم مقدار البلوتونيوم 240 بسرعة لعدم قابلية نواه على الانشطار, وإذا احتوى البلوتونيوم المنتج على قدر لا بأس به من نظير البلوتونيوم240 يصبح غير موثوق بة كمادة لصنع الأسلحة لذلك يجب ازالة الوقود النووي من المفاعل قبل بدء هذا النظير بالتراكم ومعالجته لغرض استخلاص البلوتونيوم -239 واستخدامه في صنع القنابل النووية

-جـ- مفاعلات إنتاج الطاقة

تصنف المفاعلات المنتجة للطاقة وفقا ً لأسلوب إحداث الانشطار النووي إلى مفاعلات حرارية ومفاعلات سريعة وتصنف ضمن كل نوع استنادا إلى نوع الوقود المهدئ إلى:-
1- المفاعلات الحرارية :- التي يحدث فيها الانشطار النووي بواسطة النيوترونات الحرارية وتسمى بالحرارية لان عملية انشطار اليورانيوم تحدث بفعل نيوترونات حرارية (بطيئة) .
تم إنشاء مفاعلات إنتاج القوة الكهربائية التي تصل إلى 1300 ميكا واط ولكن بجميع الحجوم الشائعة تنحصر بالمدى ( 500 – 1000 ) وبنقصان الحجم تزداد كلفة القوة الكهربائية عادة ً . للمعامل الصغيرة الحجم بعض الفوائد ,تكون أكثر ثقة بسبب الشد القليل للمكونات فمن الممكن إنشاؤها بسهولة أكثر في مناطق بعيدة لسهولة نقل المكونات الصغيرة وقد تكون الشبكة الكهربائية أكثر قدرة على اكتساب القوة المعدلة الإضافية
أ- مفاعلات حرارية مهدأة بالكرافيت ومبردة بالماء
يتالف قلب هذا المفاعل من الكرافيت تتخلله قضبان الوقود ويستخدم غاز ثنائي اوكسيد الكربون المضغوط لنقل الحرارة المتولدة إلى المبادل الحراري خارج قلب المفاعل . وتصنف هذة المفاعلات تبعا لنوع الوقود المستخدم إلى عدة انواع
1- مفاعلات تستخدم وقود فلز اليورانيوم الطبيعي المغلف بسبيكة المغنسيوم . وتمثل هذه المفاعلات الجيل الأول المستخدم في محطات إنتاج الطاقة الكهربائية . ويتكون الوقود من قضبان من فلز اليورانيوم الطبيعي وطول القضيب الواحد حوالي المتر ومغلف تغليفا محكما داخل اسطوانة مصنوعة من سبيكة لفلز المغنسيوم , ويمكن للقضيب الواحد إنتاج الطاقة في المفاعل لمدة خمس سنوات وباستمرار وتعادل الطاقة التي ينتجها القضيب الواحد طاقة حرق مائة وخمسين طنا ً من الفحم . هذا ويحتوي قلب المفاعل على ما يقارب خمسين ألف قضيب من الوقود
2- مفاعلات تستخدم وقودا مكونا من اوكسيد اليورانيوم الغني , وتصل نسبة الاغناء باليورانيوم – 235 إلى حوالي 2% ويغلف الوقود بفولاذ لا يصدأ. وتمثل هذه المفاعلات الجيل الثاني من المفاعلات الحرارية المهدأة بالكرافيت والمبردة بالغاز وتسمى (المفاعلات الغازية المتطورة ) حيث تعمل عند درجات حرارة أعلى وبكفاءة أفضل من كفاءة الجيل الأول من المفاعلات
3- مفاعلات تستخدم وقودا مكونا من اوكسيد اليورانيوم الغني , ذي نسبة أغناء باليورانيوم -235 تتراوح بين 4.4% إلى 5.5 % والوقود بهيئة حبيبات كل واحدة مغلفة بالكرافيت وكاربيد السيلكون وتغلف كل مجموعة من الحبيبات في قضيب للوقود بالكرافيت وتمثل هذه المفاعلات الجيل الثالث من المفاعلات الحرارية المهدأة بالكرافيت والمبردة بالغاز
إن أفضلية استعمال الكرافيت على الماء كمهدئ هي بصورة أولية إمكانية وصول البخار درجات حرارية عالية ولكن له فوائد أخرى أيضا كمهدئ يكون أفضل من الماء الخفيف , اقل كلفة من الماء الثقيل , ويمتلك ثباتا ميكانيكيا مرشدا إلى تصميم بسيط للقلب
-ب-مفاعلات حرارية مهدأة بالماء الثقيل ومبردة بالماء الاعتيادي
يستخدم في هذه المفاعلات وقود مكون من اوكسيد اليورانيوم الغني وبدرجة إغناء تتراوح بين 2% إلى 3% ومغلف بسبيكة لفلز الزركونيوم , حيث توضع قضبان الوقود داخل أنبوب من الغلاف مصنوع بأسلوب كي يتحمل ضغطا عاليا , وترتب هذه القضبان بشكل هندسي داخل مادة المهدئ المكونة من الماء الثقيل ومعزولة عنة بأسلوب يسمح بمرور أنابيب تحتوي على الماء الاعتيادي المستخدم لتبريد الوقود ونقل حرارته إلى خارج المفاعل والى المبادل الحراري


