المفاعل التجريبي المولد الأول

مفاعل التوليد التجريبي الأول ( EBR-I ) هو مفاعل أبحاث متوقف عن العمل، ومعلم تاريخي وطني أمريكي، يقع في الصحراء على بعد حوالي 29 كيلومترًا (18 ميلًا) جنوب شرق مدينة أركو بولاية أيداهو . كان أول مفاعل توليد في العالم . ^{[ 3 ]} في تمام الساعة 1:50 ظهرًا من يوم 20 ديسمبر 1951، أصبح أحد أوائل محطات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء في العالم، عندما أنتج طاقة كهربائية كافية لإضاءة أربعة مصابيح كهربائية بقوة 200 واط . ^{[ 4 ] [ 5 ]} سرعان ما أنتج EBR-I طاقة كهربائية كافية لتزويد مبناه ومدينة أركو بالطاقة، واستمر استخدامه في الأبحاث التجريبية حتى تم إيقاف تشغيله نهائيًا عام 1964. يفتح المتحف أبوابه للزوار من عطلة نهاية أسبوع يوم الذكرى إلى عطلة نهاية أسبوع عيد العمال . ^{[ 6 ]}  

بدأ بناء مفاعل EBR-I في أواخر عام 1949. صُمم المفاعل وبُني بواسطة فريق بقيادة والتر زين في موقع مختبر أرغون الوطني في ولاية أيداهو ، ^{[ 7 ]} المعروف باسم أرغون-ويست (الذي أصبح منذ عام 2005 جزءًا من مختبر أيداهو الوطني ). في مراحله الأولى، كان يُشار إلى محطة المفاعل باسم مفاعل شيكاغو-4 (CP-4) ومفاعل زين الجهنمي. ^{[ 8 ]} تم تركيب المفاعل في EBR-I في أوائل عام 1951 (أول مفاعل في أيداهو) وبدأ تشغيله في 24 أغسطس 1951. في 20 ديسمبر من ذلك العام، أنتج EBR-I الكهرباء لأول مرة. في اليوم التالي، أنتج المفاعل طاقة كافية لإضاءة المبنى بأكمله. أنتج EBR-I 200 كيلوواط من الكهرباء من أصل 1.4 ميغاواط من الحرارة التي ولّدها المفاعل. ^{[ 9 ]}

يُعدّ إنتاج الكهرباء في مفاعل EBR-I أول مرة يُنتج فيها مفاعل كهربائيًا داخليًا، ويُشار إليه أحيانًا خطأً على أنه أول مرة يُنتج فيها مفاعل نووي الكهرباء، أو أنه أول مرة يُشغّل فيها مصباحًا كهربائيًا. مع ذلك، فقد حدث أول إنتاج للكهرباء في العالم بواسطة مفاعل نووي خلال تجربة أُجريت قبل ثلاث سنوات، في سبتمبر 1948، في مفاعل الجرافيت X-10 في مختبر أوك ريدج الوطني في ولاية تينيسي. وقد مكّن توربين بخاري صغير ذلك المفاعل من تشغيل مصباح كهربائي واحد. ^{[ 10 ]} وفي وقت لاحق من عام 1955، تحقق إنجاز نووي آخر عندما تم ربط محطة تجريبية لمفاعل الماء المغلي تُسمى BORAX -III (والتي صممها وبناها وشغّلها أيضًا مختبر أرغون الوطني) بأحمال خارجية، مما أدى إلى تزويد مدينة أركو القريبة في ولاية أيداهو بالطاقة ، لتكون بذلك أول مدينة تُزوّد ​​بالطاقة النووية فقط. ^{[ 11 ]}

لم يكن الهدف من تصميم مفاعل EBR-I هو إنتاج الكهرباء، بل التحقق من صحة نظرية الفيزياء النووية التي أشارت إلى إمكانية وجود مفاعل توليد . وتقوم الفكرة على استخدام إشعاع النيوترونات الصادر من المفاعل لتحويل أو "توليد" طبقة من المواد الخصبة إلى مواد انشطارية جديدة. وكان التفاعل المستخدم في تصميم EBR-I هو توليد اليورانيوم-238 إلى بلوتونيوم بواسطة النيوترونات السريعة .

${\displaystyle {\ce {{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^-][23.5\ {\ce {min}}] {}^{239}_{93}Np ->[\beta^-][2.356\ {\ce {d}}] {}^{239}_{94}بو}}}$

استُخدم هذا التفاعل سابقًا في مفاعل الجرافيت X-10 ومفاعلات هانفورد B وD وF وDR لإنتاج البلوتونيوم لتجارب Gadget و Fat Man وغيرها . مع ذلك، لم تُنتج مفاعلات هانفورد سوى 0.025% تقريبًا من البلوتونيوم ^{-239 القابل} للانشطار ، من محتوى اليورانيوم ^-235 القابل للانشطار البالغ 0.7% في وقود اليورانيوم الطبيعي. وهذا يُعادل "نسبة تحويل" تبلغ 1/30. ^{[ 12 ]} وقد صُمم مفاعل EBR-I لزيادة هذه النسبة عن طريق الحد من فقدان النيوترونات والحفاظ على طيف سريع ، وصولًا إلى نسبة أعلى من واحد. في مفاعل EBR-I، حُسبت النسبة تجريبيًا على النحو التالي:

${\displaystyle {\text{نسبة التحويل}}={\frac {\text{الذرات الانشطارية المتكونة}}{\text{الذرات الانشطارية المدمرة}}}={\frac {^{239}{\text{إنتاج البلوتونيوم}}}{^{235}{\text{انشطار اليورانيوم}}\ +\ ^{236}{\text{إنتاج اليورانيوم}}}}}$

