مفاعلات الماء الثقيل
المؤلف:
روبرت ل. إيفانز
المصدر:
شحن مستقبلنا بالطاقة دخل الى الطاقة المستدامة
الجزء والصفحة:
ص191
2025-09-09
292
إذا تم استخدام وسيط أكثر فاعلية من الماء العادي في تمكين تفاعل الانشطار عندها يمكن جعل اليورانيوم الطبيعي محافظاً على تفاعل الانشطار بدلاً من المادة المخصبة، ويمكن عند ذلك أن يستخدم اليورانيوم الطبيعي مباشرة لتزويد المفاعل النووي بالوقود. ويعتبر الماء الثقيل أو أكسيد الديوتيريوم، وهو ماء تم فيه استبدال ذرة الهيدروجين العادية بذرة الديوتيريوم، وسيطاً أكثر فاعلية. تكمن حسنة استخدام هذا الشكل من الماء كوسيط في محطة نووية، في أن هذا الوسيط ليس لديه قابلية امتصاص النيوترونات المتناثرة، بعكس الماء العادي. كذلك إن وجود نيوترون إضافي في جزيء الماء الثقيل يعمل على إبطاء النيوترونات السريعة المنتجة في مفاعل الانشطار، وهكذا تستطيع هذه النيوترونات افتعال تفاعل تسلسلي مستمر باستخدام وقود اليورانيوم الطبيعي المحتوي فقط على 0.7 في المئة من اليورانيوم 235 U. بالتالي تستخدم مفاعلات الماء الثقيل وقود اليورانيوم الطبيعي والماء الثقيل كوسيط يُستخدم في بعض الأحيان أيضاً كمبرد أولي وفي هذه الحالة لا توجد حاجة إلى تجهيزات تخصيب اليورانيوم المعقدة، لكن ذلك يتم على حساب الحاجة إلى إنتاج الماء الثقيل. ويتم ذلك بواسطة زيادة تركيز الكميات الصغيرة لأكسيد الديوتيريوم الذي يوجد طبيعياً في الماء العادي باستخدام تركيب من عمليات فيزيائية وكيميائية.
تم تطوير محطات نووية بالماء الثقيل بشكل واسع في كندا، باستخدام تصميم (Canadian Deuterium Uranium) أو كاندو «CANDU». تختلف هذه المحطات في ناحيتين رئيستين عن مفاعلات الماء الخفيف المستخدمة في معظم البلدان. في الناحية الأولى، الاختلاف الواضح هو استخدام الماء الثقيل في كل من الوسيط والمبرد الأولي، الذي يجعل استخدام اليورانيوم الطبيعي ممكناً، حيث يتم إنتاجه بكميات كبيرة في كندا كوقود، في الناحية الثانية، وهو الاختلاف الأقل علماً به، هو أن مفاعلات (CANDU) تستخدم مفاعلاً ذا قلب مصمم من نوع «أنبوب ضغط»، بدلاً من تصميم «وعاء ضغط» المستخدم في مفاعلات الماء الخفيف وتكمن حسنة هذا التصميم في أن المبرد ذا الضغط العالي، بالإضافة إلى الوقود النووي، تم وضعهما في سلسلة من أنابيب صغيرة نسبياً (قطر 10 سم) بدلاً من وضعهما في وعاء واحد كبير ومضغوط. وبما أن لهذه الأنابيب قطراً أصغر بكثير من قطر وعاء مفاعل كبير وحيد، يمكن أن تكون أنابيب الضغط أقل سماكة بكثير (حوالى 5 مم) بدلاً . أن من تتطلب 20 سم أو أكثر لسماكة الجدار المستخدم في وعاء كبير وحيد. يمكن تصنيع هذه الأنابيب بيسر في معظم أجزاء العالم، وهكذا لا يعتمد بناء محطة «كاندو» (CANDU) على المقدرة في صناعة أوعية الضغط الكبيرة جداً، التي توجد فقط لدى بلدان قليلة. يبين الشكل (1) مخططاً لمحطة نووية نوع (2005 CANDU) (AECL). يمكن مشاهدة أنابيب الضغط في موقع أفقي مارةً عبر وعاء «أنابيب المبخرة»، الذي تمت تعبئته بالماء الثقيل ليعمل كوسيط بالنسبة إلى وقود اليورانيوم الطبيعي. يتم وضع الوقود في سلسلة من الحزم التي توضع داخل كل أنبوب من أنابيب الضغط، وتصمم هذه بحيث أن المبرد الرئيس (أيضاً الماء الثقيل يستطيع الدوران عبر الحزم عندما يُضخ أنابيب الضغط بواسطة مضخات نقل الحرارة. يلتقط مبرد الماء الثقيل الأولي الحرارة من التفاعل الانشطاري عندما يمر أنابيب الضغط، وبعد ذلك تنتقل الحرارة عبر من عبر سلسلة الدارات في وعاء مولد البخار. يتكوّن مولد البخار ببساطة من مبادل حراري ينقل الحرارة من مبرد الماء الثقيل الأولي الدائر إلى مبرد الماء العادي الثانوي الذي يغلي لإنتاج البخار لإدارة المولد التوربيني. ويبين المخطط أيضاً ميزة فريدة أخرى لنظام (CANDU) التي هي آلة التزويد بالوقود الأوتوماتيكية الموضوعة عند كل نهاية من وعاء القلب النووي.
و بما أن وقود اليورانيوم الطبيعي ينضب من اليورانيوم U235 
الشكل (1) مفاعل الماء الثقيل (CANDU) المصدر : AECL.
الانشطاري أسرع بكثير مما هو عليه الحال في مفاعل يستخدم وقوداً مخصباً، يحتاج الوقود إلى التبديل بشكل أكثر تكراراً. تقوم بذلك آلات التزود بالوقود أوتوماتيكياً خلال عمل المفاعل، ما يستبعد الحاجة إلى إيقاف المفاعل عند التزود بالوقود، كما يحصل مع مفاعلات الماء الخفيف.
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في الطاقة البديلة
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
