المفاعلات النووية Nuclear Reactors
المفاعل النووي جهاز يستخدم للتحكم بالتفاعل النووي المتسلسل ويستخدم للحصول على الطاقة ولتحضير النظائر لعناصر جديدة.
أجزاء المفاعل النووي
يتألف المفاعل النووي من الأجزاء الرئيسة التالية :
أولاً : الوقود النووي
ويستخدم اليورانيوم الطبيعي في أغلب الأحيان كوقود في المفاعلات النووية على شكل اسطوانت صغيرة ، وفي بعض المفاعلات يستخدم اليورانيوم الطبيعي الغني باليورانيم – 235 ، ويتم الحصول على الطاقة بانشطار اليورانيوم – 235 أو انشطار البلوتونيوم الناتج من اليورانيوم – 238 في اليورانيوم الطبيعي ، ويوضع الوقود النووي في حيز يسمى قلب المفاعل النووي .
ثانياً : المهديء
وهي المواد التي تعمل على إبطاء النيوترونات السريعة ، وتكون عادة من الغرافيت ، ويمكن استخدام الماء العادي أو الماء الثقيل كمهديء .
ثالثاً : قضبان التحكم
وتتألف من قضبان من البورون أو الكادميوم أو الكوبالت ، لقابليتها على امتصاص النيوترونات ، وبذلك يمكن التحكم بسير التفاعل .
يتم التحكم بشدة التفاعل النووي عن طريق قضبان التحكم ، فعندما نرغب بتقليل سرعة الانشطار النووي يتم انزال قضبان التحكم بهدف امتصاص النيوترونات فتقل سرعة التفاعل ، وترفع القضبان عندما نرغب بزيادة سرعة التفاعل .
رابعاً : المبرد ( المبادل الحراري )
وهي المادة التي تعمل على نقل الحرارة من داخل المفاعل إلى خارجه ، ويمكن أن يكون من الماء المضغوط أو الماء الثقيل أو مصهور الصوديوم أو غاز ثاني أكسيد الكربون المضغوط ، وفي جميع الأحوال لا يختلط المبرد بالوقود النووي لأن كل منهما يؤثر في الآخر.
خامساً : درع المفاعل النووي
وهو الهيكل الخارجي للمفاعل ، ويتألف من طبقة سميكة من الخرسانة والألومنيوم ، وتحيط بقلب المفاعل النووي لمنع تسرب الأشعة .
أمثلة على المفاعلات النووية
يعد المفاعل النووي في أوك ردج في ولاية تينيسي في الولايات المتحدة الأمريكية واحد من أقدم أنواع المفاعلات النووية التي بنيت في العالم ، وقد تم بناؤه عام 1943 ، ويحتوي هذا المفاعل على قضبان من اليورانيوم الطبيعي محاطة بهيكل من الغرافيت موضوع في صناديق من الألومنيوم للحماية. ويتم التحكم بالنيوترونات الزائدة والناتجة من التفاعل النووي باستخدام قضبان تحكم Control rods من البورون ، وتعمل هذه القضبان على امتصاص النيوترونات الزائدة ، ويتم تبريد المفاعل بواسطة الهواء .
يسمى اليوارنيوم أو أكسيد اليورانيوم المستخدم بالوقود النووي Nuclear fuel ، وبما أن الطاقة التي يولدها انشطار الوقود النووي في المفاعل عالية لذا يتم استخدام الغرافيت لإبطاء النيوترونات .
ولكي يحدث التفاعل النووي يجب توفر كمية محددة من الوقود النووي تدعى بالحجم الحرج Critical size .
تتولد الطاقة في هذا النوع من المفاعلات عندما يسبب أحد النيوترونات في انشطار أحد أنوية اليورانيوم – 235 ، فبؤدي ذلك إلى حدوث تفاعل نووي متسلسل يتم التحكم به عن طريق الغرافيت ، كما أن بعض النيوترونات الناتجة تعمل على تحويل أنوية اليورانيوم – 238 الموجود في اليورانيوم الطبيعي إلى بلوتونيوم . وبما أن الطاقة الناتجة كبيرة جداً لذا يتم تبريد المفاعل عن طريق ضخ الهواء داخل أنابيب ، وباستخدام قضبان التحكم يتم التحكم بسرعة التفاعل النووي.
يستخدم هذا النوع من المفاعلات في الوقت الحاضر لإنتاج النظائر المشعة باستخدام الفائض من النيوترونات.
