الوجبات السريعة الرئيسية
- سرعة النيوترون: الاختلاف الأساسي بين المفاعلات الحرارية والمفاعلات السريعة هو مستوى طاقة النيوترونات المسببة للانشطار. تستخدم المفاعلات الحرارية نيوترونات بطيئة أو "حرارية" للحفاظ على تفاعل السلسلة النووية ، بينما تستخدم المفاعلات السريعة نيوترونات عالية الطاقة أو "سريعة".
- الوقود والكفاءة: تستخدم المفاعلات الحرارية بشكل أساسي اليورانيوم 235 أو البلوتونيوم 239 كوقود ، وهي مواد انشطارية ذات نيوترونات سريعة وبطيئة. ومع ذلك ، يمكن للمفاعلات السريعة أيضًا أن تستخدم بكفاءة اليورانيوم 238 ، وهو نظير أكثر وفرة ، ويمكن أيضًا أن "تولد" المزيد من الوقود (البلوتونيوم -239) من هذا ، مما يؤدي إلى استخدام أفضل للوقود وتقليل النفايات.
- الاعتدال والتبريد: تتطلب المفاعلات الحرارية وسيطًا ، مثل الماء أو الجرافيت ، لإبطاء النيوترونات إلى طاقات حرارية ، والتي تعمل أيضًا كمبرد في العديد من التصميمات. من ناحية أخرى ، لا تستخدم المفاعلات السريعة وسيطًا ، لأن الهدف هو الحفاظ على سرعة النيوترون. بدلاً من ذلك ، يستخدمون مواد مثل الصوديوم السائل أو الرصاص أو الملح المصهور للتبريد ، والتي لا تبطئ النيوترونات.
ما هو المفاعل الحراري؟
المفاعل الحراري هو نوع من المفاعلات النووية التي تعتمد على النيوترونات الحرارية للحفاظ على تفاعل سلسلة الانشطار. إنه عنصر حاسم في محطات الطاقة النووية ومفاعلات البحث. يشير المصطلح "حراري" إلى حقيقة أن النيوترونات المستخدمة في عملية الانشطار قد تم إبطائها أو تخفيفها لتقليل الطاقات ، مما يجعلها أكثر فاعلية في إحداث انشطار في نظائر معينة لليورانيوم والبلوتونيوم.
المبدأ الأساسي وراء المفاعل الحراري هو التحكم في معدل الانشطار النووي باستخدام مادة وسيطة ، والتي تعمل على إبطاء النيوترونات السريعة التي يتم إنتاجها أثناء الانشطار. الوسيط الأكثر استخدامًا في المفاعلات الحرارية هو إما الماء (مفاعلات الماء الخفيف) أو الجرافيت (مفاعلات الجرافيت المعتدلة).
ما هو المفاعل السريع؟
المفاعل السريع هو نوع من المفاعلات النووية التي تستخدم نيوترونات سريعة (نيوترونات ذات طاقة حركية أعلى) للحفاظ على تفاعل سلسلة الانشطار النووي. على عكس المفاعلات الحرارية ، التي تعتمد على النيوترونات الحرارية (البطيئة) ، تستخدم المفاعلات السريعة النيوترونات السريعة في انشطار نظائر معينة للوقود النووي ، مثل البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233. تم تصميم المفاعلات السريعة لاستخدام الوقود النووي بكفاءة وإنتاج نفايات مشعة أقل مقارنة بالمفاعلات الحرارية التقليدية.
تتمتع المفاعلات السريعة بالعديد من المزايا ، بما في ذلك إمكانية زيادة كفاءة الوقود ، وتقليل النفايات المشعة طويلة الأجل ، والقدرة على استخدام بعض أنواع الوقود النووي غير العملية في المفاعلات الحرارية. ومع ذلك ، فإن المفاعلات السريعة تمثل أيضًا تحديات تقنية ومخاوف تتعلق بالسلامة ، مثل مخاطر الزيادات السريعة في الطاقة (الأحداث "الحرجة العاجلة") والخصائص المسببة للتآكل لمبردات المعادن السائلة.
