5- مفاعل الملح المنصهر
رسم توضيحي لمفاعل الملح المنصهر
مفاعل الملح المنصهر (أو مفاعل مصهور الملح) في التقانة النووية (بالإنجليزية:Molten salt reactor) هو مفاعل نووي يقوم فيه الملح المنصهر بمقام مبرد الوقود النووي. وفي هذا الطراز من المفاعلات يكون الوقود النووي هو الآخر سائلا، ويستخدم مثلا رابع فلوريد اليورانيوم حيث يكون موزعا بالتساوي على جميع الملح المنصهر.
وبالنسبة لمهدئ سرعة النيوترونات يستخدم الجرافيت. وقد قام مشروع أمريكي عام 1954 في إطار الأبحاث النووية بتصميم واختبار مفاعل من هذا النوع لأول مرة بغرض اختبار صلاحيته لبناء طائرة قاذفة ذات المدي الطويل.
ويتميز مفاعل الملح المنصهر بكثافة عالية للنيوترونات، وهي تنشأ من خلال سحب مستمر لمنتجات التفاعل الانشطاري التي تمتص كثيرا من النيوترونات خارج المفاعل. ولهذا فيمكن لمفاعل الملح المنصهر من حيث المبدأ العمل كمفاعل استنسال (توليد وقود نووي)، فيكتفي بكمية قليلة من الوقود النووي في صورة اليورانيوم المخصب في البدء، ثم يواصل عمله بعد ذلك بتوليد القود النووي بنفسه ،مثلا من الثوريوم-232 الذي لا ينشطر. تتلخص طريقة الاستنسال في أن المفاعل يحول الثوريوم-233 الغير قابل للانشطار إلى يورانيوم-233 قابل للانشطار، ثم يستعل اليورانيوم-233 في إنتاج الطاقة.
وبخلاف عدد قليل من تلك المفاعلات التجريبية الصغيرة فلم تنفذ منها مفاعلات كبيرة لإنتاج الكاقة الكهربية. وكانت المفاعلات التجريبية في حدود عدة ميجاوات بينما مفاعلات القوي تبلغ نحو 1000 ميجاوات.ولهذا فلا يلعب مفاعل الملح المنصهر أي دور هام حتى إلىن لإنتاج الطاقة. ولكنه لا زال يُدرس من قبل الهيئة العالمية لمفاعلات الجيل الرابع.
استخدام الثوريوم كوقود نووي
يتميز مفاعل الملح المتصهر بكثافة عدد نيوتروناته ن كما يمكن توليد (استنسال) وقود جديد أثناء تشغيله على نمط مفاعل استنسال سريع. ويمكن بدء تشغيل المفاعل باليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239 لبدء التفاعل التسلسلي ثم امداده الثوريوم-232 الذي لا ينشطر شيئا فشئيئا لتسيير التفاعل. فيتص الثوريوم-232 نيوترونا من المفاعل ويتحول غلى ثوريوم-233.
يتحول الثوريوم-233 عن طريق تحلل بيتا ب عمر النصف 22 دقيقة إلى بروتاكتينيوم-233 والذي يتحلل هو الآخر طبقا ل تحلل بيتا بعمر نصفي مقداره 27 يوم ويتحول غلى يورانيوم-233 وهو نظير انشطاري. ينشطر اليورانيوم-233 والنيوترونات الناتجة من الانشطار تنتج بدورها يورانيوم-233 من جديد من الثوريوم-232.
فصل المواد الانشطارية
وتشغيل الثوريوم في مثل هذا المفاعل الاستنسالي يحتاج لمعالجته في مصنع تدوير المواد النوية، أي فصل المواد الانشطارية المتولدة عن النفايات المتراكمة في الوقود المستهلك. بذلك يمكن فصل المواد الانشطارية مثل اليورانيوم-233 وغيرها. ولكن استخدام الثوريوم اليوم يكون بخلطه مع اليورانيوم. وبدون تدوير للمادة الانشطارية فيكون استخدام الثوريوم فقط بكمية صغيرة منه في عملية الانشطار، ويكون دور الثوريوم المساعدة في تطويل فترة استغلال المادة الانشطارية الأولية في المخلوط، ولكنه لا يستطيع الاستغناء عنها .
