[وسام الازبجي]

تابع مشاركة وسام عبد علي الازبجي تابع الــــــــــــــــــــى الفــــــــــــــــــــــــــــصل الثاني


(2-3) مفاعل الماء المغلي : (BWR)
Boiling Water Reactors))

يوجد في قلب المفاعل عدد كبير من مجمعات الوقود حيث كل مجمع يمثل مصفوفه مربعه والكثير من المفاعلات تستعمل مصفوفه (7x7) الا ان الصنف الحديث( BWR6) يستعمل مصفوفه (8x8) من اقلام الوقود حيث تكون قضبان الوقود اخف مما هي عليه في مجمعات الوقود القديمة وبنية القضيب مماثلة لمفاعلات(BWR) والطول الفعال لا يقل عن (6.3 m) لحزمة الوقود، في مفاعل الماء المغلي غمد خارجي يحوي الحزمة كاملة وفائدته يعيد جريان الماء في هذه الحزمة من الوقود في المفاعل والفتحة الموجوده في قعر حزمة الوقود تحدد معدل جريان الماء في مجمع الوقود المعين وان استقراية مجمع الوقود تاتي نتيجة لصفائح الربطالـ (64) في مجمع الوقود (8x8) يمكن ان يحتوي المجمع على قضبان مائية بمثابة مهديء لحزمة الوقود ، مفاعل للماء المغلي يحتوي على (764) مجمع للوقود أي (50-40) الف قلم وقود أي ما يقارب (180 tons) من ثنائي اوكسيد اليورانيوم.
• عنصر السيطرة الصليبي الشكل يكون محاطا باربعة حزم من الوقود ، يحوي على قضبان متعددة مملوءة بكبريد البورون حيث يحتوي كل نصف على ربع قضيب .
• ان غليان المبرد في قلب المفاعل تقليل كثافة المبرد وبالتالي تضعف عملية تهدئة النيوترونات مما يؤدي الى انخفاض قيمة كثافة القدرة في الجزء العلوي لقلب المفاعل، مما يجعل تسطيح القدرة ضرورية .
ان احدى طرق السيطرة في هذا المفاعل تتم عن طريق التحكم في معدل الجريان في المفاعل حيث يحتوي الوعاء الفولاذي للمفاعل على قلب المفاعل والمعدات المرافقة بالاضافة لاحتواء وعاء المفاعل على مجمعات الوقود ، فهو يحتوي على مركبات اخرى .
قضبان السيطرة المتواجده في قعر الوعاء وتحريكها الى القلب يتم من الاسفل كما ان الجزء العلوي من المفاعل يمكن تحريكه لغرض خدمة عملية اعادة تحميل الوقود ، حيث يبلغ ابعاد المفاعل الحاوي على جميع هذه المعدات حوالي (22 cm) وقطر (6 m) وهو مصنوع من الفولاذ الكاربوني بسماكة (16 cm) .


Boiling Water Reactors))

يبلغ الضغط في (BWR) حوالي (69 atm) عند هذا الضغط درجة غليان الماء حوالي (558 k) وليس جميع الماء في قلب المفاعل يتحول الى بخار بل حوالي (%13) من الماء الخارج من القلب هو بخار .
يفصل البخار عن بقية المواد بواسطة مجموعة فاصلات البخار التي تكون موضوعه فوق القلب ، وعند الحد الفاصل بين حالته الغازية والسائلة يمر البخار الناتج خلال مجمع التخفيف لازالة النداوة ويسري البخار المجفف الى خارج الوعاء من خلال جدران بئر التجفيف وبناية المفاعل متجها الى المولد التوربيني وهذا البخار يكون مشعا لتواجد (N16) فيه والذي يمتاز بنصف عمر قصير حوالي (7 sec) ، ان الكفاءة الحرارية لهذا المفاعل هي 33%حيث ان له كمية اكبر من الوقود لغرض تلبية القدرة المطلوبة ولكن تواجد امكانية غير اعتيادية لتغيير القدرة الناتجة لتلبية الاحتياج من القدرة او الطاقة الكهربائية .

