ويكيبيديا

مفاعل نووي: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
ط clean up، الأخطاء المصححة: إي ← أي، أنظر ← انظر (2)، أخر ← آخر، اال ← ال باستخدام أوب
سطر 3:
'''المفاعل النووي''' هو عبارة عن جهاز يستخدم لبدء [[تفاعل نووي متسلسل]] مُسْتَدَام و للتحكم فيه، أو بتعبير أدق للتحكم في معدل سير التفاعل النووي بحيث يمكن السيطرة عليه والاستفادة من طاقته لفترة طويلة. فشل نظام التحكم في معدل سريان التفاعل النووي المتسلسل يؤدي إلى انصهار المفاعل؛ هذا لأن المفاعل يطلق طاقته كلها دفعة واحدة في زمن قصير. يعمل المفاعل النووي بوقود [[اليورانيوم]] أو [[بلوتونيوم-239|البلوتونيوم-239]] حيث تعمل [[نيوترونات]] على [[انشطار]] أنوية اليورانيوم أو البلوتونيوم فتتولد طاقة حرارية.لا بد من التحكم في عمليات [[الانشطار النووي]] المتسلسلة داخل قلب المفاعل مع الحفاظ على الأجواء المناسبة لاستمرار تلك العمليات بشكل دائم دون وقوع انفجارات، تنساب الطاقة النووية من المفاعل بشكل تدريجي في هيئة حرارة وإشعاعات. والمفاعل النووي، المعروف سابقا باسم كومة ذرية، كان كومة من اليورانيوم والجرافيت، وكان جهاز يستخدم لبدء والتحكم في عدد ال[[نيوترونات]] المتفاعلة مع [[اليورانيوم]] للبقاء على سلسلة تفاعلات نووية مستدامة، من دون زيادة للتفاعل حتى لا يحدث انفجار. ويتم تحديد عدد النيوترونات المتفاعلة مع أنوية اليورانيوم بواسطة قضبان من [[الكادميوم]] التي تمتص النيوترونات الزائدة.
 
تستخدم المفاعلات النووية في محطات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء ودفع السفن والغواصات. أحد أنواع المفاعلات النووية هو [[مفاعل الماء الخفيف]] الذي يعمل باليورانيوم المخصب - به نحو 5و3 % من [[اليورانيوم-235]] القابل للانشطار عند امتصاصه نيوترونا - وتبلغ كمية اليورانيوم المخصب فيه نحو 100 [[طن]]. تعمل الطاقة الحرارية الناتجة على تسخين الماء المحيط باليورانيوم حتى درجة الغليان، فيتولد بخار عند [[ضغط]] عالي. هذه "الكومة" الذرية الغاطسة في الماء موجودة داخل صهريج المفاعل (أنظرانظر الشكل). يتم نقل البخار عالي الضغط عبر [[توربين بخاري|التوربينات البخارية]] فيدور. يمكن استغلال دوران التوربين في دفع مراوح السفينة أو لإدارة [[مولد كهربائي|المولدات الكهربائية]]. ويمكن استخدام الماء الساخن المتولد من تفاعل انشطار اليورانيوم من حيث المبدأ في العمليات الصناعية أو للتدفئة في المناطق الباردة. ولكن يجب معرفة أيضا أن الماء المحيط بالكومة الذرية يصبح مشعا مع الوقت ولا يصلح للاستخدام المدني، لهذا يتم تدويره في [[مبادل حراري]] تنتقل فيه الحرارة من ماء المفاعل إلى ماء آخر نظيف يمكن استغلاله. أي تكون في المفاعل دورتان للمياه : '''دورة أولية''' داخل المفاعل، و'''دورة ثانوية''' خارج المفاعل، والأخيرة تكون نظيفة ويمكن استغلال حرارتها في الأغراض المدنية.
