All categories
Featured selections
Trade Assurance
Buyer Central
Help Center
Get the app
Become a supplier

حول مفاعل نووي

أنواع المفاعلات النووية

يُعدّ المفاعل النووي عملية تحكمية لانشطار ذريّ تنتج الطاقة لتوليد الكهرباء، أو إنتاج الحرارة، أو الدفع. وهناك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية، تُستخدم بشكلٍ أساسي للأبحاث أو توليد الطاقة أو لأغراض عسكرية.

  • مفاعل الماء المضغوط (PWR)

  • يُحافظ مفاعل الماء المضغوط على الماء في حلقة الدورة الأولية تحت ضغطٍ مرتفع لمنع غليانه. ويدور الماء ذو الضغط العالي وينقل الحرارة إلى حلقة ثانوية، مما ينتج بخارًا يدفع مولدات التوربينات لتوليد الكهرباء. كما يساعد ضغط الماء على التحكم في معدل الانشطار النووي والحفاظ على سلامة المفاعل. تُعدّ مفاعلات PWR من أكثر أنواع المفاعلات استخدامًا على مستوى العالم، وتُستخدم بشكلٍ شائع في محطات الطاقة المدنية.

  • مفاعل الماء المغلي (BWR)

  • يشبه تصميم ووظيفة مفاعلات الماء المغلي تلك الموجودة في مفاعلات PWR. والفرق الوحيد هو أن مفاعلات الماء المغلي تسمح للماء بالغليان داخل قلب المفاعل. ويدفع البخار المنتج مولدات التوربينات مباشرةً. يُساهم التصميم البسيط لـ BWR في جعل نظام تحويل الطاقة أكثر كفاءة من مفاعلات PWR. ومع ذلك، فإن مفاعلات BWR تحتاج إلى أنظمة سلامة أكثر تعقيدًا للحماية من الإشعاع.

  • مفاعل الماء الثقيل المضغوط (PHWR)

  • يشبه مفاعل الماء الثقيل المضغوط مفاعل PWR. وتستخدم حلقة التبريد الأولية أيضًا نفس نظام الضغط العالي. والفرق الوحيد هو أن مفاعلات PHWR تستخدم الماء الثقيل (أكسيد الديوتيريوم) بدلاً من الماء العادي كمبرد ومُخَفّف للنيوترونات. وبما أن الماء الثقيل أكثر كفاءة في تخفيف النيوترونات من الماء العادي، فإن مفاعلات PHWR يمكنها استخدام اليورانيوم الطبيعي كوقود دون الحاجة إلى إثرائه. وهذا يُمكنها من الحصول على تكاليف تشغيل أقل مقارنةً بأنواع المفاعلات الأخرى.

  • مفاعل الغاز المُبرد عالي الحرارة (HTGR)

  • يستخدم مفاعل الغاز المُبرد عالي الحرارة الهيليوم كمبرد بدلاً من الماء. والهيليوم خامل ولا يتفاعل مع الوقود النووي أو المواد الأخرى في المفاعل. وهذا يُمكّن المفاعل المُبرد بالغاز من العمل عند درجات حرارة أعلى. تُناسب قدرة المفاعلات المُبردة بالغاز على العمل عند درجات حرارة عالية استخدامها في إنتاج الهيدروجين والمفاعلات النمطية الصغيرة.

  • مفاعل المربّي السريع (FBR)

  • صُمّم مفاعل المربّي السريع لإنتاج المزيد من المواد الانشطارية (المربّي) مما يستهلكه (سريع). ويستخدم نيوترونات سريعة الحركة لدعم عملية الانشطار النووي دون الحاجة إلى مُخَفّف لِتَخفيض سرعة النيوترونات. وتحدث تفاعلات المربّي عندما يمتص اليورانيوم - 238 نيوترونًا سريعًا، ويخضع لتحول نوويّ لتكوين البلوتونيوم - 239. والبلوتونيوم - 239 هو أيضًا مادة انشطارية يمكن استخدامها كوقود للمفاعل أو في الأسلحة النووية.

مواصفات وصيانة المفاعل النووي

مواصفات

  • قطر وارتفاع القلب

    تمثل أبعاد قلب المفاعل المنطقة التي يحدث فيها الانشطار. وتختلف هذه الأبعاد حسب الغرض من المفاعل النووي، مما يؤدي إلى تعديلات في كل من القطر والارتفاع. فعلى سبيل المثال، لِتَستوعب عددًا كبيرًا من مجاميع الوقود، تُمتلك مفاعلات الطاقة التجارية قلوبًا ضخمة ذات ارتفاعات كبيرة، بينما تُمتلك مفاعلات الأبحاث قلوبًا أكثر ضغطًا لضمان السلامة والعمليات المُتحكمة.