اخوكم القيسي

[الباحث العراقي]

الفصل الاول
- المفاعلات النووية
المفاعل النووي:- هو اداة تسمح بحدوث تفاعل تسلسلي انشطاري يمكن التحكم به بطريقة يتم بها انتاج الطاقة والنيوترونات للاغراض البحثية او لانتاج النضائر.والمواد الاساسية في المفاعل النووي هي:-
الوقود النووي :- الذي يحافظ على استمرار تفاعل الانشطار التسلسلي .
المهدئ :- وذلك لتهدئة وتبطئة النيوترونات السريعة لتحسن احتمالية حدوث التفاعل الانشطاري
الغلاف :- الذي يحوي اقراص او قضبان الوقود بحيث تبقى انواع الانشطار النشطة اشعاعيا حبيسة تفاديا لانطلاقها الى البيئة.
المبرد :- لامتصاص النيوترونات والتحكم في معدل حدوث الانشطار التسلسلي.
وفي مايلي انواع المفاعلات النووية

المفاعلات البحثية :-
لقد تم انشاء اكثر من 400 مفاعل للبحث والاختبار في مختبرات جامعية وحكومية ,بينما تمتلك مفاعلات بحوث صغيرة قوة اقل او حوالي 6 كيلو واط . بحيث انها لاتحتاج الى تبريد شديد , يعمل اكبر مفاعل اختبار عند اقل او حوالي 50mwth)) للعديد من هذة المفاعلات التسهيلات اللازمة لانتاج النويدات المشعة تجاريا .
تستعمل مفاعلات البحث فى الفيزياء النووية في كل من الكيمياء التحليلية والتركيبية في علم الاحياء الاشعاعي وفي الطب ...........الخ ويكون عملها سهلا عادة وسلميا فطريا ً , وكلفتها قليلة , حوالي مليون دولار لاصغر واحد . العديد منها من نوع متجمع . يقع قلب المفاعل في مركز الوعاء الكونكريتي بعمق مساويا الى (6-8) م وعرضهة مساوي الى (2 – 5 )م حاويا ماءا نقيا يلصق التركيب الوقودي الى قالب فولاذي ويعلق من الجسر الذي يقطع عرض التجمع ويكون قلب المفال مكشوفا ويمكن رؤيتة من سطح الماء , يجهز الماء حجب الاشعاع الاساس, والتنظيم , والتبريد,ويصل سمك الجدران الكونكريتية الى حوالي 2م عندما يقع المفاعل فوق الارض ,والا فيمكن استعمال جدران اقل سمكا والطلب الرئيسي للحماية من الاشعاع هو بسبب التفاعل
16O(n,p)16N bg
7 s
يكون انبعاث gs ذات طاقة عالية (2 : 6 ميكا الكترون فولت ) وقد يكون التبريد ضروريا لمستويات قوة اكبر من 100 كيلو واط .يكون الوقود عادة ً على شكل قضبان او صفائح غنية جدا ً باليورانيوم ( الى حد 90 % ) وتكون كمية 235U اقل او حوالي 3 كغم.
وللمفاعلات البحثية اهداف منها :-
التشعيع النيوتروني/حيث توضع المادة المراد تشعيعها بالنيوترونات في احد قنوات المفاعل وقد يكون الهدف منة دراسة تأثير النيوترونات على المدة ذاتها لاسيما اذا كانت إحدى المواد المستخدمة في بناء المفاعل , او بهدف تحويل بعض عناصرها الى نظائر مشعة لاستخدامها في الطب والصناعة والزراعة والبحث العلمي
لبعض مفاعلات البحث قناة خاصة تسمى ((القناة الحرارية)) تسمح بخروج النيوترونات (البطيئة) خارج المفاعل لاجراء دراسات عليها او بواسطتها خارج قلب المفاعل
تصميم بعض مفاعلات البحث لاستخدامها في اجراء دراسات (فيزياء المفاعل ) ذاتة مثل دراسة تغير كثافة الفيض النيوتروني ودرجات الحرارة ودراسة تولد البلوتونيوم – 239 وتجمع نواتج الانشطار النووي وأثرها على فعالية وسلوك تصاميم جديدة ومحسنة للوقود وكذلك لدراسة حوادث غير مبرمجة قد تحدث للمفاعل أثناء تشغيله.
إضافة لذلك فلمفاعلات البحث فائدة كبيرة في تدريب المهندسين والعمليين وتطوير خبراتهم في تشغيل وتصميم المفاعلات النووية ودراسة المواصفات المتداخلة والمعقدة والخطرة أحيانا.ً
ان احد التصاميم الشائعة لمفاعلات البحث والتجربة يسمى (( مفاعل حوض السباحة )) وهو مكون من قلب من اليورانيوم الغني المحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم – 235 يوضع اسفل حوض عميق مملوء بالماء , ويلعب الماء دور المهدئ وعاكس ومبرد وغلاف واق من الإشعاع ويهيئ هذا التصميم فرصة النضر الى قلب المفاعل عندما يكون في الحالة الحرجة وهي فرصة لايهيئها أي تصميم اخر وعند النظر الية نرى انبعاث ضياء ازرق منة يسمى((إشعاع سيرنكوف)) وسببه انطلاق بعض الإشعاعات من قلب المفاعل بسرعة في الماء تفوق سرعة الضوء في الماء