 
كما تستخدم بعض المفاعلات النووية الصغيرة لإنتاج [[نظائر مشعة]] للاستخدام الطبي والصناعي، أو لإنتاج [[البلوتونيوم-239]] من اليورانيوم الطبيعي - بستخدم البلوتونيوم-239 في صنع الأسلحة النووية. كما يمكن استخدام البلوتونيوم-239 بعد خلطه بنسبة نحو 4 % مع اليورانيوم الطبيعي في تشغيل مفاعل نووي يولد الكهرباء. كما توجد مفاعلات صغيرة أيضا لأغراض البحث العلمي - حيث تستخدم النيوترونات الناتجه فيه في فحص المواد والتعرف على تركيب المواد، وتحليل الشوائب في الأنهار والبحار والهواء. وحتى نيسان / أبريل 2014، أبلغت الوكالة الدولية للطاقة الذرية عن وجود 435 مفاعلا للطاقة النووية في 31 بلد حول العالم<ref>Newman, Jay (2008). Physics of the Life Sciences. Springer. p. 652. ISBN 978-0-387-77258-5.</ref>
سطر 29:
 
للسيطرة على مثل هذا التفاعل السلسلي النووي، يمكن للسموم النيوترونية والمشرفين النيوترون تغيير جزء من النيوترونات التي سوف تستمر لتسبب المزيد من الانشطار.<ref>"DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory" (PDF). US Department of Energy. Archived from the original (PDF) on 23 April 2008. Retrieved 24 September 2008.</ref> المفاعلات النووية عموما لديها أنظمة تلقائية ودليل لإغلاق رد فعل الانشطار إلى أسفل إذا رصد يكشف عن ظروف غير آمنة.<ref>
{{مرجع ويب |titleالعنوان=Reactor Protection & Engineered Safety Feature Systems |workالعمل=The Nuclear Tourist |urlالمسار=http://www.nucleartourist.com/systems/rp.htm |accessdateتاريخ الوصول=25 September 2008}}
</ref>
ومن بين المشرفين الذين يستخدمون عادة المياه العادية (الخفيفة) (74.8٪ من المفاعلات في العالم)، الجرافيت الصلبة (20٪ من المفاعلات) والمياه الثقيلة (5٪ من المفاعلات). وقد استخدمت بعض الأنواع التجريبية من المفاعل البريليوم، واقترحت الهيدروكربونات كإمكانية أخرى.
سطر 108:
# '''كومة الوقود النووي''' أو '''قلب المفاعل''' وهو الجزء الذي يحتوي على وحدات الوقود النووي ويتم فيه [[التفاعل المتسلسل]] المميز [[انشطار نووي|للانشطار النووي]]، ويتخلله المهديء كالماء مثلا.
# ''' السائل المهدئ''' {{إنج|moderator}} ويستعمل الماء عادة لخفض سرعة [[نيوترونات|النيوترونات]] وبالتالي ينشط معدل التفاعل بين النيوترونات وأنوية الوقود النووي فيحدث [[انشطار نووي|الانشطار النووي]]. الإنشطار النووي يكون مصحوبا بانتشار بين 2 إلى 3 نيوترونات جديدة وطاقة - وتستطيع تلك النيوترونات التفاعل مع أنوية أخرى من الوقود النووي وتحدث انشطارها، وهكذا ولذلك سمي هذا التفاعل بالتفاعل المتسلسل. المهديء يحمل حرارة التفاعل الناتجة [[تفاعل نووي|التفاعل النووي]] ويسخن المهديء الذي هو الماء وينتج بخارا عاليا الضغط، يستغل في تشغيل [[توربين|التوربين]].
# '''حاوية الضغط''' (خزان المفاعل، أنظرانظر الشكل) تحيط بقلب المفاعل والماء، مصنوعة من [[الحديد الصلب]] ذات جدران سميكة (نحو 12 سم)، للاحتفاظ بضغط البخار عاليا، ولمنع تسرب الإشعاعات الناتجة من [[الانشطار النووي]] إلى الخارج والوقاية منها. يخرج بخار الماء بضغط يبلغ 400 ضغطا جويا وتكون درجة حرارته نحو 450 درجة مئوية في أنابيب واسعة سميكة من حاوية المفاعل (الغلاية)، وهي تسمى أحيانا '''خزان الضغط للمفاعل '''.
# ''' [[مبادل حراري|مبادلات حرارية]]''' يأتي البخار عالى الضغط من المفاعل إلى المبادلات لفصل دائرتي الماء: الدائرة الأولية للماء الذي يلف في المفاعل ويلامس الوقود النووي، وهذه تكون عالية [[إشعاع نووي|الإشعاع]] نظرا لتلامسها مع [[وقود نووي|الوقود النووي]]. لذلك تُفصل عن الدائرة الثانوية للماء الساخن المضغوط عن طريق المبدل الحراري. بالتالي يسخن الماء في الدائرة الثانوية عند مغادرته [[مبادل حراري|المبادل الحراري]] ويتحول إلى بخار ماء عالي الضغط والحرارة ويوجه في أنابيب شديدة التحمل إلى [[توربين]] [[توليد كهرباء|لتوليد الكهرباء]].
