تجربة مفاعل الملح المنصهر

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة
مخطط محطة MSRE: (1) وعاء المفاعل ، (2) مبادل حراري ، (3) مضخة الوقود، (4) شفة التجميد، (5) درع حراري، (6) مضخة سائل التبريد، (7) مشعاع ، (8) خزان تصريف سائل التبريد، (9) مراوح، (10) خزانات تصريف الوقود، (11) خزان التنظيف، (12) وعاء الاحتواء، (13) صمام التجميد. لاحظ أيضًا منطقة التحكم في أعلى اليسار والمدخنة في أعلى اليمين.

كان مفاعل الملح المنصهر التجريبي ( MSRE ) مفاعلًا بحثيًا تجريبيًا يعمل بتقنية الملح المنصهر، ويقع في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) في أوك ريدج، تينيسي . وقد خضعت هذه التقنية للأبحاث خلال ستينيات القرن العشرين، وتم بناء المفاعل بحلول عام 1964، ووصل إلى مرحلة التشغيل الحرجة في عام 1965، واستمر تشغيله حتى عام 1969. [ 1 ] وقُدّرت تكاليف مشروع التنظيف بـ 130 مليون دولار.

صُمم مفاعل MSRE في البداية بقدرة 15 ميغاواط حراري  ، لكنه شُغّل بقدرة 7.4 ميغاواط حراري نظرًا لعدم دقة بيانات المقطع العرضي النووي . كان مفاعلًا تجريبيًا يُحاكي النواة النيوترونية لنوع من مفاعلات توليد الثوريوم فوق الحرارية الأكثر أمانًا بطبيعتها ، يُسمى مفاعل فلوريد الثوريوم السائل . استخدم المفاعل نوعين من الوقود بشكل أساسي: اليورانيوم-235 أولًا ، ثم اليورانيوم-233 لاحقًا . كان اليورانيوم -233 الناتج عن توليد الثوريوم في مفاعلات أخرى. ولأن هذا كان اختبارًا هندسيًا، فقد تم الاستغناء عن غطاء التوليد الكبير والمكلف من ملح الثوريوم لصالح قياسات النيوترونات.

في مفاعل MSRE، تم تبديد الحرارة من قلب المفاعل عبر نظام تبريد يستخدم الهواء المتدفق فوق مشعات . ويُعتقد أن مفاعلات مماثلة قادرة على تشغيل محركات حرارية عالية الكفاءة ، مثل التوربينات الغازية ذات الدورة المغلقة . صُنعت أنابيب مفاعل MSRE وحوض القلب والمكونات الهيكلية من سبيكة هاستيلوي -إن، وكان مهدئه عبارة عن قلب من الجرافيت المُحلل حراريًا . كان وقود مفاعل MSRE هو خليط من فلوريد الليثيوم وفلوريد البريليوم وفلوريد الزركونيوم وفلوريد اليورانيوم ( بنسبة مولية 65-29.1-5-0.9 ). أما المبرد  الثانوي فكان خليطًا من فلوريد الليثيوم والبريليوم (2LiF-BeF2 ) ، وقد عمل المفاعل عند درجة حرارة تصل إلى 650 درجة مئوية ، واستمر تشغيله لمدة تعادل حوالي 1.5 سنة من التشغيل بكامل طاقته.  

كان الهدف من التجربة هو إنتاج مفاعل بسيط وموثوق. وقد سعت تجربة مفاعل الملح المنصهر إلى إثبات إمكانية دمج بعض الخصائص الرئيسية لمفاعلات الطاقة المقترحة التي تعمل بالملح المنصهر في مفاعل عملي يمكن تشغيله بأمان وموثوقية وصيانته بسهولة. ولتبسيط الأمر، صُمم المفاعل ليكون صغيرًا نسبيًا، أحادي السائل (أي غير مُولِّد للطاقة)، ​​ويعمل بقدرة 10  ميغاواط حرارية أو أقل، مع تصريف الحرارة إلى الهواء عبر ملح ثانوي (خالٍ من الوقود).

