الوقود الكهربائي

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة
مجموعة وقود لمحطة طاقة نووية روسية من طراز VVER

يشير مصطلح الوقود النووي إلى أي مادة تُستخدم في المفاعلات النووية أو غيرها من الأجهزة النووية كوقود لتوليد الطاقة. يحتوي الوقود النووي على مواد قابلة للانشطار ، مثل اليورانيوم ، الذي يخضع للانشطار النووي في المفاعل. ويمكن تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة من انشطار الوقود النووي إلى كهرباء في محطة الطاقة النووية .

على عكس الوقود الكيميائي ، الذي يُطلق الطاقة عبر تفاعل كيميائي ، يُطلق الوقود النووي الطاقة عبر تفاعل نووي ، ويتميز بكثافة طاقة أعلى بكثير من الوقود الكيميائي. فالطاقة المنبعثة من انشطار ذرة واحدة من اليورانيوم-235 تفوق بنحو 100 مليون مرة الطاقة المنبعثة من احتراق ذرة كربون واحدة في الهواء لإنتاج ثاني أكسيد الكربون . [ 1 ] كما أن قرصًا واحدًا من وقود اليورانيوم المستخدم في مفاعل الماء الخفيف يُنتج حرارة أكثر من حرق طن واحد من الفحم . [ 2 ]

تعبير

يتطلب الوقود النووي المستخدم في مفاعلات الانشطار مادة قابلة للانشطار، والتي يمكن أن تخضع لتفاعل انشطاري متسلسل مدفوع بالنيوترونات . اليورانيوم-235 هو النظير الوحيد القابل للانشطار الموجود طبيعيًا، ويوجد مختلطًا مع اليورانيوم-238 في اليورانيوم الطبيعي. أما المادتان الانشطاريتان الأخريان الوحيدتان المستخدمتان كوقود فهما البلوتونيوم-239 واليورانيوم -233 ، واللذان يتم الحصول عليهما من خلال التحويل النووي من اليورانيوم-238 والثوريوم -232 ، على التوالي.

يمكن أن يحتوي الوقود النووي أيضًا على مواد قابلة للانشطار ، مثل اليورانيوم-238 أو الثوريوم ، والتي يمكن تحويلها إلى مواد انشطارية عند امتصاصها نيوترونًا. المفاعل المولد هو مفاعل يستخدم مادة قابلة للانشطار لإنتاج كمية من المواد الانشطارية تفوق ما يستهلكه. تتضمن بعض المفاعلات "بذرة" انشطارية محاطة بـ" غطاء " من العناصر التي تحتوي فقط على مواد قابلة للانشطار، يُسمى وقود الغطاء . [ 3 ] أما عناصر الوقود التي تحتوي على مواد انشطارية، وبالتالي تُحفز تفاعل الانشطار، فتُسمى وقود المحرك . [ 3 ] [ 4 ]

إنتاج

تصف دورة الوقود النووي كيفية إنتاج الوقود النووي واستخدامه والتخلص منه.

اليورانيوم هو المادة الانشطارية الوحيدة الموجودة طبيعيًا على سطح الأرض . ومع ذلك، فإن نظير اليورانيوم -235 الانشطاري موجود بكمية ضئيلة فقط (0.7% من اليورانيوم الطبيعي). ولصنع الوقود النووي، يُستخرج اليورانيوم على شكل خام، ويُحوّل إلى سداسي فلوريد اليورانيوم ، ويُخصّب لزيادة كمية اليورانيوم -235 الموجودة فيه. [ 5 ] ثم يُحوّل اليورانيوم المخصب إلى أكسيد أو معدن، ويُصنع منه عناصر الوقود. تُغلّف عناصر الوقود هذه في النهاية بأغلفة واقية، وتُشحن إلى محطة الطاقة النووية لاستخدامها. [ 6 ]

يحتوي الوقود النووي المستهلك على مواد انشطارية وخصبة متبقية، بالإضافة إلى نظائر انشطارية مُولَّدة مثل البلوتونيوم -239 أو اليورانيوم -233 . يمكن إعادة معالجة هذه المواد التي يُحتمل أن تكون وقودًا نوويًا لإنتاج وقود نووي جديد واستخدامه في محطة طاقة، أو يمكن التخلص منها كنفايات مشعة . تُعرف العملية الكاملة للإنتاج والاستخدام وإعادة التدوير أو التخلص بدورة الوقود النووي . [ 3 ]

وقود الأكسيد

بالنسبة لمفاعلات الانشطار، يعتمد الوقود (الذي يعتمد عادةً على اليورانيوم ) عادةً على أكسيد المعدن ؛ ويتم استخدام الأكاسيد بدلاً من المعادن نفسها لأن درجة انصهار الأكسيد أعلى بكثير من درجة انصهار المعدن ولأنه لا يمكن أن يحترق، كونه بالفعل في حالة مؤكسدة.

ثاني أكسيد اليورانيوم

ثاني أكسيد اليورانيوم مادة صلبة سوداء شبه موصلة . ويمكن تصنيعه عن طريق تسخين نترات اليورانيل لتكوين UO₂2 .

UO 2 (NO 3 ) 2 · 6 H 2 O → UO 3 + 2 NO 2 + ½ O 2 + 6 H 2 O (g)

ثم يُحوّل هذا المركب بالتسخين مع الهيدروجين لتكوين أكسيد اليورانيوم (UO₂ ) . ويمكن تحضيره من سداسي فلوريد اليورانيوم المخصب عن طريق تفاعله مع الأمونيا لتكوين مادة صلبة تُسمى ثنائي يورانات الأمونيوم ، (NH₄ ) ₂U₂O₇ . ثم تُسخّن هذه المادة ( تُكلس ) لتكوين أكسيد اليورانيوم ( UO₂ ) .يُحوّل المركب U₃O₈، الذي يُسخّن مع الهيدروجين أو الأمونيا، إلى UO₂. [ 7]يُخلط UO₂معمادةرابطة عضوية ويُضغط على شكل أقراص. ثم تُسخّن الأقراص في درجة حرارة أعلى بكثير (في الهيدروجين أو الأرجون) لتلبيدالمادةالصلبة. والهدف هو تكوين مادة صلبة كثيفة ذات مسامات قليلة.

تتميز الموصلية الحرارية لثاني أكسيد اليورانيوم بانخفاضها الشديد مقارنةً بمعدن الزركونيوم ، وتتناقص هذه الموصلية مع ارتفاع درجة الحرارة. وتخضع عملية تآكل ثاني أكسيد اليورانيوم في الماء لعمليات كهروكيميائية مشابهة لتلك التي تتحكم في التآكل الجلفاني لسطح المعدن.

أثناء تعرض الوقود لتدفق النيوترونات خلال التشغيل العادي في بيئة قلب المفاعل، تمتص نسبة ضئيلة من اليورانيوم -238 الموجود فيه النيوترونات الزائدة وتتحول إلى اليورانيوم -239 . يتحلل اليورانيوم -239 بسرعة إلى النبتونيوم -239، الذي يتحلل بدوره بسرعة إلى البلوتونيوم -239 . يتميز البلوتونيوم -239 ، وهو النسبة الضئيلة، بمقطع عرضي نيوتروني أكبر من اليورانيوم -235 . ومع تراكم البلوتونيوم -239 ، يتحول التفاعل المتسلسل من اليورانيوم -235 النقي عند بدء استخدام الوقود إلى نسبة تقارب 70% من اليورانيوم -235 و30% من البلوتونيوم -239 في نهاية فترة تعرض الوقود التي تتراوح بين 18 و24 شهرًا. [ 8 ]

موكس

الوقود المختلط الأكسيدي ( MOX ) هو مزيج من البلوتونيوم واليورانيوم الطبيعي أو المستنفد ، ويتصرف بشكل مشابه (وإن لم يكن مطابقًا تمامًا) لليورانيوم المخصب الذي صُممت معظم المفاعلات النووية من أجله. يُعد وقود MOX بديلاً عن وقود اليورانيوم منخفض التخصيب (LEU) المستخدم في مفاعلات الماء الخفيف التي تُهيمن على توليد الطاقة النووية .

أُثيرت بعض المخاوف من أن استخدام وقود MOX سيُؤدي إلى تحديات جديدة في التخلص منه، على الرغم من أن MOX يُعد وسيلة للتخلص من فائض البلوتونيوم عن طريق التحويل النووي . وقد جرت إعادة معالجة الوقود النووي التجاري لإنتاج MOX في مصنع سيلافيلد MOX (إنجلترا). اعتبارًا من عام 2015، يُصنع وقود MOX في فرنسا في موقع ماركول النووي ، وبدرجة أقل في روسيا في مجمع التعدين والكيمياء ، وفي الهند واليابان. وتخطط الصين لتطوير مفاعلات التوليد السريع وإعادة المعالجة.

كانت الشراكة العالمية للطاقة النووية اقتراحًا أمريكيًا في عهد إدارة جورج دبليو بوش لتشكيل شراكة دولية لإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك بطريقة تجعل البلوتونيوم الموجود فيه قابلاً للاستخدام كوقود نووي، ولكن ليس لصنع أسلحة نووية. لم يُسمح بإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك من المفاعلات التجارية في الولايات المتحدة لاعتبارات عدم الانتشار النووي . جميع الدول الأخرى التي تُجري عمليات إعادة المعالجة تمتلك منذ فترة طويلة أسلحة نووية من وقود مفاعلات الأبحاث ذات التوجه العسكري ، باستثناء اليابان. عادةً، مع تغيير الوقود كل ثلاث سنوات تقريبًا، يُحرق حوالي نصف البلوتونيوم -239 في المفاعل، مما يوفر حوالي ثلث الطاقة الإجمالية. يتصرف هذا النظير مثل اليورانيوم -235 ، وينتج عن انشطاره كمية مماثلة من الطاقة. كلما زاد معدل الاحتراق ، زادت كمية البلوتونيوم الموجودة في الوقود المستهلك، ولكن كمية البلوتونيوم القابلة للانشطار المتاحة تقل. عادة ما يكون حوالي واحد بالمائة من الوقود المستخدم الذي يتم تصريفه من المفاعل هو البلوتونيوم، وحوالي ثلثي هذا الوقود قابل للانشطار (حوالي 50٪ 239 Pu ، 15٪ 241 Pu ).