وينتج عن انشطار الثوريوم في المفاعل كمية أقل مما يسمى عناصر أثقل من اليورانيوم Transurane بالمقارنة بما تنتجه مفاعلات اليورانيوم . فبينما يمتص اليورانيوم-238 نيوترونا واحد، واليورانيوم-235 نيوترونين فيكونا العنصرين الثقيلين بلوتونيوم-239 ونيتونيوم-237 على التوالي، ينتج من الثوريوم بعد عدة تفاعلات عنصر النبتونيوم. وهذا يخفض كثيرا من كمية النفايات المشعة الناتجة من المفاعل.
كما يوجد الثوريوم في الطبقة الصخرية على وجه الأرض أكثر من وجود اليورانيوم، وبصفة خاصة أكثر من تواد النظير يورانيوم-235 وهو الذي يشغل معطم مفاعلات القوي العاملة اليوم، وهو يوجد في اليورانيوم الطبيعي بنسبة 7و0 % فقط. ومن المتوقع أن يكتسب الثوريوم أهميته في المستقبل نظرا للتزايد المتطرد على إنتاج الطاقة في العالم .
6- مفاعل بتبريد غازي تقدمي
رسم توضيحي لعمل مفاعل التبريد الغازي التقدمي، ويلاحظ وجود جميع أجزاء المفاعل داخل الحاوية الضخمة المصنوعة من الخرسانة
المسلحة بالحديد وهي تحافظ على الضغط وتحجب الإشعاع عن الخروج :
1. فتحات التموين
2. قضبان التحكم
3. مهدئ من الجرافيت
4. وحدات اليورانيوم
5. حاوية الضغط الخرسانية
6. طلمبة الغاز
7. ماء
8. طلمبة الماء
9. مبادل حراري
10. بخار
مفاعل التبريد الغازي التقدمي (بالإنجليزيةadvanced gas-cooled reactor (AGR)
هو نوع من المفاعلات النووية الجاري استعمالها في بريطانيا. وهو يستخدم الجرافيت كمهدئ للنيوترونات ويبرد بغاز ثاني أكسيد الكربون ويستعمل اليورانيوم الطبيعي. ويميز الجيل الثاني من تلك المفاعلات بالمفاعلات التقدمية حيث هو تطوير لمفاعل ماجنوكس، وهو يعمل في درجات حرارة أعلى عن مفاعلات لجيل الأول ويستعمل تغلفة مستحدثة لقضبان اليورانيوم تتحمل الحرارة العالية، وكفاءة المفاعل في إنتاج الكهرباء عالية.
وبينما كان مفاعل ماجنوكس يعمل ب اليورانيوم الطبيعي (غير مخصب)، فإن مفاعلات الجيل الثاني تعمل باليورانوم المخصب، وذلك بسبب أن تغلفة قضبان الوقود فيه مصنوعة من الفولاذ الذي يمتص جزءا أكبر من النيوترونات عن تغلفة الجيل الأول التي كانت تستخدم تغلفة ماجنوكس المصنوعة من سبيكة المغنسيوم والألمونيوم ، ولكن هذا التطوير يتميز باستغلال أكبر للوقود النووي حيث تصل طاقة الاحتراق إلى 18.000ميجاوات. طن.يوم. لكل طن من اليورانيوم، مما يسمح بإجراء إعادة تموين المفاعل بالوقود بعد فترات طويلة. وكان أول مفاعل يعمل من هذا الطراز التجريبي في عام 1962. [1] ثم بدأ أول مفاعل اقتصادي في عام 1976. وهذا النوع الجديد منتشر في المملكة المتحدة لتوليد الطاقة الكهربائية.
