مفاعل النيوترونات الحرارية
المفاعل النيوتروني الحراري هو مفاعل نووي يستخدم النيوترونات البطيئة أو الحرارية . (لا تعني كلمة "حراري" بالضرورة ساخنة بشكل مطلق، بل تعني أنها في حالة توازن حراري مع الوسط الذي تتفاعل معه، أي وقود المفاعل والمهدئ وهيكله، وهي طاقة أقل بكثير من طاقة النيوترونات السريعة التي تنتج في البداية عن الانشطار.)
معظم مفاعلات محطات الطاقة النووية هي مفاعلات حرارية، وتستخدم مُعدِّلًا للنيوترونات لإبطاء سرعتها حتى تقترب من متوسط الطاقة الحركية للجسيمات المحيطة، أي لتقليل سرعة النيوترونات إلى نيوترونات حرارية منخفضة السرعة. النيوترونات غير مشحونة، مما يسمح لها باختراق الهدف بعمق والاقتراب من النوى، وبالتالي تشتيتها بفعل القوى النووية، وقد تتشتت بعض النوى على نطاق واسع. [ 1 ]
يبلغ المقطع العرضي النووي لليورانيوم -235 للنيوترونات الحرارية البطيئة حوالي 1000 بارن ، بينما يبلغ للنيوترونات السريعة حوالي 1 بارن. [ 2 ] لذلك، من المرجح أن تتسبب النيوترونات الحرارية في انشطار اليورانيوم-235 أكثر من أن يتم امتصاصها بواسطة اليورانيوم-238 . إذا اصطدم نيوترون واحد على الأقل من انشطار اليورانيوم-235 بنواة أخرى وتسبب في انشطارها، فسيستمر التفاعل المتسلسل . إذا استمر التفاعل ذاتيًا، يُقال إنه حرج ، وتُسمى كتلة اليورانيوم-235 اللازمة لإنتاج الحالة الحرجة بالكتلة الحرجة .
تتكون المفاعلات الحرارية مما يلي :
- مُعدِّل النيوترونات لإبطاء سرعة النيوترونات . في مفاعلات الماء الخفيف ومفاعلات الماء الثقيل ، يعمل أيضاً كمبرد للمفاعل النووي .
- الوقود النووي ، وهو مادة انشطارية ، وعادة ما يكون اليورانيوم .
- وعاء المفاعل وهو وعاء ضغط يحتوي على سائل التبريد وقلب المفاعل .
- الحماية من الإشعاع لحماية الناس والبيئة من الآثار الضارة للإشعاع المؤين .
- مباني الاحتواء المصممة لاحتواء تسرب الإشعاع في حالات الطوارئ.
- أجهزة قياس لمراقبة أنظمة المفاعل والتحكم بها.
أنواع مفاعلات النيوترونات الحرارية
مفاعل الماء الخفيف، LWR
المفاعل ذو الماء الخفيف (LWR) هو نوع من مفاعلات النيوترونات الحرارية يستخدم الماء العادي، بدلاً من الماء العادي، كمبرد ومصدر للطاقة ؛ كما يستخدم شكلاً صلباً من العناصر الانشطارية كوقود. تُعد مفاعلات النيوترونات الحرارية أكثر أنواع مفاعلات النيوترونات الحرارية شيوعاً، ومفاعلات الماء الخفيف هي أكثر أنواع مفاعلات النيوترونات الحرارية شيوعاً.
توجد ثلاثة أنواع من مفاعلات الماء الخفيف: (PWR)، و(BWR)، و(معظم تصميمات) (SCWR).
مفاعل الماء الثقيل، HWR
مفاعل الماء الثقيل (HWR) هو نوع من المفاعلات النووية التي تستخدم الماء الثقيل (D2O ، أكسيد) كمصدر للطاقة. وقد يستخدمه أيضًا كمبرد في حالة استخدام الوقود النووي. ونظرًا لانخفاض مقطع امتصاص النيوترونات للماء الثقيل، يمكن لمفاعلات الماء الثقيل أن تعمل بالوقود النووي.
مفاعل مبرد بالغاز، GCR
المفاعل المبرد بالغاز (GCR) هو مفاعل يستخدم الغاز كمصدر للطاقة (أو الغاز في التصاميم الحالية) كمصدر للغاز. على الرغم من وجود أنواع أخرى كثيرة من المفاعلات المبردة بالغاز، إلا أن مصطلحي GCR ، وإلى حد أقل المفاعل المبرد بالغاز، يُستخدمان تحديدًا للإشارة إلى هذا النوع من المفاعلات.
أمثلة حسب الجيل
الجيل الأول (الخمسينيات - الستينيات)
كانت هذه نماذج أولية ومفاعلات تجريبية.
- محطة شيبينغبورت للطاقة الذرية (الولايات المتحدة الأمريكية): أول محطة طاقة نووية تعمل بالطاقة المضغوطة على نطاق كامل في العالم.
- مفاعلات ماغنوكس (المملكة المتحدة): تستخدم اليورانيوم الطبيعي والجرافيت للتهدئة.
- محطة أوبنينسك للطاقة النووية AM-1 (الاتحاد السوفيتي): أول محطة طاقة نووية متصلة بالشبكة.
الجيل الثاني (السبعينيات - التسعينيات)
مفاعلات تجارية ذات تصميمات موحدة ومستوى أمان محسّن.
- مفاعل الماء المضغوط (PWR) - على سبيل المثال، تصميمات وستنجهاوس وفراماتوم.
- مفاعل الماء المغلي (BWR) - على سبيل المثال، سلسلة GE BWR.
- مفاعل كاندو – مفاعلات الماء الثقيل الكندية التي تستخدم اليورانيوم الطبيعي.
- مفاعل متطور مبرد بالغاز (AGR) - المملكة المتحدة، يتم تهدئة الجرافيت فيه، ويتم تبريده بثاني أكسيد الكربون .
جميع هذه المفاعلات حرارية تستخدم مواد مهدئة مثل الماء أو الجرافيت.
الجيل الثالث / الجيل الثالث+ (من التسعينيات حتى الآن)
تعزيز السلامة، وزيادة العمر الافتراضي، وأنظمة السلامة السلبية.
- AP1000 (الولايات المتحدة الأمريكية): جهاز PWR من الجيل الثالث+ مع تبريد سلبي.
- مفاعل EPR (المفاعل الأوروبي المضغوط) : مفاعل PWR عالي الإنتاج يستخدم في فرنسا وفنلندا.
- VVER-1200 (روسيا): نسخة محدثة من مفاعلات الطاقة النووية السوفيتية.
- مفاعل كاندو 6 المحسن: مفاعل ماء ثقيل محدث مع تحسينات في السلامة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ سكوايرز، جي إل (29-03-2012). مقدمة في نظرية تشتت النيوترونات الحرارية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-107-64406-9.
- ↑ "بعض فيزياء اليورانيوم" . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2008. تم الاطلاع عليه في 18 يناير 2009 .
للمزيد من القراءة
- المفاعلات النووية