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 :
مطروح من قبل هيئة الطاقة الذرية الكندية ،(CANDO) تعني مفاعل(يورانيوم- دتيريوم) الكندي .
وهو نوعان
الأول يستعمل 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 .
الثاني يستعمل 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 :
0.7 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 .
المفاعلات الحرارية المبردة بالغاز
HTGRيعتبر الكربون كمهدئ بديل للهدروجين في المفاعل الحراري ، وتتطلب النيترونات اصطدامات أكثر لتبطئها عند استخدام الكربون كمهدئ عوضاً عن الهيدروجين ( الماء ) . وهذا يعني أن الكربون يمتص قسماً أصغر من النيترون مقارنة بالماء ، وإن تصميم المفاعل الذي يحتوي على كتلة كبيرة من الكربون له وقع تأثيري كبير من الناحية النيترونية ، وفي معظم الحالات التي تستخدم الكربون كمهدئ المفاعل فإن مائع التبريد لهذا المفاعل يكون غازا.
المفاعل المعروض من قبل شركة ( the general electric) المسمى بمفاعل الحرارة العالية المبردة بالغاز أي ( h t g r ) يستعمل الهيليوم كمبرد وقلب المفاعل يتكون من مجاميع الكربون المكدسة متضمناً مناطق صغيرة تحتوي على وقود اليورانيوم _ الثور يوم
[COLOR="Red"]المنظومات الأساسية لمفاعل درجة الحرارة العالية المبرد للغاز [/COLOR
]إن الاختلاف جوهري على باقي تصاميم المفاعلات : في منظومة الوقود المهدئ من حيث أن الوقود يتكون من اسطوانات صغيرة جداً من اليورانيوم و الثور يوم الموجودة في مناطق الوقود لمجاميع المهدئ الكربوني ، ومنظومة التبريد الابتدائية المتميزة باستخدامها لغاز الهليوم كمبرد ومنظومة التبريد الابتدائية تقع ضمن وعاء المفاعل المصنع من الخرسانة .
* يتكون قلب مفاعل درجة الحرارة العالية المبردة بالغاز من كومة ضخمة من مجموعات الجرافيت السداسية والتي تحوي كل منهما على مناطق وقودية بالإضافة لاحتوائها على مناطق مرور غاز الهليوم المضغوط ، يتكون الوقود من ثاني أكسيد أو كار بيد سيراميكي ، حيث أنه يتواجد كنوبات وقود صغيرة مغطاة بمادة خزفية ، والوقود المكون بشكل اسطوانات صغيرة ( pellets ) لها أغلفة مختلفة لتسهيل عملية الفصل أثناء عملية معاملة الوقود ، حيث يتكون اسطوانات الوقود الصغيرة القابلة للانشطار من اليورانيوم ( u 238 ) المخصب بنسبة 9% من(u235 ) ، مغطاة بالكربون الحراري ( pyrolitic ) وكار بيد السيليكون ، أما الاسطوانات الصغيرة المنتجة ( th233 ) فهي مغطاة بالكربون فقط ، وعند اشتغال المفاعل فإن الكر بيد السيلسيكوني القابل للاحتراق يساعد في فصل النوعين في عملية معاملة الوقود .
هناك منفذ في وعاء المفاعل المصنوع في الخرسانة المسبقة الإجهاد ويقع فوق المجاميع المركزية إن هذا المنفذ يستخدم في عملية إعادة تحميل الوقود وكذلك لغرض تحريك قضبان السيطرة أثناء عملية اشتغال المفاعل ، تمتلك المجامع المركزية أيضاً قناة إضافية منها كربيد البور ون كاحتياط لمنظومة المفاعل .
