الانشطار المتحكم به - الطاقة النووية .. الفيزياء

تقليص
X
 
  • تصفية - فلترة
  • الوقت
  • عرض
إلغاء تحديد الكل
مشاركات جديدة

  • الانشطار المتحكم به - الطاقة النووية .. الفيزياء

    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 .

    اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.18_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	99.7 كيلوبايت 
الهوية:	247590 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	٢٠٢٤١١٣٠_١٢٠٣٣٥.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	131.6 كيلوبايت 
الهوية:	247591 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	٢٠٢٤١١٣٠_١٢٠٣٤٨.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	131.0 كيلوبايت 
الهوية:	247592 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.19_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	93.2 كيلوبايت 
الهوية:	247593 اضغط على الصورة لعرض أكبر. 

الإسم:	CamScanner 22-11-2024 16.19 (1)_1.jpg 
مشاهدات:	2 
الحجم:	119.1 كيلوبايت 
الهوية:	247594

  • #2
    Controlled fission - Nuclear energy .. Physics

    Controlled fission

    The energy of the nuclear reaction in the atomic bomb is released within a fraction of a second. Therefore, this type of reaction is characterized by its difficulty of control and its incompatibility with the peaceful uses of nuclear energy. The nuclear reactor in power plants is necessary to provide the station with energy continuously and reliably. It is secured by two means: the thermal reactor and the fast reactor.

    In the thermal reactor, moderators are used to slow down the speed of the neutrons resulting from the fission reaction, whose task is limited to splitting every atom that collides with it from the 235 U atoms, no matter how fast they are.

    Since natural uranium contains only 72 235 U atoms in every 10,000 of its atoms, most collisions occur with atoms of the uranium-238 isotope, which is abundant in natural uranium and is characterized by absorbing fast neutrons. It is worth noting that the neutrons produced by the reaction are also fast neutrons, so it becomes very difficult to prolong the continuous reaction in natural uranium. However, if the speed of the neutrons (thermal neutrons) is reduced, their energy becomes similar to the thermal energy resulting from the vibration of the surrounding atoms, which increases the number of fissions within the uranium-235 atoms, since the other isotope 238U absorbs only a small number of neutrons.

    In order to slow down the neutrons and make them thermal neutrons, materials called moderators (or tamperers) are added to the fuel that surround it. They are made of light materials that cannot capture neutrons, but rather slow down their speed so that, after several successive collisions, they become thermal neutrons. The most important types of moderators are graphite or (raw carbon) and heavy water (made of deuterium instead of hydrogen - DO 2O). As for the fast reactor, moderators are not used, but rather the number of neutron collisions with fissionable atoms is increased, by enriching the natural uranium fuel with additional atoms of 239 Blue or 235 U. In this way, the fast neutrons produce a gradual reaction that maintains its continuity on its own, but it is not as fast as the reaction that occurs in the bowels of the bomb itself. In this type of reactor, the core is surrounded by a cover of natural uranium, and some neutrons can escape from inside it. Others, due to the presence of some favorable conditions, become captive to the 238U atoms that seize it to form plutonium atoms. These reactors are called fast reactors because of the abundance of uranium that they produce in quantities that exceed their need to enrich the fuel inside them.

    The nuclear reaction in these two types is controlled by neutron-absorbing rods that enter the core of the reactor and are called control rods. They contain cadmium, hafnium, and boron and are inserted or withdrawn automatically to ensure that the reaction rate does not change.

    (Schematic of a fast reactor)
    (Atomic power plant connected to a water desalination plant)

    Most of the energy of the ongoing reaction is converted into heat generated from the huge amount of energy present in the post-fission nuclei (fission materials).

    These materials then collide with other fuel atoms and the walls of the reactor, leading to an increase in their energy and a rise in their temperature. This heat is extracted from the core of the reactor by a liquid or gas for cooling. Then this liquid is taken after it becomes hot and used in different ways to produce the steam needed to operate turbines and electricity generators, as happens in known power plants.

    تعليق

    يعمل...
    X