وصف المفاعل

مفاعل الملح المنصهر

جوهر

قلب من الجرافيت MSRE

استُخدم لبّ الجرافيت المُحلّل حراريًا ، من النوع CGB، أيضًا كمُهدّئ . [ 1 ] [ 2 ] قبل بدء تطوير مفاعل MSRE، أظهرت الاختبارات أن الملح لا يتغلغل في الجرافيت ذي المسامات التي يبلغ قطرها حوالي ميكرومتر. مع ذلك، لم يكن الجرافيت ذو بنية المسام المطلوبة متوفرًا إلا في قطع صغيرة مُحضّرة تجريبيًا، وعندما شرع أحد المُصنّعين في إنتاج نوع جديد (CGB) لتلبية متطلبات مفاعل MSRE، واجه صعوبات. [ 3 ]

وقود

كان الوقود المستخدم عبارة عن 7 LiF-BeF₂ -ZrF₄ - UF₄ ( بنسبة مولية 65-29.1-5-0.9 )  . احتوى الوقود الأول على 33% من اليورانيوم -235 ، ثم استُخدمت لاحقًا كمية أقل من اليورانيوم -233 . بحلول عام 1960، تبلور فهم أفضل لمفاعلات الأملاح المنصهرة القائمة على أملاح الفلوريد، وذلك بفضل أبحاث سابقة أُجريت على مفاعلات الأملاح المنصهرة ضمن تجربة مفاعل الطائرات . تتميز أملاح الفلوريد بخواص أيونية قوية ، وعند انصهارها تكون مستقرة في درجات حرارة عالية وضغوط منخفضة وتدفقات إشعاعية عالية . يسمح الاستقرار عند الضغط المنخفض باستخدام أوعية مفاعل أقل متانة ، مما يزيد من موثوقيتها. كما أن التفاعل العالي للفلور يحبس معظم نواتج تفاعل الانشطار. ويبدو أن الملح السائل سيسمح بالفصل الكيميائي للوقود والنفايات في الموقع.

كان نظام الوقود موجودًا في خلايا محكمة الإغلاق، مصممة للصيانة باستخدام أدوات ذات مقابض طويلة من خلال فتحات في الغطاء العلوي. استُخدم خزان من ملح LiF-BeF₂ لتنظيف نظام تدوير الوقود قبل الصيانة وبعدها. في خلية مجاورة للمفاعل، وُجدت وحدة بسيطة لتمرير الغاز عبر الوقود أو ملح التنظيف: خليط من الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين بنسبة 10: 1 تقريبًا، لإزالة الأكسيد والفلور لإزالة اليورانيوم على شكل سداسي فلوريد اليورانيوم . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

فليب منصهر

كان المبرد الثانوي عبارة عن LiF-BeF 2 (66-34 مول  %).

مضخة

كان حوض مضخة الوقود بمثابة حيز التخزين المؤقت لدائرة الدوران، حيث كان يُضخ حوالي 190 لترًا من الوقود في الدقيقة (50 جالونًا أمريكيًا ) للسماح للزينون والكريبتون بالخروج من الملح. وقد أدى التخلص من الزينون-135، وهو أكثر المواد السامة للنيوترونات ، إلى جعل المفاعل أكثر أمانًا وأسهل في إعادة التشغيل. في مفاعلات الوقود الصلب، عند إعادة التشغيل، يمتص الزينون -135 الموجود في الوقود النيوترونات ، ويتبعه ارتفاع مفاجئ في التفاعلية مع احتراق الزينون -135 . قد تضطر المفاعلات التقليدية إلى الانتظار لساعات حتى يتحلل الزينون-135 بعد إيقاف التشغيل وعدم إعادة التشغيل فورًا (ما يُعرف بظاهرة حفرة اليود ). 

كما كان في وعاء المضخة منفذ يمكن من خلاله أخذ عينات من الملح أو إدخال كبسولات من الملح المركز لإثراء الوقود (UF 4 -LiF أو PuF 3 ).

مبادلات حرارية مبردة بالهواء

مبادل حراري مبرد بالهواء من نوع MSRE يتوهج بلون أحمر باهت عند درجة حرارة عالية.

في ذلك الوقت، اعتُبرت درجات الحرارة المرتفعة عائقًا أمام استخدام التوربينات البخارية التقليدية . أما الآن، فتُعتبر هذه الدرجات فرصةً لاستخدام توربينات الغاز ذات الدورة المغلقة عالية الكفاءة . بعد شهرين من التشغيل بكامل طاقته، توقف المفاعل عن العمل لمدة ثلاثة أشهر بسبب عطل في إحدى مراوح التبريد الرئيسية.

النيوترونيات والهيدروليكا الحرارية

شهد المفاعل تشغيلاً نيوترونياً مستقراً . في حال ارتفاع درجات الحرارة أو تكوّن فقاعات، سيزداد حجم أملاح الوقود السائل، ما قد يؤدي إلى خروج بعضها من قلب المفاعل، وبالتالي انخفاض التفاعلية . لم يتضمن برنامج تطوير مفاعل MSRE تجارب فيزيائية للمفاعل أو قياسات لانتقال الحرارة . وقد تمتع برنامج MSRE بهامش كافٍ من المرونة بحيث لا تؤثر الانحرافات عن التوقعات على السلامة أو تحقيق أهداف المفاعل التجريبي.