# '''[[مولد كهربائي]]''' عملاق يديره [[توربين|التوربين]] ويولد [[التيار الكهربائي]].
سطر 116:
== الكتلة الحرجة ==
[[ملف:yellowcake.jpg|تصغير|يسار|300بك|الكعكة الصفراء: هو ملح هكسافلوريد اليورانيوم، يتميز بدرجة تسامي منخفضة. لهذا يستخدم لتخصيب اليورانيوم حيث ترتفع نسبة اليورانيوم-235 إلى نحو 7و3% في الناتج. ثم يؤكسد الناتج وويشكل في هيئة كبسولات من الوقود النووي وتعبأ في أنابيب من الزركونيوم لتشغيلها في المفاعل النووي. من هكسافلوريد اليورانيوم يمكن تخصيب اليورانيوم في أفران معينة حتى درجة تصل إلى 95% من اليورانيوم-235 الذي تصنع منه الأسلحة النووية.]]
بهدف تحفيز سلسلة عمليات [[انشطار نووي|الانشطار النووي]] في مركز المفاعل النووي، يستعمل ما يسمى [[وقود نووي|بالوقود النووي]] وهو في الغالب [[يورانيوم-235|اليورانيوم-235]] أو [[بلوتونيوم|البلوتونيوم-239]]. ومن أجل تسيير التفاعل المتسلسل يحتاج المفاعل أو القنبلة النووية لكمية من اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239 أكبر مما يسمى [[كتلة حرجة|الكتلة الحرجة]]. قنبلة اليورانيوم-235 تحتاج إلى نحو 50 كيلوجرام، وقنبلة البلوتونيوم-239 تحتاج إلى كتلة حرجة أكبر من 6 كيلوجرام، فيهما يسير التفاعل المتسلسل بلا توقف ويؤدي للانفجار. أما في المفاعل النووي فإن الوقود النووي يتكون من اليورانيوم الطبيعي المحتوي على 5و3% من اليورانيوم-235 ولهذا يسمى "يورانيوم مخصب". ومن الممكن الحصول على وقود نووي من اليورانيوم الطبيعي المخلوط ببلوتونيوم-239 بنسبة 4% واستخدامها في المفاعل النووي الذي يسير فيه التفاعل بتحكم فلا ينفجر. كمية الوقود النووي التي تستخدم لتوليد الكهرباء تصل ما بين 50 [[طن]] إلى 110 [[طن]]. يساعد الماء كمهديء للنيوترونات بالإضافة إلى قضبان امتصاص النيوترونات الزائدة على التحكم في سير التفاعل، فيسير هادئا ببطء ولا ينفجر المفاعل.
 
لتوضيح مفهوم الكتلة الحرجة تصوّر أن هناك كرة بحجم قبضة اليد مصنوعة من [[يورانيوم-235]]، بعد تحفيز أولي لعملية الانشطار النووي بواسطة تسليط حزمة من [[نيوترون|النيوترون]] على الكرة سيتولد في المتوسط عدد 2.5 من [[نيوترون|النيوترونات]] جراء هذا الانشطار الأول لنواة [[ذرة]] اليورانيوم-235. وهذا يكون كافياً لبدء انشطار ثانٍ في نواة أخرى من اليورانيوم-235. وأثناء هذه [[تفاعل تسلسلي|التفاعلات التسلسلية]] من الانشطارات في اليورانيوم يُفقد الكثير من [[نيوترون|النيوترونات]] الناتجة عن التفاعل وتخرج من سطح كرة اليورانيوم، وبفقد تلك النيوترونات يتوقف [[تفاعل نووي|التفاعل النووي]]. لهذا يجب أن يكون معدل توليد النيوترونات داخل الكرة مساوٍ على الأقل لعدد النيوترونات المتسربة إلى الخارج حتى تستمر عمليات الانشطار، وتسمى تلك الحالة '''الحالة الحرجة'''. وهنا يأتي دور [[كتلة حرجة|الكتلة الحرجة]] التي يمكن تعريفها بالحد الأدنى من كتلة مادة نووية معينة كافية لدوام سلسلات متعاقبة من الانشطارات.