الوقود المعدني

صورة مقرّبة لنسخة طبق الأصل من وقود الصفيحة المعدنية لمفاعل الأبحاث في معهد لاو-لانجفين

تتميز أنواع الوقود المعدني بسهولة تصنيعها، وموصلية حرارية عالية، وكثافة ذرات قابلة للانشطار. ولها تاريخ طويل من الاستخدام، بدءًا من مفاعل كليمنتين عام 1946 وصولًا إلى العديد من مفاعلات الاختبار والبحث. يمكن استخدام اليورانيوم أو البلوتونيوم النقي، إلا أن أنواع الوقود المعدني عادةً ما تكون سبائك . كما يمكن دمج الأكتينيدات الثانوية في أنواع الوقود المعدني كجزء من دورة وقود نووي مغلقة. وكما هو الحال مع وقود الأكسيد، يُغلّف الوقود المعدني عادةً بمادة تغليف، وذلك لتوفير الدعم الهيكلي ومنع تسرب نواتج الانشطار إلى سائل تبريد المفاعل. [ 4 ]

بالمقارنة مع الأكاسيد، تُعدّ أنواع الوقود المعدني أسهل في التصنيع وإعادة المعالجة، لكنها تعاني من انتفاخ أكبر عند التعرض للإشعاع. كما أن درجة انصهارها أقل من درجة انصهار أنواع الوقود الخزفية، وبالتالي لا يمكنها تحمل درجات حرارة عالية مماثلة. [ 9 ] ينتفخ الوقود المعدني بشكل أكبر عند التعرض للإشعاع لأنه يحتفظ بغازات الانشطار بشكل أفضل من الوقود الأكسيدي. وتميل نواتج انشطار اللانثانيدات أيضًا إلى الهجرة إلى سطح الوقود، ويمكن أن تتفاعل مع مواد التغليف الحديدية . [ 10 ]

على الرغم من أن الوقود المعدني ينصهر عند درجة حرارة أقل مقارنةً بالخزف، إلا أن موصليته الحرارية العالية جدًا تؤدي إلى انخفاض ملحوظ في درجة حرارة ذروة الوقود، مما يمنع انصهاره. كما يتميز الوقود المعدني بمعامل تمدد حراري كبير ، وهو ما يُعدّ ميزة أمان جوهرية. فمع ارتفاع درجة حرارة الوقود، يؤدي تمدد المعدن إلى زيادة تسرب النيوترونات وإبطاء التفاعل. كما يتميز المعدن بمعامل دوبلر منخفض ، مما يمنع ارتفاع التفاعل بشكل مفاجئ أثناء التبريد. [ 11 ] وبالمقارنة مع الخزف، يتميز الوقود المعدني بسعة حرارية أقل ، مما يسمح بتبريده بسهولة أثناء وقوع حادث. وبالتالي، حتى مع انخفاض درجة انصهاره، فإن هامش أمان الوقود المعدني قد يكون أعلى بكثير من هامش أمان الخزف. [ 4 ]

يتميز معدن اليورانيوم النقي بأعلى كثافة ذرية قابلة للانشطار بين جميع أنواع الوقود النووي، إلا أنه يعاني من استقرار إشعاعي ضعيف للغاية. وتحد خصائصه الفيزيائية والكيميائية والإشعاعية الضعيفة من استخدامه في المفاعلات النووية. [ 10 ] ولتحسين خصائصه الإشعاعية، يُخلط عادةً مع عناصر أخرى. وتشمل السبائك المستخدمة اليورانيوم-الزركونيوم (U-Zr)، وهيدريد اليورانيوم-الزركونيوم (UZrH)، واليورانيوم-الموليبدينوم، بالإضافة إلى مركبات بين فلزية مثل اليورانيوم-الألومنيوم، أو اليورانيوم-السيليكون. [ 10 ]

تُستخدم أنواع الوقود المعدني بكثرة في المفاعلات السريعة نظرًا لسهولة تصنيعها، وكثافتها العالية من المواد الانشطارية، وسهولة إعادة معالجتها . ويمكن إعادة تدوير الوقود المعدني بسهولة عن طريق الصهر أو المعالجة الحرارية . [ 12 ] اعتمدت المفاعلات السريعة المبردة بالصوديوم (SFRs) في بداياتها بشكل أساسي على الوقود المعدني، ولا سيما مفاعل التوليد التجريبي الثاني (EBR-II). إلا أن المشكلات اللاحقة، وخاصة التورم الناتج عن الإشعاع، دفعت برامج المفاعلات السريعة إلى التحول إلى استخدام الوقود الأكسيدي. [ 9 ] ومع تحسن فهم سلوك الوقود المعدني في مفاعل EBR-II، تم تطوير أنواع وقود معدني قادرة على العمل بمعدلات احتراق عالية. وقد ساهمت مواد التغليف المحسّنة، ولا سيما HT9، في حل مشكلات تشوه الوقود المعدني إلى حد كبير. [ 13 ]

يركز تطوير الوقود المعدني للمفاعلات السريعة الفائقة بشكل أساسي على اليورانيوم-الزركونيوم (يُعرف عادةً باسم U-10%Zr أو U-10Zr) أو سبائك اليورانيوم-البلوتونيوم-الزركونيوم (U-Pu-Zr). ويمكن أيضًا تصنيع وقود U-Pu-Zr باستخدام الأكتينيدات الثانوية لاستخدامه في تحويل الوقود النووي المستهلك . [ 9 ] تتميز سبائك الزركونيوم بثبات إشعاعي جيد وتوافق كيميائي ممتاز، كما أنها سهلة إعادة المعالجة. [ 13 ] في الولايات المتحدة، طوّر برنامج المفاعل السريع المتكامل وقود U-Zr وU-Pu-Zr القادر على تحمل احتراق عالٍ دون أي أعطال في الوقود. [ 11 ]

وقود تريغا

يُستخدم وقود TRIGA في مفاعلات TRIGA (التدريب، البحث، النظائر، جنرال أتوميكس ). يستخدم مفاعل TRIGA وقود UZrH، الذي يتميز بمعامل تفاعل حراري سلبي فوري ، ما يعني أنه مع ارتفاع درجة حرارة قلب المفاعل، ينخفض ​​التفاعل. [ 14 ] معظم القلوب التي تستخدم هذا الوقود هي قلوب "عالية التسريب" حيث يمكن الاستفادة من النيوترونات المتسربة الزائدة في الأبحاث. أي يمكن استخدامها كمصدر للنيوترونات . صُمم وقود TRIGA في الأصل لاستخدام اليورانيوم عالي التخصيب، ولكن في عام 1978 أطلقت وزارة الطاقة الأمريكية برنامجها "تقليل التخصيب لمفاعلات الاختبار البحثية"، الذي شجع على تحويل المفاعلات إلى استخدام وقود اليورانيوم منخفض التخصيب. [ 15 ] يوجد 35 مفاعل TRIGA في الولايات المتحدة، و35 مفاعلًا آخر في دول أخرى.

وقود السيراميك غير المؤكسد

تتميز أنواع الوقود الخزفية الأخرى غير الأكاسيد بميزة الموصلية الحرارية العالية ونقاط الانصهار العالية، لكنها أكثر عرضة للتورم من أنواع الوقود الأكسيدية وليست مفهومة جيدًا.

نتريد اليورانيوم

يُعدّ نتريد اليورانيوم الوقود المفضل في تصميمات المفاعلات التي تنتجها وكالة ناسا . ومن مزاياه أنه يتمتع بموصلية حرارية أفضل من ثاني أكسيد اليورانيوم (UO₂ ) . كما يتميز نتريد اليورانيوم بنقطة انصهار عالية جدًا. إلا أن عيب هذا الوقود يكمن في أنه ما لم يُستخدم النيتروجين -15 (بدلاً من النيتروجين -14 الأكثر شيوعًا)، فسينتج عن تفاعل (ن، ب) كمية كبيرة من الكربون -14 من النيتروجين .

نظرًا لارتفاع تكلفة النيتروجين اللازم لهذا النوع من الوقود، فمن المرجح أن يتطلب الوقود معالجة حرارية لاستعادة النيتروجين -15 . ومن المحتمل أيضًا أنه في حال معالجة الوقود وإذابته في حمض النيتريك ، فإن النيتروجين المخصب بالنيتروجين -15 سيُخفف بالنيتروجين-14 الشائع. يُعدّ تطاير الفلوريد طريقة لإعادة المعالجة لا تعتمد على حمض النيتريك، ولكنها لم تُجرَّب إلا في منشآت صغيرة نسبيًا، بينما تُستخدم عملية PUREX المُثبتة تجاريًا لحوالي ثلث الوقود النووي المستهلك (أما الباقي فيخضع لدورة وقود لمرة واحدة).

جميع مركبات النيتروجين والفلوريد متطايرة أو غازية في درجة حرارة الغرفة، ويمكن تقطيرها تجزيئيًا من المنتجات الغازية الأخرى (بما في ذلك سداسي فلوريد اليورانيوم المستخلص ) لاستعادة النيتروجين المستخدم في البداية. إذا أمكن معالجة الوقود بطريقة تضمن انخفاض التلوث بالكربون غير المشع (وهو ليس ناتج انشطار شائعًا، وغائب في المفاعلات النووية التي لا تستخدمه كمهدئ )، فيمكن استخدام تطاير الفلوريد لفصل 14جـ الناتج عن إنتاج رابع فلوريد الكربون . 14يُقترح استخدام الكربون في بطاريات نووية منخفضة الطاقة ذات عمر طويل بشكل خاص تسمى بطاريات الماس .