أرض المبنى

مبنى تجارب مفاعل الطائرات في مختبر أوك ريدج الوطني الذي تم تحديثه ليضم وحدة تجارب مفاعل الطائرات (MSRE).

بدأ بناء مكونات النظام الأساسية وإجراء تعديلات على مبنى تجارب مفاعل الطائرات القديم (الذي أُعيد تصميمه جزئيًا لمفاعل طائرات مقترح بقدرة 60 ميغاواط حراري ) في عام 1962. واكتمل تركيب أنظمة الملح في منتصف عام 1964. وكان مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) مسؤولاً عن ضمان الجودة والتخطيط وإدارة أعمال البناء. [ 7 ] قام موظفو المختبر بتركيب الأنظمة الأساسية، بينما قام المقاولون الفرعيون بتعديل المبنى وتركيب الأنظمة المساعدة.

سبيكة هيكلية هاستيلوي-إن

استُخدمت سبيكة هاستيلوي -إن، وهي سبيكة منخفضة الكروم من النيكل والموليبدينوم ، في مفاعل MSRE، وقد أثبتت توافقها مع أملاح الفلوريد FLiBe و FLiNaK . [ 8 ] صُنعت جميع الأجزاء المعدنية الملامسة للملح من هاستيلوي-إن. وقد تم اختيار هاستيلوي-إن لمفاعل MSRE بناءً على النتائج الواعدة للاختبارات التي أُجريت في ظروف الدفع النووي للطائرات ، وتوفر معظم البيانات المعدنية المطلوبة. وقد أسفر تطوير مفاعل MSRE عن توفير البيانات الإضافية اللازمة لاعتماد كود ASME . وشمل ذلك أيضًا إعداد معايير شراء هاستيلوي-إن وتصنيع المكونات.

تم إنتاج ما يقارب 90,000  كيلوغرام (200,000  رطل) من المواد بأشكال متنوعة لمفاعل MSRE تجاريًا. وُجّهت طلبات عروض أسعار لتصنيع المكونات إلى عدة شركات في صناعة تصنيع المعدات النووية، لكنها جميعًا رفضت تقديم عروض أسعار إجمالية بسبب نقص الخبرة في التعامل مع السبيكة الجديدة. ونتيجة لذلك، تم تصنيع جميع المكونات الرئيسية في ورش تابعة لهيئة الطاقة الذرية الأمريكية في أوك ريدج وبادوكا ، كنتاكي . [ 9 ]

عند تحديد إجهادات التصميم لمفاعل MSRE، أشارت البيانات المتاحة إلى أن قوة هاستيلوي-N ومعدل زحفها لم يتأثرا بشكل ملحوظ بالإشعاع . بعد تقدم أعمال البناء، تبين انخفاض عمر التمزق الناتج عن الإجهاد وإجهاد الكسر بشكل كبير نتيجةً للإشعاع النيوتروني الحراري . أُعيد تحليل إجهادات مفاعل MSRE، وخلصت الدراسة إلى أن المفاعل سيتمتع بعمر تشغيلي كافٍ لتحقيق أهدافه. في الوقت نفسه، أُطلق برنامج لتحسين مقاومة هاستيلوي-N للتقصف . [ 10 ]

أُجري برنامج اختبار تآكل خارج المفاعل لمادة هاستيلوي-إن، [ 11 ] والذي أشار إلى معدلات تآكل منخفضة للغاية في ظروف مفاعل اختبار المواد. وأظهرت الكبسولات المعرضة في مفاعل اختبار المواد أن كثافة طاقة انشطار الملح التي تزيد عن 200 واط/سم³ لم يكن لها أي آثار سلبية على توافق ملح الوقود، وهاستيلوي-إن، والجرافيت. ووجد أن غاز الفلور ينتج عن التحلل الإشعاعي للأملاح المجمدة، ولكن فقط عند درجات حرارة أقل من حوالي 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) . [ 12 ]  

