مفاعل الماء المغلي المبسط اقتصاديًا

يُعدّ مفاعل الماء المغلي الاقتصادي المبسط ( ESBWR ) تصميمًا لمفاعل من الجيل الثالث+ يتميز بالأمان السلبي، وهو مشتق من سابقه، مفاعل الماء المغلي المبسط (SBWR)، ومن مفاعل الماء المغلي المتقدم (ABWR). جميعها تصاميم من شركة جي إي فيرنوفا هيتاشي للطاقة النووية (GVH)، وتستند إلى تصاميم سابقة لمفاعلات الماء المغلي .

تعمل أنظمة الأمان النووي السلبية في مفاعل الماء المغلي ذي المضخة الكهربائية (ESBWR) دون استخدام أي مضخات، مما يُحسّن من سلامة التصميم وتكامله وموثوقيته، مع تقليل التكلفة الإجمالية للمفاعل في الوقت نفسه. كما يعتمد هذا النظام على الدوران الطبيعي لتحريك سائل التبريد داخل وعاء ضغط المفاعل (RPV)، مما يقلل من عدد الأنظمة التي تحتاج إلى صيانة، ويمنع حدوث أعطال جسيمة في مفاعلات الماء المغلي، مثل انقطاع خطوط إعادة التدوير. ولا تتطلب هذه الأنظمة مضخات تدوير أو أنابيب أو مصادر طاقة أو مبادلات حرارية أو أجهزة قياس أو تحكم.

تتضمن أنظمة الأمان السلبي في مفاعل ESBWR مزيجًا من ثلاثة أنظمة تسمح بنقل حرارة الاضمحلال (الناتجة عن الاضمحلال النووي) بكفاءة من المفاعل إلى أحواض مائية خارج منطقة الاحتواء ، وهي: نظام المكثف العازل ، ونظام التبريد بالجاذبية، ونظام التبريد السلبي لمنطقة الاحتواء . تستخدم هذه الأنظمة الدوران الطبيعي القائم على قوانين الفيزياء البسيطة لنقل حرارة الاضمحلال إلى خارج منطقة الاحتواء مع الحفاظ على مستويات المياه داخل المفاعل، مما يضمن غمر الوقود النووي في الماء وتبريده بشكل كافٍ. 

في الحالات التي يبقى فيها حاجز ضغط سائل تبريد المفاعل سليمًا، يُستخدم نظام المكثف العازل (ICS) لإزالة حرارة الاضمحلال من المفاعل ونقلها إلى خارج حاوية الاحتواء. نظام المكثف العازل عبارة عن نظام مغلق يربط وعاء ضغط المفاعل بمبادل حراري يقع في الجزء العلوي من مبنى المفاعل. يخرج البخار من المفاعل عبر أنابيب نظام المكثف العازل ويتجه إلى مبادلات حرارية مغمورة في حوض كبير. يتكثف البخار في المبادلات الحرارية، ثم يتدفق المكثف الأكثر كثافة عائدًا إلى المفاعل لإكمال دورة التبريد. يُعاد تدوير سائل تبريد المفاعل عبر مسار التدفق هذا لتوفير تبريد مستمر وإضافة الماء إلى قلب المفاعل.

في الحالات التي لا يبقى فيها حد ضغط سائل تبريد المفاعل سليماً ويتم فقدان مخزون المياه في القلب، يعمل نظام التبريد السلبي للاحتواء (PCCS) ونظام التبريد المدفوع بالجاذبية (GDCS) معًا للحفاظ على مستوى الماء في القلب وإزالة حرارة الاضمحلال من المفاعل عن طريق نقلها إلى خارج الاحتواء.

إذا انخفض مستوى الماء داخل وعاء ضغط المفاعل إلى مستوى محدد مسبقًا، نتيجةً لنقص مخزون الماء، يتم تخفيض ضغط المفاعل وتفعيل نظام التحكم في التحلل الحراري (GDCS). يتكون هذا النظام من أحواض مائية كبيرة داخل حاوية تقع فوق المفاعل، ومتصلة بوعاء ضغط المفاعل. عند تفعيل نظام GDCS، تدفع الجاذبية الماء من الأحواض إلى المفاعل. صُممت الأحواض لتوفير كميات كافية من الماء للحفاظ على مستوى الماء أعلى من سطح الوقود النووي. بعد تخفيض ضغط المفاعل، تنتقل حرارة التحلل إلى الحاوية عندما يغلي الماء داخل المفاعل ويخرج من وعاء ضغط المفاعل إلى الحاوية على شكل بخار.

يتكون نظام التحكم في ضغط البخار (PCCS) من مجموعة من المبادلات الحرارية الموجودة في الجزء العلوي من مبنى المفاعل. يصعد البخار من المفاعل عبر حاوية الاحتواء إلى مبادلات نظام التحكم في ضغط البخار حيث يتكثف. ثم يُصرّف المكثف من مبادلات نظام التحكم في ضغط البخار عائدًا إلى أحواض نظام التحكم في ضغط الغاز (GDCS) حيث تُستكمل الدورة ويُصرّف عائدًا إلى وعاء ضغط المفاعل.

