المفاعلات النووية هي قلب محطة للطاقة النووية، فهي تحتوي على تفاعلات السلسلة النووية التي تتحكم في توليد الحرارة من خلال عملية مادية تسمى الانشطار وتتحكم فيها. تُستخدم هذه الحرارة في صنع البخار الذي يدور لتوليد الكهرباء، .وتعد الطاقة النووية أحد أكبر مصادر الكهرباء الموثوقة الخالية من الكربون.

وتعد نظام يستخدم لبدء واحتواء تفاعل السلسلة النووية، ولديه العديد من التطبيقات المفيدة. تنتج هذه التفاعلات النووية طاقة حرارية إما عن طريق الانشطار النووي (في الممارسة) أو الاندماج النووي (قيد التطوير)، تستخدم المفاعلات النووية في المقام الأول لتوليد الكهرباء، ومع ذلك يمكن استخدامها للدفع في المركبات مثل الغواصات أو السفن البحرية ، لإنتاج النظائر أو النيوترونات المفيدة، وللبحث والتدريب.

تتمثل المهمة الرئيسية للمفاعل في إيواء الانشطار النووي والتحكم فيه، وهي عملية تنقسم فيها الذرات وتطلق الطاقة، تستخدم المفاعلات اليورانيوم كوقود نووي، تتم معالجة اليورانيوم في حبيبات خزفية صغيرة ويتم تكديسها معًا في أنابيب معدنية محكمة الغلق تسمى قضبان الوقود، وعادًة ما يتم تجميع أكثر من 200 من هذه القضبان معًا لتشكيل مجموعة وقود، يتكون قلب المفاعل عادة من بضع مئات من التجميعات، اعتمادًا على مستوى الطاقة.

داخل وعاء المفاعل، يتم غمر قضبان الوقود في الماء الذي يعمل كمبرد وسيط. يساعد الوسيط في إبطاء النيوترونات الناتجة عن الانشطار للحفاظ على تفاعل السلسلة، يمكن بعد ذلك إدخال قضبان التحكم في قلب المفاعل لتقليل معدل التفاعل أو سحبه لزيادة ذلك، تعمل الحرارة الناتجة عن الانشطار على تحويل الماء إلى بخار ، والذي يدور التوربين لإنتاج الكهرباء الخالية من الكربون.

ما الذي يغذي المفاعل؟ يمكن استخدام عدد من المواد المختلفة لتزويد المفاعل بالوقود، ولكن في الغالب يستخدم اليورانيوم لكونه وفيرًا، ويمكن العثور عليه في العديد من الأماكن حول العالم، بما في ذلك في المحيطات، كما يمكن أيضًا استخدام أنواع وقود أخرى، مثل البلوتونيوم والثوريوم. تحتوي معظم مفاعلات اليوم على عدة مئات من مجموعات الوقود، لكل منها آلاف الحبيبات الصغيرة من وقود اليورانيوم، تحتوي حبيبة واحدة على قدر من الطاقة كما هو الحال في طن واحد من الفحم. يتطلب المفاعل النموذجي حوالي 27 طنًا من الوقود الطازج كل عام. وعلى النقيض من ذلك، فإن محطة طاقة الفحم ذات الحجم المماثل تتطلب أكثر من مليوني ونصف مليون طن من الفحم لإنتاج أكبر قدر ممكن من الكهرباء.

يمكن العثور على المفاعلات النووية في جميع أنحاء العالم، تساهم مفاعلات الانشطار في محطات الطاقة النووية بحوالي 11٪ من إجمالي الكهرباء في العالم على الرغم من وجود العديد من التصميمات المختلفة لمفاعلات الانشطار ، إلا أن معظمها يتكون من نفس المكونات لتشغيلها، الفرق بين كل نوع من مفاعلات الانشطار يأتي من الأساليب المختلفة المستخدمة لتلبية هذه المتطلبات.

