طرق توليد الطاقة في المفاعلات النووية
القوى النووية مصدر حيوي للطاقة النظيفة والفعالة. تستخدم المفاعلات النووية طرقا مختلفة لتوليد الطاقة، وتسخير الإمكانات الهائلة للانشطار النووي. يناقش هذا المقال الطرق الأساسية لتوليد الطاقة في المفاعلات النووية ، ويسلط الضوء على وظائفها وفوائدها.
1. الانشطار النووي
يكمن الانشطار النووي في قلب توليد الطاقة في المفاعلات النووية. في هذه العملية ، تنقسم نواة الذرة إلى جزيئات أصغر ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة. الوقود الأكثر استخداما للانشطار النووي هو اليورانيوم 235. عندما يصطدم نيوترون بنواة ذرة يورانيوم-235، فإنه ينقسم إلى نواتين أصغر أو أكثر، إلى جانب إطلاق كبير للطاقة في صورة إشعاع وطاقة حركية. يتم استخدام هذه الطاقة لتسخين المياه ، وإنتاج البخار الذي يحرك التوربينات ويولد الكهرباء في نهاية المطاف.
2. قضبان التحكم والمشرفون: تنظيم التفاعل
تلعب قضبان التحكم دورا حاسما في التحكم في عملية الانشطار النووي داخل المفاعل. يتم إدخال هذه القضبان ، المصنوعة عادة من مادة تمتص النيوترونات ، في قلب المفاعل. من خلال ضبط موضع قضبان التحكم ، يمكن التحكم في معدل تفاعلات الانشطار.
بالإضافة إلى قضبان التحكم ، تعمل المهدئات مثل الماء أو الجرافيت على إبطاء النيوترونات المنبعثة أثناء الانشطار ، مما يجعلها أكثر عرضة للتصادم مع ذرات اليورانيوم 235 والحفاظ على التفاعل المتسلسل. يعد التنظيم الدقيق لقضبان التحكم واختيار المشرفين أمرا ضروريا للحفاظ على تفاعل انشطاري متحكم فيه وفعال.
3. التبادل الحراري وتوليد الطاقة
بمجرد أن تولد عملية الانشطار النووي حرارة هائلة ، من الضروري نقل هذه الحرارة بكفاءة لإنتاج الكهرباء. تستخدم المفاعلات النووية سائل تبريد ، مثل الماء أو الغاز ، لامتصاص الحرارة المتولدة في قلب المفاعل. ثم يتم تمرير المبرد الساخن عبر مبادل حراري ، حيث يقوم بتسخين حلقة منفصلة من الماء ، مما ينتج عنه بخار.
التبادل الحراري وتوليد الطاقة هما عنصران أساسيان في عملية توليد الطاقة في المفاعلات النووية. يبدأ الأمر بعملية نووية هامة تعرف بالانشطار النووي، حيث يتم تقسيم نواة ذرة ثقيلة، مثل اليورانيوم-235، إلى نوى أصغر مع إطلاق طاقة هائلة في شكل حرارة وإشعاعات. يتم توجيه هذه الحرارة لتسخين مادة تبريد مثل الماء أو الغاز، وهنا تأتي دورية التبادل الحراري حيث يتم نقل هذه الحرارة المتولدة نتيجة الانشطار النووي إلى مبادل حراري.
يعمل المبادل الحراري على تسخين ماء آخر لتحويله إلى بخار، وهذا البخار يدير توربينات متصلة بمولدات كهربائية. باستخدام حركة الدوران التي تولدها التوربينات، تتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، وبالتالي نحصل على الطاقة الكهربائية التي يمكن استخدامها في تشغيل الأجهزة والأنظمة المختلفة.
يتم توجيه هذا البخار إلى التوربينات ، مما يجعلها تدور وتولد طاقة ميكانيكية. أخيرا ، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء باستخدام مولدات متصلة بالتوربينات.