يُغمر كلٌّ من مبادلَي الحرارة في نظامي ICS وPCCS في حوض ماء كبير بما يكفي لتوفير قدرة على إزالة حرارة تحلل المفاعل لمدة 72 ساعة. يُصرَّف الماء إلى الغلاف الجوي ويقع خارج منطقة الاحتواء. يتيح هذا المزيج من الميزات إعادة ملء الحوض بسهولة باستخدام مصادر مياه منخفضة الضغط وأنابيب مُركَّبة.

قلب المفاعل أقصر من قلب مفاعلات الماء المغلي التقليدية لتقليل انخفاض الضغط على الوقود، مما يسمح بالدوران الطبيعي. يحتوي مفاعل الماء المغلي القياسي على 1132 حزمة من قضبان الوقود، وتبلغ قدرته الحرارية 4500 ميغاواط حراري . ^{[ 1 ]} تبلغ القدرة الاسمية 1594 ميغاواط كهربائي إجمالي و1535 ميغاواط كهربائي صافي، مما ينتج عنه كفاءة كارنو إجمالية للمحطة تبلغ حوالي 35%. ^{[ 2 ]}

في حالة وقوع حادث، يمكن لمفاعل الماء المغلي المعزز (ESBWR) أن يبقى في حالة آمنة ومستقرة لمدة 72 ساعة دون أي تدخل من المشغل أو حتى انقطاع التيار الكهربائي. صُممت أنظمة السلامة في مفاعل الماء المغلي المعزز (ESBWR) للعمل بشكل طبيعي في حالة انقطاع التيار الكهربائي عن المحطة، وهو ما حال دون عمل أنظمة تبريد قلب المفاعل في حالات الطوارئ في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية . يوجد أسفل وعاء المفاعل هيكل أنابيب (مصيدة قلب المفاعل) يسمح بتبريد قلب المفاعل أثناء أي حادث شديد. تُسهّل هذه الأنابيب عملية التبريد بالماء فوق وتحت قلب المفاعل المنصهر. يُشير تقرير تقييم السلامة النهائي، الذي وافقت عليه هيئة التنظيم النووي الأمريكية (NRC)، إلى أن معدل تلف قلب المفاعل يبلغ 1.65 × 10⁻⁸ مرة ^في السنة (أي ما يقارب مرة كل 60 مليون سنة). ^{[ 3 ]}

على غرار مفاعل الماء المغلي المعزز (ABWR)، يتم ملء حاوية الاحتواء بالنيتروجين قبل التشغيل لمنع الحرائق، ويمكن إزالة هذا الغاز بعد إيقاف تشغيل المفاعل لأغراض الصيانة. ولأن هذا المفاعل لا يمكن التحكم فيه باستخدام التحكم في معدل التدفق لافتقاره إلى مضخات إعادة التدوير، فإنه يمكن التحكم فيه بدلاً من ذلك عن طريق درجة حرارة مياه التغذية الداخلة إلى المفاعل. ^{[ 4 ]}

حصل مفاعل الماء البخاري ذو الغلاف الأيوني (ESBWR) على تقرير تقييم سلامة إيجابي ^{[ 5 ]} وموافقة نهائية على التصميم ^{[ 6 ]} في 9 مارس 2011. وفي 7 يونيو 2011، أنهت هيئة التنظيم النووي فترة التعليقات العامة. ^{[ 7 ]} وصدرت القاعدة النهائية في 16 سبتمبر 2014، بعد حل مشكلتين عالقتين في نموذج أحمال مجفف البخار الذي وضعته شركة جنرال إلكتريك-هيتاشي. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

في يناير 2014، دفعت شركة جي إي هيتاشي 2.7 مليون دولار لتسوية دعوى قضائية تزعم أنها قدمت ادعاءات كاذبة إلى هيئة التنظيم النووي بشأن تحليلها لمجفف البخار. ^{[ 10 ]}

منحت هيئة التنظيم النووي الموافقة على التصميم في سبتمبر 2014. ^{[ 11 ]}

• الطاقة النووية
• السلامة النووية في الولايات المتحدة
• اقتصاديات محطات الطاقة النووية
• مفاعل الجيل الثالث
• المفاعل الأوروبي المضغوط
• برنامج الطاقة النووية 2010

• موقع GE Energy ESBWR الإلكتروني
• تقرير الحالة رقم 100 - مفاعل الماء المغلي المبسط اقتصاديًا (ESBWR) ، ARIS، الوكالة الدولية للطاقة الذرية، 01-08-2011
• مقال من مجلة باور حول محطة ESBWR، مؤرشف بتاريخ 2 أكتوبر 2011 على موقع Wayback Machine.
• صفحة نظرة عامة على مفاعل الماء الإلكتروني ذي النطاق العريض التابع لهيئة التنظيم النووي
• تقييم المخاطر الاحتمالية ESBWR
• وثيقة التحكم في تصميم مفاعل الماء المغلي ذي الطبقة الرقيقة، الإصدار 10
• نظرة عامة على التصميم نُشرت في مجلة ANS Nuclear News (2006).