تصميم المفاعل AGR
مفاعل من نوع AGR في تورنيس، المملكة المتحدة
صمم المفاعل AGR على أساس أن مواصفات البخار الخارج من صمام الغلاية تكون مثلة لتلك التي تعمل في محطة الكهرباء العادية التي تشتغل بالفحم.، بحيث أن يستخدم نفس نوع المولد الكهربائي. وكانت متوسط احرارة المبرد الخارجة من المفاعل مصممة لأن تكون 648 درجة مئوية. فللوصول إلى تلك الحرارة مع الاحتفاظ بعدم أكسدة الجرافيت وتطويل عمره ،يعاد جزء من غاز التبريد (ثاني أكسيد الكربون) ذو درجة حرارة 278 درجة مئوية إلى المفاعل بغرض تبريد الجرافيت. بهذا أصبحت درجة حرارة الجرافيت في مفاعل التبريد الغازي التقدمي هي نفس درجة حرارة الجرافيت في مفاعل ماجنوكس Magnox. وصممت درجة حرارة الخروج من السخان الكبير لتكون 543 درجة مئوية والضغط 170 بار.
ويتكون الوقود النووي من أقراص ثاني أكسيد اليورانيوم المخصب بدرجة 5و2 إلى 5و3 % وهو محفوظ في أنابيب من الفولاذ. ويستخدم اليورانيوم المخصب بسبب أن التغلفة الفولاذية للوقود تمتص النيوترونات. وقد أدى ذلك إلى زيادة في تكلفة المفاعل. وتصل درجة حرارة ثاني أكسيد الكربون المبرد والذي يتخلل قلب المفاعل إلى 640 درجة مئوية. ويبلغ ضغطه 40 بار ثم يمر خلال أنظمة سخانات لتوليد البخار خارج قلب المفاعل ولكنه لا يزال داخل الحاوية الخرسانية ذات الجدار الداخلي المصنوع من الحديد الصلب.
قضبان التحكم
تدخل قضبان التحكم خلال المهدئ الجرافيتي ونظام أخر ثانوي يعمل على ضخ النتروجين في غاز التبريد لخفض معدل التفاعل النووي في المفاعل. كما اقترحت مصلحة المنشأت النووية إضافة نظام لتوقيف المفاعل السريع لزيادة أمان تشغيل المفاعل، ويشمل هذا النظام حقن كرات من البور في قلب المفاعل. ref>http://web.up.ac.za/sitefiles/file/44/2063/Nuclear_Graphite_Course/B%20-%20Graphite%20Core%20Design%20AGR%20and%20Others.p df</ref>.
مفاعلات AGR الموجودة في المملكة المتحدة
محطتي قوى كهربائية ينتمي إليها 4 مفاعلات تعملان AGRs في هيشام ، المملكة المتحدة.
أنشئت جميع مفاعلات أيه جي آر بحيث يجمع كل منشأة مفاعلين إثنين. وقد صُمم كل منها بقدرة حرارية 1500 ميجاوات.طن وتنتج 660 ميجاوات كهرباء، ويعمل بتوربين ومولد كهربائي. ولكن بسبب اختلافات في أشكال المفاعلات، واختلاف بعض شروط التشغيل فتنتج تلك المفاعلات قدرة بين 555 و 625 ميجا وات كهرباء. [.. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/cnpp2004/CNPP_Webpage/pages/ ]
توجد في الوقت الحالي 7 محطات نووية لتوليد الكهرباء في المملكة المتحدة ويتكون كل منها من مفاعلين من نوع مفاعل بتبريد غازي تقدمي. [2] وتقوم بتشغيلهم بريتيش إينرجي.
محطات قوى..............القدرة الكهربائية MWe ......بدأ الإنشاء......انتهاء الإنشاء.......بدأ التشغيل.....تاريخ نهاية التشغل
1 ........................... 1110 ........................ 1965 ............1983 ............ 1985 .......... 2018
2 ........................... 1210 ....................... 1968 .............1983 ............ 1989 .......... 2014
3 ........................... 1150 ....................... 1970 .............1983 ........... 1989 .......... 2014
4 ........................... 1250 ....................... 1980 .............1988 ........... 1989 .......... 2023
5 ........................... 1220 ....................... 1967 .............1976 ........... 1976 .......... 2016
6 ........................... 1190 ....................... 1967 .............1976 .......... 1976 ........... 2016
7 ........................... 1250 .......................1980 ..............1988 .......... 1988 ........... 2023
دليل ارقام محطات قوى
يتبع............
مواقع النشر (المفضلة)