تضمنت المكونات التي طُوّرت خصيصًا لمفاعل الملح المنصهر (MSRE) حوافًا لخطوط أنابيب قطرها 130 مم (5 بوصات ) تحمل الملح المنصهر، وصمامات تجميد (قسم مُبرّد بالهواء حيث يُمكن تجميد الملح وإذابته)، وقضبان تحكم مرنة تعمل داخل أنابيب عند درجة حرارة 649 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) ، وجهاز أخذ عينات الوقود وتخصيبه. [ 13 ] طُوّرت مضخات طرد مركزي مشابهة لتلك المستخدمة بنجاح في برنامج مفاعل الطائرات، ولكن مع توفير إمكانية الصيانة عن بُعد، بما في ذلك نظام رش لإزالة غاز الزينون. وقد أُخذت اعتبارات الصيانة عن بُعد في الحسبان عند تصميم مفاعل الملح المنصهر، وشملت التطويرات أجهزة لقطع ولحام أنابيب قطرها 38 مم ( 1 + 1/2 بوصة ) عن بُعد، ووحدات عزل حراري قابلة للإزالة، ومعدات لإزالة عينات من المعدن والجرافيت من قلب المفاعل.    

التطوير والإنشاء

كُرِّست معظم جهود مشروع مفاعل الطاقة النووية متوسطة المدى (MSRE) خلال الفترة من عام 1960 إلى عام 1964 لتصميم وتطوير وبناء المفاعل. وشكّل إنتاج الجرافيت وهاستيلوي-إن، وإجراء المزيد من الاختبارات عليهما داخل المفاعل وخارجه، أنشطة تطويرية رئيسية. وشملت أنشطة أخرى العمل على كيمياء المفاعل ، وتطوير تقنيات تصنيع هاستيلوي-إن، وتطوير مكونات المفاعل، والتخطيط والإعداد للصيانة عن بُعد. [ 14 ]

عملية

ألفين م. واينبرغ يشير إلى "6000 ساعة تشغيل بكامل الطاقة!" ​​من تشغيل MSRE، في عام 1967.

تم تشغيل مفاعل MSRE لمدة 5 سنوات. تم تحميل الملح في عام 1964، وانتهى التشغيل النووي في ديسمبر 1969، [ 4 ] [ 15 ] وتم تحقيق جميع أهداف التجربة خلال هذه الفترة.

شملت عمليات الفحص والاختبارات ما قبل النووية 1000  ساعة من تدوير ملح التنظيف وملح حامل الوقود. بدأت الاختبارات النووية لمفاعل MSRE في يونيو  1965، بإضافة اليورانيوم -235 المخصب على شكل خليط يوتكتيكي من سادس فلوريد اليورانيوم وفلوريد الليثيوم إلى ملح حامل الوقود لجعل المفاعل في حالة حرجة . بعد تجارب الطاقة الصفرية لقياس مقاومة القضبان ومعاملات التفاعل، [ 16 ] تم إيقاف تشغيل المفاعل وإجراء الاستعدادات النهائية لتشغيله. تأخر رفع الطاقة بسبب بلمرة أبخرة الزيت المتسربة إلى مضخة الوقود بفعل الغازات المنبعثة المشعة، مما أدى إلى انسداد مرشحات الغاز والصمامات. تم الوصول إلى أقصى طاقة، والتي كانت محدودة بـ 7.4 ميغاواط حراري بسبب قدرة نظام طرد الحرارة، في مايو 1966.  

بعد شهرين من التشغيل بكامل طاقته، توقف المفاعل عن العمل لمدة ثلاثة أشهر بسبب عطل في إحدى مراوح التبريد الرئيسية. وواجهنا بعض التأخيرات الإضافية نتيجة انسداد خط غازات العادم، ولكن بحلول نهاية عام 1966، تم تجاوز معظم مشاكل بدء التشغيل. وخلال الأشهر الخمسة عشر التالية  ، كان المفاعل يعمل بكفاءة عالية بنسبة 80% من الوقت، مع فترات تشغيل  استمرت شهرًا واحدًا، وثلاثة أشهر، وستة أشهر دون انقطاع بسبب نقص الوقود. وبحلول مارس  1968، تحققت الأهداف الأصلية لمشروع مفاعل الطاقة النووية، وانتهى التشغيل النووي باستخدام اليورانيوم -235 .

رئيس هيئة الطاقة الذرية سيبورغ في غرفة التحكم في محطة الطاقة النووية البحرية عام 1968 لبدء التشغيل باستخدام اليورانيوم-233.

بحلول ذلك الوقت، أصبح اليورانيوم -233 متوفرًا بكميات وفيرة، [ 17 ] لذا تم توسيع برنامج مفاعل MSRE ليشمل استبدال اليورانيوم في ملح الوقود باليورانيوم -233 ، وتشغيله لمراقبة الخصائص النووية الجديدة. وباستخدام معدات المعالجة الموجودة في الموقع، تم فلورة ملح التنظيف وملح الوقود لاستخلاص اليورانيوم منهما على شكل سادس فلوريد اليورانيوم (UF6) . [ 6 ] ثم أُضيف مزيج اليورانيوم- 233- فلوريد الليثيوم (233UF4 - LiF ) إلى الملح الحامل، وفي أكتوبر 1968، أصبح مفاعل MSRE أول مفاعل في العالم يعمل باليورانيوم -233 .

