المفاعلات النوويه:

  التعريف:

جهاز يستخدم لإنتاج كميّات ضخمة من الطاقة باستخدام كمية صغيرة من الوقود، ويُطلقُ عليه أحيانًا اسم المفاعل الذري أو القمين النووي. وتتولد الطاقة في المفاعل النووي ـ أساسًا ـ في صوره طاقه  حرارية بعملية تُعرف باسم الانْشطار النووي. والانشطار النووي هو شق أو فلق نويات ذرات عنصر اليورانيوم أو البلوتونيوم.

أجزاء المفاعل النووي

تختلف المفاعلات النووية من حيث التصميم والحجم، إلا أن معظمها يتكون من خمسة أجزاء أساسية هي:

أولا:القلب.

يُعد قلب المفاعل النووي الجزء الأساسي به، ويتكون من الوقود النووي، وتحدث فيه عملية الانشطار النووي.

يتكون الوقود النووي في معظم المفاعلات النووية من خليط من عدد من نظائر اليورانيوم. وأهم نظائر اليورانيوم المستخدمة في المفاعلات؛ اليورانيوم ـ 235، وهو النظير الذي ينشطر فعليًا. ويوجد نوع من المفاعلات الخاصة، يُطلق عليه المفاعل المولد، يمكنه تحويل اليورانيوم ـ 238 المتوافر بكثرة إلى البلوتونيوم ـ 239 القابل للانشطار.

ثانيا:المُهدئ.

مادة تستخدم في كثير من المفاعلات لرفع مُعدَّل الانشطار واسْتِثارة التفاعل المتسلسل. وأهم أنواع المهدّئات؛ الجرافيت، والماء، أو الماء الثقيل، وهو مركب من الأكسجين والديوتريوم. وتعمل المهدئات على إبطاء سرعة النيوترونات المنطلقة من انشطار ذرات اليورانيوم ـ 235. ويٌساعد إبطاء سرعة النيوترونات المنطلقة من الانشطارات ذرات اليورانيوم الأخرى في أَسْرِ النيوترونات بصورة أفضل، مما يساعدها على الانشطار. وإذا لم يستطع المهدئ تخفيض سرعة النيوترونات، فإن ذرات اليورانيوم ـ 238 سوف تمتص عددًا كبيرًا من هذه النيوترونات التي لن تنشطر.

ثالثا:قضبان التحكم.

تعمل قضبان التحكم في المفاعل النووي على تنظيم مُعدل التفاعل المتسلسل، وتُصنع من البورون أو الكادميوم أو بعض العناصر الأخرى التي يمكنها امتصاص النيوترونات دون حدوث أي تغيُّر في المادة الممتصة.

قضبان التحكم تحد من عدد ذرات الوقود المنشطرة. وهي تصنع من مواد تمتص النيوترونات. وعندما تكون قضبان التحكم في عمق القلب فإنها تمتص الكثير من النيوترونات، ولهذا ينشطر عدد محدود من الذرات. ولكي يعمل المفاعل يسحب عدد من قضبان التحكم من قلب المفاعل.

وبعد تحميل قلب المفاعل بالوقود، تُسحب قضبان التحكم جزئيًا من المفاعل بحيث يمكنها امتصاص عدد قليل نسبيًا من النيوترونات.

رابعا:المبرد.

يحمل المبرِّد الحرارة الشديدة الناتجة عن الانشطار خارج المفاعل، ويعمل على توفير الطاقة الحرارية، لأنظمة أخرى في محطة المفاعل النووي لتوليد الطاقة الكهربائية. وفي الوقت نفسه تتحكم المادة المبردة في درجة حرارة قلب المفاعل وتنظمها، وتمنعه من التسخين المفرط. وثمة مواد عديدة يمكن استخدامها مبردات، منها الغازات والسوائل، والفلزات السائلة.

أنواع المفاعلات:

وتصنف المفاعلات النووية إلى أنواع طبقًا لنوع المبرد المستخدم فيها، وطريقة استخدام المادة المبردة في المفاعلات. 

