[ماجد طه]

ـ تصنيع وحدات الوقود النووي :

ـ تحويل اليورانيوم : ويتم في هذه المرحلة تحويل اليورانيوم إلى الصورة الكيميائية التي سيدخل بها إلى المفاعل لكي يتحمل تأثير الإشعاع وفي نفس الوقت يسهل تشكيله , وقد وجد أن أفضل صورة كيميائية له هو أن يكون على شكل ثاني أكسيد اليورانيوم UO2 وهو مسحوق أسود يحتوي على 88 % يورانيوم وكثافته حوالي 11 غ للسنتمتر المكعب ودرجة انصهاره 2800 درجة مئوية .

صورة رقم 2 ثاني أكسيد اليورانيوم

[ماجد طه]

ويحدد تصميم المفاعل الأشكال التي يجب أن يكون عليها الوقود النووي كي يحقق أكبر كفاءة ممكنة للتفاعل الإنشطاري وتوزيع النيوترونات وفي نفس الوقت حتى يمكن أن يتخلله المبرد بسهولة ولهذا يتم كبس مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم الأسود على هيئة كتل أسطوانية الشكل طول الواحدة بضعة سنتيمترات ( حسب الشكل ) وترص هذه الكتل داخل مواسير إسطوانية يبلغ طول الواحدة منها حوالي 4 أمتار , ثم تقفل من الناحيتين , وتسمى هذه المواسير قضبان الوقود النووي ( Nuclear Fuel Rods ) .وجميع المواد التي تدخل في تصنيع وحدات الوقود يجب أن تستوفي الشروط الخاصة التي تجعلها تتحمل الظروف القاسية في قلب المفاعل والتي يدخل فيها بشكل خاص عنصر الزيركونيوم .

الصورة رقم 3 قضبان الوقود النووي

[ماجد طه]

ـ احتراق الوقود النووي :

توضع وحدات الوقود النووي في قلب المفاعل بصورة تجعل من الممكن استبدالها بوحدات جديدة بسهولة , وأحياناً بدون توقف المفاعل , ويستلزم الأمر استبدال الوحدات قبل احتراق كل الوقود النووي في الوحدة لسببين الأول هو أن الظروف القاسية داخل قلب المفاعل تقلل من قوة تحملها , والثاني هو أن ازدياد نواتج الإنشطار يقلل من كفاءة التفاعل , وبالتالي من كفاءة الوقود النووي , وتتم عملية الإستبدال هذه مرة كل سنة تقريباً .وفي مفاعل بقدرة 1000 ميغاوات كهربائي تكون الشحنة المحترقة حوالي النصف تقريباً فلو كان تركيب الوقود الأصلي هو 3 % يورانيوم 235 و97 % يورانيوم 238 فإن الوقود المحترق يكون تركيبه هو 1 % بلوتونيوم و 3 % نواتج انشطار و95 % يورانيوم 238 .

صورة رقم 4 عملية استبدال وحدات الوقود النووي

[ماجد طه]

أنواع المفاعلات السلمية لتوليد الطاقة الكهربائية :

تقدر قدرة المفاعل النووي بالميغاوات حراري , وهي مقدار الحرارة التي يمكن أن يعطيها المفاعل عند تشغيله بأقصى قدرة , أو بالميغاوات الكهربائي وهي أقصى قدرة للمفاعل على توليد الكهرباء وهي دائماً أقل من القدرة الحرارية حيث أنه من المستحيل تحويل كل الحرارة التي يعطيها المفاعل إلى كهرباء , فلابد من فقد جزء من الحرارة أثناء التحويل .

وتتنوع المفاعلات كثيراً حسب تصميمها وقدرتها والمواد المستخدمة في مكوناتها , وسنكتفي بذكر الأنواع الأكثر انتشاراً من هذه المفاعلات , وهي كلها تسمى مفاعلات حرارية لأنها تعتمد على النيوترونات البطيئة والتي تسمى النيوترونات الحرارية في إحداث التفاعل الإنشطاري .

أولاً ـ مفاعلات الماء العادي :

وهي المفاعلات التي تستخدم الماء العادي كمهدئ ومبرد وناقل للحرارة , ولذلك فوقودها من اليورانيوم المخصب إلى حوالي 3 % من النظير 235 وينقسم هذا النوع من المفاعلات إلى نوعين حسب دورة الماء في نقل الحرارة إلى عنفات توليد الكهرباء .

1

ـ مفاعل الماء المغلي ( Boiling Water Reactor ) :

وفيها يمر الماء خلال دورة واحدة من قلب المفاعل إلى العنفات حيث يغلي داخل المفاعل ويخرج بخاراً إلى العنفات في درجة حرارة تبلغ 285 درجة مئوية , وتحت ضغط يعادل حوالي 70 ضعفاً للضغط الجوي , حيث يعود البخار إلى التكاثف من جديد بعد إدارة العنفات وهكذا , لكن مخاطر هذا النوع أن الماء يكون بتلامس مع الوقود النووي وينقل هذا الإشعاع إلى العنفات .