تتكون منظومة التبريد الابتدائية من القلب وأربعة إلى ستة دوائر لمائع التبريد الابتدائي حيث تتضمن كل دائرة على مضخة التدوير ( circulate ) الخاصة بها وعلى مولدها البخاري يضخ غاز الهليوم بضغط مقداره ( mp5 ) إلى الأسفل خلال القلب ومن ثم يخرج بدرجة حرارة تبلغ حوالي ( 743 ) درجة حيث أن الدرجة الحرارية هي أعلى من درجة حرارة المفاعلات المبردة بالماء . بعدئذ يمر الغاز في أحد الأنابيب المؤدية إلى مولد البخار ، إن سبب اشتعال المفاعل على درجة حرارة عالية هو كنتيجة المبرد الغازي وللخصائص الجيدة لقلب المفاعل الذي يتحمل درجات الحرارة العالية حيث لا يوجد غلاف معدني حساس لدرجات الحرارة العالية في الوقود ، البخار الحاصل كنتيجة لدرجات الحرارة العالية يعطي طاقة كهربائية بكفاءة تعادل ( 39 % )
المنظـومــات الـمسـاعــدة
تتكون من اثنين أو ثلاث دوائر مساعدة ، حيث في حالة فشل إحدى دوائر التبريد الرئيسية فإن المنظومات المساعدة تعمل على إزالة حرارة الانحلال بعد إطفاء المفاعل ، وتتوفر منظومتان متماثلتان تخدمان غرض تنقية غاز الهليوم المبرد تتم عملية التنقية بهذه المنظومات على أساس إلصاق جزيئات الغاز بالسطح الصلب حيث يستخدم غاز الهيدروجين كمستأصل لإزالة الدقيقات والغازات الملوثة . لقد صممت منظومة عزل المولد البخاري لمنع تسرب الماء أو البخار إلى المبرد الابتدائي فإذا حصل تسرب للماء فإن من الممكن في هذه الحالة عزل دائرة التبريد المعطوبة عند إطفاء المفاعل ، بينما تترك بقية دوائر التبريد لتجهيز التبريد اللازم .
مـنظـومــات السلامـــة
تختلف متطلبات السلامة لـ ( HTGR ) بصورة أساسية عن متطلبات السلامة لمفاعلات الماء ، عند حدوث ضرر في وقود مفاعل درجة الحرارة العالية فإن هناك وقتاً طويلاً لتصريف الحرارة ، ففي حالة وقود الماء الخفيف فإن حرارة الانحلال يمكن أن تقتصر غلاف الوقود بغضون دقيقة أو دقيقتين . من لحظة فقدان مائع التبريد ، أما في حالة ( HTGR ) فإنه يحتاج إلى زمن ساعة أو ساعتين عقب فقدان الوقود حتى ينصهر غلاف الوقود المطلي بمادة خزفية التي هي السبب في إطالة زمن تصريف الحرارة ، ومتانة القلب بسبب تواجد الجرافيت الذي تزداد متانته بارتفاع درجة الحرارة، من جهة أخرى يجب ضخ غاز الهيليوم المائع المبرد بضغط عالي لغرض سعة تبريدية عالية .
النيترونية _ استخدام الوقود _ اشتغال المفاعل
استعمال الكربون كمهدئ يقتضي على النيترونات الإنشطارية أن تقطع مسافة أكبر حتى تصل إلى الطاقات الحرارية ، ويكون الوقود ( HTGR ) معرضاً إلى نيترونات وبطاقات أكثر متوسطة عما هو عليه في مفاعلات الماء الخفيف ، وهذا يؤدي إلى امتصاص أكبر للنيترونات من قبل المادة الخصبة ( th 232 ) . وهذه الظاهرة تساعد في تصميم مفاعل نسبة التحويل فيه عالية نسبياً .
Boiling Water Reactor
مفاعل الماء المغلي
BWR
مفاعلات الماء المغلي (BWR)
1 يوجد في قلب المفاعل عدد كبير من مجمعات الوقود حيث كل يمثل مجمع مصفوفة مربعة والكثير من المفاعلات تستعمل مصفوفة(7 ×7 )إلا أن الصنف الحديث (BWR6)يستعمل ( 8×8 )من أقلام الوقود حيث تكون قضبان الوقود أخف مما هي عليه في مجمعات الوقود القديمة وبنيةالقضيب مماثلة لمفاعلات pwr))والطول الفعال لا يقل على 3 6mلحزمة الوقود في مفاعل الماء المغلي غمد خارجي يحوي الحزمة كاملة وفائدته يعيد جريان الماء في هذه الحزمة من الوقود والفتحة الموجودة قي قعر حزمة الوقود تحدد معدل جريان الماء في مجمع الوقود المعين وان استقرارية مجمع الوقود تأتي نتيجة لصفائح الربط الـ ( 64 ) في مجمع الوقود( 8×8 )، يمكن أن يحتوي المجمع على قضبان مائية تعمل بمثابة مهدئ لحزمة الوقود ، مفاعل الماء المغلي يحوي عادة على( 764 )مجمع للوقود أي( 50 -40) ألف قلم وقود أي ما يقارب 180 طن من ثاني أكسيد اليورانيوم