كربيد اليورانيوم

معظم ما هو معروف عن كربيد اليورانيوم يتعلق بعناصر الوقود من نوع الدبوس للمفاعلات السريعة ذات المعدن السائل خلال دراستها المكثفة في الستينيات والسبعينيات. ومؤخراً، عاد الاهتمام بكربيد اليورانيوم في شكل وقود لوحي، والأهم من ذلك، جزيئات الوقود الدقيقة (مثل الجزيئات ثلاثية البنية المتجانسة).

تُعدّ الموصلية الحرارية العالية ونقطة الانصهار المرتفعة لكربيد اليورانيوم وقودًا جذابًا. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لغياب الأكسجين في هذا الوقود (إذ قد يتراكم ضغط غاز زائد أثناء التشعيع نتيجة لتكوّن الأكسجين أو غازات أخرى)، فضلًا عن قدرته على التكامل مع الطلاء الخزفي (حيث تتمتع واجهة السيراميك-السيراميك بمزايا هيكلية وكيميائية)، يُمكن أن يكون كربيد اليورانيوم الوقود الأمثل لبعض مفاعلات الجيل الرابع، مثل المفاعل السريع المبرد بالغاز . وعلى الرغم من انخفاض المقطع العرضي النيوتروني للكربون، إلا أنه خلال سنوات الاحتراق، يكون 12 هو السائد.سيخضع الكربون لعملية التقاط النيوترونات لإنتاج النظير المستقر 13بالإضافة إلى الكربون المشع 14ج . على عكس الـ 14الكربون الناتج عن استخدام نترات اليورانيوم، 14سيشكل الكربون -14 شوائب نظائرية صغيرة فقط في إجمالي محتوى الكربون، وبالتالي سيجعل محتوى الكربون بأكمله غير مناسب للاستخدامات غير النووية، ولكن الـ 14سيكون تركيز الكربون منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن استخدامه في البطاريات النووية دون تخصيب. وينطبق الأمر نفسه على الجرافيت النووي المنبعث من المفاعلات التي استُخدم فيها كمهدئ.

الوقود السائل

تحتوي أنواع الوقود السائل على مواد انشطارية في سائل ناقل، إما مذابة أو على شكل معلق، وتوفر العديد من المزايا التشغيلية مقارنةً بأنواع الوقود الصلب التقليدية. [ 16 ] يعاني الوقود الصلب من أضرار الإشعاع والتآكل، بينما لا يعاني الوقود السائل من ذلك. كما يُغني الوقود السائل عن عملية تصنيع الوقود المكلفة، ويُسهّل إعادة معالجته. مع ذلك، يطرح الوقود السائل بعض التحديات، بما في ذلك تآكل وعاء المفاعل. [ 17 ]

توفر المفاعلات التي تعمل بالوقود السائل مزايا أمان كبيرة مقارنةً بالمفاعلات التي تعمل بالوقود الصلب، وذلك بفضل ديناميكياتها المستقرة بطبيعتها. تميل أنواع الوقود السائل، وخاصةً الوقود المائي، إلى امتلاك معامل تفاعل حراري سلبي قوي . يؤدي أي ارتفاع مفاجئ في الطاقة في مفاعل يعمل بالوقود السائل إلى تسخين الوقود والمهدئ، مما يُبطئ التفاعل المتسلسل بسرعة. يوفر هذا فائدتين رئيسيتين: القضاء شبه التام على احتمالية حدوث انصهار متسلسل في المفاعل، وتوفير قدرة تلقائية على تتبع الحمل، وهي ميزة مناسبة تمامًا لتوليد الكهرباء وتطبيقات التسخين الصناعية ذات درجات الحرارة العالية. لا تتطلب بعض المفاعلات التي تعمل بالوقود السائل قضبان تحكم . [ 18 ] في بعض تصميمات القلب السائل، يمكن تصريف الوقود بسرعة إلى خزان تصريف آمن سلبيًا. وقد تم إثبات ذلك مرارًا وتكرارًا كجزء من إجراءات الإيقاف الدورية لتجربة مفاعل الملح المنصهر من عام 1965 إلى عام 1969. [ 19 ]

يستطيع اللب السائل إطلاق غاز الزينون ، الذي يعمل عادةً كممتص للنيوترونات ( 135).يُعد الزينون أقوى سم نيوتروني معروف ، ويتم إنتاجه بشكل مباشر وكنتيجة لتحلل النظير 135.يُعدّ اليود أحد نواتج الانشطار ، ويُسبب انسدادات هيكلية في عناصر الوقود الصلب (مما يؤدي إلى الاستبدال المبكر لقضبان الوقود الصلب مع بقاء أكثر من 98% من الوقود النووي غير محترق، بما في ذلك العديد من الأكتينيدات طويلة العمر). في المقابل، تتميز مفاعلات الملح المنصهر بقدرتها على الاحتفاظ بمزيج الوقود لفترات طويلة، مما يزيد من كفاءة الوقود بشكل كبير، كما أنها تحرق الغالبية العظمى من نفاياتها كجزء من خصائص التشغيل العادية. ومن سلبيات ترك اليود 135يهرب الزينون بدلاً من السماح له بالتقاط النيوترونات، مما يحوله إلى النظير 136 المستقر أساسًا والخامل كيميائيًا.إن الزينون (Xe ) يتحلل بسرعة إلى النظير المشع 135 شديد التفاعل الكيميائي وطويل العمرالسيزيوم ، الذي يتصرف بشكل مشابه للمعادن القلوية الأخرىويمكن أن تمتصه الكائنات الحية في عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها.

محاليل مائية لأملاح اليورانيل

تستخدم المفاعلات المائية المتجانسة محلولاً أو معلقاً من كبريتات اليورانيل أو أملاح اليورانيوم الأخرى في الماء. وكانت من أوائل المفاعلات النووية التي شُيّدت، وقد بُني العديد من مفاعلات الأبحاث من هذا النوع. [ 17 ] تاريخياً، كانت جميع المفاعلات المائية المتجانسة مفاعلات أبحاث صغيرة، وليست مفاعلات طاقة كبيرة.

الأملاح المنصهرة

وقود الملح المنصهر عبارة عن مخاليط يوتكتيكية من أملاح الأكتينيدات (مثل فلوريد/كلوريد الثوريوم/اليورانيوم) مع أملاح أخرى، وتستخدم في صورة سائلة فوق نقاط انصهارها النموذجية التي تبلغ عدة مئات من الدرجات المئوية. في بعض تصميمات المفاعلات التي تعمل بوقود الملح المنصهر، مثل مفاعل فلوريد الثوريوم السائل (LFTR)، يكون ملح الوقود هذا هو المبرد أيضًا؛ في تصميمات أخرى، مثل مفاعل الملح المستقر ، يتم احتواء ملح الوقود في قضبان الوقود ويكون المبرد ملحًا منفصلاً غير مشع.

استُخدمت وقود الأملاح المنصهرة بنجاح في تجربة مفاعل الطائرات وتجربة مفاعل الأملاح المنصهرة (MSRE)، وتُستخدم حاليًا في مفاعل الأبحاث TMSR-LF1 . كان الوقود السائل المستخدم في تجربة MSRE عبارة عن رباعي فلوريد اليورانيوم المذاب في خليط من فلوريد الليثيوم وفلوريد البريليوم ( FLiBe ). [ 19 ] بلغت درجة حرارة التشغيل القصوى 705  درجة مئوية في التجربة، ولكن كان من الممكن أن يعمل عند درجات حرارة أعلى بكثير نظرًا لأن درجة غليان الملح المنصهر تتجاوز 1400  درجة مئوية.

المعادن السائلة أو السبائك

طُوِّر مفهوم مفاعل يعمل بالوقود المعدني السائل في مختبر بروكهافن الوطني في خمسينيات القرن الماضي، وكان يُغذَّى باليورانيوم المذاب في البزموت السائل . [ 20 ] ويحتوي المفاعل المقترح ثنائي السوائل (DFR) على نسخة معدلة منه تُسمى DFR/m، والتي تعمل بسبائك معدنية سائلة يوتكتيكية ، مثل اليورانيوم والكروم أو اليورانيوم والحديد. [ 21 ]

البلوتونيوم المنصهر

استُخدم البلوتونيوم المنصهر، الممزوج بالحديد لخفض درجة انصهاره والمغلف بالتنتالوم ، كوقود في تجربة مفاعل البلوتونيوم المنصهر في لوس ألاموس (LAMPRE) خلال ستينيات القرن العشرين. [ 22 ] شهد مفاعل LAMPRE ثلاثة أعطال منفصلة في الوقود أثناء التشغيل، إلا أنها لم تُسبب أي مشاكل تشغيلية. عمل المفاعل بين عامي 1961 و1963، وكان من المتوقع أن يخلفه مفاعل LAMPRE-II الأكبر حجمًا. مع ذلك، أُلغي البرنامج ولم يُبنَ مفاعل LAMPRE-II أبدًا. [ 23 ]

الأشكال الفيزيائية الشائعة

يتكون الشكل القياسي للوقود في معظم المفاعلات النووية حول العالم من كريات سيراميكية من ثاني أكسيد اليورانيوم، مغلفة بأنابيب تغليف من سبيكة الزركونيوم (الزركالوي) تُسمى قضبان الوقود . في مفاعلات الماء الخفيف، يكون اليورانيوم عادةً منخفض التخصيب ، بينما تستخدم مفاعلات الماء الثقيل عادةً اليورانيوم الطبيعي (غير المخصب). [ 6 ]

