كيف ينتج المفاعل النووي الكهرباء؟
مكونات المفاعل النووي.
ما هي أنواع مفاعلات الطاقة النووية؟

بشكل عام يعود تاريخ الطاقة النووية إلى الخمسينيات من القرن الماضي، حيث قد أثبتت الطاقة النووية أنها مصدر موثوق واقتصادي للطاقة، حيث توفر الطاقة ليس فقط للمجتمعات ولكن أيضاً للبعثات الفضائية والسفن في البحر، وفي بداية القرن الحادي والعشرين قدم الاحتباس الحراري أسباباً جديدة لاستغلال مزايا الطاقة النووية، حيث تنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء باستخدام كل من اليورانيوم والعناصر المشعة الأخرى كوقود، وأن هذه العناصر المستخدمة في محطات الطاقة النووية عادةً لا ينتج عنها أي غازات دفيئة في الغلاف الجوي.

 

كيف ينتج المفاعل النووي الكهرباء؟

 

عادةً ينتج المفاعل النووي (ويتحكم في إطلاق الطاقة) من خلال شطر ذرات عناصر معينة، ففي مفاعل الطاقة النووية تُستخدم الطاقة المنبعثة كحرارة لتوليد البخار الذي يعمل على توليد الكهرباء، وفي مفاعل الأبحاث فيتم استخدام النيوترونات الفعلية المنتجة لتوليد الكهرباء، وفي معظم المفاعلات البحرية قد يدفع البخار التوربينات مباشرة للدفع لتوليد الكهرباء.

 

وهذا يعني إن مبادئ استخدام الطاقة النووية لإنتاج الكهرباء هي نفسها لمعظم أنواع المفاعلات، حيث يتم تسخير الطاقة المنبعثة من الانشطار المستمر لذرات الوقود كحرارة إما في الغاز أو الماء وتستخدم لإنتاج البخار، ويستخدم هذا البخار لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء (كما هو الحال في معظم محطات الوقود الأحفوري).

 

مكونات المفاعل النووي:

 

الوقود (اليورانيوم): يعد اليورانيوم هو الوقود الأساسي المستخدم في محطات الطاقة النووية، حيث يتم عادةً ترتيب حبيبات أكسيد اليورانيوم في أنابيب لتشكيل قضبان الوقود، وقد يتم ترتيب هذه القضبان في مجموعات وقود في قلب المفاعل، ومع ذلك في مفاعل نووي مزود بوقود جديد فإنه يجب أن يكون هناك حاجة إلى مصدر نيوتروني (قذف النيوترونات) لبدء التفاعل، وعادةً ما يكون هذا ممزوجاً بالراديوم أو أي باعث ألفا آخر.

 

قضبان أو شفرات التحكم: وإن هذه الشفرات تكون مصنوعة من مواد ماصة للنيوترونات مثل: الكادميوم أو الهافنيوم أو البورون، ويتم إدخالها أو سحبها من القلب للتحكم في معدل التفاعل أو لإيقافه، ولكن في حالة الانشطار قد يتم إطلاق معظم النيوترونات بسرعة – ويتأخر بعضها، وتعد هذه العملية ضرورية في تمكين نظام التفاعل التسلسلي ليكون قابلاً للتحكم.

 

المبرد: هو عبارة عن سائل يدور عبر القلب لنقل كمية الحرارة منه، وفي مفاعلات الماء الخفيف يعمل وسيط الماء أيضاً كمبرد أولي، وتحتوي بعض محطات الطاقة النووية على اثنين إلى أربع حلقات مبرد أولية والتي تكون مزودة بمضخات مدفوعة إما بالبخار أو الكهرباء.

 

أنابيب الضغط: وهذه الأنابيب تكون عبارة عن وعاء فولاذي متين يحتوي على قلب المفاعل والمهدئ / المبرد، وتعمل هذه الأنابيب على مسك الوقود وتنقل المبرد عبر الوسيط المحيط.

 

مولد البخار: تحتوي المفاعلات بشكل أساسي على حلقات وكل منها يكون مزود بمولد بخار.

 

هيكل الاحتواء: هو عبارة عن هيكل محيط بالمفاعل والمولدات البخارية المصاحبة له، وهو مصمم لحمايته من الاقتحام الخارجي، وأيضاً يستخدم هذه الهيكل لحماية الخارج من تأثيرات الإشعاع في حالة حدوث أي عطل خطير بالداخل، وعادة ما يكون عبارة عن هيكل خرساني وفولاذي بسمك متر.

 

ما هي أنواع مفاعلات الطاقة النووية؟

 

مفاعلات الماء المضغوط: مفاعلات الماء المضغوط هي أكثر المفاعلات شيوعاً في الاستخدام في بعض دول العالم، حيث تحتوي هذه المفاعلات المضغوطة على مصادر وقود اليورانيوم المخصب التي تُستخدم لتسخين المياه شديدة الضغط التي تولد البخار، وقد يستخدم هذا البخار لتشغيل توربين يولد الكهرباء المجمعة والمستخدمة في شبكة الطاقة، وتستخدم مفاعلات الماء المضغوط أيضاً الماء كجهاز تبريد، وتشمل إجراءات التبريد الثانوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة (الانصهار) إضافة البورون إلى النظام.

 

مفاعلات الماء المغلي: إن مفاعلات الماء المغلي تشبه مفاعلات الماء المضغوط، ولكن مفاعلات الماء المغلي تكون أبسط في عملية التصميم وأقل تكلفة، ومع ذلك فإن الصيانة المطلوبة تعوض هذا التوفير الأولي في التكاليف، وبالإضافة إلى ذلك يتم تعريض البخار في مفاعلات الماء المغلي للإشعاع، وبالتالي فإن الحماية الإشعاعية ضرورية للتوربين الكهربائي وأي صيانة داخل المفاعل.

 

مفاعلات النيوترون السريعة: تستخدم مفاعلات النيوترونات السريعة البلوتونيوم واليورانيوم كوقود، وفي بعض محطات الطاقة النووية يستخدم الوقود الطبيعي، حيث يقلل الوقود الطبيعي بدلاً من الوقود المخصب من تكاليف وقود محطات الطاقة النووية، ومع ذلك فإن بناء مثل هذه المفاعلات النيوترونية السريعة هو أمر مكلف إلى حد ما، كما تحصل بعض المفاعلات النيوترونية السريعة على ما يصل إلى حوالي 60 ضعف الطاقة من الوقود الطبيعي مثل المفاعلات الأخرى.