الفرق بين المفاعل الحراري والمفاعل السريع
- طاقة النيوترون: يكمن الاختلاف الرئيسي بين المفاعلات الحرارية والمفاعلات السريعة في طاقة النيوترونات المستخدمة للحفاظ على تفاعل سلسلة الانشطار النووي. تستخدم المفاعلات الحرارية نيوترونات حرارية (بطيئة) ، بينما تستخدم المفاعلات السريعة نيوترونات سريعة (نيوترونات ذات طاقة حركية أعلى).
- استخدام الوقود: تستخدم المفاعلات الحرارية وقود اليورانيوم المخصب؛ يستخدم البعض وقود الأكسيد المختلط (MOX) الذي يحتوي على مزيج من نظائر اليورانيوم والبلوتونيوم. من ناحية أخرى، يمكن للمفاعلات السريعة استخدام مجموعة واسعة من أنواع الوقود، بما في ذلك البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233، ولديها القدرة على تحقيق كفاءة أكبر في استهلاك الوقود وتوليد نفايات مشعة أقل عمرًا.
- تعديل النيوترون: في المفاعلات الحرارية ، يتم استخدام الوسيط (مثل الماء أو الجرافيت) لإبطاء النيوترونات ، مما يعزز احتمال الانشطار في نظائر معينة. تعمل المفاعلات السريعة بدون وسيط أو تستخدم الحد الأدنى من الاعتدال ، معتمدة على النيوترونات السريعة لتفاعلات الانشطار.
- القدرة على التكاثر: من المحتمل أن تكون المفاعلات السريعة "مُولِّدَة" ، مما يعني أنها يمكن أن تنتج مواد انشطارية أكثر مما تستهلك أثناء التشغيل. من خلال تحويل النظائر غير الانشطارية (مثل اليورانيوم 238) إلى نظائر انشطارية ، مثل البلوتونيوم 239 ، يمكن للمفاعلات السريعة أن تولد وقودًا نوويًا إضافيًا أثناء توليد الطاقة. لا تتمتع المفاعلات الحرارية بقدرات تكاثر كبيرة.
- المبرد: تستخدم المفاعلات الحرارية الماء كمبرد وأحيانًا كوسيط. في المقابل، تستخدم المفاعلات السريعة مبردات معدنية سائلة، مثل الصوديوم أو الرصاص، والتي تتمتع بخصائص جيدة لنقل الحرارة ويمكنها إزالة الحرارة بكفاءة من قلب المفاعل.
مقارنة بين المفاعل الحراري والمفاعل السريع
| معلمات المقارنة | مفاعل حراري | مفاعل سريع |
|---|---|---|
| طاقة النيوترون | نيوترونات محررة (متباطئة) | نيوترونات سريعة (طاقة أعلى) |
| أنواع الوقود | اليورانيوم المخصب ، وقود موكس | البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233 وغيرهما |
| كفاءة الوقود | كفاءة وقود معتدلة | كفاءة أعلى في استهلاك الوقود (المربي المحتمل) |
| مبرد | مبرد الماء | سائل تبريد معدني (مثل الصوديوم والرصاص) |
| مخلفات نووية | تنتج نفايات مشعة طويلة العمر | يمكن أن تقلل من النفايات طويلة العمر (المربي المحتمل) |
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
- https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129
آخر تحديث: 18 أغسطس 2023
لقد بذلت الكثير من الجهد في كتابة منشور المدونة هذا لتقديم قيمة لك. سيكون مفيدًا جدًا بالنسبة لي ، إذا كنت تفكر في مشاركته على وسائل التواصل الاجتماعي أو مع أصدقائك / عائلتك. المشاركة هي ♥ ️
أمضى بيوش ياداف السنوات الخمس والعشرين الماضية في العمل كفيزيائي في المجتمع المحلي. إنه فيزيائي شغوف بجعل العلم في متناول قرائنا. وهو حاصل على بكالوريوس في العلوم الطبيعية ودبلوم دراسات عليا في علوم البيئة. يمكنك قراءة المزيد عنه على موقعه صفحة بيو.