يُضغط مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم (UO₂ ) على شكل كريات أسطوانية ويُلبّد عند درجات حرارة عالية لإنتاج كريات وقود نووي خزفية ذات كثافة عالية وخصائص فيزيائية وتركيب كيميائي محددين بدقة. تُستخدم عملية طحن للحصول على شكل أسطواني منتظم بتفاوتات ضيقة. تُكدّس هذه الكريات بعد ذلك داخل أنبوب مُغلّف بمعدن. يعتمد المعدن المستخدم في الأنابيب على تصميم المفاعل. كان يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في الماضي، ولكن معظم المفاعلات تستخدم الآن سبيكة الزركونيوم التي تتميز، بالإضافة إلى مقاومتها العالية للتآكل، بانخفاض امتصاصها للنيوترونات. تُضغط الأنابيب التي تحتوي على كريات الوقود بغاز الهيليوم وتُغلق بإحكام. تُجمّع قضبان الوقود النهائية في مجموعات وقود تُستخدم لبناء قلب مفاعل الطاقة. [ 24 ]

الموصلية الحرارية لمعدن الزركونيوم وثاني أكسيد اليورانيوم كدالة لدرجة الحرارة

الغلاف هو الطبقة الخارجية لقضبان الوقود، ويفصل بين سائل التبريد والوقود النووي. وهو مصنوع من مادة مقاومة للتآكل ذات مقطع عرضي منخفض لامتصاص النيوترونات الحرارية ، وعادةً ما يكون من الزيركالوي أو الفولاذ في المنشآت الحديثة، أو المغنيسيوم مع كمية قليلة من الألومنيوم ومعادن أخرى لمفاعلات ماغنوكس التي عفا عليها الزمن . يمنع الغلاف شظايا الانشطار المشعة من التسرب من الوقود إلى سائل التبريد وتلويثه. بالإضافة إلى منع التسربات الإشعاعية، يساهم الغلاف أيضًا في الحفاظ على سائل التبريد غير قابل للتآكل قدر الإمكان، ومنع التفاعلات بين نواتج الانشطار الكيميائية العدوانية وسائل التبريد. على سبيل المثال، فلز السيزيوم القلوي شديد التفاعل، والذي يتفاعل بقوة مع الماء منتجًا الهيدروجين، وهو من بين نواتج الانشطار الأكثر شيوعًا.

مجموعة وقود مفاعل الماء المضغوط (المعروفة أيضًا باسم حزمة الوقود). هذه المجموعة مأخوذة من مفاعل الماء المضغوط التابع لسفينة الركاب والشحن النووية NS Savannah  . صممتها وبنتها شركة بابكوك آند ويلكوكس.

وقود مفاعل الماء المضغوط

يتكون وقود مفاعل الماء المضغوط (PWR) من قضبان أسطوانية مجمعة في حزم. تُشكّل كريات من سيراميك أكسيد اليورانيوم وتُوضع داخل أنابيب الزيركالوي المجمعة معًا. يبلغ قطر أنابيب الزيركالوي حوالي سنتيمتر واحد (0.4 بوصة) ، وتُملأ الفجوة بين الوقود وغلافه بغاز الهيليوم لتحسين توصيل الحرارة من الوقود إلى الغلاف. تحتوي كل حزمة وقود على ما بين 179 و264 قضيبًا، ويتم تحميل ما بين 121 و193 حزمة وقود في قلب المفاعل. تتكون حزم الوقود عادةً من قضبان مُجمّعة بأبعاد تتراوح بين 14×14 و17×17 قضيبًا. يبلغ طول حزم وقود مفاعل الماء المضغوط حوالي 4 أمتار (13 قدمًا) . في حزم وقود مفاعل الماء المضغوط، تُدخل قضبان التحكم من الأعلى مباشرةً إلى داخل حزمة الوقود. تُخصب حزم الوقود عادةً بنسبة عدة بالمئة من اليورانيوم -235 . يُجفف أكسيد اليورانيوم قبل إدخاله في الأنابيب لمحاولة التخلص من الرطوبة في الوقود الخزفي التي قد تؤدي إلى التآكل والتقصف الهيدروجيني . تُضغط أنابيب الزيركالوي بالهيليوم لمحاولة تقليل التفاعل بين حبيبات الوقود وغلافها، والذي قد يؤدي إلى فشل قضيب الوقود على المدى الطويل. بمرور الوقت، يتسبب التمدد الحراري وانطلاق غازات الانشطار في تشقق حبيبات الوقود وتشوهها إلى شكل الساعة الرملية، مما يؤدي بدوره إلى تشوه مميز يشبه الخيزران في الغلاف. يمكن لهذه التفاعلات الميكانيكية أن تُجهد الغلاف، خاصةً مع ازدياد الضغط الداخلي على القضيب واستمرار انتفاخ الوقود طوال فترة التشعيع. [ 25 ]   

وقود مفاعل الماء المغلي

في مفاعلات الماء المغلي (BWR)، يكون الوقود مشابهًا لوقود مفاعلات الماء المضغوط (PWR)، باستثناء أن حزم الوقود مُغلّفة. تُحاط كل حزمة وقود بصندوق قناة رقيق من الزيركونيوم، يُوجّه تدفق الماء داخلها. [ 6 ] يُجرى ذلك أساسًا لمنع تباينات الكثافة الموضعية من التأثير على الديناميكا النيوترونية والحرارية لقلب المفاعل. في حزم وقود مفاعلات الماء المغلي الحديثة، يوجد إما 91 أو 92 أو 96 قضيب وقود لكل مجموعة، وذلك حسب الشركة المصنعة. يتراوح عدد المجموعات في قلب المفاعل بين 368 مجموعة لأصغر مفاعلات الماء المغلي و800 مجموعة لأكبرها في الولايات المتحدة . يُملأ كل قضيب وقود في مفاعلات الماء المغلي بالهيليوم حتى يصل ضغطه إلى حوالي 3 ضغط جوي قياسي (300 كيلو باسكال) . 

حزم وقود كاندو، يبلغ طول كل منها حوالي 50 سم، وقطرها 10 سم.

وقود اليورانيوم الديوتيريوم الكندي

يبلغ طول حزم وقود مفاعل كاندو (مفاعل اليورانيوم الديوتيريومي الكندي) حوالي 0.5 متر (20 بوصة) وقطرها 10 سنتيمترات (4 بوصات) . تتكون هذه الحزم من كريات (UO₂ ) مُلبّدة داخل أنابيب من سبيكة الزركونيوم، ملحومة بألواح طرفية من سبيكة الزركونيوم. يزن كل حزمة حوالي 20 كيلوغرامًا (44 رطلاً) ، ويتراوح عدد الحزم في قلب المفاعل عادةً بين 4500 و6500 حزمة، وذلك حسب التصميم. [ 3 ] تحتوي الأنواع الحديثة عادةً على 37 قضيب وقود متطابقًا مرتبة شعاعيًا حول المحور الطولي للحزمة، ولكن في الماضي، استُخدمت عدة تكوينات وأعداد مختلفة من القضبان. [ 26 ]   

تحتوي حزمة CANFLEX على 43 عنصر وقود، بمقاسين مختلفين. [ 26 ] يبلغ قطرها حوالي 10  سم (4 بوصات)، وطولها 0.5 متر (20 بوصة)، ووزنها حوالي 20 كجم (44 رطلاً)، وهي تحل محل الحزمة القياسية ذات 37 طرفًا. توفر كل حزمة CANFLEX قدرة خرج نوعية أعلى مقارنةً بحزمة CANDU القياسية. [ 3 ]    

لا تتطلب تصاميم مفاعلات كاندو الحالية استخدام اليورانيوم المخصب للوصول إلى حالة التفاعل الحرجة (نظرًا لانخفاض امتصاص النيوترونات في الماء الثقيل المستخدم كمهدئ مقارنةً بالماء الخفيف). كما أن مفاعلات كاندو قادرة على استخدام وقود مفاعلات الماء الخفيف المستهلك مباشرةً. [ 27 ] مع ذلك، تدعو بعض المفاهيم الأحدث إلى استخدام تخصيب منخفض للمساعدة في تقليل حجم المفاعلات. محطة أتوتشا للطاقة النووية في الأرجنتين، وهي ذات تصميم مشابه لمفاعل كاندو ولكنها بُنيت بواسطة شركة KWU الألمانية ، صُممت في الأصل لاستخدام وقود غير مخصب، ولكنها تحولت لاحقًا إلى استخدام وقود مخصب قليلاً بنسبة 235.نسبة اليورانيوم أعلى بنحو 0.1 نقطة مئوية من اليورانيوم الطبيعي.

أشكال الوقود الأقل شيوعًا

تُستخدم أنواع أخرى من الوقود النووي في تطبيقات محددة، لكنها لا تحظى بالانتشار الواسع الذي تحظى به الأنواع المستخدمة في مفاعلات الماء المغلي (BWR) ومفاعلات الماء المضغوط (PWR) ومحطات كاندو للطاقة النووية. ويقتصر استخدام العديد من هذه الأنواع على مفاعلات الأبحاث، أو لها تطبيقات عسكرية.

قضيب وقود ماغنوكس

وقود ماغنوكس

مفاعلات ماغنوكس (المغنيسيوم غير المؤكسد) هي مفاعلات مضغوطة، مبردة بثاني أكسيد الكربون ، ومُهدّأة بالجرافيت ، تستخدم اليورانيوم الطبيعي (أي غير المخصب) كوقود، وسبائك ماغنوكس كغلاف للوقود. يتراوح ضغط التشغيل من 6.9 إلى 19.35 بار (100.1 إلى 280.6 رطل لكل بوصة مربعة) لأوعية الضغط الفولاذية، بينما يعمل التصميمان الخرسانيان المسلحان عند ضغط 24.8 و27 بار (24.5 و26.6 ضغط جوي) . تتكون سبيكة ماغنوكس بشكل أساسي من المغنيسيوم مع كميات ضئيلة من الألومنيوم ومعادن أخرى ، وتُستخدم في تغليف وقود اليورانيوم المعدني غير المخصب بغطاء غير مؤكسد لاحتواء نواتج الانشطار. تتميز هذه المادة بانخفاض مقطعها العرضي لالتقاط النيوترونات ، ولكنها تعاني من عيبين رئيسيين:  

احتوى وقود ماغنوكس على زعانف تبريد لتوفير أقصى قدر من نقل الحرارة رغم انخفاض درجات حرارة التشغيل، مما جعل إنتاجه مكلفًا. ورغم أن استخدام معدن اليورانيوم بدلًا من أكسيده سهّل عملية إعادة معالجة الوقود النووي ، وبالتالي خفض تكلفتها، إلا أن الحاجة إلى إعادة معالجة الوقود بعد فترة وجيزة من إخراجه من المفاعل زادت من خطورة نواتج الانشطار. وقد استلزم الأمر إنشاء مرافق معالجة عن بُعد باهظة الثمن لمعالجة هذه المشكلة.

