PWR مقابل BWR: الفرق والمقارنة

الوجبات السريعة الرئيسية

1. نوع المفاعل: PWR (مفاعل الماء المضغوط) وBWR (مفاعل الماء المغلي) نوعان من المفاعلات النووية التي تعمل بالماء الخفيف، وكلاهما يستخدم الماء كمبرد ومهدئ للنيوترونات، ولكن بطرق تشغيل مختلفة.
2. عملية التبريد والاعتدال: في مفاعل الطاقة المتجددة، يتم الاحتفاظ بالمياه الموجودة في قلب المفاعل تحت الضغط لمنعها من الغليان، ويتم نقل الحرارة المتولدة إلى دائرة ثانوية لإنتاج البخار. في BWR، يُسمح للمياه الموجودة في قلب المفاعل بالغليان، ويستخدم البخار المتولد مباشرة لتشغيل التوربين.
3. التعقيد والكفاءة: تعتبر مفاعلات المياه المضغوطة أكثر تعقيدًا نظرًا للحاجة إلى دائرتين مائيتين منفصلتين، ولكنها تستفيد من الكفاءة الحرارية الأعلى قليلاً والأمان الإضافي الذي يوفره فصل الدائرة الأولية المشعة عن التوربين. تتمتع أجهزة BWR بتصميم أبسط بدائرة واحدة فقط، ولكن هذا يعني أيضًا أن البخار الذي يمر عبر التوربين يكون مشعًا، مما يتطلب تدابير أمان إضافية.

ما هو PWR؟

مفاعل الماء المضغوط، المعروف باسم PWR، هو نوع بارز ومستخدم على نطاق واسع من المفاعلات النووية لتوليد الكهرباء. تستخدم مفاعلات الطاقة المتجددة قضبان وقود اليورانيوم المخصب للحفاظ على تفاعلات الانشطار النووي الخاضعة للرقابة. يتم غمر قلب المفاعل في الماء عالي الضغط، والذي يعمل كمبرد ووسيط.

عند حدوث التفاعلات النووية، فإنها تطلق كمية كبيرة من الحرارة، مما يؤدي إلى تسخين الماء وتحوله إلى بخار عالي الضغط. ثم يتم توجيه هذا البخار إلى نظام توربيني منفصل، حيث يقوم بتشغيل التوربينات المتصلة بمولدات الكهرباء. 

يتضمن تصميم PWR ميزات أمان متعددة، مثل قضبان التحكم وأنظمة التبريد في حالات الطوارئ، لضمان التشغيل المستقر والآمن. نظرًا لسجلها الحافل في مجال السلامة والكفاءة وإنتاج الطاقة، تظل تقنية PWR لاعبًا حاسمًا في مشهد الطاقة العالمي، حيث توفر جزءًا كبيرًا من الكهرباء لعدد لا يحصى من المجتمعات في جميع أنحاء العالم.

ما هو BWR؟

يشير BWR إلى "مفاعل الماء المغلي". وهو نوع آخر من المفاعلات النووية يستخدم لتوليد الكهرباء من خلال تفاعلات الانشطار النووي. تختلف مفاعلات الماء المضغوط عن مفاعلات الماء المضغوط (PWRs) في تصميمها وتشغيلها.

في مفاعل الماء المغلي (BWR)، يتم وضع وقود اليورانيوم المخصب في قلب المفاعل. يتم غمر القلب في الماء، الذي يعمل كمبرد ووسيط. يُسمح لمياه التبريد بالغليان مباشرة داخل قلب المفاعل بسبب الحرارة المتولدة من الانشطار النووي.

ويرتفع البخار الناتج من الماء المغلي إلى أعلى وعاء المفاعل، حيث يتم جمعه وتوجيهه إلى نظام التوربينات.

الفرق بين PWR وBWR

1. في مفاعل الماء المضغوط، يكون المبرد والمهدئ منفصلين. يُستخدم الماء كمبرد، والذي يدور عبر قلب المفاعل وينقل الحرارة إلى مولد البخار. ويقوم مولد البخار بدوره بتسخين حلقة مياه منفصلة لإنتاج البخار اللازم لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء. في مفاعل الماء المغلي، المبرد والمهدئ هما نفس المادة: الماء. يغلي الماء الموجود في قلب المفاعل مباشرة بسبب الحرارة الناتجة عن الانشطار النووي. ويرتفع البخار الناتج إلى النظام التوربيني دون الحاجة إلى مولد بخار منفصل.
2. تعمل مفاعلات المياه المضغوطة تحت ضغط عالٍ للحفاظ على مبرد الماء في حالة سائلة، حتى في درجات الحرارة المرتفعة. يتم الحفاظ على حالة الضغط هذه لمنع سائل التبريد من الغليان داخل قلب المفاعل. تعمل مفاعلات الماء الساخن عند ضغط أقل مقارنة بمفاعلات الماء المضغوط حيث يُسمح لمبرد الماء بالغليان مباشرة في قلب المفاعل. يعمل هذا الضغط المنخفض على تبسيط تصميم وتشغيل المفاعل.
3. في محطات الطاقة المتجددة، يظل الماء الملامس مباشرة لقلب المفاعل سائلاً، ويتم توجيه البخار فقط إلى نظام التوربينات. يتميز البخار بجودة عالية (البخار الجاف) مع الحد الأدنى من محتوى الرطوبة، مما يساهم في زيادة كفاءة التوربينات. في BWR، يكون البخار الناتج من الماء المغلي أقل جودة (البخار الرطب) لأنه يحتوي على بعض الرطوبة. وجود الرطوبة يمكن أن يقلل من كفاءة نظام التوربينات.
4. تتميز أجهزة PWR بتصميم أكثر تعقيدًا مع تضمين مولد البخار، مما يتطلب مكونات وأنظمة إضافية لتعمل. تعد أجهزة BWR أبسط نسبيًا في التصميم لأنها تلغي الحاجة إلى مولد بخار منفصل، مما يؤدي إلى تصميم أكثر وضوحًا.
5. في محطات الطاقة المتجددة، تظل المياه التي تكون على اتصال مباشر بالوقود النووي منفصلة عن المياه المستخدمة في نظام التوربينات، مما يقلل من خطر وصول النظائر المشعة إلى التوربينات. في محطات معالجة المياه المعدنية، بما أن الماء يغلي مباشرة في قلب المفاعل، قد توجد بعض النظائر المشعة في البخار الذي يحرك التوربينات. يتم اتخاذ تدابير السلامة المناسبة للتخفيف من أي مخاطر محتملة.

مقارنة بين PWR وBWR

معلمات المقارنة	PWR	بور
تكوين الوقود	مجمعات وقود اليورانيوم المخصب	مجمعات وقود اليورانيوم المخصب
الاعتدال النيوتروني	يستخدم الوسيط لإبطاء النيوترونات	يستخدم الماء كمشرف
جودة البخار	البخار الجاف	البخار الرطب
تشغيل قضيب التحكم	يمتص النيوترونات للتحكم في التفاعلية	يمتص النيوترونات للتحكم في التفاعلية
الضغط الأساسي	ارتفاع الضغط داخل قلب المفاعل	الضغط المنخفض داخل قلب المفاعل

مراجع حسابات

1. https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-003-0092-2
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216307707

آخر تحديث: 23 أغسطس 2023