ما هي كيمياء الوقود النووي

1 إجابة واحدة
مهندسة
الهندسة الميكانيكية, University of L'Aquila (Italy)

يُسمى الوقود الذي يُستخدم للحفاظ على تسلسل التّفاعل النوّوي ضمن المفاعلات بالوقود النوّوي، ولهذا الوقود خاصيّةٌ هامةٌ فهو قابلٌ للإنشطار ومن أكثر أنواعه الشّائعة هي المعادن المشعة مثل: ( اليورانيوم 235 و البلوتونيوم 239 )، وتمثل دورة الوقود النووي كافة العمليّات التي تتم من خلالها الحصول على الوقود وتنقيحه واستخدامه، حيث تقوم محطات صناعة الوقود بتصنيع الوقود النوّوي ويتم ذلك عن طريق تحويل اليورانيوم المخصب إلى وقودٍ للمفاعلات النوّوية بعدة طرقٍ وأشكال:

  • كما في مفاعلات الماء الخفيف يتم استبدال اليورانيوم على شكلٍ صلبٍ من مصنع التخصيب حيث يُحَولُ إلى غاز كمرحلةٍ أولى ومن ثمّ يُحول كيميائيًّا إلى مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم وبعد ذلك يُضغط المسحوق على شكل حبيباتٍ ويُعبأ في مجموعات الوقود.
  • أيضًا تتم صناعة الوقود من خلال تعبئة مسحوق اليورانيوم مع أكسيد البلوتونيوم ويشكل ذلك أكسيدًا مختلطًا.

وتتمثل دورة تصنيع الوقود النووي بعدة خطوات وهي:

في البداية يُستخرج اليورانيوم من خلال طرقٍ تقليديّةٍ أو عن طريق عملية التعدين في مواقع تواجده فيتم ضخ المياه الغازية لتصل إلى تحت الأرض وتحمل الرواسب الموجودة معها وتوصلها إلى السطح، وعادةً ما يُستخرج من كازاخستان وكندا وأستراليا وأيضًا من الولايات المتحدة.

بعد عملية استخراج اليورانيوم وقبل إدخاله للمفاعلات يخضع لخطوات معالجة رئيسيّة لتحويله من العنصر الخام إلى الوقود النووي الذي يحتاجه المفاعل وتتمثل تلك الخطوات بـ: (التعدين – الطحن – التحويل – التخصيب – تصنيع الوقود).

ويتمّ تحويل اليورانيوم الطبيعي إلى أكثر من شكلٍ لكي يُخصب، حيث تعمل منشآت تخصيب اليورانيوم على إجراء هذه العملية وإعداده ليتمّ استخدامه في المفاعلات النووية وتتواجد أغلب هذه المنشآت بشكلٍ رئيسيٍّ في الولايات المتحدة وفرنسا وألمانيا وروسيا وهولندا.

وبعد تلك الخطوات يُحول اليورانيوم المخصب إلى مسحوق والذي بدوره يُضغط على شكل حبيبات الوقود ويُحمل ضمن مجموعاتٍ من الأنابيب المعدنيّة المستخدمة في التفاعلات والتي تدعى بتجمعات الوقود.

يُنتج الوقود النووي المستخدم في التفاعلات النوّوية بعدة أشكال مختلفة فإمّا أن يكون معدناً أو سبيكةً أو نوعاً من أنواع الأكاسيد ولكن أغلب المفاعلات تستخدم نوع ثاني أكسيد اليورانيوم والذي يُجمع ويُدخل ضمن المفاعل النووي ويمكنه البقاء لعدة أشهرٍ وفي بعض الحالات لعدة سنوات، وفي حال استعماله فإنّ الوقود تطرأ عليه عملية الإنشطار النووي وإطلاق الطاقة والتي تستخدم في توليد الكهرباء، حيث تبقى الطاقة مستمرةً نتيجة قيام النيوترونات المنبعثة من عملية الإنشطار بتفاعل سلسلة انشطار، ويتمّ التخلص من الوقود النووي وإزالته من المفاعلات بعد خضوعه لعملية الإنشطار سواءً كان الوقود هو اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم 239، ويكون الوقود المستخرج ساخنًا جدًا لذلك يُبرد لعدة سنواتٍ بوضعه ضمن بركة ماءٍ عميقةٍ والتي تلعب دور المبرد فيقوم لإزالة حرارة الإضمحلال وتوفير الحماية من النشاط الإشعاعي ويسمى هذا الوقود بالمُشع أو المستهلَك، وبعد عملية التبريد يصبح من الممكن إعادة استخدامه أو إرساله إلى التخزين وذلك بحسب وضعه، حيث يُخزن في حاوياتٍ كبيرةٍ مُصنعةٍ من الخرسانة المسلحة بالفولاذ.

وللوقود النووي مزايا عدة منها:

  • يملك قدراتٍ إنتاجيّةٍ كبيرة في توليد الطاقة.
  • لدى اليورانيوم 235 قابليّة لإعادة الإستخدام بعد المعالجة فهو لايحترق بشكلٍ كامل.
  • تقليل انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي.

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما هي كيمياء الوقود النووي"؟