Language
Country/Area
No result found
السلاح السري لقضبان التحكم: لماذا توقف التفاعلات النووية بهذه السرعة؟
تلعب قضبان التحكم دورًا حيويًا في المفاعلات النووية. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تنظيم معدل انشطار الوقود النووي (مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم). تتكون قضبان التحكم هذه من عناصر كيميائية فعالة في امتصاص النيوترونات، مثل البورون، والكادميوم، والفضة، والهافنيوم، أو الإنديوم، والتي يمكنها امتصاص عدد كبير من النيوترونات دون أن تتحلل هي نفسها. تتمتع العناصر المختلفة بمقاطع عرضية مختلفة لالتقاط النيوترون، مما يجعل تصميم قضبان التحكم وثيق الصلة بنوع المفاعل النووي.
مبدأ التشغيل
يتم إدخال قضبان التحكم في قلب المفاعل النووي. ومن خلال ضبط عمق إدخال قضبان التحكم، يتم التحكم في معدل التفاعل النووي المتسلسل، والذي يؤثر بدوره على إنتاج الطاقة الحرارية للمفاعل، ومعدل توليد البخار، وإنتاج الطاقة لمحطة الطاقة. يؤثر عدد قضبان التحكم المدخلة وعمقها بشكل كبير على تفاعلية المفاعل. أي عندما يتجاوز التفاعل 1، فإن معدل التفاعل النووي المتسلسل سيزداد بشكل كبير؛ وعلى العكس من ذلك، عندما يكون التفاعل أقل من 1، فإنه سينخفض بشكل كبير.
مع إدخال جميع قضبان التحكم بالكامل، يمكن الحفاظ على التفاعلية عند مستويات قريبة من الصفر، مما يسمح بإبطاء المفاعل قيد التشغيل بسرعة وإبقائه مغلقًا.
يتطلب الحفاظ على استقرار إنتاج الطاقة الحفاظ على عامل مضاعفة النيوترونات المتوسط طويل الأمد قريبًا من الوحدة. عندما يتم تجميع مفاعل جديد، يتم إدخال قضبان التحكم بالكامل ثم سحبها تدريجيًا لبدء التفاعل النووي المتسلسل وزيادة الطاقة إلى المستوى المطلوب.
اختيار المواد
يعتبر اختيار المواد المستخدمة في قضبان التحكم أمرا بالغ الأهمية، حيث يجب أن يكون لها مقطع عرضي عالي لالتقاط النيوترونات. الفضة والإنديوم والكادميوم هي بعض المواد المستخدمة بشكل شائع، ومع ذلك فإن العناصر الأخرى مثل البورون والألمنيوم والهافنيوم والسيريوم والسيريوم والتيتانيوم والسيليكون وما إلى ذلك تعتبر أيضًا مواد محتملة. بالإضافة إلى ذلك، عادة ما تكون قضبان التحكم مصنوعة من سبائك أو مركبات، مثل الفولاذ عالي البورون، وسبائك الفضة والإنديوم والكادميوم، وما إلى ذلك.
عادةً ما تكون قضبان التحكم، التي يجب أن تكون قادرة على مقاومة التوسع الناجم عن النيوترونات وتتمتع بخواص ميكانيكية جيدة، على شكل هياكل أنبوبية مملوءة بجزيئات أو مسحوق ماصة للنيوترونات.
على سبيل المثال، في مفاعلات الماء المضغوط، تُستخدم سبائك الفضة والإنديوم والكادميوم (عادةً 80% فضة، و15% إنديوم، و5% كادميوم) على نطاق واسع. تتمتع هذه المواد بخصائص مختلفة في نطاق امتصاص النيوترونات، مما يجعل هذا السبائك وسطًا ممتازًا لامتصاص النيوترونات. وفي الوقت نفسه، تحتاج هذه المواد أيضًا إلى منع التآكل عند درجات حرارة الماء المرتفعة.
اعتبارات أمنية
ولأسباب تتعلق بالسلامة، في معظم تصميمات المفاعلات، يتم توصيل قضبان التحكم بآلات الرفع من خلال أجهزة كهرومغناطيسية. بهذه الطريقة، في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن لقضبان التحكم أن تسقط تلقائيًا بفعل الجاذبية وتدخل بالكامل في المفاعل لإيقاف التفاعل بسرعة. وتسمى هذه العملية التي يتم فيها إغلاق المفاعل بسرعة "الإيقاف السريع".
وسائل أخرى لتنظيم الاستجابة
في بعض المفاعلات، يمكن أيضًا تعديل التفاعلية عن طريق إضافة ماصات نيوترونية قابلة للذوبان مثل حمض البوريك إلى سائل التبريد. يمكن استخدام جهاز التثبيت الكيميائي هذا، إلى جانب السموم النيوترونية القابلة للاشتعال المستخدمة في جزيئات الوقود، لضبط تفاعلية المفاعلات النووية على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، يقوم المشغلون لمفاعل الماء المغلي بالتحكم في التفاعلية عن طريق ضبط سرعة مضخات دوران المفاعل.
الوقاية من الحوادث الحرجة
غالبًا ما يُلقى اللوم على سوء إدارة قضيب التحكم أو فشله في الحوادث النووية، مثل انفجار SL-1 وكارثة تشيرنوبيل. ولإدارة هذه الأزمات، يتم في كثير من الأحيان استخدام ماصات النيوترونات الموحدة. ويعد تنفيذ هذه الأساليب أمرا بالغ الأهمية لسلامة الطاقة النووية.
الخاتمة
من خلال النظر بشكل شامل في تصميم قضيب التحكم والمواد وتنظيم التفاعلية، يمكننا المساعدة في إنشاء بيئة تفاعل نووي خاضعة للرقابة لضمان الاستخدام الآمن للطاقة النووية. ومع ذلك، ما هي المجالات والفرص التي تعتقد أنها متاحة لتحسين التكنولوجيا النووية في المستقبل؟