المنظومات المساعدة :

1- مفاعل الماء المغلي يملك منظومات الكيمياء للسيطرة على مركبات كما في ( PWR ) .
2- منظومة ازالة الانحلال .
3- منظومة التنظيف لازاله نواتج الانشطار ونواتج التآكل والشوائب الاخرى.


(2-4) مفاعل الماء الثقيل: (HWR)
Hight Water Reactors))

يستعمل هنا الماء الثقيل كمهديء او كمبرد او كلاهما، لان الماء الثقيل يمتص عدد اقل من النيوترونات فيما لو كان الماء اعتيادي وبسبب هذا الامتصاص الاقل ، وبسبب ان الماء الثقيل الى حد ما اقل تهدئة من ناحية التاثير فانه من الملائم والمفيد ان تكون هناك مسافة اوسع بين حزم الوقود وهذا يقود الى امكانية وجود قنوات وقود سمكها بسمك حزمة واحدة ومبردة بصورة منفردة مع احاطة القنوات بمهدء من الماء الثقيل .
هذه المفاعلات تستخدم الماء المضغوط في منظومة التبريد الابتدائي ويتحمل ان يكون المبرد هو الماء الثقيل نفسه لهذه المفاعلات نوعين من ناحية التصميم والتصنيع:-
1- (CANDO) مطروح من قبل هيئة الطاقة الذرية الكندية حيث تعني CANDO)) مفاعل( يورانيوم- دتيريوم ) الكندي.
2- مفاعل الماء الثقيل المولد للبخار ( SGHWR) بريطاني Reactor Steam Generator Hight Water
الاولى تستعمل الماء الثقيل كمهديء ومبرد ومن الممكن ان يستعمل موائع اخرى مبرده وياخذ بعين الاعتبار نوعين من الموائع:-
• الماء الاعتيادي حيث انه اقل كلفة من الماء الثقيل والمائع العضوي الذي يمكن ان يعمل على درجات حرارية اعلى لتحسين الكفاءة الحرارية لمحطة القدرة .
• تستعمل الماء الاعتيادي كمبرد في انابيب الضغط العمودية مغمورة في الماء الثقيل الذي يعمل كمهديء حيث يسمح لغليان المبرد.
في كلا النموذجين المذكورين يكون مشبك قنوات الوقود مغمورا في حو الماء الثقيل المستعمل كمهديء يمر عبر القنوات والوقود للمفاعل (CANDO) مماثل لوقود (LWR) في انه مصنع في اسطوانات صغيره (PELLTC) من(UO2) المحفوظة في انابيب من الزكولوي غطاء الوقود. حيث ان مفاعل الكاندو ذا القدرة (600 MW) يحتاج (4500) حزمة وقود فيها حوالي (100tons) من (UO2) حيث ان في ) CANDO) فان قضبان الوقود تحتوي فقط على التكرير الطبيعي لعنصر (U-235) .
تكون قضبان الوقود مرتبة بشكل حزم او بطريقة اصغر وابسط مما هي عليه وليس لهذه الحزم قطع غيار لغرض صيانة القلب وانما تتم عملية الصيانه بواسطة قنوات الوقود حوالي (15) حزمة لكل يوم اشتغال للمفاعل وهذه العملية لها فائدة من حيث انه لا توجد ضرورة لاطفاء المفاعل عند تحميل الوقود والمردود الاكثر اهمية لاستخدام (HWR) توفر مادة ماصة للنيوترونات اثناء اشتغال المفاعل لعدم وجود اختلافات كبيرة في احتراق الوقود وتكوين السموم الحاصلة من نواتج الانشطار اثناء دورة الوقود.