أكدت تجارب اليورانيوم -233 عند طاقة صفرية واختبارات الديناميكيات الخصائص النيوترونية المتوقعة . ومن النتائج غير المتوقعة لمعالجة الملح تغير خصائصه الفيزيائية بشكل طفيف، مما أدى إلى دخول كمية من الغاز من مضخة الوقود إلى دائرة التدوير أكثر من المعتاد. وقد تم التخلص من الغاز المتداول وتقلبات الطاقة المصاحبة له بتشغيل مضخة الوقود بسرعة أقل قليلاً. سمح التشغيل بطاقة عالية لعدة أشهر بقياس دقيق لنسبة الالتقاط إلى الانشطار لليورانيوم -233 في هذا المفاعل، محققًا بذلك أهداف تشغيل اليورانيوم -233 .

في الأشهر الأخيرة من التشغيل، تمّت دراسة عملية إزالة الزينون، وترسيب نواتج الانشطار، وسلوك التريتيوم . وتمّ التأكيد على جدوى استخدام البلوتونيوم في مفاعلات الملح المنصهر بإضافة PuF3 كوقود تعويضي خلال هذه الفترة.

بعد الإغلاق النهائي في ديسمبر 1969، تُرك المفاعل في وضع الاستعداد لمدة عام تقريبًا. ثم أُجري برنامج فحص محدود، شمل قضيبًا مهدئًا من قلب المفاعل، وغطاءً لقضيب التحكم ، وأنابيب مبادل حراري، وأجزاءً من وعاء مضخة الوقود، وصمام تجميد كان قد تسرب أثناء الإغلاق النهائي للمفاعل . بعد ذلك، أُغلقت الأنظمة المشعة تمهيدًا للتخلص النهائي منها.

إحصائيات

المعلمات والإحصاءات التشغيلية: [ 2 ]

القدرة : 8 ميجاواط (حرارية) الناتج: 92.8 جيجاواط ساعة مكافئ للقدرة الكاملة: 11,555 ساعة

ملح الوقود : كاتيونات الفلوريد : 65% ليثيوم-7 ، 29.1% بريليوم ، 5% زركونيوم ، 0.9% يورانيوم. الوزن: 11260 رطلاً (5107 كجم). درجة الانصهار: 813 فهرنهايت (434 درجة مئوية). درجة حرارة المدخل: 1175 فهرنهايت (635 درجة مئوية). درجة حرارة المخرج: 1225 فهرنهايت (663 درجة مئوية). معدل التدفق: 400 جالون/دقيقة (1514 لتر/دقيقة). ساعات تشغيل مضخة الوقود: 19405 ساعة.   

ملح سائل التبريد : كاتيونات الفلورايد : 66% ليثيوم-7، 34% بريليوم. الوزن: 6940  كجم (15300  رطل). مدة دوران سائل التبريد بواسطة المضخة: 23566 ساعة.

المشرف : الجرافيت النووي

الحاوية : هاستيلوي -ن

أول وقود : اليورانيوم-235، أول تشغيل حرج: 1 يونيو 1965، القدرة الحرارية: 72,441 ميغاواط ساعة ، ساعات التشغيل الحرجة: 11,515 ساعة، ما يعادل القدرة الكاملة: 9,006 ساعة

الوقود الثاني : اليورانيوم-233، تاريخ التشغيل الحرج: 2 أكتوبر 1968، القدرة الحرارية: 20,363 ميغاواط ساعة ، ساعات التشغيل الحرجة: 3,910 ساعة، ما يعادل القدرة الكاملة: 2,549 ساعة

تاريخ الإغلاق : ديسمبر 1969

نتائج

كان الاستنتاج الأوسع، وربما الأهم، من تجربة مفاعل الملح المنصهر هو أن مفهوم المفاعل الذي يعمل بالوقود الملحي المنصهر قابل للتطبيق. فقد استمر تشغيله لفترات طويلة، مما أسفر عن معلومات قيّمة، وتم إنجاز الصيانة بأمان ودون تأخير مفرط.

