ما هو المفاعل النووي: العمل وتطبيقاته

الأول نووي تم تصميم المفاعل لاستخدامه في القنابل لتوليد 239Pu. بعد ذلك ، يتم استخدام هذه المفاعلات لأغراض مختلفة مثل توليد الكهرباء كما تستخدم في دفع السفن لتوليد النظائر المشعة وتزويد الحرارة. هناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية متوفرة في تصميمات مختلفة حيث يعتمد توليد الطاقة في هذه المفاعلات بشكل أساسي على الانشطار النووي. المفاعلات المستخدمة بشكل متكرر هي PWR (مفاعل الماء المضغوط) ، BWR (مفاعل الماء المغلي) و PHWR (مفاعل الماء الثقيل المضغوط). تتناول هذه المقالة نظرة عامة على المفاعل النووي ومكوناته وأنواعه.

ما هو المفاعل النووي؟

تعريف: المفاعل النووي هو نظام أساسي في النظام النووي محطة توليد الكهرباء . وهي تشمل تفاعلات التصريف النووي لتوليد الحرارة باستخدام طريقة تسمى الانشطار. يمكن استخدام الحرارة المتولدة لتكوين بخار لتدوير أ عنفة . بحيث يمكن توليد الكهرباء. على الصعيد العالمي ، هناك المئات من المفاعلات التجارية ، في ذلك يوجد أكثر من 90 مفاعلًا في الولايات المتحدة. لذا فإن الطاقة النووية هي واحدة من أكبر مصادر الطاقة للحصول على كهرباء موثوقة وخالية من الكربون.

كيف يعمل المفاعل النووي؟

تتمثل الوظيفة الرئيسية للمفاعل النووي في التحكم في الانشطار النووي. مبدأ عمل المفاعل النووي هو الانشطار النووي وهو نوع من الطرق المستخدمة لتقسيم ذرات لتوليد الكهرباء. تستخدم المفاعلات النووية اليورانيوم الذي سيتحول إلى كريات خزفية دقيقة ومكدسة معًا في قضبان الوقود. يمكن تشكيل مجموعة الوقود بواسطة مجموعة تزيد عن 200 قضيب وقود. عادة ، يمكن تصنيع قلب المفاعل من خلال هذه التجميعات بناءً على مستوى الطاقة.

في وعاء المفاعل النووي ، توضع قضبان الوقود في الماء. بحيث يمكن أن يعمل مثل المبرد وكذلك الوسيط للمساعدة مع تقليل سرعة النيوترونات. يمكن توليد هذه النيوترونات من خلال الانشطار للحفاظ على التفاعل المتسلسل.

بعد ذلك ، يمكن وضع قضبان التحكم في قلب المفاعل لتقليل معدل التفاعل. يمكن للحرارة المتولدة من خلال عملية الانشطار تحويل الماء إلى بخار لتدوير التوربينات لتوليد كهرباء خالية من الكربون.

عناصر

الأساسي مكونات المفاعل النووي تشمل بشكل رئيسي ما يلي. يظهر الرسم البياني للمفاعل النووي أدناه.

مخطط كتلة المفاعل النووي

• النواة
• العاكس
• قضبان التحكم
• مشرف
• المبرد
• عنفة
• الاحتواء
• أبراج التبريد
• التدريع

النواة

يشتمل قلب المفاعل على وقود نووي لتوليد الحرارة. ويشمل اليورانيوم الأقل تخصيبًا وأنظمة التحكم والمواد الإنشائية. شكل القلب عبارة عن أسطوانة دائرية يبلغ قطرها من 5 إلى 15 متراً. يتضمن اللب عددًا من مسامير الوقود الفردية.

العاكس

يتم ترتيب العاكس حول القلب لتكرار الجزء الخلفي من النيوترونات التي تفيض من سطح القلب.

قضبان التحكم

قضبان التحكم في المفاعلات النووية مصممة بعناصر كتلة ثقيلة. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في امتصاص النيوترونات. بحيث يمكن أن تستمر أو توقف رد الفعل. الأمثلة الرئيسية لهذه القضبان هي الرصاص والكادميوم وما إلى ذلك.
تستخدم هذه القضبان بشكل أساسي لبدء تشغيل المفاعل ، والحفاظ على التفاعل عند مستوى ثابت ، وإغلاق المفاعل.