أكمل القراءة

وظيفة المفاعل النووي

جميعنا سمعنا بكارثة مفاعل تشيرنوبل النووي، حيث بينت هذه الكارثة للعالم أهمية الدقة العالية أثناء التعامل مع المفاعلات، فتحت هذه الكارثة أبواب الفضول في عقولنا ودفعتنا إلى تثقيف أنفسنا بشكل كبير بما يخص تكوين المفاعلات النووية والأغراض التي تخدمها.

بداية علينا أن نعلم أن المفاعلات النووية قلب محطة الطاقة النووية، توصف على أنها غلايات مائية ضخمة، تتحكم في سلسلة من التفاعلات النووية التي تنتج كميات هائلة من الحرارة وذلك من خلال عملية فيزيائية تسمى الانشطار حيث يتم إطلاق النيوترون وينقسم إلى ذرتين أصغر وبعض نيوترونات إضافية، تصطدم هذه النيوترونات بذرات أخرى مما يؤدي إلى انشطارها وهكذا دواليك لذلك لقب هذا التفاعل النووي بالمتسلسل، تستخدم الحرارة الناتجة عن عمليات الانشطار هذه في العديد من المجالات، بشكل رئيسي تتحول الطاقة إلى بخار كوقود لتوليد الكهرباء.

يبلغ عدد المفاعلات النووية حول العالم 450 مفاعل نووي، 95 منها موزعة في الولايات المتحدة الأمريكية، للمفاعلات النووية أهمية كبيرة فهي أكبر مصادر الطاقة الكهربائية الموثوقة الخالية من الكربون وهي موجودة بشكل متوفر.

إن الوظيفة الرئيسية للمفاعل النووي تتجلى في إنتاج الطاقة من خلال تفاعلات الانشطار والاندماج، حيث يستخدم اليورانيوم كوقود نووي في هذه المفاعلات.

يعالج اليورانيوم في كرات خزفية صغيرة وثم تكدس في أنابيب معدنية محكمة الإغلاق يطلق عليها اسم قضبان الوقود، التي تغمر في الماء حيثالذي يعمل كمبرد ومهدئ عند ارتفاع درجة حرارة القضبان، يساعد هذا الوسيط في إبطاء حركة النيوترونات الناجمة عن تفاعلات الانشطار، ذلك من أجل الحفاظ على مستوى طاقة ثابت ومن أجل ضمان حدوث التفاعل النووي بالسرعة المناسبة. أي يحتوي كل مفاعل نووي على مجموعة من الأنظمة التي تسرع أو تبطئ أو تغلق التفاعل النووي والحرارة التي ينتجها، ويعتبر هذا الجزء من أهم أجزاء المفاعل. ويتم ذلك عادةً باستخدام قضبان التحكم التي تُصنع من مواد ماصة للنيوترونات مثل الفضة والبورون.

يتم إدخال قضبان التحكم في قلب المفاعل للتقليل من معدل التفاعل كما يمكن سحبها للخارج، تقوم الحرارة الناتجة عن الانشطار بتحويل الماء إلى بخار حيث يقوم هذا البخار بتدوير المحركات السريعة لإنتاج الكهرباء الصافية، بعد هذه الخطوة تحول الكهرباء إلى أي شكل من أشكال الطاقة المراد تحويلها إليه.

للمفاعلات النووية أنواع مختلفة، أشهرها مفاعلات الماء الخفيف المستخدمة في الولايات المتحدة الأمريكية، تعتبر مفاعلات الماء الخفيف أشيع المفاعلات في العالم أجمع، يستخدم الماء كمبرد ومعدل للنيوترونات؛ والنوع الآخر هو مفاعل الماء المضغوط، تضخ هذه المفاعلات الماء في قلب المفاعل ويتم تسخين الماء عن طريق عمليات الانشطار النووي أيضاً حيث يضخ في أنابيب داخل المبادل الحراري تحت ضغط عالي من أجل منعه من الغليان.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي وظيفة المفاعل النووي؟"؟