المفاعلات النووية

Admin عدد الرسائل : 1157 تاريخ التسجيل : 20/11/2007

مفاعل الماء الثقيل
HWR

يستعمل الماء الثقيل هنا كمهدئ أو كمبرد أو كلاهما ،لأن الماء الثقيل يمتص عدد أقل من النترونات فيما لو كان الماء اعتيادي ، وبسبب هذا الامتصاص الأقل وبسبب أن الماء الثقيل الى حد ما أقل تهدئة من ناحية التأثير فانه من الملا ئم والمفيد أن تكون هناك مسافة أوسع بين حزم الوقود عما كانت عليه في (CANDO) ،هذا يقود الى امكانية وجود قنوات وقود سمكها بسمك حزمة واحدة ومبردة بصورة منفردة مع احاطة القنوات بمهدئ من الماء الثقيل.

هذه المفاعلات تستخدم الماء المضغوط في منظومة التبريد الابتدائي ويحتمل أن يكون المبرد هو الماء الثقيل نفسه لهذه المفاعلات نوعين من ناحية التصميم والتصنيع :

1-CANDO : مطروح من قبل هيئة الطاقة الذرية الكندية ،(CANDO) تعني مفاعل(يورانيوم- دتيريوم) الكندي .

2- مفاعل الماء الثقيل المولد للبخار SGHWR (بريطاني)

الأولى تستعمل الماء الثقيل كمهدئ ومبرد ومن الممكن أن يستعمل موائع أخرى مبردة ويأخذ بعين الاعتبار نوعين من الموائع :

الماء الاعتيادي حيث أنه أقل كلفة من الماء الثقيل والمائع العضوي الذي يمكن أن يعمل على درجات حرارية أعلى لتحسين الكفاءة الحرارية لمحطة القدرة .

الثانية تستعمل الماء الاعتيادي كمبرد في أنابيب الضغط العمودية ، مغمورة في الماء الثقيل الذي يعمل كمهدئ حيث يسمح لغليان المبرد.

منظومة مفاعل الماء الثقيل الأساسية:

في كلا نموذجي المفاعل المذكور يكون مشبك قنوات الوقود مغمورا"في حوض الماء الثقيل المستعمل كمهدئ يمر عبر القنوات ،والوقود للمفاعل CANDO مماثل لوقود (LWR) في أنه مصنع من اسطوانات صغيرة (PELLETS)من UO2 المحفوظة في انابيب من الزركولوي (غطاء الوقود) حيث أن مفاعل الكاندو ذا القدرة 600 MW يحتاج 4500 حزمة وقود فيها حوالي 100 طن من UO2 حيث في CANDO فان قضبان الوقود تحتوي فقط على التكرير الطبيعي لعنصر 235 U .

تكون قضبان الوقود مرتبة بشكل حزم وبطريقة أصغر وأبسط مما هي عليه في و ليس لهذه الحزم قطع غيار لغرض صيانة القلب وانما تتم عملية الصيانة بواسطة قنوات الوقود (حوالي 15حزمة لكل يوم اشتغال للمفاعل )وهذه العملية لها فائدة من حيث أنه لا توجد ضرورة لاطفاء المفاعل عند تحميل الوقود والمردود الأكثر أهمية لاستخدام HWR توفر مادة ماصة بقلة للنترونات أثناء اشتغال المفاعل لعدم وجود اختلافات كبيرة في احتراق الوقود وتكوين السموم الحاصلة من نواتج الانشطار أثناء دورة الوقود.

كل قناة وقود عبارة عن صف من حزم الوقود المرتبة الواحدة تلو الاخرى حيث قنوات الوقود هذه تمر بصورة افقية خلال مشبك من الانابيب التي هي جزءمن الكالندريا التي تحتوي على المهدئ ، هذا المهدئ يكون محفوظا تحت صغط جوي واحد تقريبا وذلك للاستغناء عن تصنيع وعاء ضغط كبير لمنظومة المفاعل .