في عام 1956، خلص تقرير صادر عن هيئة الطاقة الذرية إلى أن نسبة التحويل المقاسة إشعاعيًا كيميائيًا بلغت 1.00 ± 0.04، ونسبة التحويل المقاسة فيزيائيًا بلغت 1.01 ± 0.05، مما يجعلها مبدئيًا أول مفاعل توليد في العالم. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

في 29 نوفمبر 1955، تعرض مفاعل EBR-1 لانصهار جزئي أثناء اختبار تدفق سائل التبريد. كان الهدف من الاختبار تحديد سبب استجابة المفاعل غير المتوقعة لتغيرات تدفق سائل التبريد. أُجريت إصلاحات لاحقة لإجراء المزيد من التجارب، والتي كشفت أن التمدد الحراري لقضبان الوقود والصفائح السميكة الداعمة لها هو سبب هذه الاستجابة غير المتوقعة. ^{[ 15 ]}

إلى جانب كونه أحد أوائل المفاعلات النووية في العالم التي تولد الكهرباء من الطاقة الذرية، كان مفاعل EBR-I أيضًا أول مفاعل توليد في العالم، وأول مفاعل يستخدم وقود البلوتونيوم لتوليد الكهرباء (انظر أيضًا مفاعل كليمنتين النووي). كان الهدف الأساسي من EBR-I هو إثبات مبدأ توليد الوقود لإنريكو فيرمي ، وهو مبدأ ينص على أن المفاعل النووي يمكنه إنتاج ذرات وقود أكثر مما يستهلك. وقد أثبت EBR-I هذا المبدأ. ^{[ 16 ]}

تصميم

استخدم مفاعل EBR-I، كمفاعل توليد، تصميم "البذرة والغطاء ". كانت "بذرة" القلب عبارة عن يورانيوم عالي التخصيب بنسبة 90% من اليورانيوم-235. احتوى الغطاء الداخلي على قضبان من اليورانيوم الطبيعي بنسبة 0.7% من اليورانيوم-235. أحاط بهذا الهيكل خزان مزدوج الجدران يحتوي على سائل التبريد الأولي NaK . أحاط هذا الخزان غطاء خارجي مُبرد بالهواء مصنوع من اليورانيوم الطبيعي، والذي استُخدم لخصائصه الفعالة في عكس النيوترونات ، والذي احتوى أيضًا على قضبان التحكم . كان الغطاء الخارجي هو الجزء المتحرك، حيث كانت تقنية تحريك الأجزاء داخل المعدن السائل في مراحلها المبكرة. ومع ذلك، حدّ التبريد بالهواء بشكل كبير من أقصى قدرة تشغيلية، والتي بلغت 1.4 ميغاواط حراري. ^{[ 14 ] [ 17 ]}

يتدفق سائل التبريد المعدني الأساسي بفعل الجاذبية من خزان التزويد عبر قلب المفاعل، حيث يمتص الحرارة. ثم يتدفق لتسخين المبادل الحراري، حيث يفقد هذه الحرارة إلى سائل التبريد الثانوي، وهو أيضًا سائل معدني. يُعاد سائل التبريد الأساسي إلى خزان التزويد بواسطة مضخة كهرومغناطيسية. يُضخ سائل التبريد الثانوي إلى المرجل، حيث يفقد حرارته إلى الماء، مُولِّدًا البخار. ينتقل هذا البخار إلى التوربين، حيث تُنتَج الكهرباء. ثم يتكثف هذا البخار ويعود إلى المرجل بواسطة مضخة مياه. ^{[ 18 ]} وقد استُخدم تصميم سائل التبريد هذا في مفاعل دونري السريع الذي وصل إلى حالة التشغيل الحرجة لأول مرة عام 1959.

• 
  لوحات تذكارية في موقع EBR-I
• 
  تجميع النواة، 1951

• 
  بدأ إنتاج الكهرباء لأول مرة في محطة EBR-I في 20 ديسمبر 1951، عندما تم إضاءة أربعة مصابيح كهربائية.
• 
  يقع المفاعل في المبنى الموجود في المنتصف؛ أما الهيكلان الموجودان في أسفل اليسار فهما مفاعلان من مشروع الدفع النووي للطائرات .
• 
  منظر لـ EBR-I من موقف السيارات

• كالدير هول ، إنجلترا، أول محطة طاقة نووية تقوم بتوفير الطاقة بكميات تجارية.
• شيكاغو بايل-1 و-2
• شيكاغو بايل-3
• قائمة المعالم التاريخية الوطنية في ولاية أيداهو
• قوائم السجل الوطني للأماكن التاريخية في مقاطعة بوت، أيداهو
• محطة أوبنينسك للطاقة النووية ، بقدرة 5 ميغاواط، وهي أول مفاعل نووي يزود شبكة الكهرباء بالكهرباء.

الاقتباسات

فهرس

• الموقع الرسمي
• زين، تقرير الجدوى: مفاعل النيوترونات السريعة لاختبار التحويل، ANL-4356، 1949 ، وصف تفصيلي للمفاعل
• "المفاعل يولد الكهرباء" . مجلة الميكانيكا الشعبية . 97 (3): 105. مارس 1952.
• "رواد الطاقة النووية: إنشاء مفاعل التوليد التجريبي 1" على يوتيوب "كيف تم تطوير المفاعل من خلال مقابلات مع الباحثين الأصليين" . مختبر أيداهو الوطني (INL). 13 أبريل 2011.
• تفكيك قلب مفاعل ERB-I بعد الانصهار النووي