مشرف

الوظيفة الرئيسية لبرنامج وسيط في مفاعل نووي هو إبطاء النيوترونات من مستويات الطاقة العالية وكذلك السرعات العالية. بحيث تكون هناك فرصة للنيوترون لضرب قضبان الوقود ستزداد.

تشتمل الوسيطات الحديثة المستخدمة حاليًا بشكل أساسي على الماء H2o والماء الثقيل D2o والبريليوم والجرافيت. خصائص الوسيط هي استقرار الحرارة عالية ، والإشعاع والاستقرار الكيميائي ، وعدم التآكل ، إلخ.

المبرد

تُعرف المادة المستخدمة لنقل الحرارة من الوقود إلى التوربين عبر اللب مثل الماء أو الصوديوم السائل أو الماء الثقيل أو الهيليوم أو أي شيء آخر باسم المبرد. تشتمل خصائص المبرد بشكل أساسي على أن نقطة الانصهار منخفضة ، ونقطة الغليان عالية ، وعدم السمية ، وأقل لزوجة ، واستقرار الإشعاع والمواد الكيميائية ، وما إلى ذلك. المبردات الشائعة الاستخدام هي Hg ، He ، Co2 ، H2o.

عنفة

تتمثل الوظيفة الرئيسية للتوربين في نقل الطاقة الحرارية من جهاز التبريد إلى الكهرباء.

الاحتواء

يفصل الاحتواء المفاعل النووي عن المحيط. بشكل عام ، هذه متوفرة على شكل قبة ومصممة من الخرسانة عالية الكثافة والمسلحة بالفولاذ.

برج التبريد

يتم استخدام هذه بواسطة بعض أنواع محطات الطاقة لوضع الحرارة الزائدة التي لا يمكن تغييرها إلى طاقة حرارية بسبب قوانين الديناميكا الحرارية. هذه الأبراج هي الرموز القطعية للطاقة النووية. يمكن أن تولد هذه الأبراج بخار الماء العذب ببساطة.

التدريع

يحمي العمال من تأثير الإشعاع. في عملية الانشطار ، يمكن تشكيل جسيمات مثل ألفا وبيتا وغاما والنيوترونات السريعة والبطيئة. ومن أجل توفير الأمان منها ، يتم استخدام طبقات سميكة من الخرسانة أو الرصاص حول المفاعل. يمكن إيقاف جسيمات ألفا وبيتا باستخدام طبقات سميكة من البلاستيك أو المعادن.

أنواع المفاعلات النووية

تتوفر أنواع مختلفة من المفاعلات النووية في جميع أنحاء العالم. بناءً على تصميمه ، فإنه يستخدم اليورانيوم بتركيزات مختلفة مستخدمة للوقود ، وسيطات لتأخير عملية الانشطار والمبردات لنقل الحرارة. مفاعل الماء المضغوط أو مفاعل الماء المضغوط هو أكثر أنواع المفاعلات شيوعًا.

PWR / مفاعل الماء المضغوط

هذه الأنواع من المفاعلات هي الأكثر استخدامًا في جميع أنحاء العالم. يستخدم الماء العادي مثل كل من الوسيط والمبرد. في هذا ، يمكن دفع المبرد لوقفه من الوميض إلى بخار للحفاظ عليه أثناء العملية. تقوم المضخات القوية بنقل المياه باستخدام الأنابيب ، وتنقل الحرارة من الماء المغلي في حلقة ثانوية. يدفع البخار الناتج مولد التوربينات لتوليد الكهرباء.

مفاعلات BWR / الماء المغلي

في هذه المفاعلات ، تعمل الحرب الخفيفة مثل المبرد وكذلك الوسيط. يوضع المبرد جانبًا عند ضغط منخفض لغلي الماء. يمكن توفير البخار مباشرة لمولدات التوربينات لتوليد الكهرباء.