سطر 128:
== تخصيب اليورانيوم ==
 
عملية [[تخصيب اليورانيوم]] عبارة عن عزل [[نظير]] معين من مخلوط نظائر، وهذ النظير المعين هو [[اليورانيوم-235]] الذي يصلح لإنتاج الطاقة الكهربائية في مفاعل نووي. اليورانيوم الطبيعي يحتوي على 7و0% من اليورانيوم-235 أما باقي اليورانيوم فهو اليورانيوم -238. والمطلوب من عملية التخصيب هو رفع نسبة اليورانيوم-235 في اليورانيوم الطبيعي إلى 5و3% حتى يمكن استخدامه في مفاعل نووي يعمل بالماء الخفيف. اليورانيوم المخصب إذا يمكن أن يكون ذو نسبة 5و3% من اليورانيوم-235 أو أعلى من ذلك (إنتاج أسلحة نووية يحتاج إلى تخصيب أعلى من 90%)، ويسمى الجزء من اليورانيوم المنزع منه اليورانيوم-235 "اليورانيوم المنضب"<ref>{{cite journal |urlالمسار=http://www.princeton.edu/~aglaser/2005aglaser_why20percent.pdf |titleالعنوان=About the Enrichment Limit for Research Reactor Conversion : Why 20%? |authorالمؤلف=Alexander Glaser |publisherالناشر=Princeton University |dateالتاريخ=6 November 2005 |accessdateتاريخ الوصول=18 April 2014}}</ref>. وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات أكبر من النظير المرغوب فيه (اليورانيوم-235) حيث يزداد اليورانيوم تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة (5و3% لإنتاج الطاقة الكهربائية في مفاعلات نووية ؛ أو 90% لإنتاج أسلحة نووية).
 
على سبيل المثال اليورانيوم المخصب عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر [[يورانيوم-235|اليورانيوم-235]] فيه وازالة النظائر الأخرى مثل اليورانيوم-238. وعملية التخصيب هذه صعبة ومكلفة وتكمن الصعوبة في أن النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الكتلة الذرية والخواص الكينميائية للنظائر الذي يرغب بالإبقاء عليها وتخصيبها. وتتم عملية التخصيب باستخدام بطرق متعددة، كلها تعتمد على الحرارة العالية. الطريقة الأمريكية المتبعة في مشروع مانهاتن لغنتاج القنابل الذرية كانت بطريقة النغاذية ؛ حيث تختلف نفاذية اليورانيوم -235 عن نفاذية اليورانيوم-238 في السيراميك مثلا. الطريقة الثانية التي يكثر استخدامها هي طريقة [[طرد مركزي|الطرد المركزي]]. وهناك طرق أخرى أكثر تعقيدا كاستعمال الليزر أو الأشعة الكهرومغناطيسية ولكنها ليست للأغراض الصناعية. معامل الفصل بين النظيرين عبر مرحلة واحدة هو 1.3 للطريقة الطرد المركزي بالمقارنة بمعامل 1.005 للإنتشار الحراري عبر حاجز، وهي نسبة تعادل 1:50 من وجهة الطاقة المستخدمة. طريقة الطرد المركزي تتبع في تخصيب 54% من اليورانيوم المخصب في العالم.
سطر 152:
تنتقل الحرارة الناتجة من التفاعل إلى ماء التهدئة فيسخن تحت ضغط عالي مما يرفع من درجة غليان الماء. يوجد الوقود النووي والماء المهديء في خزان المفاعل ([[غلاية|الغلاية]])، بالإضافة إلى محسات وأجهزة للتحكم في سير التفاعل. يحيط بخزان المفاعل - الذي يبلغ سمك جداره 12 سنتيمتر من الفولاذ - ويحيط به مانع خرساني سميك لحجب الإشعاعات عن العاملين، بالإضافة إلى المبنى الخرساني للمفاعل من الخارج، يصل سمك جدرانه 5و1 متر.