  • قوة الإخراج

    تُشير قوة الإخراج، التي تُقاس بوحدات ميغاواط حرارية (MWt) أو جيجاوات حرارية (GWt)، إلى معدل إنتاج الحرارة أثناء عملية الانشطار. ترتبط قوة الإخراج بشكلٍ مباشر بحجم قلب المفاعل وكمية المواد الانشطارية الموجودة. وتُمتلك مفاعلات الطاقة التجارية عادةً قوة إخراج تبلغ عدة جيجاوات حرارية، بينما تُمتلك مفاعلات الأبحاث قوى إخراج أقل، عادةً في حدود بضع ميغاواط إلى بضع مئات من الميغاواط.

  • نوع وطريقة الوقود

    يأتي الوقود النووي في أنواع وأشكال متنوعة. وتُوجد حبيبات سيراميك أكسيد اليورانيوم بشكلٍ شائع في مفاعلات الماء المضغوط (PWR) ومفاعلات الماء المغلي (BWR). في حين تُستخدم مفاعلات الغاز المُبرد عالي الحرارة (HTGR) نوعًا مميزًا يُسمى وقود TRISO، والذي يتكون من نوى أكسيد اليورانيوم أو كربيد اليورانيوم مُغطاة بطبقات متعددة من السيراميك، ومضمنة في مصفوفة صلبة. وقد تُستخدم أنواع أخرى من الوقود النووي، مثل وقود أكسيد مختلط (MOX)، في بعض الظروف.

  • وعاء المفاعل ونظام التبريد

    يُستخدم وعاء المفاعل النووي لِحَصر القلب ونظم التحكم والتبريد. ويهدف تصميمه إلى ضمان عمل المفاعل بشكلٍ صحيح والحفاظ على السلامة. من ناحيةٍ أخرى، يتمثل الغرض الرئيسي لنظام التبريد في نقل الحرارة من قلب المفاعل إلى مولد البخار أو التوربين، وبالتالي تسهيل توليد الطاقة. تُمتلك أنواع مختلفة من المفاعلات النووية أنظمة تبريد وتصاميم وعاء مختلفة تُمكّنها من العمل بكفاءة.

صيانة

  • التفتيشات الدورية

    تُعدّ التقييمات البصرية الروتينية والفحوصات الدورية للمعدات جزءًا من خطة الصيانة للمفاعلات النووية من جميع الأنواع. ويهدف إجراء هذه التفتيشات إلى اكتشاف أي مؤشرات على التلف، مثل التسريبات أو التآكل أو الأضرار الهيكلية، في مرحلةٍ مبكرة. من الضروري مراقبة المعلمات الهامة بدقة، بما في ذلك الضغط ودرجة الحرارة ومستويات الإشعاع، لضمان عمل الأنظمة بشكلٍ صحيح. كما يُعدّ صياغة وتطبيق جداول وبروتوكولات تفتيش مُحددة بناءً على نوع وتصميم المفاعل النووي أمرًا أساسيًا لضمان سلامته وكفاءته.

  • الصيانة الوقائية

    من الضروري تنفيذ مهام الصيانة الدورية لأنواع مختلفة من المفاعلات النووية لمعالجة التآكل العادي الذي تُعاني منه المكونات الرئيسية. وقد تشمل هذه المهام استبدال المرشحات، وتزليق الأجزاء المتحركة، وضبط المعدات وأنظمة التحكم لتحقيق الأداء الأمثل. بالإضافة إلى ذلك، من المهم إنشاء برامج صيانة وقائية تستند إلى البحث وعوامل مثل تاريخ تشغيل المفاعل وأنماط الاستخدام والخصائص الفنية المحددة. ينبغي أن تشمل هذه البرامج مهام الصيانة المُجدولة بانتظام، إلى جانب الوثائق والتحليلات المناسبة لضمان موثوقية المفاعل النووي وسلامته على المدى الطويل.

تطبيقات المفاعلات النووية

تُستخدم المفاعلات النووية في العديد من التطبيقات، بدءًا من توليد الطاقة وصولاً إلى التطبيقات الطبية.

  • إنتاج الطاقة

    تُنتج عملية انشطار اليورانيوم المُستحث في قلب المفاعل حرارة. وتُحوّل هذه الحرارة الماء إلى بخار. ثم يدفع البخار شفرات التوربينات المُتصلة بالمولد. وتُعدّ هذه العملية هي كيفية توليد المفاعلات النووية للكهرباء للاستخدام التجاري أو السكني.

  • تحلية المياه

    تستخدم محطة تحلية المياه النووية في دولة الإمارات العربية المتحدة الحرارة المُنتجة من المفاعل النووي لتحلية مياه البحر. ويمكن للمحطة توفير أكثر من مليون متر مكعب من المياه العذبة يوميًا. ويمكن للمفاعلات أيضًا إنتاج المياه العذبة عن طريق غليان مياه البحر. ويمكن استخدام المياه العذبة لتلبية الاحتياجات الصناعية والزراعية. وتُسمّى الطريقة المُستخدمة بتقطير التعددية التأثيرية النووية.