وقود ثلاثي البنية ومتجانس الخواص

جسيم وقود TRISO بحجم 0.845 مم متصدع، يظهر طبقات متعددة تغطي النواة الكروية

وقود ثلاثي البنية متجانس الخواص (TRISO) هو نوع من أنواع الوقود الجزيئي الدقيق. يتكون الجسيم من نواة من وقود ثاني أكسيد اليورانيوم ( UO₂ ) (يُشار إليه أحيانًا بـ UC أو UCO)، مُغطاة بأربع طبقات من ثلاث مواد متجانسة الخواص، مُرسبة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار المميع (FCVD). تتكون هذه الطبقات الأربع من طبقة عازلة مسامية مصنوعة من الكربون تمتص ارتدادات نواتج الانشطار، تليها طبقة داخلية كثيفة من الكربون البيروليتي الواقي (PyC)، ثم طبقة خزفية من كربيد السيليكون ( SiC) لاحتجاز نواتج الانشطار عند درجات حرارة مرتفعة، ولإضفاء مزيد من التماسك الهيكلي على جسيم TRISO، وأخيرًا طبقة خارجية كثيفة من PyC. بعد ذلك، تُغلف جسيمات TRISO في كريات جرافيت أسطوانية أو كروية. تم تصميم جزيئات وقود TRISO بحيث لا تتشقق بسبب الإجهادات الناتجة عن العمليات (مثل التمدد الحراري التفاضلي أو ضغط غاز الانشطار) عند درجات حرارة تصل إلى 1600  درجة مئوية، وبالتالي يمكنها احتواء الوقود في أسوأ سيناريوهات الحوادث في مفاعل مصمم بشكل صحيح.

طُوِّرت جزيئات وقود TRISO في الأصل في المملكة المتحدة كجزء من مشروع مفاعل دراغون . [ 28 ] كما جرى العمل على وقود الجسيمات المغلفة في الوقت نفسه في الولايات المتحدة في وحدة بيتش بوتوم 1. [ 28 ] [ 29 ] استخدم مفاعل بيتش بوتوم نوعًا من وقود الجسيمات المغلفة باستخدام طبقات الكربون المسامي وPyC فقط، والمعروف باسم ثنائي البنية متساوي الخواص (BISO).

تاريخياً، استُخدمت أقراص وقود TRISO في مفاعلات الغاز المبردة ذات درجة الحرارة العالية (HTGR)، بنوعيها: مفاعل الكتل المنشورية ومفاعل الحصى . وكان مفاعل دراغون أول مفاعل يستخدم أقراص TRISO، بينما كانت محطة فورت سانت فرين للطاقة النووية أول محطة تجارية تستخدمها، وهي مفاعل HTGR من نوع الكتل المنشورية. وبحلول عام 2026، استُخدمت أقراص وقود TRISO في بعض المفاعلات التجريبية، مثل مفاعل HTR-10 في الصين ومفاعل الاختبار الهندسي عالي الحرارة في اليابان، بالإضافة إلى استخدامها تجارياً في مفاعل HTR-PM ذي الحصى بقدرة 100 ميغاواط.

في الولايات المتحدة، يجري استكشاف استخدام حبيبات وقود كروية تحتوي على جسيمات TRISO ذات نواة من محلول صلب من أكسيد اليورانيوم (UO₂ ) واليورانيوم (UC) في تصميم مفاعل X-energy Xe-100 ذي الطبقة الحبيبية من نوع HTGR، بينما تقوم شركة Kairos Power ببناء مفاعل ملح منصهر ذي طبقة حبيبية بقدرة 50 ميغاواط باستخدام وقود TRISO. [ 30 ] يمكن تغليف هذه الحبيبات بطبقة إضافية من السيليكون لجعلها مقاومة للحريق بشكل فعال. [ 31 ] كما يجري استكشاف استخدام TRISO في مفهوم مفاعل درجة الحرارة العالية جدًا (VHTR)، وهو أحد أنواع تصميمات المفاعلات الستة في مبادرة الجيل الرابع التي تسعى إلى الوصول إلى درجات حرارة أعلى عند مخرج مفاعل HTGR.

حامل قضيب الوقود لمفاعل RBMK 1 – ذراع التباعد؛ 2 – غلاف قضبان الوقود؛ 3 – أقراص الوقود.

وقود RBMK

استُخدم وقود مفاعل RBMK في مفاعلات من نوع RBMK صُممت وبُنيت في الاتحاد السوفيتي . وهو وقود أكسيد اليورانيوم منخفض التخصيب. يبلغ طول كل عنصر من عناصر الوقود في مفاعل RBMK ثلاثة أمتار، ويوضع اثنان منها متقابلين على كل قناة وقود، أي أنبوب الضغط. يُستخدم اليورانيوم المُعاد معالجته من الوقود المستهلك لمفاعلات VVER الروسية في تصنيع وقود RBMK. بعد حادثة تشيرنوبيل، تم تغيير نسبة تخصيب الوقود من 2.0% إلى 2.4%، لتعويض تعديلات قضبان التحكم وإضافة مواد امتصاص إضافية.

وقود سيراميكي معدني

الوقود الخزفي المعدني ( السيرميت ) هو نوع من أنواع الوقود الجزيئي الدقيق، ويتكون من جزيئات وقود خزفية (عادةً أكسيد اليورانيوم) مغمورة في مصفوفة معدنية، مما يساعد على احتجاز غازات الانشطار ويضمن موصلية حرارية أعلى من وقود الأكسيد. [ 32 ] يتميز هذا الوقود بخصائص نقل حراري عالية، ويمكنه تحمل قدر كبير من التمدد. يُفترض أن وقود السيرميت هو الوقود المستخدم في المفاعلات البحرية الأمريكية . [ 33 ] دُرِسَ وقود السيرميت في ستينيات القرن الماضي لاستخدامه في الدفع الحراري النووي . [ 34 ] كما دُرِسَ استخدام وقود السيرميت في دورة وقود الثوريوم . [ 35 ]

وقود من النوع اللوحي

يستخدم مفاعل الاختبار المتقدم (ATR Core) في مختبر أيداهو الوطني وقودًا من نوع الألواح مرتبة على شكل ورقة البرسيم. يُعرف التوهج الأزرق المحيط بالقلب باسم إشعاع تشيرينكوف .

يتكون الوقود ذو الألواح عادةً من اليورانيوم المخصب المحصور بين طبقتين معدنيتين. ويُستخدم في العديد من مفاعلات الأبحاث التي تتطلب تدفقًا عاليًا للنيوترونات، لأغراض مثل دراسات تشعيع المواد أو إنتاج النظائر، دون درجات الحرارة العالية التي تُلاحظ في الوقود الخزفي الأسطواني. [ 36 ] ويُستخدم حاليًا في مفاعل الاختبار المتقدم (ATR) في مختبر أيداهو الوطني ، ومفاعل الأبحاث النووية في مختبر الإشعاع بجامعة ماساتشوستس لويل . [ 37 ] وقد تراجع استخدام الوقود ذي الألواح مع مرور الوقت.

وقود مرتبط بالصوديوم

تتكون عناصر الوقود المعدني عادةً من قضيب وقود معدني مُغلّف بأنبوب تغليف، مع وجود مادة رابطة حرارية بينهما لتحسين نقل الحرارة. الشكل الأكثر شيوعًا هو الوقود المرتبط بالصوديوم، حيث تُملأ الفجوة بين قضيب الوقود والتغليف بالصوديوم السائل . [ 4 ] كما أن الموصلية الحرارية العالية للصوديوم تعني أن الاختلافات الطفيفة في هندسة الوقود أقل أهمية مقارنةً بالوقود الأكسيدي. [ 13 ] يُستخدم هذا النوع من الوقود غالبًا في المفاعلات السريعة المبردة بالصوديوم . وقد استُخدم في مفاعل EBR-I ومفاعل EBR-II ومرفق اختبار التدفق السريع . [ 4 ]

وقود مقاوم للحوادث

تُعدّ أنواع الوقود المقاومة للحوادث (ATF) سلسلة من مفاهيم الوقود النووي الجديدة، التي يجري البحث فيها بهدف تحسين أداء الوقود في ظروف الحوادث، مثل حادثة فقدان المبرد (LOCA) أو الحوادث الناجمة عن التفاعلات النووية (RIA). وقد برزت هذه المخاوف بشكل أكبر بعد كارثة فوكوشيما دايتشي النووية في اليابان، ولا سيما فيما يتعلق بأداء وقود مفاعلات الماء الخفيف (LWR) في ظروف الحوادث. [ 38 ]

أُجريت تحليلات النيوترونات لتطبيق أنظمة مواد تغليف الوقود الجديدة على أنواع مختلفة من مواد وقود الطائرات. [ 39 ]

يهدف هذا البحث إلى تطوير وقود نووي قادر على تحمل فقدان التبريد النشط لفترة أطول بكثير من تصاميم الوقود الحالية، ومنع أو تأخير انبعاث النويدات المشعة أثناء وقوع حادث. [ 40 ] ويركز هذا البحث على إعادة النظر في تصميم كريات الوقود وغلافه، [ 41 ] [ 42 ] بالإضافة إلى التفاعلات بينهما. [ 43 ] [ 39 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