-ب- مفاعلات إنتاج البلوتونيوم
تنتج جميع أنواع المفاعلات عنصر البلوتونيوم بفعل امتصاص نوى اليورانيوم -238 للنيوترونات , وإذا تطلب الأمر الحصول على البلوتونيوم لغرض استخدامه لإنتاج الأسلحة النووية عندئذ تصمم مفاعلات خصيصا لهذا الغرض حيث تنتج البلوتونيوم بمواصفات تلائم الغرض من إنتاجه , ويمكن الوصول إلى أفضل معدل لإنتاج البلوتونيوم – 239 باختيار دقيق لهندسة قلب المفاعل حتى ولو كان ذلك على حساب خسارة بعض المزايا من إجراء هذا التصميم , وفي مثل هذه المفاعلات يجب استبدال الوقود النووي على فترات لاتتجاوز السنتين , حيث بعد هذه المدة يلعب انشطار نوى البلوتونيوم – 239 دورا هاما وعندها تتكون هذه النوى وتنشطر في الوقت نفسه فلا يزداد تركيزها كثيرا إضافة لذلك ثمة ظهور مشكلة اخطر وهي إن نوى البلوتونيوم -239 تمتص النيوترونات لتتحول إلى نوى البلوتونيوم -240 والى البلوتونيوم -241 والبلوتونيوم -242 ويتراكم مقدار البلوتونيوم 240 بسرعة لعدم قابلية نواه على الانشطار, وإذا احتوى البلوتونيوم المنتج على قدر لا بأس به من نظير البلوتونيوم240 يصبح غير موثوق بة كمادة لصنع الأسلحة لذلك يجب ازالة الوقود النووي من المفاعل قبل بدء هذا النظير بالتراكم ومعالجته لغرض استخلاص البلوتونيوم -239 واستخدامه في صنع القنابل النووية