مفاعلات الماء الثقيل المضغوط

تُعرف هذه أيضًا باسم مفاعلات نوع CANDU. تمثل هذه المفاعلات حوالي 12٪ من المفاعلات النووية على مستوى العالم. تستخدم هذه بشكل رئيسي في جميع المحطات النووية الكندية. تستخدم هذه المفاعلات الماء الثقيل مثل المبرد والمهدئ. كوقود ، فإنه يستخدم اليورانيوم الطبيعي لأنه ، في مفاعل الماء المضغوط ، يمكن استخدام المبرد لغلي الماء العادي في حلقة مختلفة.

المفاعلات المبردة بالغاز

تستخدم هذه المفاعلات فقط في المملكة المتحدة. هذه متوفرة في نوعين هما Magnox و AGR (مفاعل تبريد بالغاز متقدم). تستخدم هذه المفاعلات ثاني أكسيد الكربون مثل المبرد والجرافيت مثل الوسيط. الوقود المستخدم في Magnox هو اليورانيوم الطبيعي بينما يستخدم في AGR اليورانيوم المعزز.

مفاعلات جرافيت الماء الخفيف

تستخدم هذه المفاعلات في دولة روسيا. لذلك تستخدم هذه المفاعلات الماء العادي كمبرد والجرافيت مثل الوسيط. في مفاعلات الماء المغلي ، يغلي المبرد عندما يمد المفاعل بالكامل. سيتم إمداد البخار المتولد مباشرة باتجاه مولدات التوربينات. تم تشغيل تصميمات مفاعلات LWG المبكرة بشكل متكرر بدون خصائص أمنية.

مفاعلات التوليد السريعة

تستخدم هذه المفاعلات نيوترونات سريعة لتغيير مواد مثل U238 و Thorium232 إلى مواد انشطارية لتزويد المفاعل بالوقود. تتحد هذه العملية مع إعادة التدوير ، والتي لديها القدرة على تعزيز موارد الوقود النووي التي يمكن الوصول إليها. تعمل هذه المفاعلات في روسيا.

المفاعلات المعيارية الصغيرة

تم تصميم SMR الحديث بشكل أساسي اقتصاديًا. تنمو هذه المفاعلات لتزويد الكهرباء لشبكات الكهرباء الصغيرة وربما لتوفير الحرارة لصناعات الموارد. يمكن أيضًا استخدام هذه المفاعلات في شبكات أكبر عندما ينمو الطلب.

بعض المفاعلات من نوع SMR في مراحل صعبة من التطوير مثل تحت الأرض بالكامل ، مما يقلل من استخدام الأرض والتوظيف ومتطلبات الأمان. تحتوي بعض هذه المفاعلات على أنظمة أمان سلبية تعمل لمدة تصل إلى 4 سنوات دون إعادة تعبئتها

بعض الأنواع الأخرى من المفاعلات هي CANDU ، المولد السريع ، الثوريوم ، الماء المغلي ، الماء المضغوط ، المنشور ، الملح المصهور ، الوحدات الصغيرة ، المولدات الحرارية للنظائر المشعة ، مفاعلات الانصهار ، RBMKs ، Magnox ، Pebble bed ، التبريد بالماء فوق الحرج ، AES-2006 / مفاعلات VVER-1000 و VHTR و HTGR و Research.

استخدامات المفاعل النووي

ال تطبيقات المفاعل النووي تشمل ما يلي

• تستخدم في محطات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء وتستخدم أيضًا في الدفع البحري النووي.
• توفر محطات الطاقة النووية الطاقة المطلوبة لإنتاج الطاقة الكهربائية.
• هذه تدفع مراوح السفن بخلاف ذلك لتدوير أعمدة المولدات الكهربائية.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على مفاعل نووي . وبالمثل ، هناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية التجارية المتاحة في جميع أنحاء العالم مثل المبرد بالغاز ، والنيوترون السريع ، والجرافيت المائي الخفيف ، والماء المضغوط ، والماء المغلي ، والماء الثقيل المضغوط ، والمفاعل السريع التوليد. إليك سؤال لك ، ما هو الوقود المستخدم في PHWR؟