 
*مفاعل النيوترونات السريعة {{إنج|Fast neutron reactor}} وهي مفاعلات لا يكون فيها مهديء لسرعة [[النيوترونات]] بصفة أساسية، أو يكون الموجود من المهديء قليلا. ويلزم لاستمرار التفاعل هنا بين النيوترونات السريعة وأنوية اليورانيوم أن يكون اليورانيوم مخصبا بنسبة عالية (نحو 20% من [[اليورانيوم-235]]، وتتفاعل النيوترونات السريعة مع اليورانيوم-238 الذي يشكل أغلبية اليورانيوم - وتنتج الطاقة. ميزة مفاعل النيوترونات السريعة هو أنه ينتج مواد مشعة أقل من مفاعل النيوترونات البطيئة - أي تنتج نفايات مشعة أقل بسبب سرعة النيوترونات.<ref>{{Cite journal | doi = 10.1007/BF00750983| titleالعنوان = Fast-reactor actinoid transmutation| journal = Atomic Energy| volume = 74| pageالصفحة = 83| yearالسنة = 1993| last1الأخير1 = Golubev | first1الأول1 = V. I.| last2الأخير2 = Dolgov | first2الأول2 = V. V.| last3الأخير3 = Dulin | first3الأول3 = V. A.| last4الأخير4 = Zvonarev | first4الأول4 = A. V.| last5الأخير5 = Smetanin | first5الأول5 = É. Y. | last6 = Kochetkov | first6 = L. A.| last7 = Korobeinikov | first7 = V. V.| last8 = Liforov | first8 = V. G.| last9 = Manturov | first9 = G. N.| last10 = Matveenko | first10 = I. P.| last11 = Tsibulya | first11 = A. M.}}</ref>
ولكن مفاعلات النيوترونات السريعة تكلف كثيرا، بالتالي يكون ثمن الكهرباء منها عاليا بالمقارنة بإنتاج الكهرباء في مفاعل النيوترونات البطيئة. لهذا فمعظم مفاعلات القوى من نوع مفاعلات النيوترونات الحرارية البطيئة. وتستغل بعض السفن الحربية الروسية مفاعل النيوترونات السريعة لتحركها. كما يقوم الفيزيائيون بتطوير مفاعل النيوترونات السريعة لإنتاج [[وقود نووي]] - [[مفاعل استنسال سريع]] - وهو يمثل الجيل الرابع من مفاعلات القوى. مفاعلات الجيل الرابع تمثل مفاعلا ينتج الطاقة وفي نفس الوقت ينتج وقودا جديدا في هيئة [[بلوتونيوم-239]] من [[اليورانيوم-238]] يمكن تدويره.
 
سطر 165:
* [[مفاعل الماء الخفيف|مفاعلات مهدئة بالماء]]
** [[مفاعل|ديدو|مفاعل مهدأ بالماء الثقيل]] (هي مفاعلات موجودة في [[كندا]] و[[الهند]] [[الأرجنتين]] و[[الصين]] و[[باكستان]] و[[رومانيا]] و[[كوريا الجنوبية]].<ref>[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/NucEne/ligwat.html Light water reactor].</ref>)
** [[مفاعل الماء الخفيف|مفاعلات مهدئة بالماء العادي]] {{إنج|light water reactor}} هو مفاعل الماء الخفيف هي أغلب المفاعلات المستخدمة في إنتاج الطاقة الكهربية في العالم. وهي تستخدم الماء العادي لتهدئة سرعات النيوترونات وكذلك في تبريد قضبان اليورانيوم حتى لا ترتفع درجة حرارتها عن نحو 1000 درجة مئوية. وعند تشغيل المفاعل وترتفع درجة حرارة الماء فإن [[كثافة]] الماء تنخفض، ويمر خلالها نيوترونات قليلة، وتهدأ سرعاتها بحيث تتسبب في تفاعلات أكثر مع الوقود االنوويالنووي. هذا يجعل معدل التفاعل النووي مستقرا. تتميز مفاعلات [[الجرافيت]] و[[مفاعل كاندو|مفاعلات الماء الثقيل]] بأنها تهديء من سرعة النيوترونات بكفاءة أكبر من [[مفاعل الماء الخفيف]]. ونظرا لكفاءتها العالية في تهدئة سرعة النيوترونات، فإن تلك الأنواع من المفاعلات يمكنها استخدام [[اليورانيوم|اليورانيوم الطبيعي]] (اليورانيوم الطبيعي يحتوي على يورانيوم-235 بنسبة 7و0% فقط و 3و99% يورانيوم-238).
* مفاعلات تهدأ بعناصر خفيفة.
** [[مفاعل الملح المنصهر]] {{إنج|Molten salt reactor}} وهي تهدأ باستخدام [[الليثيوم]] أو [[بريليوم]] والتي تشكل سبيكة ملحية، مثل فلوريد الليثيوم أو فلوريد البريليوم للمبرد/والمهديء.
