الانشطار المتحكم به - الطاقة النووية .. الفيزياء
الانشطار المتحكم به
تتحرر طاقة التفاعل النووي في القنبلة الذرية في غضون جزء من الثانية . ولذلك اتسم هذا النوع من التفاعلات بتعذر ضبطه وعدم تلاؤمه مع الاستعمالات السلمية للطاقة النووية والمفاعل النووي في محطات توليد الطاقة ضروري لتزويد المحطة بالطاقة بشكل مستمر ومؤكد . ويتأمن بوسيلتين : المفاعل الحراري والمفاعل السريع .
في المفاعل الحراري تستخدم المخففات لابطاء سرعة النوترونات الناتجة عن تفاعل الانشطار والتي تنحصر مهمتها بشطر كل ذرة تصطدم بها من ذرات ٢٣٥ يو مهما بلغت سرعتها .
وبما أن اليورانيوم الطبيعي لا يحتوي الا على ٧٢ ذرة ٢٣٥ يو في كل ۱۰۰۰۰ ذرة من ذراته ، فان معظم الاصطدامات يحدث مع ذرات نظير اليورانيوم - ٢٣٨ المتوفرة بكثرة في اليورانيوم الطبيعي والذي يتميز بامتصاص النوترونات السريعة . والجدير بالذكر ان النوترونات الناتجة عن التفاعل هي نوترونات سريعة أيضا ، بحيث يصبح من الصعب جدا اطالة أمد التفاعل المستمر في اليورانيوم الطبيعي . أما في حال تخفيف سرعة النوترونات ( نوترونات حرارية ) ، فان طاقتها تصبح شبيهة بالطاقة الحرارية الناتجة عن ارتجاج الذرات المحيطة بها ، مما يزيد من عدد الانشطارات داخل ذرات اليورانيوم - ٢٣٥ ، كون النظير الاخر ٢٣٨ يو لا يمتص الا عددا ضئيلا من النوترونات .
ومن أجل تخفيف سرعة النوترونات وجعلها نوترونات حرارية ، تضاف الى الوقود المستعمل مواد تسمى المخففات ( او الكابحات ) تحيط به ، وتكون مكونة من مواد خفيفة لا تستطيع أسر النوترونات وانما تقوم بتخفيف سرعتها لكي تصبح ، بعد عدة اصطدامات متتالية ، نوترونات حرارية . واهم انواع المخففات الغرافيت او ( الكربون الخام ) والماء الثقيل ( المكون من الدوتريوم بدلا من الهدروجين - دو ٢أ ) .
اما المفاعل السريع فلا تستعمل فيه المخففات ، وانما يرتفع فيه عدد اصطدامات النوترونات بالذرات القابلة للانشطار ، وذلك باغناء وقود اليورانيوم الطبيعي بذرات اضافية من ٢٣٩ بلو أو ٢٣٥ يو . وبهذه الطريقة ، ينتج عن النوترونات السريعة تفاعل تدريجي يحافظ على استمراريته من تلقاء نفسه ، ولكنه لا يكون بسرعة التفاعل الذي يحدث احشاء القنبلة نفسها . وفي هذا النوع من المفاعلات ، يكون القلب محاطا بغطاء من اليورانيوم الطبيعي ، وتستطيع بعض النوترونات ان تفلت من داخله . أما بعضها الآخر ، ونتيجة لوجود بعض الظروف المواتية ، فانه يصبح أسيرا لذرات ٢٣٨ يو التي تستولي عليه لتؤلف ذرات البلوتونيوم ويطلق على هذه المفاعلات اسم المفاعلات السريعة المنتجة بسبب وفرة اليورانيوم الذي تنتجه بكميات تفوق حاجتها لاغناء الوقود الموجود في داخلها .
ويتم ضبط التفاعل النووي في هذين النوعين بواسطة قضبان ماصة للنوترونات تدخل الى قلب المفاعل وتسمى قضبان التحكم وهي تحتوي على الكادميوم والهافنيوم والبورون ويتم ادخالها او سحبها بشكل اوتوماتيكي لضمان عدم تغير سرعة التفاعل .
( شكل تخطيطي لمفاعل سريع )
( محطة ذرية لتوليد الطاقة متصلة بمصنع لتحلية الماء )
تتحول معظم طاقة التفاعل المستمر الى حرارة تتولد من ضخامة كمية الطاقة الموجودة في نواتي ما بعد الانشطار ( مواد الانشطار ) .
ثم تصطدم هذه المواد بذرات الوقود الاخرى وبجدران المفاعل فتؤدي الى زيادة في طاقتها وارتفاع في درجة حرارتها . ويتم استخراج هذه الحرارة من قلب المفاعل بواسطة سائل او غاز للتبريد . ثم يؤخذ هذا السائل بعد ان يصبح ساخنا ويستخدم بطرق مختلفة لانتاج البخار اللازم لتشغيل التوربينات ومولدات الكهرباء كما يحصل في محطات الطاقة المعروفة .