الوقود النووي المستهلك

الوقود النووي المستهلك عبارة عن خليط معقد من نواتج الانشطار ، واليورانيوم ، والبلوتونيوم ، والمعادن ما بعد البلوتونيوم . في الوقود المستخدم في درجات حرارة عالية في مفاعلات الطاقة، من الشائع أن يكون الوقود غير متجانس ؛ وغالبًا ما يحتوي على جسيمات نانوية من معادن مجموعة البلاتين مثل البلاديوم . كما قد يكون الوقود قد تعرض للتشقق والتورم وتسخينه إلى درجات حرارة قريبة من نقطة انصهاره. على الرغم من إمكانية تشقق الوقود المستهلك، إلا أنه غير قابل للذوبان في الماء، ويحتفظ بمعظم الأكتينيدات ونواتج الانشطار داخل الشبكة البلورية لثاني أكسيد اليورانيوم . يتناقص خطر الإشعاع الناتج عن الوقود النووي المستهلك مع تحلل مكوناته المشعة، ولكنه يظل مرتفعًا لسنوات عديدة. على سبيل المثال، بعد عشر سنوات من إزالته من المفاعل، لا يزال معدل الجرعة السطحية لمجموعة نموذجية من الوقود المستهلك يتجاوز 10000 ريم/ساعة، مما يؤدي إلى جرعة قاتلة في غضون دقائق معدودة. [ 47 ]

وقود الأكسيد في ظروف الحوادث

توجد طريقتان رئيسيتان للإطلاق، حيث يمكن تبخير نواتج الانشطار أو تشتيت جزيئات صغيرة من الوقود.

سلوك الوقود وفحص ما بعد التشعيع

يُعدّ فحص ما بعد التشعيع (PIE) دراسة للمواد النووية المستهلكة، مثل الوقود النووي، وله عدة أهداف. فمن المعروف أن فحص الوقود المستهلك يُتيح دراسة أنماط الأعطال التي تحدث أثناء الاستخدام العادي (وكيفية تصرف الوقود أثناء وقوع حادث). إضافةً إلى ذلك، تُوفّر هذه الدراسة معلومات تُمكّن مستخدمي الوقود من التأكد من جودته، كما تُساعد في تطوير أنواع جديدة من الوقود. بعد الحوادث الكبرى، يخضع قلب المفاعل (أو ما تبقى منه) عادةً لفحص ما بعد التشعيع لمعرفة ما حدث. ومن المواقع التي يُجرى فيها هذا الفحص الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU)، وهو مركز الاتحاد الأوروبي لدراسة المواد شديدة الإشعاع.

قد تخضع المواد الموجودة في بيئة ذات إشعاع عالٍ (مثل المفاعل) لسلوكيات فريدة كالتورم [ 48 ] والزحف غير الحراري. وفي حال حدوث تفاعلات نووية داخل المادة (كما يحدث في الوقود)، فإن التركيب الكيميائي سيتغير ببطء مع مرور الوقت. وقد تؤدي هذه السلوكيات إلى ظهور خصائص جديدة للمادة، وتشققات، وانبعاث غازات الانشطار.

تتميز الموصلية الحرارية لثاني أكسيد اليورانيوم بانخفاضها، وتتأثر بالمسامية والاحتراق. يؤدي الاحتراق إلى ذوبان نواتج الانشطار في الشبكة البلورية (مثل اللانثانيدات )، وترسيب نواتج الانشطار مثل البلاديوم ، وتكوّن فقاعات غاز الانشطار نتيجةً لنواتج الانشطار مثل الزينون والكريبتون ، بالإضافة إلى تلف الشبكة البلورية بفعل الإشعاع. قد يؤدي انخفاض الموصلية الحرارية إلى ارتفاع درجة حرارة الجزء المركزي من الكريات أثناء الاستخدام. أما المسامية فتؤدي إلى انخفاض كلٍّ من الموصلية الحرارية للوقود والتورم الذي يحدث أثناء الاستخدام.

وفقًا للمركز الدولي للسلامة النووية [ 49 ] يمكن التنبؤ بالتوصيل الحراري لثاني أكسيد اليورانيوم في ظل ظروف مختلفة من خلال سلسلة من المعادلات.

يمكن ربط الكثافة الظاهرية للوقود بالتوصيل الحراري.

حيث ρ هي الكثافة الكلية للوقود و ρ td هي الكثافة النظرية لثاني أكسيد اليورانيوم .

ثم ترتبط الموصلية الحرارية للطور المسامي ( Kf ) بموصلية الطور المثالي ( Ko ، بدون مسامية) بالمعادلة التالية. لاحظ أن s هو مصطلح يمثل عامل شكل الثقوب.

K f = K o (1  − p /1  + ( s  − 1) p )

بدلاً من قياس الموصلية الحرارية باستخدام الطرق التقليدية كقرص ليز ، أو طريقة فوربس ، أو قضيب سيرل ، يشيع استخدام تحليل الوميض الليزري، حيث يُوضع قرص صغير من الوقود في فرن. بعد تسخينه إلى درجة الحرارة المطلوبة، يُسلط نبض ليزري على أحد جانبي القرص، ثم يُستخدم الزمن اللازم لانتقال الموجة الحرارية عبر القرص، وكثافة القرص، وسُمكه لحساب الموصلية الحرارية وتحديدها.

λ = ρC p α

إذا تم تعريف t 1/2 على أنه الوقت اللازم للسطح غير المضاء ليشهد نصف ارتفاع درجة حرارته النهائية، فإن...

α = 0.1388 L 2 / t 1/2
  • L هو سمك القرص

للمزيد من التفاصيل، انظر K. Shinzato و T. Baba (2001). [ 50 ]

وقود تحلل النظائر المشعة

بطارية النظائر المشعة

البطارية الذرية (وتُسمى أيضًا البطارية النووية أو بطارية النظائر المشعة) هي جهاز يستخدم التحلل الإشعاعي لتوليد الكهرباء. تستخدم هذه الأنظمة نظائر مشعة تُنتج جسيمات بيتا منخفضة الطاقة، أو أحيانًا جسيمات ألفا ذات طاقات متفاوتة. تُعد جسيمات بيتا منخفضة الطاقة ضرورية لمنع إنتاج إشعاع بريمسترالونغ عالي الطاقة والمخترق، والذي يتطلب حماية قوية. وقد استُخدمت نظائر مشعة مثل البلوتونيوم-238 ، والكوريوم-242 ، والكوريوم-244 ، والسترونتيوم -90 . كما تم اختبار التريتيوم ، والنيكل-63 ، والبروميثيوم-147 ، والتكنيتيوم-99 .

توجد فئتان رئيسيتان من البطاريات الذرية: الحرارية وغير الحرارية. تستغل البطاريات الذرية غير الحرارية، ذات التصاميم المتعددة، جسيمات ألفا وبيتا المشحونة . تشمل هذه التصاميم مولدات الشحن المباشر ، والخلايا الكهروضوئية ، والبطارية النووية الكهروضوئية ، ومولد النظائر المشعة الكهروإجهادي . أما البطاريات الذرية الحرارية، فتحول الحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي إلى كهرباء. تشمل هذه التصاميم المحول الحراري الأيوني، والخلايا الكهروضوئية الحرارية، ومحولات المعادن القلوية الحرارية إلى كهربائية، والتصميم الأكثر شيوعًا، وهو مولد النظائر المشعة الكهروحراري.

مولد كهربائي حراري يعمل بالنظائر المشعة

فحص مولدات الطاقة الحرارية النووية لمركبة كاسيني الفضائية قبل الإطلاق

مولد الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة ( RTG) هو مولد كهربائي بسيط يحول الحرارة إلى كهرباء من نظير مشع باستخدام مجموعة من المزدوجات الحرارية .

238أصبح البلوتونيوم ، على شكل ثاني أكسيد البلوتونيوم ، الوقود الأكثر استخدامًا في مولدات الطاقة الكهروحرارية. يتميز بنصف عمر يبلغ 87.7 عامًا، وكثافة طاقة معقولة، ومستويات إشعاع غاما ونيوترون منخفضة للغاية. وقد استخدمت بعض مولدات الطاقة الكهروحرارية الأرضية الروسية 90% من البلوتونيوم.السترونتيوم-210 ؛ يتميز هذا النظير بنصف عمر أقصر وكثافة طاقة أقل بكثير، ولكنه أرخص.وقد استخدمت مولدات النظائر المشعة الحرارية المبكرة، التي بنتها لجنة الطاقة الذرية الأمريكية لأول مرة عام 1958، السترونتيوم-210.يوفر هذا الوقود كثافة طاقة هائلة بشكل غير عادي (يولد غرام واحد من البولونيوم-210 طاقة حرارية تبلغ 140 واط) ولكنه محدود الاستخدام بسبب قصر عمر النصف وإنتاج أشعة جاما، وقد تم التخلص التدريجي من استخدامه في هذا التطبيق.

صورة لوحدة RHU مفككة

وحدة تسخين النظائر المشعة (RHU)

توفر وحدة التسخين بالنظائر المشعة (RHU) عادةً حوالي 1 واط من الحرارة لكل منها، مشتقة من تحلل بضعة غرامات من البلوتونيوم-238. يتم إطلاق هذه الحرارة بشكل مستمر لعدة عقود.

تتمثل وظيفتها في توفير تسخين موضعي عالي الكفاءة للأجهزة الحساسة (مثل الأجهزة الإلكترونية في الفضاء الخارجي ). يحتوي مسبار كاسيني-هويجنز المداري إلى زحل على 82 وحدة من هذه الوحدات (بالإضافة إلى مولدات الطاقة الحرارية النووية الرئيسية الثلاثة لتوليد الطاقة). أما مسبار هيجنز إلى تيتان فيحتوي على 35 جهازًا.