سطر 181:
* مفاعل مبرد بالماء {{إنج|Water cooled reactor}}
توجد 104 من المفاعلات الشغالة في الولايات المتحدة الأمريكية، من ضمنها 69 مفاعل ماء مضغوط PWR و 35 مفاعل ماء مغلي BWR.<ref>{{مرجع ويب |
urlالمسار=http://www.nei.org/resourcesandstats/nuclear_statistics/usnuclearpowerplants/ | archive-urlمسار الأرشيف=http://webarchive.loc.gov/all/20081022204008/http://www.nei.org/resourcesandstats/nuclear_statistics/usnuclearpowerplants/ | dead-urlوصلة مكسورة=yes | archive-dateتاريخ الأرشيف=22 October 2008 | titleالعنوان=U.S. Nuclear Power Plants. General Statistical Information | publisherالناشر=Nuclear Energy Institute | accessdateتاريخ الوصول=3 October 2009}}</ref>
** [[مفاعل الماء المضغوط]] {{إنج|Pressurized water reactors}} منه معظم محطات القوي النووية في العالم الغربي المستخدمة في توليد الكهرباء.
*** من أهم مواصفات مفاعل الماء المضغوط هو خزان الضغط أو خزان المفاعل. معظم محطات القوي المنتجة للكهرباء والمفاعلات النووية المستخدمة لتشغيل السفن البحرية تستخدم خزان الضغط لاحتواء قلب المفاعل. خلال فترة التشغيل يملأ خزان المفاعل جزئيا بالماء ليغمر الوقود النووي ويبقى فوقة حجم من البخار عن طريق تسخين الماء بواسطة سخانات. وأثناء التشغيل يوصل مولد الضغط بغلاية المفاعل (خزان المفاعل) وينظم مول الضغط حجم الماء وحجم البخار في المفاعل. بهذه الطريقة يمكن التحكم في مقدار الضغط داخل خزان المفاعل عن طريق زيادة أو خفض ضغط البخار في الضاغط باستخدام سخان الضاغط.
*** مفاعل الماء الثقيل المضغوط {{إنج|Pressurized heavy water reactor}} وهو نوع من أنواع مفاعل الماء المضغوط، تشترك معها في حيازتهما على دورة لنقل الحرارة تحت ضغط ومعزولة، مع استخدامها [[ماء ثقيل]] بدلا من الماء العادي كمبرد ومهديء في نفس الوقت؛ بهذا يرتفع عدد النيوترونات في المفاعل ويزداد التفاعل، لأن الماء الثقيل يهديء سرعة النيوترونات بطريقة أفضل كما أنه يمتص النيوترونات بدرجة أقل من امتصاص الماء العادي لها. نوع من مفاعل الماء الثقيل يستخدم خصيصا لتحويل اليورانيوم-238 إلى [[بلوتونيوم-239]] الذي تصنع منه الأسلحة النووية.
** [[مفاعل الماء المغلي]] {{إنج|Boiling Water Reactor}}
*** تتميز مفاعلات الماء المغلي بأن يحوط الماء المغلي بالوقود النووي في قلب المفاعل، أي في غلاية المفاعل الأولية وهي تكون تحت ضغط. يستخدم مفاعل الماء المغلي اليورانيوم-235 الموجود في سبيكة ثاني أكسيد اليورانيوم الطبيعي بنسبة تخصيب 7و3%. ويشكل هذا الوقود في هيئة كبسولات موجودة في أنابيب من الزركونيوم وترص في وحدات من الفولاذ وتغطس في قلب المفاعل ويحيطها الماء. يتسبب الإنشطار النووي الحادث في اليورانيوم-235 عن طريق النيوترونات في غليان الماء فينشأ بخار تحت ضغط عالي. يوجه هذا البخار في أنابيب شديدة الصلابة وكبيرة إلى [[توربين|توربينات]]. يدير البخار تحت الضغط العالي التوربينات، فتدير التوربينات بدورها [[مولد كهربائي|المولد الكهربائي]] الضخم وينتج الكهرباء.<ref name="nuclear_energy">{{مرجع ويب|last1الأخير1=Lipper |first1الأول1=Ilan |first2الأول2=Jon |last2الأخير2=Stone |urlالمسار=http://www.umich.edu/~gs265/society/nuclear.htm |titleالعنوان=Nuclear Energy and Society |publisherالناشر=University of Michigan |accessdateتاريخ الوصول=3 October 2009 |deadurlوصلة مكسورة=yes |archiveurlمسار الأرشيف=https://web.archive.org/web/20090401172451/http://www.umich.edu/~gs265/society/nuclear.htm |archivedateتاريخ الأرشيف=1 April 2009 }}</ref> خلال التشغيل المعتاد يضبط الضعط بالتحكم في كمية البخار الخارجة من خزان المفاعل والذاهبة إلى التوربينات.