الكالندريا هي اسطوانة ذات حجم معقول قطرها حوالي 25قدم (7.6m) وطولها (7.6m) جدرانها مصنوعة من الفولاذ غير القابل للصدأ بسماكة (2.5cm) و النهايات بسماكة (5cm) أما الانابيب فهي مصنوعة من الزركولي

وأيضا المهدئ المتواجد في الكالندريا له منظومته الخاصة للتبريد (مضختينو مبادلين حرارين) للحفاظ على درجته (70c) و يكون السرداب الحاوي على الكالندريا مملوء بالماء أثناء عمل المفاعل . انابيب الضغط المنفردة يمكن ان تفتح اثناء عمل المفاعل لغرض اعادة تحميل ، صنعت هذه الانابيب من سبيكة الزركونيوم ويوجد بين انبوبة الضغط وانبوبة الكالندريا المحيطة بها حيز يحتوي على غاز .

يكون الماء الثقيل كمبرد محفوظ تحت ضغط يبلغ حوالي (10mp) ودرجة حرارته في انابيب الضغط حوالي( 310c)

اما المائع المبرد الثانوي هو الماء الخفيف كما في اي محطة نووية مجارية ، والكفاءة الكلية ل CANDU

تبلغ %29 وهي اقل من معظم محطات القدرة البخارية .

السيطرة على المفاعل (reactivity) تتم باستخدام بضع منظومات متضمنة ماصات السيطرة لمنطقة الماء الخفيف ، قضبان المص الصلبة و السموم المضافة الى المهدئ في CANDU التجاري تتم السيطرة الرتيبة بواسطة منطقةالممتصات (zone absorber) التي تتكون من حجيرات في القلب فيها الماء الخفيف كممتص للنترون والذي يمكن ان يوضع موضع الاستعمال ، و يمكن استخدام قضبان السيطرة الميكانيكية (الكادميوم) والتي يمكن اسقاطها بتأثير الجاذبية .

المنظومات المساعدة :

منظومة كيمياء وسيطرة الحجم والتبريد عند اطفاء المفاعل مماثلة لمنظومات (PWR) ما عدا الاختلافات المطلوبة لحالة فصل المبرد عن المهدئ .

منظومة تنظيف المهدئ تقوم بالسيطرة على الشوائب وتتضمن القابلية على ازالة البورون و الكادميوم وسموم النترونات .

منظومة تنقية المبرد تأخذ الجريان من مخرج المضخة الاولى وترجعه الى مدخل المضخة حيث تستعمل للتصفية والمبادل الايوني لازالة الشوائب ، وبسبب الكلفة الباهظة للماء الثقيل100 دولار لكل واحد كيلو غرام

فان بناية المفاعل تحتوي على منظومات للجمع و التنقية والمحافظة على نقاوة الماء الثقيل

منظومات السلامة :

في حالات الطوارىء هناك رد فعل اسقاط قضبان السيطرة تحت تأثير الجاذبية و في الحالات التي لا يمكن إيلاج هذه القضبان فإن مفاعلات الكاندو المبكرة الصنع تمتلك وسيلة لتصريف المهدىء أما المفاعلات الحديثة فقد عوض عن ذلك بمنظومة ضخ سريع للكادميوم إلى داخل المهدىء

وفي حالة حدوث تشقق في منظومة تبريد المفاعل فان الصمامات تنغلق لعزل المنظومة السليمة ، والماء الخفيف في حوض الخزن يتم ضخه الى المنظومة المتشققة

النترونية _ استخدام الوقود _ اشتغال المفاعل :

تمتاز مفاعلات الكاندو بميزة اعادة تحميل الوقود اثناء اشتغال المفاعل و بصورة تقريبية ينتج 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 .

0.02 يمتص من قبل الماء الثقيل .

0.22 يمتص من قبل المواد الداخلة في تركيب القلب ونواتج الانشطار.

0.06 يمتص من قبل مواد اخرى متضمنا سموميات السيطرة .

0.04 تفقد بسبب التسرب .