2ـ مفاعل الماء المضغوط ( Pressurized Water Reactor ) :

وتوجد فيها دورتان للماء , الأولى مغلقة تماماً لنقل الحرارة من قلب المفاعل إلى دورة الماء الثانية والتي تنقلها بدورها إلى العنفات , ففي الدورة الأولى يظل الماء سائلاًَ خلال الدورة كلها ويخرج من قلب المفاعل في درجة حرارة تبلغ حوالي 325 درجة مئوية وتحت ضغط يبلغ حوالي 150 ضعف الضغط الجوي ليمر من خلال دورة الماء الثانية التي يتم فيها توليد البخار وتوجيهه لإدارة العنفات ثم تكثيفه وإعادته مرة أخرى إلى بداية هذه الدورة ووجود الدورة الثانية التي لا يلامس فيها الماء الوقود النووي يرفع من درجة الأمان الإشعاعي ويمنع انتقال أية نظائر مشعة من قلب المفاعل إلى العنفات , ولكن من ناحية أخرى يزيد الضغط وتزيد درجة الحرارة في قلب المفاعل عن مفاعلات الماء المغلي , وتستخدم مفاعلات الماء المضغوط على نطاق واسع في محطات توليد الكهرباء وهو أيضاً النوع المفضل من المفاعلات في إدارة السفن والغواصات النووية حيث يوجد حوالي 350 مفاعلاً من هذا النوع قائماً بالفعل

ثانياً ـ مفاعلات الماء الثقيل :

وهي مفاعلات نووية تستخدم الماء الثقيل الذي يحتوي على الديتيريوم بدلاً من الهيدروجين كمهدئ ومبرد في دورة أولية , وتستخدم الماء العادي كناقل للحرارة ولإدارة العنفات في دورة ثانية وهي تشبه مفاعلات الماء المضغوط إلى حد كبير فيما عدا استخدام الماء الثقيل الذي يسمح باستخدام اليورانيوم الطبيعي بدون تخصيب .

ثالثاً ـ مفاعلات التبريد الغازي :

وهي مفاعلات نووية وقودها اليورانيوم الطبيعي ويستخدم فيها الغرافيت كمهدئ وغاز ثاني أكسيد الكربون CO2 كمبرد في دورة أولية لينقل الحرارة إلى دورة ثانية لتوليد البخار على غرار مفاعلات الماء المضغوط حيث يخرج ثاني أكسيد الكربون من قلب المفاعل في درجة حرارة 400 درجة مئوية وضغط يعادل 70 ضعف الضغط الجوي , وهذا النوع تم تطويره واستخدامه لأول مرة في بريطانيا عام 1956 .

رابعاً ـ مفاعلات الماء والغرافيت :

وهي مفاعلات تستخدم الغرافيت كمهدئ والماء العادي كمبرد وناقل للحرارة حيث يمر في قلب المفاعل خلال أنابيب تحتوي على الوقود , ويخرج في درجة حرارة 284 درجة مئوية وضغط يعادل 68 ضعف الضغط الجوي ليدير العنفات , ثم يتكثف ويعود ثانية إلى قلب المفاعل , وهذه المفاعلات تمثل الصورة المتطورة من أول مفاعل أنشئ في الإتحاد السوفيتي السابق في عام 1954 بقدرة 5 ميغا وات ساعي , وقد طورت هذه المفاعلات إلى أن وصلت قدرتها إلى 1500 ميغا وات ساعي , وكان مفاعل تشيرنوبل من هذا الطراز , ولكن بعد الحادث الشهير أوقف إنشاء أي مفاعلات جديدة منه , ومن المعروف أن هذا الطراز لا تتبع فيه إجراءات الأمن الصارمة التي تتبع في مفاعلات الطرازات التي ذكرت سابقاً , حيث لم يكن لمفاعل تشيرنوبل الدرع الواقي الذي يتحمل مثل هذه الحوادث ويمنع تسرب أي شيء من قلب المفاعل عند حدوثها .

------------------------------------------------------------------------------------------------

دورة الوقود النووي

يمكن النظر إلى دورة الوقود النووي على أنها دائرة مغلقة يدخل إليها اليورانيوم القادم من المناجم ويخرج منها اليورانيوم المستنفذ الذي يحتوي على 0.2 % يورانيوم 235 من ناحية , ويخرج منها البلوتونيوم ونواتج الإنشطار من ناحية أخرى , وهناك وحدات معالجة خاصة تعمل مع مفاعلات خاصة في دورة وقود هدفها الأساسي هو إنتاج البلوتونيوم بغرض صناعة الأسلحة النووية , وهذه طبعاً منشآت عسكرية سرية ولا يعلن عن نشاطها .

صورة رقم 5 دورة الوقود النووي

[ماجد طه]

أتـــــــــــــمنى الفـــــــــــــائدة للجميــــــــــــــــــــع

دمتم بخير