أكدت تجربة MSRE التوقعات والتنبؤات. [ 15 ] فعلى سبيل المثال، أظهرت النتائج أن: ملح الوقود محصن ضد أضرار الإشعاع، وأن الجرافيت لا يتأثر بملح الوقود، وأن تآكل سبيكة هاستيلوي-إن ضئيل للغاية. وقد تم إزالة الغازات النبيلة من ملح الوقود بواسطة نظام رش، مما قلل من التسمم بنظير الزينون -135 بمقدار ستة أضعاف تقريبًا. وظلت معظم عناصر نواتج الانشطار مستقرة في الملح. وكانت إضافة اليورانيوم والبلوتونيوم إلى الملح أثناء التشغيل سريعة وسلسة، كما كانت عملية استخلاص اليورانيوم بالفلورة فعالة. وتوافقت خصائص النيوترونات، بما في ذلك التحميل الحرج ومعاملات التفاعل والديناميكيات وتغيرات التفاعل على المدى الطويل، مع الحسابات السابقة.

في مجالات أخرى، أسفرت العملية عن تحسين البيانات أو تقليل الشكوك. تُعدّ نسبة التقاط اليورانيوم -233 إلى انشطاره في طيف النيوترونات النموذجي لمفاعل الملح المنصهر مثالًا على البيانات الأساسية التي تم تحسينها. وقد تمّ تحديد تأثير الانشطار على جهد الأكسدة والاختزال لملح الوقود. كان من المتوقع ترسب بعض العناصر (" المعادن النبيلة ")، لكنّ مفاعل الملح المنصهر المكافئ (MSRE) قدّم بيانات كمية حول الترسب النسبي على الجرافيت والمعادن والأسطح البينية بين السائل والغاز. توافقت معاملات انتقال الحرارة المقاسة في مفاعل الملح المنصهر المكافئ مع حسابات التصميم التقليدية ولم تتغير طوال عمر المفاعل. وقد أثبت الحدّ من الأكسجين في الملح فعاليته، وكان ميل نواتج الانشطار إلى الانتشار من المعدات الملوثة أثناء الصيانة منخفضًا.

أتاح تشغيل مفاعل الملح المنصهر (MSRE) فهمًا أعمق لمشكلة التريتيوم في مفاعل الملح المنصهر. لوحظ أن حوالي 6-10% من الإنتاج المحسوب البالغ 54  كوري/يوم (2.0 تيرابيكريل ) ينتشر خارج نظام الوقود إلى جو خلية الاحتواء، بينما يصل 6-10% أخرى إلى الهواء عبر نظام إزالة الحرارة. [ 18 ] يشير انخفاض هذه النسب إلى وجود عامل ما يعيق جزئيًا انتقال التريتيوم عبر المعادن المنصهرة. 

كان من بين النتائج غير المتوقعة ظهور تشققات بين الحبيبات في جميع الأسطح المعدنية المعرضة لملح الوقود. وكان سبب هذه الهشاشة هو التيلوريوم ، وهو ناتج انشطاري يتولد في الوقود. وقد لوحظ ذلك لأول مرة في العينات التي أُزيلت من قلب المفاعل على فترات أثناء تشغيله. وكشف الفحص الذي أُجري بعد التشغيل لقطع من حلقة قضيب التحكم، وأنابيب المبادل الحراري، وأجزاء وعاء المضخة، عن انتشار التشققات، وأكد أهميتها لمفهوم مفاعل الملح المنصهر. وكان نمو الشقوق سريعًا بما يكفي ليصبح مشكلة خلال العمر التشغيلي المخطط له لمفاعل توليد الثوريوم اللاحق، والذي يمتد لثلاثين عامًا. ويمكن الحد من هذه التشققات على المدى القصير بإضافة كميات صغيرة من النيوبيوم إلى سبيكة هاستيلوي-إن. ومع ذلك، كانت هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتقييم آثار فترات التعرض الأطول وبعض معايير التفاعل للخلائط المستخدمة. [ 19 ]

أظهرت الخبرة التشغيلية المكتسبة مع نظام MSRE أن المجالات التالية تتطلب مزيدًا من البحث لضمان التشغيل الناجح لنظام MSR تجاري:

  • الحفاظ على الملح كسائل في جميع أجزاء النظام الأساسي، وخاصة في الأطراف البعيدة عن النواة.
  • التحكم الدقيق في إنتاج ونقل التريتيوم من قلب المفاعل (حيث لا يمكن إزالة سوى أقل من 20٪ بسبب نظام الانتشار وإزالة الحرارة في مفاعل MSRE).
  • انخفاض في نمو الشقوق بين الحبيبات في الأسطح المعدنية المكشوفة (بسبب التيلوريوم ، وهو ناتج انشطار اليورانيوم).
  • إيقاف تشغيل هيكل المفاعل والتخلص من الملح النفايات (التكاليف التقريبية في عام 2019 تبلغ 10 ملايين دولار سنويًا [ 20 ] ).