وقود الاندماج

وقود الاندماج هو وقود يُستخدم في مفاعلات الاندماج الافتراضية . ويشمل الديوتيريوم ( 2H ) والتريتيوم ( 3H ) بالإضافة إلى الهيليوم-3 ( 3He ). يمكن دمج العديد من العناصر الأخرى، لكن الشحنة الكهربائية الأكبر لنواها تتطلب درجات حرارة أعلى بكثير. يُنظر بجدية إلى اندماج أخف العناصر فقط كمصدر طاقة مستقبلي. كما أن اندماج أخف ذرة، وهي الهيدروجين (1H ) ، كما يحدث في الشمس والنجوم الأخرى، لم يُعتبر عمليًا على الأرض. على الرغم من أن كثافة طاقة وقود الاندماج أعلى من كثافة طاقة وقود الانشطار، وقد تم تحقيق تفاعلات اندماج مستدامة لبضع دقائق، إلا أن استخدام وقود الاندماج لتوليد الطاقة لا يزال احتمالًا نظريًا فقط. [ 51 ]

وقود الاندماج من الجيل الأول

يُعتبر كل من الديوتيريوم والتريتيوم من وقود الاندماج النووي من الجيل الأول، لكونهما الأسهل اندماجًا باستخدام التقنيات الحالية. [ 51 ] أما التفاعلات النووية الثلاثة الأكثر شيوعًا التي يمكن استخدامها لتوليد الطاقة فهي: [ 52 ]

2 H + 3 H → n (14.07 MeV) + 4 He (3.52 MeV)
2 H + 2 H → n (2.45 MeV) + 3 He (0.82 MeV)
2 H + 2 H → p (3.02 MeV) + 3 H (1.01 MeV)

يوجد الديوتيريوم بتراكيز منخفضة في مياه البحر، ويمكن استخلاصه بسهولة على شكل ماء ثقيل . أما التريتيوم، فلا يوجد إلا بكميات ضئيلة، ويجب تصنيعه صناعيًا عن طريق قذف الليثيوم بالنيوترونات إما من مفاعل انشطار تقليدي أو مفاعل اندماج نووي. وتتضمن المقترحات الحالية لمفاعلات الاندماج النووي غطاءً يحتوي على الليثيوم يحيط باللب، لتوليد التريتيوم اللازم لإنتاج وقود جديد. [ 51 ]

وقود الاندماج من الجيل الثاني

تتطلب أنواع الوقود من الجيل الثاني إما درجات حرارة احتواء أعلى أو فترات احتواء أطول من تلك المطلوبة لأنواع وقود الاندماج من الجيل الأول، ولكنها تولد عددًا أقل من النيوترونات. تُعد النيوترونات ناتجًا ثانويًا غير مرغوب فيه لتفاعلات الاندماج في سياق توليد الطاقة، لأنها تُمتص بواسطة جدران غرفة الاندماج، مما يجعلها مشعة. لا يمكن احتواء النيوترونات بواسطة المجالات المغناطيسية، لأنها غير مشحونة كهربائيًا. تتكون هذه المجموعة من الديوتيريوم والهيليوم-3. جميع النواتج عبارة عن جسيمات مشحونة، ولكن قد تحدث تفاعلات جانبية كبيرة تؤدي إلى إنتاج النيوترونات. [ 52 ]

2 H + 3 He → p (14.68 MeV) + 4 He (3.67 MeV)

وقود الاندماج من الجيل الثالث

تُنتج وقود الاندماج من الجيل الثالث جسيمات مشحونة فقط في التفاعلات الأولية، وتكون التفاعلات الجانبية ضئيلة نسبيًا. ونظرًا لإنتاج كمية ضئيلة جدًا من النيوترونات، فإن النشاط الإشعاعي المُستحث في جدران غرفة الاندماج سيكون ضئيلاً. ويُعتبر هذا غالبًا الهدف النهائي لأبحاث الاندماج. [ 52 ] يتميز الهيليوم-3 بأعلى تفاعل ماكسويلي بين جميع وقود الاندماج من الجيل الثالث. ومع ذلك، لا توجد مصادر طبيعية كبيرة لهذه المادة على الأرض.

3 He + 3 He → 2 p + 4 He (12.86 MeV)

ومن تفاعلات الاندماج النووي غير النيوتروني المحتملة الأخرى تفاعل البروتون- البورون :

p + 11 B → 3 4 He (8.7 MeV)

بافتراضات معقولة، ستؤدي التفاعلات الجانبية إلى نقل حوالي 0.1% من طاقة الاندماج بواسطة النيوترونات. عند طاقة 123 كيلو إلكترون فولت، تكون درجة الحرارة المثلى لهذا التفاعل أعلى بعشر مرات تقريبًا من درجة حرارة تفاعلات الهيدروجين النقي، ويجب أن يكون احتواء الطاقة أفضل بـ 500 مرة من المطلوب لتفاعل الديوتيريوم-التريتيوم، وستكون كثافة الطاقة أقل بـ 2500 مرة من كثافة الطاقة في تفاعل الديوتيريوم-التريتيوم.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ نواتج الانشطار لكلمن 135السيزيوم و 137تبلغ نسبة السيزيوم حوالي 6%، أي أن كل كيلوغرام من 235سيؤدي تقسيم U إلى إنتاج ما يقرب من 35 جرامًا لكل منها من 135السيزيوم و 137بالإضافة إلى نظائر السيزيوم المشعة المعروفة متوسطة إلى طويلة العمر، توجد نظائر أخرى للسيزيوم مثل 133السيزيوم (مستقر) و 134السيزيوم (نصف عمره حوالي سنتين) الموجود بكميات غير ضئيلة في الوقود النووي المستهلك "الجديد".

