المفاعلات النووية هي أنظمة معقدة تلعب دورا حيويا في توليد الكهرباء من خلال الانشطار النووي المتحكم فيه. في هذه المقالة ، سوف نتعمق في مكونات ووظائف المفاعلات النووية ، واستكشاف العناصر الحاسمة التي تجعلها فعالة وآمنة.
المكونات الأساسية للمفاعل النووي
يتكون المفاعل النووي من مكونات رئيسية مختلفة تعمل معا لتسهيل عملية الانشطار النووي الخاضعة للرقابة وتسخير طاقتها. وتشمل هذه المكونات:
- قضبان الوقود وتجميعات الوقود: تحتوي قضبان الوقود على الوقود النووي ، عادة اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم 239 ، الذي يخضع للانشطار لإطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. تتكون مجموعات الوقود من مجموعة من قضبان الوقود.
- قضبان التحكم: قضبان التحكم مصنوعة من مواد يمكنها امتصاص النيوترونات ، مثل البورون أو الكادميوم. من خلال ضبط موقعهم داخل قلب المفاعل ، يمكن لمشغلي المفاعل التحكم في عملية الانشطار والحفاظ على معدل ثابت من التفاعل.
- مشرف: يبطئ المهدئ ، الذي غالبا ما يكون مصنوعا من الماء أو الجرافيت أو الماء الثقيل ، النيوترونات السريعة المنبعثة أثناء الانشطار. من المرجح أن تحفز النيوترونات الأبطأ المزيد من الانشطار ، مما يعزز كفاءة المفاعل.
- المبرد: يدور المبرد ، مثل الماء أو الغاز أو المعدن السائل ، عبر المفاعل لامتصاص الحرارة المتولدة أثناء الانشطار ونقلها إلى مبادل حراري. كما أنه يساعد في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة داخل المفاعل.
- مبادل حراري: ينقل المبادل الحراري الطاقة الحرارية من سائل تبريد المفاعل إلى حلقة تبريد ثانوية ، حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء باستخدام توربينات بخارية.
الوظائف والعمليات داخل المفاعل النووي
إن فهم كيفية عمل المفاعل النووي ينطوي على فهم العمليات الأساسية التي تحدث داخل قلبه:
- انشطار: الانشطار النووي هو العملية التي تنقسم فيها نواة الذرة إلى جزيئات أصغر ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة وإشعاع.
- توليد الحرارة: أثناء الانشطار النووي ، تتولد الحرارة كمنتج ثانوي. تنتج قضبان الوقود داخل قلب المفاعل درجات حرارة عالية يمتصها المبرد.
- انتقال الحرارة: يمتص المبرد الحرارة ويحملها إلى المبادل الحراري ، حيث يتم نقلها إلى حلقة تبريد ثانوية. ثم يتم استخدام هذه الحرارة لإنتاج البخار ، الذي يشغل توربين متصل بمولد ، مما يؤدي في النهاية إلى توليد الكهرباء.
الأمان والتنظيم في المفاعلات النووية
السلامة هي الشاغل الرئيسي في تشغيل المفاعلات النووية. يتم وضع لوائح صارمة وتدابير السلامة لضمان حماية كل من البيئة والسكان. وتشمل هذه:
- أنظمة التحكم: يتم استخدام أنظمة التحكم المتقدمة لمراقبة وتنظيم عمليات المفاعل في الوقت الفعلي ، مما يضمن ظروفا آمنة ومستقرة داخل قلب المفاعل.
- أنظمة التبريد في حالات الطوارئ: توجد أنظمة تبريد احتياطية للتخفيف من أي حالات ارتفاع درجة الحرارة. يتم تنشيطها تلقائيا في حالة الطوارئ ، مما يمنع الانصهار المحتمل ويضمن سلامة المفاعل.
- مراقبة الإشعاع: تضمن المراقبة المستمرة لمستويات الإشعاع داخل المفاعل النووي وحوله اكتشاف أي حالات شاذة أو تشوهات ومعالجتها على الفور ، مما يضمن سلامة البيئة المحيطة والسكان.