كل قناة وقود عبارة عن صف من حزم الوقود المرتبة الواحده تلو الاخرى حيث قنوات الوقود هذه تمر بصورة افقية خلال مشبك من الانابيب التي هي جزء من الكالندريا التي تحتوي على المهديء وهذا المهديء يكون محفوظا تحت ضغط جوي واحدا تقريبا. وذلك للاستغناء عن تصنيع وعاء ضغط كبير لمنظومة المفاعل. الكالندريا هي اسطوانة ذات حجم معقول قطرها حوالي (7.62 m)، جدرانها مصنوع من الفولاذ الغير قابل للصدأ بسماكة (2.5 cm) والنهايات بسماكة (5cm) . اما الانابيب في مصنوعة من الزركولي وايضا المهديء المتواجد في الكالندريا، له منظومته الخاصة للتبريد (مضختين ومبادلين حراريين) للحفاظ على درجته (343.15K) يكون السرداب الحادي على الكالندريا مملوء بالماء اثناء عمل المفاعل . انابيب الضغط المنفردة يمكن ان تفتح اثناء عمل المفاعل لغرض اعادة التحميل. صنعت هذه الانابيب منة سبيكة الزركونيوم ويوجد بين انبوبة الضغط وانبوبة الكالندريا المحيطة بها حيز يحتوي على غاز .
يكون الماء الثقيل كمبرد محفوظ تحت ضغط يبلغ (98.7 atm) ودرجة حرارته في انابيب الضغط حوالي (583.15 k). اما المائع المبرد الثانوي هو الماء الخفيف كما في أي محطة نووية والكفاءة الكلية لـ (CANDO) تبلغ 29% وهي اقل من معظم محطات القدرة البخارية. السيطرة على المفاعل تتم باستخدام بضع منظومات متضمنة ماصات لمنطقة الماء الخفيف قضبان المص الصلبة والسموم المضافة الى المهديء، في (CANDO ) التجاري تتم السيطرة الرتيبة بواسطة منطقة الممتصات (Zone absorber) التي تتكون من حجيرات في القلب فيها الماء الخفيف كممتص للنترون والذي يمكن ان يوضع موضع الاستعمال ويمكن استخدام قضبان السيطرة الميكانيكية (الكادميوم) والتي يمكن اسقاطها بتاثير الجاذبية. تمتاز مفاعلات الكاندو بميزة اعادة تحميل الوقود اثناء اشتغال المفاعل وبصورة تقريبيه (2.1) نترون بعد امتصاص نترون واحد من قبل مادة انشطارية ويكون مصيرها :-
• 0.79 تقتنص من قبل المادة الخصبة مؤدية الى انتاج مادة قابلة للانشطار، يمتص من قبل الماء الثقيل.
• 0.22 يمتص من قبل المواد الداخلة في تركيب القلب ونواتج الانشطار.
• 0.06 يمتص من قبل المواد الاخرى متضمنا سموميات السيطرة، تفقد بسبب التسرب .
المنظومات ا لمساعدة :