إيقاف التشغيل

بعد إيقاف التشغيل، كان يُعتقد أن الملح مخزن في مكان آمن طويل الأمد. عند درجات الحرارة المنخفضة، يمكن للتحلل الإشعاعي أن يحرر الفلور من الملح. كإجراء مضاد، كان يُعاد تسخين الملح سنويًا إلى حوالي 150 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت) حتى عام 1989. [ 21 ] ولكن بدءًا من منتصف الثمانينيات، ظهرت مخاوف من انتقال النشاط الإشعاعي عبر النظام، وفقًا لما ذكره أحد موظفي مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) الذي كان من بين 125 شخصًا يعملون فوق المفاعل، والذي لم يتم تطهيره أو إيقاف تشغيله. أمر جو بن لاغرون، مدير عمليات أوك ريدج بوزارة الطاقة، بإخلاء 125 موظفًا، بناءً على النتائج التي أبلغه بها المفتش ويليام دان ديفورد، مهندس محترف. [ 22 ]  

كشفت عينات أُخذت عام ١٩٩٤ عن تركيزات من اليورانيوم تُنذر باحتمالية وقوع حادث نووي حرج ، فضلاً عن تراكم خطير محتمل لغاز الفلور: إذ بلغ تركيز الفلور في البيئة فوق الملح المتصلب ما يُقارب ضغطًا جويًا واحدًا. ووُصف مشروع إزالة التلوث وتفكيك المنشأة اللاحق بأنه "الأكثر تحديًا من الناحية التقنية" الذي أُسند إلى شركة بيكتل جاكوبس بموجب عقد الإدارة البيئية المبرم مع منظمة أوك ريدج للعمليات التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية.

في عام 2003، كان من المتوقع إتمام عملية إيقاف تشغيل المفاعل في عام 2009، وقُدّرت تكلفة مشروع تنظيف محطة المفاعل النووي البحري (MSRE) بـ 130  مليون دولار. [ 23 ] اكتملت إزالة اليورانيوم من الملح في مارس 2008، إلا أنه لا يزال الملح يحتوي على نواتج الانشطار في الخزانات. [ 24 ] يعود جزء كبير من التكلفة المرتفعة إلى المفاجأة غير السارة المتمثلة في انبعاث الفلور وسداسي فلوريد اليورانيوم من ملح الوقود البارد المخزن، والذي لم تقم مختبرات أوك ريدج الوطنية (ORNL) بتفريغه وتخزينه بشكل صحيح، ولكن تم أخذ ذلك في الاعتبار الآن في تصميم محطة المفاعل النووي البحري (MSR). [ 25 ]

تم وصف عملية إيقاف التشغيل المحتملة؛ [ 26 ] يتم إزالة اليورانيوم من الوقود على شكل سداسي فلوريد عن طريق إضافة الفلور الزائد، والبلوتونيوم على شكل ثاني أكسيد البلوتونيوم عن طريق إضافة كربونات الصوديوم .

35°55′18″ شمالاً 84°18′24″ غرباً / 35.92178° شمالاً 84.30672° غرباً / 35.92178; -84.30672