-جـ- مفاعلات إنتاج الطاقة

تصنف المفاعلات المنتجة للطاقة وفقا ً لأسلوب إحداث الانشطار النووي إلى مفاعلات حرارية ومفاعلات سريعة وتصنف ضمن كل نوع استنادا إلى نوع الوقود المهدئ إلى:-
1- المفاعلات الحرارية :- التي يحدث فيها الانشطار النووي بواسطة النيوترونات الحرارية وتسمى بالحرارية لان عملية انشطار اليورانيوم تحدث بفعل نيوترونات حرارية (بطيئة) .
تم إنشاء مفاعلات إنتاج القوة الكهربائية التي تصل إلى 1300 ميكا واط ولكن بجميع الحجوم الشائعة تنحصر بالمدى ( 500 – 1000 ) وبنقصان الحجم تزداد كلفة القوة الكهربائية عادة ً . للمعامل الصغيرة الحجم بعض الفوائد ,تكون أكثر ثقة بسبب الشد القليل للمكونات فمن الممكن إنشاؤها بسهولة أكثر في مناطق بعيدة لسهولة نقل المكونات الصغيرة وقد تكون الشبكة الكهربائية أكثر قدرة على اكتساب القوة المعدلة الإضافية
أ- مفاعلات حرارية مهدأة بالكرافيت ومبردة بالماء
يتالف قلب هذا المفاعل من الكرافيت تتخلله قضبان الوقود ويستخدم غاز ثنائي اوكسيد الكربون المضغوط لنقل الحرارة المتولدة إلى المبادل الحراري خارج قلب المفاعل . وتصنف هذة المفاعلات تبعا لنوع الوقود المستخدم إلى عدة انواع
1- مفاعلات تستخدم وقود فلز اليورانيوم الطبيعي المغلف بسبيكة المغنسيوم . وتمثل هذه المفاعلات الجيل الأول المستخدم في محطات إنتاج الطاقة الكهربائية . ويتكون الوقود من قضبان من فلز اليورانيوم الطبيعي وطول القضيب الواحد حوالي المتر ومغلف تغليفا محكما داخل اسطوانة مصنوعة من سبيكة لفلز المغنسيوم , ويمكن للقضيب الواحد إنتاج الطاقة في المفاعل لمدة خمس سنوات وباستمرار وتعادل الطاقة التي ينتجها القضيب الواحد طاقة حرق مائة وخمسين طنا ً من الفحم . هذا ويحتوي قلب المفاعل على ما يقارب خمسين ألف قضيب من الوقود
2- مفاعلات تستخدم وقودا مكونا من اوكسيد اليورانيوم الغني , وتصل نسبة الاغناء باليورانيوم – 235 إلى حوالي 2% ويغلف الوقود بفولاذ لا يصدأ. وتمثل هذه المفاعلات الجيل الثاني من المفاعلات الحرارية المهدأة بالكرافيت والمبردة بالغاز وتسمى (المفاعلات الغازية المتطورة ) حيث تعمل عند درجات حرارة أعلى وبكفاءة أفضل من كفاءة الجيل الأول من المفاعلات
3- مفاعلات تستخدم وقودا مكونا من اوكسيد اليورانيوم الغني , ذي نسبة أغناء باليورانيوم -235 تتراوح بين 4.4% إلى 5.5 % والوقود بهيئة حبيبات كل واحدة مغلفة بالكرافيت وكاربيد السيلكون وتغلف كل مجموعة من الحبيبات في قضيب للوقود بالكرافيت وتمثل هذه المفاعلات الجيل الثالث من المفاعلات الحرارية المهدأة بالكرافيت والمبردة بالغاز
إن أفضلية استعمال الكرافيت على الماء كمهدئ هي بصورة أولية إمكانية وصول البخار درجات حرارية عالية ولكن له فوائد أخرى أيضا كمهدئ يكون أفضل من الماء الخفيف , اقل كلفة من الماء الثقيل , ويمتلك ثباتا ميكانيكيا مرشدا إلى تصميم بسيط للقلب
-ب-مفاعلات حرارية مهدأة بالماء الثقيل ومبردة بالماء الاعتيادي
يستخدم في هذه المفاعلات وقود مكون من اوكسيد اليورانيوم الغني وبدرجة إغناء تتراوح بين 2% إلى 3% ومغلف بسبيكة لفلز الزركونيوم , حيث توضع قضبان الوقود داخل أنبوب من الغلاف مصنوع بأسلوب كي يتحمل ضغطا عاليا , وترتب هذه القضبان بشكل هندسي داخل مادة المهدئ المكونة من الماء الثقيل ومعزولة عنة بأسلوب يسمح بمرور أنابيب تحتوي على الماء الاعتيادي المستخدم لتبريد الوقود ونقل حرارته إلى خارج المفاعل والى المبادل الحراري


اخوكم القيسي

[abubakeralbeed]

شكراً لك ....................... thanks