1- منظومة كيمياء وسيطرة الحجم والتبريد عند اطفاء المفاعل مماثلة لمنظومات (PWR) ما عدا الاختلافات المطلوبة لحالة فصل المبرد عن المهديء .
2- منظومة تنظيف المهديء تقوم بالسيطرة على الشوائب وتتضمن القابلية على ازالة البورون والكادنيوم وسموم النترونات .
3- منظومة تنقية المبرد تاخذ الجريان من مخرج المضخة الاولى وترجعه على مدخل المضخة حيث تستعمل للتصفية والمبادل الايوني لازالة الشوائب وبسبب الكلفة الباهظة للماء الثقيل (100 $) لكل واحد كيلو غرام فان بناية المفاعل تحتوي على مفاعلات للجمع والتنقية والمحافظة على نقاوة الماء الثقيل .

منظومات السلامة :
في حالات الطوارئ هناك رد فعل اسقاط قضبان السيطرة تحت تاثير الجاذبية وفي الحالات التي لا يمكن ايلاج هذه القضبان فان مفاعلات الكاندو المبكرة الصنع تملك وسيلة لتصريف المهديء ، اما المفاعلات الحديثة فقد عوض عن ذلك بمنظومة ضخ سريعة للكادميوم الى داخل المهديء وفي حالة حدوث تشقق في منظومة تبريد المفاعل فان الصمامات تنغلق لعزل المنظومة السليمة والماء الخفيف في حوض الخزن يتم ضخه الى المنظومة المتشققة .








جدول يبين تعداد المفاعلات النووية موضوع البحث وقدرة المفاعل في دول العالم ولسنوات مختلفة:

نوع المفاعل سنــــــة 1970 سنــــــة 1979 سنــــــة 1985
عدد المفاعلات قدرة المفاعل
(ألف ميكاواط) النسبة المئوية لعدد المفاعل إلى بقية المفاعلات عدد المفاعلات قدرة المفاعل (ألف ميكاواط) النسبة المئوية لعدد المفاعل إلى بقية المفاعلات عدد المفاعلات قدرة المفاعل (ألف ميكاواط) النسبة المئوية لعدد المفاعل إلى بقيةالمفاعلات
PWR 13 3.68 24.3 78 59.4 51 183 164.7 59.5
BWR 15 3.74 24.8 58 36.9 31.7 98 78.5 28.2
HWR 5 0.39 2.6 18 6.9 5.9 35 15.4 5.5

(2 –5) تبريد قلب المفاعل :

تتوفر اجهزة مساندة لحماية المفاعل حيث تشكل هذه الاجهزة نظام يعرف بـ( نظام الامان المدبر )، والذي يتكون بدوره من نظامين
النظام الاول هو نظام الحقن ذو الضغط العالي الذي يبدأ بالعمل عندما يهبط ضغط الماء في وعاء المفاعل عن قيمته الاعتياديه التي تساوي
2.22 x 10 atm إلى 1.48x10 atm لتسرب قليل من الماء ويؤخذ الماء من خزان الماء مع البورون ويدخل مفاعل من فتحة خط التبريد. والنظام الثاني هو خزان لغمر قلب المفاعل ، الذي يوصل الماء مع البورون الى المفاعل من خلال فتحات منفصلة في حالة حدوث انكسار كبير في انابيب التبريد التي تسبب نقصا في ضغط الوعاء وزيادة ضغط البناية، وعندما يصل الضغط الى 5.9x10 atm يدخل الماء الى قلب المفاعل عن طريق ضغط النيتروجين في الخزان واذا ما هبط ضغط الماء الى الدائرة الرئيسية الى 4.9x10 atm عندها تبدا مضخات الحقن ذات الضغط العالي بنقل الماء من الخزان الى المفاعل، وعندما يصبح هذا الخزان فارغا تقريبا تاخذ المضخات الماء الفائض من مستودع البناية الذي يستعمل كاحتياطي وبهذا يستمر انسياب الماء خلال المبردات التي تزيل الحرارة الناتجة عن انحلال نواتج الانشطار .
هناك ميزة اخرى هي نظام رش البناية بالماء ، الذي يبدأ بالعمل ايضا عندما يزداد ضغط البناية الى اكثر من 3.95x10 atm حيث يؤخذ الماء من الخزان مع البورون او من مستودع البناية ويرشه من خلال مجموعة من الفتحات الواقعة في اعلى المفاعل ، وبهذا يعمل على تكثيف البخار وفي نفس الوقت تبدا وحدات التبريد الطاريء لبناية المفاعل بالعمل لتقليل درجة حرارة وضغط أي بخار متسرب.