* عنصر السيطرة الصليبي الشكل يكون محاطا بأربع حزم من الوقود ، يحتوي على قضبان متعددة
مملوءة بكر بيد البور ون حيث يحتوي كل نصف على ربع قضيب
* إن غليان المبرد في قلب المفاعل تقليل كثافةالمبرد وبالتالي تضعف عملية تهدئة النيترونات مما
يؤدي إلى انخفاض قيمة كثافات القدرة في الجزء العلوي لقلب المفاعل ، مما يجعل تسطيح القدرة ضرورية ……إن أحد طرق السيطرة في مفاعل الماء المغلي تتم عن طريق التحكم في معدل الجريان في المفاعل
* يحتوي الوعاء الفولاذي للمفاعل على قلب المفاعل والمعدات المرافقة بالإضافة لاحتواء وعاء المفاعل على مجمعات الوقود ، فهو يحتوي على مركبات أخرى :
قضبان السيطرة المتواجدة في قعر الوعاء و تحريكها إلى القلب يتم من الأسفل ، كما إن الجزء العلوي من المفاعل يمكن تحريكه لغرض خدمة عملية إعادة تحميل الوقود ، حيث تبلغ أبعاد وعاء مفاعل الماء المغلي الحاوي على جميع هذه المعدات حوالي(ارتفاعm 22 ، قطر6m) ، وهو مصنوع من الفولاذ الكربوني بسماكة ( 16 cm )
*الضغط في ( BWR ) يبلغ حوالي ( 7mp )، عند هذا الضغط درجة غليان الماء حوالي 285 درجة ، وليس جميع الماء في قلب المفاعل يتحول إلى بخار بل حوالي 13 % من الماء الخارج من القلب هو بخار
* يفصل البخار المتولد عن بقية المواد بواسطة مجموعة فاصلات البخار التي موضوعة فوق القلب ، وعند الحد الفاصل بين حالته الغازية والسائلة ، يمر البخار الناتج خلال مجمع التخفيف لإزالة النداوة ، ويسري البخار المجفف إلى خارج الوعاء من خلال جدران بئر التجفيف وبناية المفاعل متجهاً إلى المولد التوربيني ، وهذا البخار يكون مشعاً لتواجد ( N16 ) فيه والذي يمتاز بنصف عمر قصير حوالي ( 7 ) ثانية الكفاءة الحرارية لهذا المفاعل (33 % )
المنظومات المساعدة
1 مفاعل الماء المغلي يملك منظومات الكيمياء لسيطرة على المركبات كما في p w r ) )
2 منظومة إزالة حرارة الانحلال
3 منظومة التنظيف لإزالة نواتج الانشطار ونواتج التآكل والشوائب الأخرى والماء الجاري المسحوب من خلال مضخة تدوير الماء وإرجاعه من خلال مضخة تغذية الماء ، ويتم تنظيف الماء المبرد بواسطة وحدات تخليص الماء من المعادن باستخدام( filter ) وتستخدم هذه المنظومة لإزالة الماء الفائض نتيجة لانخفاض كثافة المبرد بسبب الغليان عند رفع قدرة المفاعل إلى الحد المقرر ، وتتم إزالة حرارة الانحلال بعد إطفاء المفاعل بواسطة منظومة إزالة الحرارة المتبقية والتي هي جزء من منظومة تبريد القلب
يختلف ( bwr ) عن ( pwr ) من حيث أن له كمية اكبر من الوقود لفرض تلبية القدرة المطلوبة ، ولكن توجد امكانيةغير اعتيادية لتغيير القدرة الناتجة لتلبية الاحتياج من الطاقة الكهربائية
Pressurized water reactors
PWR
Pressurized water reactors
فيه دورتان للماء الأولى مغلقة تماما" لنقل الحرارة ويظل الماء فيها سائلا" خلال الدورة بأكملها ويخرج من قلب المفاعل في درجة حرارة تبلغ 325 درجة وضغط 150 جو ، ليمر خلال دورة الماء الثانية التي تولد البخار , والدورة الثانية التي لا يلامس فيها الوقود الماء ترفع من الأمان الاشعاعي ولكن ذلك يزيد الضغط ودرجة الحرارة في قلب المفاعل أكثر مما هي عليه في مفاعلات الماء المغلي , يوجد حوالي 350 مفاعل من هذا النوع في العالم.