  • إنتاج النظائر المشعة

    تُستخدم بعض المفاعلات لِصَنع النظائر المشعة. وهذه هي عناصر كيميائية مشعة محددة. تُنتج المفاعلات النووية هذه النظائر المشعة عن طريق تعريض مواد مُستهدفة محددة للإشعاع النيتروني. وتُستخدم النظائر المشعة المُنتجة في العديد من التطبيقات. تُستخدم في الطب والصناعة والأبحاث. على سبيل المثال، يُستخدم النظير الكوبالت - 60 على نطاقٍ واسع في علاج السرطان. كما يُستخدم في التعقيم والاختبار غير المُدمّر.

  • إنتاج الهيدروجين

    يمكن استخدام المفاعلات النووية لإنتاج غاز الهيدروجين. ويمكن استخدامها كمصدر للحرارة في التفاعلات الكيميائية التي تُنتج الهيدروجين. ويشمل ذلك التحليل الكهربائي عالي الحرارة والدوائر الكيميائية الحرارية. ويمكن استخدام الهيدروجين المُنتج في مركبات خلايا الوقود أو تخزينه كناقل للطاقة.

  • التكاثر النووي

    يمكن استخدام المفاعلات النووية لتكاثر المواد الانشطارية. يُحوّل المفاعل المواد المُخصّبة مثل اليورانيوم - 238 إلى مواد انشطارية مثل البلوتونيوم - 239. يمكن لمفاعلات التكاثر توليد المزيد من الوقود مما تستهلكه. وهذا لديه إمكانية تمديد توفر الوقود النووي.

كيفية اختيار المفاعل النووي

يمكن التركيز على المعايير التالية للمساعدة في العثور على المفاعل النووي المناسب لتوليد الطاقة.

  • تحليل الطلب

    أول شيء عند اختيار المفاعل النووي هو معرفة الطلب على الطاقة. ويشمل ذلك كمية الطاقة المطلوبة على أساس يومي أو سنوي وحجم الشبكة التي سيتم توصيلها بها. سيساعد فهم هذه المعايير المشترين على اختيار مفاعل يوفر القدرة اللازمة وسيكون مُجدًيًّا اقتصاديًا.

  • خيارات التكنولوجيا

    ينبغي على المشترين أن يطلعوا على أنواع المفاعلات النووية المختلفة المتاحة. ويشمل ذلك مفاعلات PWR و BWR وغيرها، كما نُوقش سابقًا. لكل نوع مزايا وعيوب. سيساعد فهم واضح للخيارات المختلفة المشترين على اختيار مفاعل تتوافق آلية عمله مع احتياجاتهم.

  • ميزات السلامة

    من الضروري التأكد من أن المفاعل المُختار مُزوّد بميزات سلامة مُتقدمة. وتُعدّ هذه الآليات آليات مثل حواجز متعددة لمنع انبعاث المواد المشعة وأنظمة التبريد في حالات الطوارئ. سيُوفر وجود هذه الميزات بيئة تشغيل آمنة ويُقلّل من المخاطر المحتملة.

  • الامتثال للوائح

    تأكد من أن المفاعل النووي المُختار مُطابق للوائح والمعايير ذات الصلة. ويشمل ذلك متطلبات السلامة وإجراءات الترخيص والاعتبارات البيئية. سيُسهّل اختيار مفاعل يفي بمعايير اللائحة عملية الموافقة ويُسهّل تنفيذ المشروع.

  • التكلفة والاقتصاد

    تقييم تكاليف رأس المال والتشغيل المرتبطة بالمفاعل النووي. ضع في الاعتبار أيضًا الفوائد الاقتصادية التي يمكن أن تُحققها، مثل عائدات توليد الكهرباء وإمكانية دخل ائتمان الكربون. سيساعد تحليل التكلفة والفائدة في اتخاذ قرار استثمار مُجدٍّ اقتصاديًا.

أسئلة وأجوبة

س1: ما هي آلية عمل المفاعل النووي في توليد الطاقة؟

ج1: في محطة الطاقة النووية، تُستخدم الحرارة المُنتجة من عملية الانشطار النووي داخل المفاعل لإنتاج البخار. ثم يدفع البخار شفرات التوربينات لتدويرها. وتُوصّل التوربينات بمولد، والذي يُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية لتوليد الكهرباء.

س2: ما هي الأنواع الشائعة من المفاعلات النووية المُستخدمة لتوليد الطاقة؟

ج2: يُعدّ مفاعل الماء المضغوط (PWR) من أكثر أنواع مفاعلات الطاقة النووية انتشارًا في العالم اليوم. ويُعدّ مفاعل الماء المغلي (BWR) أيضًا نوعًا شائعًا من مفاعلات الطاقة النووية.

س3: ما هي المكونات الرئيسية للمفاعل النووي؟

ج3: يوجد ستة مكونات رئيسية للمفاعل النووي. وهي الوقود النووي، وقضبان التحكم، والمُبرد، والمُخَفّف، ووعاء الضغط، وهيكل الحماية.