اعتبارًا من عام 2019، فإن نظام MSRE في حالة SAFESTOR، مما يعني أنه لا يزال سليمًا ولكنه مغلق ويخضع للمراقبة والصيانة بشكل فعال. [ 27 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 تجربة مفاعل الملح المنصهر 1965-1972 ORNL، أكتوبر 2015 (8 ميجابايت) [أرشيف مارس 2016]
  2. 1 2 تجربة مفاعل الملح المنصهر ، أكتوبر 2015 (2 ميجابايت)
  3. ↑ بريغز 1964 ، ص 373-309 . 
  4. ١ ٢ ب.ن. هاوبنرايش وج.ر. إنجل (١٩٧٠). "تجربة مفاعل الملح المنصهر" (ملف PDF) . التطبيقات والتكنولوجيا النووية . ٨ (٢): ١١٨-١٣٦ . doi : 10.13182/NT8-2-118 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF، طبعة مُعاد طباعتها) بتاريخ ٢٠١٥-٠١-٢٩ . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠٠٦-٠٦-٢٦ .
  5. ↑ آر سي روبرتسون (يناير 1965). "تقرير تصميم وتشغيل مفاعل MSRE، الجزء الأول، وصف تصميم المفاعل". ORNL-TM-0728.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  6. 1 2 ر.ب. لينداور (أغسطس 1969). "معالجة سائل تنظيف نظام الوقود الصلب (MSRE) وأملاح الوقود". ORNL-TM-2578.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  7. ↑ بي إتش ويبستر (أبريل 1970). "ممارسات ضمان الجودة في بناء وصيانة محطة الطاقة النووية البحرية". ORNL-TM-2999.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  8. ↑ ديفان، جاكسون هـ. "تأثير إضافات السبائك على سلوك التآكل لسبائك النيكل والموليبدينوم في مخاليط الفلوريد المنصهر". أطروحة. جامعة تينيسي، 1960. موقع إلكتروني. < "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 23-07-2011 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 12-01-2011 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link ) >.
  9. ↑ بريغز 1964 ، ص 63-52 . 
  10. ↑ هـ. إي. مكوي وآخرون (1970). "تطورات جديدة في مواد مفاعلات الملح المنصهر". التطبيقات والتكنولوجيا النووية . 8 (2): 156. doi : 10.13182/NT70-A28622 . 
  11. ↑ بريغز 1964 ، ص 334-343 . 
  12. ↑ بريغز 1964 ، ص 252-257 . 
  13. ↑ بريغز 1964 ، ص 167-190 . 
  14. ↑ بريغز 1964 .
  15. 1 2 م. و. روزنتال؛ ب. ن. هاوبنرايش؛ هـ. إ. مكوي و ل. إ. مكنيس (1971). "التقدم الحالي في تطوير مفاعلات الملح المنصهر". مجلة الطاقة الذرية 9 : 601-50 .
  16. ↑ بي إي برينس؛ إس جيه بول؛ جيه آر إنجل؛ بي إن هاوبنرايش وتي دبليو كيرلين (فبراير 1968). "تجارب فيزيائية بدون طاقة على جهاز MSRE". ORNL-4233.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  17. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة (PDF) من الأصل بتاريخ 2016-03-04 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2012-10-11 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link ) (see PDF page 10) "تم تزويد مفاعل MSRE بالوقود بـ 39 كيلوغرامًا من اليورانيوم 233 الذي يحتوي على حوالي 220 جزءًا في المليون (ppm) من اليورانيوم 232 [...الذي تم إنتاجه في] مفاعلات الماء الخفيف المختلفة التي كانت تعمل باليورانيوم 235 (مثل مفاعل الماء المضغوط Indian Point )"
  18. ↑ آر بي بريغز (شتاء 1971-1972). "التريتيوم في مفاعلات الملح المنصهر". تكنولوجيا المفاعلات . 14 : 335-342 .
  19. ↑ كايزر، جيه آر (1977)، حالة دراسات تيلوريوم-هاستيلوي إن في أملاح الفلوريد المنصهرة (ملف PDF) ، مختبرات أوك ريدج الوطنية، ORNL/TM-6002، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 24-03-2012
  20. ↑ وزارة الطاقة الأمريكية (نوفمبر 2023). "الاجتماع الشهري للمجلس الاستشاري الخاص بموقع أوك ريدج - تمت الموافقة عليه في 13 نوفمبر 2019، محضر الاجتماع" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2024 .
  21. ↑ التخلص من وقود الفلوريد وأملاح التنظيف من تجربة مفاعل الملح المنصهر في مختبر أوك ريدج الوطني، متاح بصيغة PDF أُرشف بتاريخ 22 مايو 2013 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  22. ↑ "إنهاء MSRE" .
  23. ↑ آر. كاثي دانيلز، تجربة أنيقة تضع ضربة قوية على عملية التنظيف ، ذا أوك ريدجر ، 8 أبريل 2003.
  24. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 22-02-2013 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 08-12-2012 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  25. ↑ "إنتاج الفلور وإعادة تركيبه في أملاح مفاعل الملح المنصهر المجمدة بعد تشغيل المفاعل [ القرص 5 ] " (ملف PDF) . مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 2012-05-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2012-10-24 .
  26. ↑ تقييم بدائل وزارة الطاقة الأمريكية لإزالة أملاح الفلورايد الناتجة عن تجارب مفاعلات الأملاح المنصهرة والتخلص منها. مؤرشف بتاريخ 13 مايو 2007 في أرشيف الإنترنت (1997)، لجنة علوم الأرض والبيئة والموارد
  27. ↑ وزارة الطاقة الأمريكية (2019). "اجتماع لجنة تقييم المخاطر التشغيلية - 13 نوفمبر 2019" . تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2024 .

للمزيد من القراءة