** [[مفاعل نووي للأبحاث|مفاعل الحوض]] {{إنج|Pool-type Reactor}}
* مفاعل مبرد بمعدن سائل {{إنج|Liquid metal cooled reactor}}
سطر 209:
** إنتاج الهيدروجين [[اقتصاد الهيدروجين|لتقنية الهيدروجين]]
* أنتاج عناصر جديدة [[تحول نووي]]
** [[مفاعل استنسال سريع|مفاعل استنسال باليورانيوم]] تستطيع إنتاج [[وقود نووي]] أكثر مما تستهلكه. ويتم ذلك في مفاعل يورانيوم مخصوص يقوم أثناء عمله بتحويل اليورانيوم U-238 إلى بلوتونيوم Pu-239, أو تحويل الثوريوم Th-232 إلى اليورانيوم U-233. بذلك عند تشغيل مفاعل استنسال يعمل باليورانيوم يمكن تزويده بيورانيوم طبيعي أو [[يورانيوم منضب]] (ناتج من عملية التخصيب ويكون فقيرا في اليورانيوم-235 القابل للانشطار بالنيوترونات البطيئة) ). كذلك مفاعل استنسال بالثوريوم يمكن تزويده بالثوريوم ؛ إلا أنه يحتاج مبدئيا على وقود نووي قابل للإنشطار مثل [[يورانيوم مخصب|اليورانيوم المخصب]].<ref name="Gen4">{{مرجع ويب|urlالمسار= http://www.gen-4.org/PDFs/GenIVRoadmap.pdf |titleالعنوان=A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems }}&nbsp;{{صغير|(4.33&nbsp;MB)}}; see "Fuel Cycles and Sustainability" {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20061005211316/http://www.gen-4.org/PDFs/GenIVRoadmap.pdf |date=5 October 2006 }}</ref>
** إنتاج [[نظير مشع|النظائر المشعة]] مثل الأمريسيوم للاستخدام في مكشافات الدخان في الجو، وكذلك أنتاج [[نظائر الكوبالت|الكوبالت-60]]، [[موليبدنوم|والموليبدنوم-99]] وغيرها، حيث تستخدم في التصوير الطبي والعلاج الطبي بالأشعة النووية.
** أنتاج [[سلاح نووي|أسلحة نووية]] مثل [[البلوتونيوم]]
سطر 215:
* [[مفاعل نووي للأبحاث]]: هي مفاعلات صغيرة تستخدم لتدريب العاملين وفحص المواد وإنتاج العناصر المشعة التي تستخدم في الطب وفي الصناعة. كذلك يمكن إجراء البحوث العلمية على المواد ودراسة المواد عن طريق ضربها بفيض النيوترونات الناتج في المفاعل وقياس النيوترونات المنعكسة منها أو النيوترونات التي تتخلل العينة ويمكن بالنيوترونات تعيين البنية البلورية للمواد ودراسة خوا المواد المغناطيسية.
 
مفاعلات الأبحاث تكون أصغر كثيرا من مفاعلات القوى أو المفاعلات لمسييرة للسفن أو الغواصات، وكثير من الجامعات يمتلك مفاعل أبحاث صغير للقيام بالبحث العلمي. يوجد في العالم نحو 280 مفاعل نووي للأبحاث العلمية موجودة في 56 دولة. بعض منها يعمل بيورانيوم عالي التخصيب (يصل إلى تخصيب 20% باليورانيوم-235) ؛ ولكن توجد مساعي دولية لخفض تخصيبات اليورانيوم المستخدمة في مفاعلات البحوث حتى لا تستخدم في استخدامات خطرة تضر بالمجتمع الوطني أو المجتمع الدولي.<ref>{{مرجع ويب | urlالمسار=http://www.world-nuclear.org/info/inf61.htm | titleالعنوان=World Nuclear Association Information Brief -Research Reactors}}</ref>
 
== المشاكل وتدوير المواد النووية ==
 