مراجع

  1. ↑ "أساسيات الطاقة النووية" . جامعة كولومبيا البريطانية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-04-2026 .
  2. ↑ توران، نيك (30 أكتوبر 2020). "حساب كثافة الطاقة للوقود النووي" . ما هو النووي؟ تم الاسترجاع في 16 أبريل 2026 .
  3. 1 2 3 4 5 تايال، موكيش؛ غاسيسا، ميلان (30 مارس 2015). "الفصل 18: دورات الوقود". في غارلاند، ويليام ج. (محرر). أساسيات مفاعل كاندو (ملف PDF) . شبكة التميز الجامعية في الهندسة النووية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أبريل 2026 .
  4. 1 2 3 4 5 فريق عمل المفاعلات السريعة (يونيو 2018). الوقود المعدني النووي: الخصائص، والتصميم، والتصنيع، والاختبار، وتاريخ التشغيل (ملف PDF) (تقرير فني). هيئة التنظيم النووي الأمريكية . تاريخ الاسترجاع: 16 أبريل 2026 .
  5. ↑ "تخصيب اليورانيوم" . الرابطة النووية العالمية . 2025-06-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-04-16 .
  6. 1 2 3 "الوقود النووي وتصنيعه" . الرابطة النووية العالمية . 15 أبريل 2026. تاريخ الاسترجاع: 16 أبريل 2026 .
  7. ↑ ر. نوريس شريف ؛ جوزيف برينك (1977). صناعات العمليات الكيميائية ( الطبعة الرابعة). الصفحات 338-341 . ASIN B000OFVCCG .   
  8. ↑ "دورة وقود اليورانيوم | nuclear-power.com" . الطاقة النووية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 نوفمبر 2023 .
  9. 1 2 3 سونغ، جينغ (2025). "9 - وقود مفاعلات التوليد السريع المبردة بالصوديوم". الوقود والمواد النووية المتقدمة . إلسيفير. ص 265-307 . doi : 10.1016/B978-0-443-23810-9.00018-5 . ISBN  978-0-443-23810-9.
  10. 1 2 3 تشين، تشاو (2025). "4 - وقود المعادن والسبائك". الوقود والمواد النووية المتقدمة . إلسيفير. ص 97-129 . doi : 10.1016/B978-0-443-23810-9.00003-3 . ISBN  978-0-443-23810-9.
  11. 1 2 تيل، تشارلز إي.؛ تشانغ، يون إيل (2011). طاقة وفيرة: قصة المفاعل السريع المتكامل . ISBN 978-1-4663-8460-6.
  12. ↑ بوركس، دوغلاس إي.؛ وآخرون (2009). "منظور أمريكي حول تكنولوجيا تصنيع وقود المفاعلات السريعة وتجربتها، الجزء الأول: الوقود المعدني وتصميم التجميع". مجلة المواد النووية . 389 : 458-469 . doi : 10.1016/j.jnucmat.2009.02.035 . 
  13. 1 2 3 كروفورد، دوغلاس سي؛ بورتر، دوغلاس إل. (2024). "تطبيق الخبرة الأمريكية في مجال الوقود المعدني على تصميمات وقود جديدة للمفاعلات السريعة". التقدم في الطاقة النووية . 171. doi : 10.1016 /j.pnucene.2024.105135 .
  14. ↑ "وقود تريغا®" . جنرال أتوميكس . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-12-2005 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-12-2005 .
  15. ↑ "الوقود المؤهل حاليًا [ RERTR ] - مفاعلات البحث والاختبار ذات التخصيب المخفّض" . مختبر أرغون الوطني . 29-07-2008. مؤرشف من الأصل في 26-02-2026.
  16. ↑ هارجريفز، روبرت؛ موي، رالف (2011). "المفاعلات النووية ذات الوقود السائل" . منتدى الفيزياء والمجتمع . فيزياء الجمعية الفيزيائية الأمريكية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2018 .
  17. لين ، جيمس أ.، محرر (1958). "الجزء الأول: المفاعلات المائية المتجانسة". كُتب في مختبر أوك ريدج الوطني. مفاعلات الوقود السائل . ريدينغ، ماساتشوستس: أديسون-ويسلي.
  18. ↑ تقرير فريق عمل مفاعلات الوقود السائل (ملف PDF) (تقرير). هيئة الطاقة الذرية الأمريكية. 1959. TID-8507 . تاريخ الاسترجاع: 27-06-2026 .
  19. 1 2 هاوبنرايش، بول ن.؛ إنجل، الابن (1970). "تجربة مفاعل الملح المنصهر" (ملف PDF) . التطبيقات والتكنولوجيا النووية . 8 (2): 118-136 . doi : 10.13182/NT8-2-118 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF، طبعة مُعاد طباعتها) بتاريخ 29-01-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-06-2006 .
  20. ↑ كوتس، هربرت (1983). "تطوير مفاعلات التوليد في الولايات المتحدة". المراجعة السنوية للطاقة . 8 (1): 385-413 . doi : 10.1146/annurev.eg.08.110183.002125 . ISSN 0362-1626 . 
  21. ↑ "مفاعل السائل المزدوج - نسخة مع مادة قابلة للانشطار من المعدن السائل (DFR/M)" .
  22. ↑ أندرسون، جيه دبليو؛ ماكنيس، دبليو دي؛ ليري، جيه إيه (8 أغسطس 1960). تحضير وتصنيع سبيكة وقود البلوتونيوم لتجربة مفاعل البلوتونيوم المنصهر رقم 1 في لوس ألاموس (ملف PDF) (تقرير). مختبر لوس ألاموس العلمي. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يونيو 2016 .
  23. ↑ ويدنر، توماس؛ وآخرون . (2010-11-01). التقرير النهائي لمشروع LAHDRA التابع لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (تقرير). مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-07-03 . 
  24. ↑ بيترسون، بير ف. "الوصف المادي لوقود المفاعلات النووية الخفيفة" . مؤرشف من الأصل في 2005-11-04.
  25. ↑ أولاندر ، د. (2009). "الوقود النووي - الحاضر والمستقبل". مجلة المواد النووية . 389. doi : 10.1016/j.jnucmat.2009.01.297 .
  26. 1 2 روبن، ب. (2003-11-01). "دورة إدارة وقود كاندو" (ملف PDF) . كانتيتش. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2006-03-15 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2005-12-17 .
  27. ↑ ويتلوك، جيريمي ج. (2000). "تطور دورات وقود مفاعلات كاندو ومساهمتها المحتملة في السلام العالمي" . الأسئلة الشائعة حول الطاقة النووية الكندية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2026 .
  28. 1 2 برايس، إم إس تي (2012). "أصول مشروع التنين وإنجازاته وإرثه". هندسة نووية وتصميم . 251 : 60-68 . Bibcode : 2012NuEnD.251...60P . doi : 10.1016/j.nucengdes.2011.12.024 .
  29. ↑ جيه إم بيك، إل إف بينكوك (أبريل 2011). "مفاعلات الغاز المبردة بدرجة حرارة عالية: دروس مستفادة قابلة للتطبيق على محطات الطاقة النووية من الجيل التالي" (ملف PDF) . مختبر أيداهو الوطني. حتى الآن، تم بناء وتشغيل سبع محطات من نوع HTGR
  30. ↑ "التكنولوجيا - كايروس باور" . كايروس باور . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2026 .
  31. ↑ "نوع الوقود" . روماوا . 2005. مؤرشف من الأصل في 25-04-2005.
  32. ↑ باكر، كلاس؛ وآخرون (يونيو 2004). "استخدام وقود السيراميك المعدني القائم على الموليبدينوم (CerMet) لإدارة الأكتينيدات في مفاعلات الماء الخفيف" (ملف PDF) . التكنولوجيا النووية . 146. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 19 مارس 2006. 
  33. ↑ كوبرمان، آلان؛ فون هيبل، فرانك (10 أبريل 2020). "دراسة أمريكية لأنواع المفاعلات والوقود لتمكين المفاعلات البحرية من التحول من وقود اليورانيوم عالي التخصيب" . مدونة IPFM . الهيئة الدولية المعنية بالمواد الانشطارية . تاريخ الاسترجاع: 3 يوليو 2026 .
  34. ↑ ستيوارت، مارك إي إم (23 فبراير 2015). مراجعة تاريخية لتطوير وقود السيرميت وتأثيراته على أداء المحرك . التقنيات النووية والناشئة للفضاء 2015. ألبوكيرك، نيو مكسيكو: ناسا . تاريخ الاسترجاع : 17 أبريل 2026 .
  35. ↑ سولومون، ألفين أ.؛ وآخرون . "وقود سيرميت نووي قائم على الثوريا: تصنيع الكريات المجهرية المتلبدة بالتجفيف بالرش" (ملف PDF) . بيكمان كولتر . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 28-05-2006. 
  36. ↑ فينغ، تشيوان؛ غو، وينلي؛ تشانغ، وينوين؛ هاو، وينتاو؛ يي، شوان؛ وانغ، كان (2024). "التصميم المفاهيمي وتحليل عنصر وقود جديد من نوع الصفيحة لتسوية توزيع طاقة المفاعل". حوليات الطاقة النووية . 208. doi : 10.1016/j.anucene.2024.110811 .
  37. ↑ "جامعة ماساتشوستس، لويل - تقرير تحليل السلامة، (الفصول 1-7) محجوب للنشر العام" (ملف PDF) . هيئة التنظيم النووي الأمريكية .
  38. ↑ كيم، هيون-جيل؛ يانغ، جاي-هو؛ كيم، وون-جو؛ كو، يانغ-هيون (2016). "حالة تطوير الوقود المقاوم للحوادث لمفاعلات الماء الخفيف في كوريا" . الهندسة النووية والتكنولوجيا . 48 (1): 1-15 . Bibcode : 2016NuEnT..48....1K . doi : 10.1016/j.net.2015.11.011 .
  39. 1 2 الرواشدة، محمد؛ العامري، سعيد أ. (2022). "كربيد السيليكون وحديد الكروم والألومنيوم كمواد تغليف محتملة لتحليل النيوترونات في مفاعل APR-1400" . مجلة Energies . 15 (10): 3772. doi : 10.3390/en15103772 .
  40. ^ زينكل، إس جيه؛ تيراني، كا؛ جيهين، جي سي؛ أوت، LJ. سنيد، إل إل (مايو 2014). “الوقود المتسامح مع الحوادث في LWRs: منظور”. مجلة المواد النووية . 448 ( 1– 3): 374– 379. بيب كود : 2014JNuM..448..374Z . دوى : 10.1016/j.jnucmat.2013.12.005 .
  41. ↑ الحطاوي، نوف ت.؛ الرواشدة، محمد؛ العامري، سعيد أ.؛ العليلي، ميثاء م. (15-08-2023). "تحليل حساسية النيوترونات لمفاهيم الوقود المقاوم للحوادث في مفاعل APR1400" . مجلة المواد النووية . 582 154487. Bibcode : 2023JNuM..58254487A . doi : 10.1016/j.jnucmat.2023.154487 . ISSN 0022-3115 . 
  42. ↑ الرواشدة، محمد؛ العامري، سعيد أ. (2023-05-08). "دراسة نيوترونية لتمديد دورة الوقود الأولية في مفاعلات APR-1400: دراسة تصميم التخصيب المتجانس وغير المتجانس" . المجلة العربية للعلوم والهندسة . 50 (5): 3059-3072 . doi : 10.1007/s13369-023-07905-7 . ISSN 2191-4281 . 
  43. ↑ "تقرير عن أحدث التقنيات المتعلقة بوقود مفاعلات الماء الخفيف المقاوم للحوادث" . www.oecd-nea.org . تاريخ الاطلاع: 16 مارس 2019 .
  44. ↑ الرواشدة، محمد، وسعيد أ. العامري. "تحليل نيوتروني أولي لمواد التغليف البديلة لمجموعة وقود APR-1400." الهندسة النووية والتصميم 384 (2021): 111486.
  45. ↑ العليلي، ميثاح؛ العامري، سعيد؛ الرواشدة، محمد (2022). "التحليل النيوتروني لتصميم غلاف ساندويتش SiC/SiC في مفاعل APR-1400 في ظل ظروف التشغيل العادية" . مجلة Energies . 15 (14): 5204. doi : 10.3390/en15145204 .
  46. ↑ الرواشدة، محمد؛ العامري، سعيد أ. (2022). "تأثير النيوترونات على غلاف الزركونيوم المطلي بالكروم في قلب مفاعل APR-1400" . مجلة Energies . 15 (21): 8008. doi : 10.3390/en15218008 .
  47. ↑ "معلومات أساسية عن النفايات المشعة" . www.nrc.gov . هيئة التنظيم النووي الأمريكية (NRC). 23 يونيو 2021. تاريخ الاطلاع: 10 مايو 2021 .
  48. ↑ أرمين ف. ليتزكي (يناير 1970) تحليل مبسط لانتفاخ قضبان الوقود النووي : "يُحلل هذا البحث تأثير انتفاخ الوقود على الإجهادات في غلاف قضبان الوقود الأسطوانية. وقد وُضعت افتراضات مبسطة للسماح بإيجاد حلول لمعدلات الإجهاد بدلالة معاملات لا بُعدية. وتُعرض نتائج التحليل في صورة معادلات ورسوم بيانية توضح الانتفاخ الحجمي للوقود ومعدل إجهاد غلاف قضيب الوقود."
  49. ↑ قسم الهندسة النووية، مختبر أرغون الوطني، وزارة الطاقة الأمريكية (15 يناير 2008) المركز الدولي للسلامة النووية (INSC)
  50. ↑ ك. شينزاتو وت. بابا (2001) مجلة التحليل الحراري والقياس الحراري ، المجلد 64 (2001) 413-422. جهاز وميض ليزري لقياس الانتشار الحراري والسعة الحرارية النوعية
  51. 1 2 3 "الطاقة النووية الاندماجية" . الرابطة النووية العالمية . 2025-06-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-04-17 .
  52. 1 2 3 كولسينسكي، جي إل؛ سانتاريوس، جيه إف (أكتوبر 2000). "فرص جديدة للاندماج النووي في القرن الحادي والعشرين - أنواع الوقود المتقدمة" (ملف PDF) . جامعة ويسكونسن-ماديسون . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 15 أبريل 2016.