مادة الوقود في هذه المفاعلاتuo2 المكبوس بشكل اسطوانات صغيرة (pellets ) والتي قطرها يكافئ ارتفاعها ويساوي تقريبا" 1.27 سنتيمتر(نصف انش) وتغلف بسبيكة الزركونيوم التي تمتاز با نخفاض قيمة المقطع العرضي النيتروني ، تجمع هذه (pellets ) في قلم الوقود ويبلغ طول قلم الوقود الواحد أكثر من 3.6 متر أي 12 قدم وتكون هذه الأقلام مجمعة في حزمة هي التي تستبدل عند اعادة تحميل الوقود .
يتكون قلب المفاعل من عدد كبير من الحزم أو مجمعات الوقود المربعة ، والعديد من مفاعلات الماء المضغوط تستعمل مجمعات تتكون من مصفوفات 15*15 قلم وقود ، وفي مفاعلات الماء المضغوط الحديثة 17*17 قلم، أقلام الوقود مثبتة بواسطة حلزون يفصل في مشبك المجمعات بواسطة تراكيب في قمة وقعر المجمع .
جميع المجمعات في المفاعل يمكن أن يكون لها نفس التصميم الميكانيكي متضمنة" مكانا" لتجمعات قضبان السيطرة ، عند غياب قضبان السيطرة في مجمع الوقود فان مكانها يمكن أن يشغل بمصادر الكترونية .
قدرة هذا المفاعل حوالي 100 Mw اذا كان محتويا" على200 مجمع أي حوالي40 ألف قلم (الى 50ألف قلم ) تتضمن حوالي 110 طن من uo2 .
تتكون معظم قضبان السيطرة من الفضة Ag الانديوم In الكادميوم Cd الماصة للنترونات ممتدة على طول قلب المفاعل ، في حال حدوث أي خلل يمكن أن تسقط هذه القضبان بسهولة في قلب المفاعل نتيجة لوزنها ، حيث تكون نصف مجمعات السيطرة جاهزة لمثل هذا الاطفاء ، والمتبقي يستعمل للسيطرة التشغيلية , بعض قضبان السيطرة تكون المادة الماصة للنترونات فيها في الربع الأخير فقط تستعمل لتعديل توزيع القدرة باتجاه المحور العمودي على المقطع العرضي للقلب ، ومن بعض الوسائل المستخدمة في السيطرة ادخال حامض البوريك في دورة التبريد الابتدائية .
ان كل ما سبق ذكره موضوع مع الوقود في وعاء الضغط الكبير الذي صمم ليتحمل ضغوط عالية في درجات حرارة اشتغال المفاعل حيث ان الضغط في وعاء المفاعل يبلغ 17 Mpa تكون جدران وعاء المفاعل من الكربون الفولاذي سمكه حوالي 20 سنتيمتر أو أكثر وارتفاع الوعاء حوالي 12 متر وبقطر حوالي 4 متر وتكون جميع السطوح الداخلية الملامسة لمائع التبريد مغطاة بالفولاذ غير القابل للصدأ.
يبلغ الضغط في منظومة التبريد الابتدائية حوالي وهذا الضغط يكفي لمنع تكوين البخار , يتولد البخار في منظومة التبريد الثانوية من خلال انتقال الحرارة من مائع التبريد ذي الضغط العالي الى الماء الثانوي ذوالضغط المنخفض ، حيث يحدث الانتقال الحراري من خلال جدران عدد كبير من الأنابيب التي يمر خلالها مائع التبريد في مولدات البخار , ويمر كذلك البخار المتولد خلال نواقل لازالةالرطوبة فيه الى أقل من لغرض ارساله الى المولد التوربيني من أجل انتاج الكهرباء.
المنظومات المساعدة :
منظومة السيطرة على الكيمياء والحجم تجهيز الماء لمنظومة التبريد الابتدائية وتقليل التآكل , وكمية نواتج الانشطار في مائع التبريد ) وتقوم بضبط تركيز حامض البوريك عند استخدامه لأغراض السيطرة على المفاعلية ، وتعمل أيضا" على الترابط مع مولدات الضغط للمحافظة على ضغط حجم مناسب لمائع التبريد وفق ظروف الاشتغال العادي ,ويمكن للمنظومة أن تحافظ على تراكيز معينة للغازات المنحلة بصورة خاصة غاز الهيدروجين المتواجد في مائع التبريد .
وتعتبر منظومة الكيمياء والسيطرة على الحجم مصدرا" للغاز الذي يعامل في منظومة معاملة النفايات الغازية .
منظومة النفايات الغازية : لخزن الغاز واعادته الى منظومة المفاعل في الحالات الضرورية .
