مبادئ توليد الكهرباء عن طريق مفاعل نووي

سوف نتكلم عن توليد الكهرباء عن طريق مفاعل نووي اعرف انه قليل جدا من تكلم فى هذا الموضوع 

نبدا على بركه الله

محطة الطاقة النووية هي في الأساس محطة "لتوليد" بخار ومصدره عنصر مشع، مثل اليورانيوم. يتم وضع الوقود في المفاعل ويسمح للذرات الفردية عن طريق تفاعل بالتفكك. عملية التقسيم هذه تعّرف باسم الانشطار (شكل 1) ، تنتج من هذه العملية كميات كبيرة من الطاقة (مصدرها أشعة غاما). يتم استخدام هذه الطاقة لتسخين المياه حتى يتحول إلى بخار.

محطة الطاقة وعن طريق آليات تدفع البخار على التربينات التي تجبر لفائف من الأسلاك تتفاعل مع مجال مغناطيسي لتوليد تيار كهربائي.

الانشطار

الانشطار ومبادئ توليد الكهرباء

الانشطار عبارة عن امتصاص النيترون من نواة اليورانيوم 235، ويحولها لفترة وجيزة الى نواة اليورانيوم 236 متحمس، مع طاقة الإثارة التي توفرها الطاقة الحركية للنيوترون بالإضافة إلى القوى التي تربط بين النيوترون، اليورانيوم 236 بدوره ينقسم إلى انقسامات (أخف عناصر) سريعة الحركة (نواتج الانشطار) وتوليد ثلاثة نيوترونات حرة في الوقت نفسه، كما يتم إنتاج واحد أو أكثر "أشعة غاما فورية" (غير ظاهرة) وهي مصدر لطاقة تتسبب في تسخين الماء.

1- الانشطار داخل المفاعل وطريقة نقل الطاقة

 اليورانيوم داخل المفاعل
تتم عملية التفاعل النووي في خزان،هو عبارة عن غرفة مغلقة صنعت بمادة الفولاذ تحتوي على قلب المفاعل النووي الذي يحتوي بدوره على كريات الوقود (اليورانيوم ) بحجم الظفر (شكل 2)، يتم إدراج الكريات في أنابيب من سبائك الزركونيوم (معدن مقاوم للتآكل ) بطول خمسون سنتيمتر ، ثم يتم إغلاق هذه الأنابيب بواسطة لحام وتجميعها في ما يسمى حزمة الوقود (شكل 3) .

اليورانيوم داخل المفاعل

كورية واحدة من الوقود تتمكن بتغذية منزل لمدة ستة أشهر، أما حزمة واحدة من الوقود فهي قادرة بتغذية مائة منزل لمدة سنة كاملة.

حزمة الوقود تستعمل بعدد معين (حسب قيمة الطاقة المراد الحصول عليها من المفاعل ) وتركّب داخل قلب المفاعل النووي (شكل 4).

مجموعة حزمة الوقود داخل قلب المفاعل النووي

النيوترونات الناتجة من عملية الانشطار تتسبب في انشطار جديد (مع نواة اليورانيوم 235 الأخرى) و بذلك الإفراج عن مزيد من نيوترونات وما الى ذلك يؤذي الى التفاعل المتسلسل و بذلك الى طاقة معتبرة يجب التحكم فيها، يتم هذا التحكم أليا باستعمال قضبان المراقبة (شكل 4)

قضبان المراقبة مصنوعة من مواد تقوم بامتصاص النيوترونات (البور ،الفضة، الإنديوم، الكادميوم، أو الهافنيوم.) تغمر في المفاعل بغمق معين للحد من عدد النيوترونات وبالتالي وقف سلسلة من ردود الفعل في حالات الطوارئ أو أثناء التشغيل العادي، والسيطرة على مستوى وتنظيم والتوزيع المكاني للطاقة في المفاعل.

 طريقة نقل الطاقة

سنستند بالشكل رقم خمسة (شكل 5) لتوضيح مبدأ نقل الطاقة و استغلالها على شكل كهرباء.
الانشطار و التحكم في هذه العملية تتم عن طريق مجموعة حزمة الوقود وقضبان التحكم

(1)، الطاقة التي تولدها عملية الانشطار تؤذي بتسخين الماء (يطلق عليه تسمية "ناقل الحرارة"

(2))، آليات تتمثل في عملية ضخ تدفع بهذا الماء الساخن نحو مبادل حراري

(3) يقوم بتحويل الماء الساخن الى بخار تحت ضغط عالي، يوجه هذا البخار نحو مولد التربينات

(4) ،البخار يدفع المولد الذي ينتج الكهرباء، هذه العملية تؤذي الى وجود حرارة التي تمتص وتحوّل الى ماء من طرف مكثف

(5) مبرد عن طريق ماء بارد من النهر ، ماء النهر الذي يعبر المكثف يصبح سخن و يحول نحو برج التبريد

(6) الذي يمتص حرارته و تحويله من جديد الى ماء بارد نحو النهر.

شكل 5 : توليد ونقل الطاقة في مفاعل نووي

مراجع ومصادر:
http://www.nea.fr
Ontario Power Generation, http://www.opg.com