الانشطار المتحكم به
تتحرر طاقة التفاعل النووي في القنبلة الذرية في غضون جزء من الثانية . ولذلك اتسم هذا النوع من التفاعلات بتعذر ضبطه وعدم تلاؤمه مع الاستعمالات السلمية للطاقة النووية والمفاعل النووي في محطات توليد الطاقة ضروري لتزويد المحطة بالطاقة بشكل مستمر ومؤكد . ويتأمن بوسيلتين : المفاعل الحراري والمفاعل السريع .
في المفاعل الحراري تستخدم المخففات لابطاء سرعة النوترونات الناتجة عن تفاعل الانشطار والتي تنحصر مهمتها بشطر كل ذرة تصطدم بها من ذرات ٢٣٥ يو مهما بلغت سرعتها .
وبما أن اليورانيوم الطبيعي لا يحتوي الا على ٧٢ ذرة ٢٣٥ يو في كل ۱۰۰۰۰ ذرة من ذراته ، فان معظم الاصطدامات يحدث مع ذرات نظير اليورانيوم - ٢٣٨ المتوفرة بكثرة في اليورانيوم الطبيعي والذي يتميز بامتصاص النوترونات السريعة . والجدير بالذكر ان النوترونات الناتجة عن التفاعل هي نوترونات سريعة أيضا ، بحيث يصبح من الصعب جدا اطالة أمد التفاعل المستمر في اليورانيوم الطبيعي . أما في حال تخفيف سرعة النوترونات ( نوترونات حرارية ) ، فان طاقتها تصبح شبيهة بالطاقة الحرارية الناتجة عن ارتجاج الذرات المحيطة بها ، مما يزيد من عدد الانشطارات داخل ذرات اليورانيوم - ٢٣٥ ، كون النظير الاخر ٢٣٨ يو لا يمتص الا عددا ضئيلا من النوترونات .
ومن أجل تخفيف سرعة النوترونات وجعلها نوترونات حرارية ، تضاف الى الوقود المستعمل مواد تسمى المخففات ( او الكابحات ) تحيط به ، وتكون مكونة من مواد خفيفة لا تستطيع أسر النوترونات وانما تقوم بتخفيف سرعتها لكي تصبح ، بعد عدة اصطدامات متتالية ، نوترونات حرارية . واهم انواع المخففات الغرافيت او ( الكربون الخام ) والماء الثقيل ( المكون من الدوتريوم بدلا من الهدروجين - دو ٢أ ) .
اما المفاعل السريع فلا تستعمل فيه المخففات ، وانما يرتفع فيه عدد اصطدامات النوترونات بالذرات القابلة للانشطار ، وذلك باغناء وقود اليورانيوم الطبيعي بذرات اضافية من ٢٣٩ بلو أو ٢٣٥ يو . وبهذه الطريقة ، ينتج عن النوترونات السريعة تفاعل تدريجي يحافظ على استمراريته من تلقاء نفسه ، ولكنه لا يكون بسرعة التفاعل الذي يحدث احشاء القنبلة نفسها . وفي هذا النوع من المفاعلات ، يكون القلب محاطا بغطاء من اليورانيوم الطبيعي ، وتستطيع بعض النوترونات ان تفلت من داخله . أما بعضها الآخر ، ونتيجة لوجود بعض الظروف المواتية ، فانه يصبح أسيرا لذرات ٢٣٨ يو التي تستولي عليه لتؤلف ذرات البلوتونيوم ويطلق على هذه المفاعلات اسم المفاعلات السريعة المنتجة بسبب وفرة اليورانيوم الذي تنتجه بكميات تفوق حاجتها لاغناء الوقود الموجود في داخلها .
ويتم ضبط التفاعل النووي في هذين النوعين بواسطة قضبان ماصة للنوترونات تدخل الى قلب المفاعل وتسمى قضبان التحكم وهي تحتوي على الكادميوم والهافنيوم والبورون ويتم ادخالها او سحبها بشكل اوتوماتيكي لضمان عدم تغير سرعة التفاعل .
( شكل تخطيطي لمفاعل سريع )
( محطة ذرية لتوليد الطاقة متصلة بمصنع لتحلية الماء )
تتحول معظم طاقة التفاعل المستمر الى حرارة تتولد من ضخامة كمية الطاقة الموجودة في نواتي ما بعد الانشطار ( مواد الانشطار ) .
ثم تصطدم هذه المواد بذرات الوقود الاخرى وبجدران المفاعل فتؤدي الى زيادة في طاقتها وارتفاع في درجة حرارتها . ويتم استخراج هذه الحرارة من قلب المفاعل بواسطة سائل او غاز للتبريد . ثم يؤخذ هذا السائل بعد ان يصبح ساخنا ويستخدم بطرق مختلفة لانتاج البخار اللازم لتشغيل التوربينات ومولدات الكهرباء كما يحصل في محطات الطاقة المعروفة .
تعليق