 

 أولا:مفاعل نووي مبرد بالغاز:

 

ثانيا:مفاعلات نوويه مبرده بالماء:

وهناك نوعان أخران من المفاعلات النوويه يستخدمان الماء في عمليه التبريد:

 النوع الأول: مفاعل

نووي مبرد بالماء المغلي:

مفاعل الماء المغلي، وفيه تؤدي الطاقة الحرارية المسحوبة من قلب المفاعل إلى غليان الماء، ومن ثم تحويله إلى بخار، ثم ينساب البخار، ويتدفق من المفاعل إلى توربين متصل بمولد كهربائي.  

النوع الثاني:مفاعل نووي مبرد بالماء الخفيف المضغوط:

والنوع الثاني هو مفاعل الماء المضغوط، وفي هذه الحالة يمتص الماء الحرارة من قلب المفاعل، لكنه لا يصل إلى درجة الغليان إلا أنه يظل ساخنًا لأن الماء يظل تحت ضغط مرتفع. وينقل الماء الساخن من المفاعل إلى مبادل حراري منفصل حيث يولِّدُ المبادل الحراري البخار اللازم لإدارة التوربينات البخارية.

ثالثا:مفاعل نووي مبرد بالصوديوم السائل:

وفي المفاعلات المولدة السريعة المبردة بالفلز السائل يحمل الصوديوم المنصهر الحرارة من قلب المفاعل إلى نظام من المبادلات الحرارية. ويُستخدم نظام المبادلات الحرارية الطاقة الحرارية المنبعثة من المفاعل، في توليد البخار لدفع التوربينات.

نظام الأمان في المفاعل النووي: يتألف نظام الأمان في المفاعلات النووية من:

1)معدات مصممة لمنع وقوع الحوادث الخطيرة. وإحدى معدات نظام الأمان في المفاعلات هي أذرع الأمان، التي تسمح بإغلاق المفاعل بسرعة فائقة عند ظهور أي خطر. وتنغمس أذرع الأمان أوتوماتيًا في قلب المفاعل، عندما يكتشف جهاز أحصاء النيوترونات زيادة غير عادية في معدل الانشطار في المفاعل. وبجانب أذرع الأمان توجد أيضا معدات أخرى لإغلاق المفاعل في حالة الطوارئ. ويتكون نظام الأمان في المفاعل من كريات دقيقة من أكسيد السمريوم، وهو مركب من السمريوم والأكسجين. وعند حدوث أي طارئ تَسْقطُ هذه الكريات أوتوماتيًا وبسرعة إلى قلب المفاعل. وبمجرد وصولها إلى القلب تمتص كمية كبيرة من النيوترونات تكفي لتوقف التفاعل المتسلسل تمامًا.

2)نظام الطوارئ: 

يوجد في معظم المفاعلات النووية أيضًا لتبريد القلب ويحفظ هذا النظام، قلب المفاعل من التسخين المفرط إذا فقد المبرد الأصلي من المفاعل، لأي سبب من الأسباب. فمثلاً إذا انفجر أحد أنابيب تبريد الماء المضغوط 

حيث يقوم نظام تبريد الطوارئ بغَمر قلب المفاعل في الماء أوتوماتيًا للحد من درجة حرارة قلب المفاعل وبهذا يمنع انصهار الوقود النووي.

3)أبنية احتواء مانعة للتسرب:

يؤدي انصهار الوقود النووي إلى انبعاث كمية ضخمة من المواد المشعة شديدة الخطورة من المفاعل إلى الجو المحيط. ولمنع تَسَرُّب المواد ذات النشاط الإشاعي إلى المناطق المحيطة بالمفاعل، تُحاط معظم إنشاءات المفاعل بأبنية احتواء مانعة للتسرب. ووجود المرشحات والمعدات المشابهة في مباني المفاعلات، يمكنها من اصطياد معظم الجسيمات المشعة، وبهذا يتم التخلص منها حيث لا تنبعث إلى الجو المحيط بالمفاعل. ويساعد وجود حجيرات محكمة الغلق وغير نافذة الهواء، ـ يطلق عليها المسد الهوائي ـ على مغادرة الفنيين والعاملين بالمفاعل مبنى المفاعل دون أي خوف أو خطر من تلوث الجو خارج المفاعل.