مفاعل سريع

على الرغم من أن عمل أي مفاعل نووي يقوم على تقسيم المواد المشعة، مصحوبا بإطلاق درجة الحرارة، اعتمادا على ميزات التصميم تميز اثنين من أنواعها - المفاعل على النيوترونات السريعة وبطيئة، وتسمى أحيانا تلك الحرارية.

النيوترونات الصادرة خلال التفاعل لديها سرعة أولية عالية جدا، من الناحية النظرية التغلب على آلاف الكيلومترات في الثانية الواحدة. هذه هي النيوترونات السريعة. في عملية التحرك بسبب الاصطدام مع ذرات المواد المحيطة بها، وسرعتها تبطئ. واحدة من طرق بسيطة وبأسعار معقولة لخفض مصطنع السرعة ووضعها على الطريق من الماء أو الجرافيت. وهكذا، بعد أن علمنا بتنظيم مستوى الطاقة الحركية لهذه الجزيئات، كان الإنسان قادرا على إنشاء نوعين من المفاعلات. وقد تم الحصول على النيوترونات "الحرارية" بسبب حقيقة أن سرعة حركتهم بعد التباطؤ يتوافق عمليا مع السرعة الطبيعية للحركة الحرارية داخل الذرية. في المعادل العددي، فإنه يصل إلى 10 كم في الثانية الواحدة. للعالم الصغير، وهذه القيمة منخفضة نسبيا، وبالتالي فإن التقاط الجسيمات عن طريق نواة يحدث في كثير من الأحيان، مما تسبب في المنعطفات الجديدة من الانشطار (سلسلة من ردود الفعل). والنتيجة المترتبة على ذلك هي الحاجة إلى مواد انشطارية أقل بكثير من المفاعلات السريعة التي لا يمكن أن تتباهى بها. وبالإضافة إلى ذلك، تنخفض بعض التكاليف العامة الأخرى . هذه اللحظة تفسر فقط لماذا تستخدم معظم المحطات النووية العاملة النيوترونات البطيئة.

يبدو أنه إذا تم حساب كل شيء، فما هي الحاجة إلى مفاعل نيوترون سريع؟ اتضح أن ليس كل شيء لا لبس فيه. وتتمثل أهم ميزة لهذه المصانع في القدرة على توفير الوقود النووي لمفاعلات أخرى، وكذلك إنشاء دورة انشطارية متزايدة. فلنتطرق إلى ذلك بمزيد من التفصيل.

يستخدم مفاعل النيوترون السريع الوقود المحمل في المنطقة النشطة بشكل كامل. دعونا نبدأ في النظام. ومن الناحية النظرية، يمكن استخدام عنصرين فقط كوقود: البلوتونيوم - 239 واليورانيوم (النظيران 233 و 235). في الطبيعة، لا يوجد سوى النظير U-235، ولكن لا يكفي أن نتحدث عن آفاق مثل هذا الاختيار. وتستمد هذه اليورانيوم والبلوتونيوم من الثوريوم -232 واليورانيوم -238، التي تتشكل نتيجة لتدفق النيوترون عليها. ولكن هذه المواد المشعة اثنين غالبا ما تكون في شكل طبيعي. وهكذا، إذا كان بالإمكان إطلاق تفاعل السلسلة الذاتية الاكتفاء بانشطار U-238 (أو البلوتونيوم -232)، فستكون نتائجه ظهور أجزاء جديدة من المواد الانشطارية - اليورانيوم - 233 أو البلوتونيوم - 239. عندما تبطئ النيوترونات إلى السرعة الحرارية (المفاعلات الكلاسيكية)، فإن هذه العملية مستحيلة: فهي تغذيها U-233 و بو-239، ولكن مفاعل نيوترون سريع يسمح بهذا التحويل الإضافي.

وهذه العملية هي كما يلي: نقوم بتحميل اليورانيوم - 235 أو الثوريوم - 232 (المواد الخام)، وكذلك جزء من اليورانيوم - 233 أو البلوتونيوم - 239 (الوقود). هذا الأخير (أي منها) توفر تدفق النيوترونات اللازمة "لإشعال" رد فعل في العناصر الأولى. في عملية الاضمحلال، يتم استخراج الطاقة الحرارية، والتي يتم تحويلها من قبل مولدات المصنع إلى كهرباء. النيوترونات السريعة تعمل على المواد الخام، وتحويل هذه العناصر إلى ... أجزاء جديدة من الوقود. وعادة ما تكون كميات الوقود التي يتم حرقها وتشكيلها متساوية، ولكن إذا تم تحميل المواد الخام أكثر من ذلك، فإن توليد أجزاء جديدة من المواد الانشطارية يحدث أسرع من الاستهلاك. ومن ثم فإن الاسم الثاني لهذه المفاعلات هو المربين. ويمكن استخدام الوقود الزائد في أنواع المفاعلات البطيئة الكلاسيكية.

وعيب النماذج النيوترونية السريعة هو أنه قبل التحميل، يجب إثراء اليورانيوم 235، الأمر الذي يتطلب استثمارات مالية إضافية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تصميم جدا من جوهر هو أكثر تعقيدا.