(2 –6 ) أمان المفاعل:
للتقليل من مخاطر المفاعلات النووية يتم إقامة مجموعه من الحواجز التي تمنع المادة المشعة الموجودة في المفاعل من التسرب إلى الوسط المحيط، وأول هذه الحواجز هو عنصر الوقود نفسه الذي ياخذ شكل القضيب المحاط يغلاف من الالمنيوم يليه الحاجز الفولاذي الثقيل الذي يحيط بقلب المفاعل والذي يبلغ سمكه (20 cm) يلي ذلك الحاجز الكونكريتي الذي يحيط بالمفاعل، ثم جدران البناء الحاوي للمفاعل وهو ايضا من الكونكريت ، تحوي جميع المفاعلات نظام تبريد احتياطي يبدا العمل فورا عندما يفشل نظام التبريد الاعتيادي الا ان فشل هذا النظام الاضافي وارد جدا سواء بسبب خلل فني او بسبب الخطأ البشري .
تحوي المفاعلات عادة نظام الايقاف الذاتي الذي يقوم فورا بدفع قضبان السيطرة داخل قلب المفاعل لايقافه عن العمل بصورة اوتوماتيكية عند حصول طاريء لكن ايقاف المفاعل عن العمل سوف لن يوقف الحرارة عن الاستمرار بالارتفاع بسبب النواتج الانشطارية المتراكمة بداخل قلب المفاعل خلال فترة التشغيل ، وعند وقوع الحادث فان كمية الغاز المنطلقة من المفاعل يمكن ان تكون فقاعة حرجة يمكن ان تنفجر اذا بقيت محصورة داخل بناية المفاعل ، من ناحية اخرى فان المواد المشعة المنصهرة يمكن ان تندفع تحت ارض البناء وتخرج الى الخارج مسببة كوارث مهلكة للسكان والحياة.

(2 –7 ) الحوادث النووية :

شملت الحوادث النووية كافة مجالات استخدام الطاقة النووية بفرعيها المدني والعسكري، يث يحدث الانشطار النووي بسرعة هائلة في حالة تفجير سلاح نووي بينما يكون ببطيء في المنشآت النووية وفي كلا الحالتين يتم التحكم بالانشطار تحكما بالغاًًًٌٌَُ.
1- المفاعلات النووية المدنية :
أ/ حادث جزيرة الاميال الثلاث في الولايات المتحدة عام 1979 حيث تلوثت مناطق شاسعة بكميات قليلة من الاشعاع .
ب / حادث تشرونيل في اوكرانيا عام 1986حيث تلوثت مناطق شاسعة بكميات كبيرة من الاشعاع .

2- المنشآت العسكرية :
أ / حادثة بلدة كيثينم في جبال الاورال في روسيا الاتحادية عام 1957نتيجة حدوث تآكل في احد خزانات النفايات المشعة عالية المستوى ادى الى انفجاره وانتشار المواد المشعة .
ب / حادث وندسكيل في بريطانيا في عام 1957 ( مفاعل نووي ) حيث انطلقت كميات من المواد المشعة ونواتج الانشطار.

3- حوادث نقل الاسلحة النووية :
سجلت الهيئآت العالمية المعنية بالامان النووي اربعة عشر حادث من حوادث النقل النووية جوا وبحرا ومن اشهر الحوادث هي :
أ / حادث تصادم طائرتين باسبانيا عام 1966بين قاذفة قنابل وطائرة تموين تابعتين للاسطول الامريكي اثناء عملية التموين بالوقود في الجو مما ادى الى سقوط قنابل هيدروجينية اربعة التي كانت تحملها القاذفة واثناء السقوط لم تنفرج المضلات بقنبلتين الامر الذي ادى الى تشغيل الشحنة الاعتيادية لكل منها وانطلاق المادة الانشطارية عند اصطدامها بالارض( لم يحدث انفجار نووي) وادى الحادث الى تلوث المنطقة .
ب / حادث سقوط طائرة في كرينلاند عام 1968لطائرة محملة باربعة رؤوس هيدروجينية ( لم يحدث الانفجار ) لكن انتشر بلوتونيوم في المنطقة.

4- حوادث الغواصات النووية :

أ / غواصة نووية قرب شاطيء برمودا عام 1986
ب / غواصة نووية في النروج عام 1989
ج / غواصة روسية قرب السويد عام 2000