منظومة النفايات السائلة : معاملة السوائل الناتجة من منظومات التصريف المختلفة , ففي حالة احتواء السائل على التريتيوم كما هو في المائع الابتدائي فانه يمكن تنقية السائل واعادته الى منظومة الكيمياء والسيطرة على الحجم .
منظومة ازالة الحرارة : ازالة حرارة الاضمحلال المتولدة في منظومة التبريد الابتدائية عند اطفاء محطة القدرة النووية وتتكون من مبادلات حرارية ومضخات .
منظومات السلامة :
والغرض منها التقليل من الاخطار الناجمة في الحوادث المفاجئة في المفاعل والفعل المباشر لها بعد الحادث المفاجئ للايقاف السريع للتفاعل المتسلسل في الحادثة التي تسبب تصدعا" في منظومة التبريد الابتدائية أو التي تقلل من مائع التبريد فان منظومة الضخ الطارئ تقوم بالعمل مباشرة لضمان استمرارجريان المائع , وفي الحالة التي يحدث فيها انصهار الوقود الصلب في قلب المفاعل فان حاوية المواد المشعة ومنظوماتها الملحقة تعمل على تقليل كمية المواد المتسربة .
وهناك منظومات الرش والتبريد والمكثف تستخدم لغرض غسل النشاطية الاشعاعية المتحررة خارج حاوية المواد المشعة.
مفاعلات التوليد السريعة المبردة بالمعادن المنصهرة وأخواتها
هناك طريقان لغرض تحقيق مبدأ التوليد ضمن حدود الموازنة الاكتفائية في كميات المواد الإنشطارية المستهلكة أو المتوالدة أو عبور حدود الموازنة الذاتية:
1 المحافظة على النيترونات بمستوى عالٍ من الطاقة نسبياً بحيث يمكن الاستفادة من كميات النيترونات الناتجة على تفاعل pu 239 .
2 استخدام النور يوم 232 الذي يمكن استخدامه كمادة خصبة تولد u233 والتي تتميز بإنتاجية عالية للنيترونات .
وصل هذا النوع من المفاعلات مرحلة التجربة في بلدان عديدة .
وإذا ما تركت النيترونات السريعة بدون تهدئة فذلك سيساعد على الاستفادة من القيمة العالية لـ ( المردود النيتروني ) يتم توليد 7.2 نيترون لكل نيترون يتم اقتناصه من قبل pu239 . ولكن الصعوبة التي تواجهنا كون قيمة المقطع العرضي لتفاعل الانشطار وطئة جداً في حال النيترونات السريعة لذلك يجب توفير كميات كبيرة من المواد الإنشطارية وهذا ما يوضح سبب تحميل المفاعل بكميات كبيرة من المواد الإنشطارية .
التركيب النووي الأساسي متشابه لجميع مفاعلات التوليد السريعة .
يمكن أن يقسم قلب المفاعل الفعال active core غلاف خارجي blanket والتي ستكون من مادة خصبة وقلب المفاعل يدعى في بعض الأحيان بالبذرة seed والتي تمثل الكتلة الحرجة الحاوية على 15 % مادة انشطارية والباقي مادة خصبة .
وهناك خاصتان مهمتان لمفاعلات التوليد : 1
الحجم الصغير لقلب المفاعل يؤدي إلى الحصول على كثافة عالية للطاقة مقارنة بالمفاعلات الحرارية وهذا يتطلب استخدام نظام تبريد جيد وما يؤدي مواصفات جيدة .
2 تستخدم الـ FBR أقراصاً من أكاسيد الوقود مع أغلفة من الحديد المقاوم للصدأ بدلاً من الزركونيوم .
مفاعلات التوليد السريعة المبردة بالمعادن المنصهرة LMFBR
المعدن المنصهر المستخدم لهذا الغرض هو الصوديوم ، إن قلب المفاعل السريع قيد البحوث يحوي منظومات وقود صغيرة الحجم مقارنةً مع( l w r) والأعمدة أصغر قطراً أيضاً ، والمادة الإنشطارية هي pu239 لأنه من ناحية اقتصادية النيترونات أكثر فائدة بدلاً من u235 . إن قلب المفاعل يكون حاويا على أكاسيد pu و u ويحيط بها الغلاف المادي على u وستكون أغلبيته u239 الذي يعمل على توليد كميات من pu239 تفوق تلك التي تستهلك أثناء تفاعلات الانشطار .