المشكلة الكبرى تكمن في كيفية التخلص من [[مخلفات نووية|المخلفات النووية]] الناتجة في المفاعلات النووية نظرا لشدة الإشعاعات المؤينة النفاذة الضارة التي تنتج منها. وعادة تخزن وحدات وقود اليورانيوم المستهلك في احواض مائية كبيرة لمدة عشرات السنين لغرض تخفيض إشعاعها النووي إلى حد يسهل معاملتها صناعيا وكيماويا بعد ذلك ؛ فالمواد المشعة ينخفض شدة إشعاعها ذاتيا مع الوقت حيث لها خاصية [[التحلل الإشعاعي]] وتوصف المواد المشعة بأن لها [[عمر النصف]]. يمكن اختيار طريقة من بين طريقتين لمعاملتها : أما تجهيزها وتغليفها بأغلفة سميكة من الخرسانة والفولاذ بمعزل عنها استعدادا لدفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة (على عمق 800 إلى 1000 متر) تحت الأرض بعيدا عن السكان؛ وهذا ما يصلح مع النفايات المشعة المتوسطة الإشعاع والضعيفة الإشعاع، أما النفايات المشعة الشديدة الإشعاع فيتم تغليفها في أسطوانات سميكة من الفولاذ (سمك 40 سنتيمتر) قبل دفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة. أو الطريقة الأخرى وتتضمن معالجة اليورانيوم المستهلك كيميائيا لفصل [[البلوتونيوم-239]] عن النفايات المشعة (يتكون البلوتونيوم-239 القابل للانشطار في مفاعل اليورانيوم أثناء التشغيل، يستنفذ منه جزء أثناء تشغيل المفاعل ويتبقى جزء أخرآخر يمكن فصله وإعادة استخدامه كوقود نووي). تتم عملية فصل البلوتونيوم-239 عن النفايات كيميائيا بواسطة روبوتات والتحكم فيها عن بعد. بعد ذلك يمكن استغلال البلوتونيوم-239 في تصنيع كبسولات جديدة بخلطه بيورانيوم طبيعي فيمكن اعادة استخدامها في المفاعل لتوليد الطاقة الكهربائية؛ إذ أن البلوتونيوم-239 له نفس الخواص النووية التي يتميز بها اليورانيوم-235 ويصلح لإنتاج الطاقة الكهربائية. أما النفايات المتبقية من المعاملة الكيميائية فهي تكون شديدة الإشعاع فيمكن التخلص منها أولا بخلطها بمسحوق الزجاج ثم صهر المخلوط فتصبح النفايات محتجزة في الزجاج الذي يـُصب في أوعية أسطوانية من الحديد الصلب. الطريقة الفرنسية هو صب هذا الزجاج الحاوي للنفايات الشديدة الإشعاع في أسطوانات من الفولاذ ارتفاعها 120 سم وقطرها 40 سم. هذه الأسطوانات تكون مرتفعة الحرارة أيضا (نحو 300 درجة مئوية) إلى جانب الإشعاعات الشديدة الصادرة منها. وتخزن تلك الأسطوانات شديدة الإشعاع إلى حين بناء المطرح النهائي للتخلص منها تحت الأرض في الطبقات الجيولوجية العميقة. والمهم في الطريقة الثانية لمعالجة اليورانيوم المستهلك أنها طريقة '''لتدوير المواد النووية''' لإعادة استخدام البلوتونيوم الذي يمكن الاستفادة منه (تدويره) من خلال العملية الكيميائية لفصله عن النفايات المشعة التي لا يمكن الاستفادة منها. وقد اختارت [[أنجلترا]] و[[فرنسا]] هذا الطريق لما له من فائدة نحو تدوير المواد النووية وإعادة استخدامها. وتقوم كل من إنجلترا في سيلافيلد Sellafield وفرنسا في لاهاج La Hague بتدوير المواد النووية المستهلكة الناتجة من تشغيل مفاعلاتهم، كما تقومان بتدوير الوقود النووي المستهلك لبعض البلاد مثل [[اليابان]] و[[ألمانيا]] و[[سويسرا]] و[[بلجيكا]]. العقود الفرنسية والإنجليزية مع تلك البلاد تقضي برد جميع النفايات المشعة بعد العملية الكيميائية إلى بلدها الأصلي، وبالطبع كمية البلوتونيوم-239 الناتجة أيضا. وتقوم السلطات الحكومية برصد كل ما يرسل من مواد مشعة إلى فرنسا وإنجلترا ثم رصد جميع المواد المردودة منها؛ حتى يضمنوا أن كمية المواد المرودة إليهم لا تزيد عن الكميات التي أرسلوها بغرض تدويرها.
 
== تاريخ الطاقة ==
سطر 264:
{{شريط بوابات|طاقة|طاقة نووية}}
{{شريط جيدة|نسخة=25638803|تاريخ=19 نوفمبر 2017}}
 
[[تصنيف:مفاعلات نووية|*]]
[[تصنيف:أوعية ضغط]]
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/مفاعل_نووي»