تكون تفاعلات الانشطار في قلب المفاعل أما التوليد في قلب المفاعل والغلاف الخارجي وإن هذه المنظومات تحتاج إلى معاملة الوقود لاستخلاص المادة التي تولدت .
أعمدة الوقود المكونة من لغلاف المفاعل ذات تركيب متجانس أما أعمدة وقود قلب المفاعل فهو مكون من قاعدتها وقمتها مادة خصبة وفي وسطها مادة انشطارية تمثل البذرة ، وبهذا يكون القلب محاطاً بصورة كلية بمادة خصبة ، وكبديل لهذا التصميم يمكن تصميم يعتمد على أساس تقسيم على مناطق صغيرة كل منها يحوي منظومات تحوي مادة انشطارية وأخرى تحوي مادة صلبة .
إن معدن الصوديوم يمكن أن يستخدم بحالته السائلة وعلى مدى واسع من درجات الحرارة وله إمكانية استخدام تحت ظروف الضغط الاعتيادي ، وبالتالي مسألة تصميم دورة التبريد هذه تصبح أمراً سهلاً بالإضافة إلى سهولة التصميم مما يجعل إمكانية تشغيل المفاعل في درجة حرارة عالية مسألة ممكنة ، ولكن يقابل ذلك أيضاً من جهة أخرى فاعلية الصوديوم الكيماوية وخطورته فيما إذا امتزج مع الماء حيث يحدث انفجاراً وفرقعة بسبب تأثير الحرارة العالية الناتجة عن التفاعل والتي تحرق الهيدروجين المتحرر ، مما يؤدي إلى توجب أخذ الاحتياطات الشديدة لمنع حدوث كسر أو تآكل في الأنابيب أو أي جزء من أجزاء دورة التبريد . إن lmfbr مصممة على أن دورة الصوديوم تسخن دورة وسطى للصوديوم ، وفائدة هذه الدورة تسرب أية مواد مشعة . وإن ذلك يستدعي توفير مبادل حراري وسطي بين دورتي الصوديوم الرئيسية ووظيفته عزل دورة الصوديوم الرئيسية عن أي احتمال للاختلاط بالماء في الدورة الأخيرة .
هناك نوعان رئيسيان من FBRقيد النقاش :
1 لدى مجموعة الدول الأوروبية ( النوع الحاوي على حوض( pool type ) والذي يكون قلب المفاعل وأجزاء أخرى واقعة ضمن الوعاء الرئيسي . أي تكون منظومة إعادة تحميل الوقود ومضخة التبريد الرئيسية بالإضافة إلى المبادل الحراري تقع داخل الوعاء الرئيسي للمفاعل وذلك يؤدي إلى اختصار في كميات الأنابيب الخارجية .
2 يستخدم نظام الدورة LOOPTUPE في الولايات المتحدة ، تكون أجزاء منظومة الانتقال الحراري خارج وعاء المفاعل .
مفاعلات التوليد السريعة المبردة بالغاز (GCFBR)
إن هذه المفاعلات مشابهة ل LMFBR من الناحية النيترونية ولكن منظرها الخارجي شبيه ب HTGR من حيث استخدامها الغاز لتبريد قلب المفاعل و تتميز باحتوائها على وعاء كونكريتي ، و أيضا من حيث منظومة الانتقال الحراري
ان GCFBR تتميز بنسبة توليد أعلى من LMFBR و إن هذا يعزى جزئيا إلى غاز الهليوم الذي لا يمتص النيترونات بكمية كبيرة وكذلك لا يهدئها الى حدود وطئة في الطاقة بسبب قلة كثافته مقارنة مع الصوديوم السائل
هنا في هذه الحالة يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة في حالة فقد الضغط لتأمين قيام He بتبريد قلب المفاعل حيث الطاقة المتحررة عالية ، وتصميم وعاء المفاعل بحيث لا يسمح بتسرب الغاز بكميات كبيرة
كما أن استخدام He يزيل خطر استخدام Na وتنفي الحاجة لاستخدام دورة تبريد وسيطة ، كما أن هناك كمية كبيرة من الصوديوم تحيط بقلب المفاعل و التي لها القابلية على امتصاص كمية كبيرة من الحرارة المتولدة مما يجعل استمرارية ضخ الصوديوم مسألة غير حرجة بسبب تيارات الحمل الذاتية.
1. Reactor core
2. Coolant pump
3. Fuel rods
4. Steam generator
5. Steam pumped to turbine, which generates electricity
6. Containme
nt building
م/ن
