مفاعل ماء خفيف

مفاعل ماء خفيف عديم المضخة

مفاعل الماء الخفيف (بالإنجليزية: light water reactor) هونوع من المفاعلات النووية الحرارية thermal reactor يستخدم الماء العادي كمهدئ للنيوترونات وللتبريد، بعكس المفاعلات التي تستخدم الماء الثقيل لتهدئة سرعة النيوترونات وكمبرد. ومفاعلات الماء الخفيف هي أكثر أنواع المفاعلات انتشارا والتي تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة النووية.

وتوجد ثلاثة أنواع من مفاعل الماء الخفيف، مفاعل الماء المضغوط، ومفاعل الماء المغلي والمفاعل الذي يسمى مفاعل الماء فوق الحرج supercritical water reactor.

تصميم المفاعل

ينتج مفاعل الماء الخفيف الطاقة الحرارية عن طريق التفاعل الانشطاري المتحكم فيه. ويتكون المفاعل من قلب المفاعل الذي يحتوي على وحدات الوقود النووي. وهويحتوي أيضاً على قضبان للتحكم في سير التفاعل. ويتكون الوقود النووي من قضبان من الوقود النووي يبلغ قطرها 1 سم وطولها نحو7و3 متر، وهي مجمعة في حزم تسمى وحدات الوقود ويكون شكلها شكل القفص.

أقراص أكسيد اليورانيوم. تعبأ بعد ذلك فوق بعضها البعض في أنابيب بنفس المبتر من الزركونيوم، لتكوين قضيب وقود طوله نحوأربعة متر.

ويوجد في داخل جميع قضيب وقود أقراص من اليورانيوم في شكل أكسيد اليورانيوم، بيلغ طول القرص نحو5و2 سم وهي مرصوصة داخل قضيب الوقود (أنبوب) فوق بعضها. وتوجد في قلب المفاعل أيضا قضبان التحكم وهي تحتوي على مادة مثل الهافنيوم أوالكادميوم وهي تتميز بإمتصاصها للنيوترونات. وعند تغتيص قضبان التحكم في قلب المفاعل فلا يمكن للتفاعل النووي حتى يأخذ مجراه بسبب عدم وجود النيوترونات.

وعلى العكس عند سحب قضبان التحكم من قلب المفاعل تدريجيا تبدأ النيوترونات الاصطدام بأنوية ذرات اليورانيوم-235 أوالبلوتونيوم-239 وعي المواد الإنشطارية، ويبدأ التفاعل التسلسلي يأخذ مجراه رويداً رويداً ويشتد. وتوجد جميع تلك الأجزاء في خزان ضغط أوغلاية ضغط محكمة مليئة بالماء، ويسمى خزان ضغط المفاعل.

محطة كوبرگ للطاقة النووية، تتكون من اثنين مفاعلي ماء مضغوط وقودهما يورانيوم.

وتحول الحرارة المتولدة عن الإنشطار في مفاعل الماء المغلي الماء إلى بخار، وهويوجه مباشرة إلى تشغيل توربينات لتوليد الكهرباء. أما في مفاعل الماء المضغوط فتحول الحرارة الناشئة عن الانشطار النووي إلى دائرة ماء لأخرى تسمى الدائرة الثانوية عن طريق مبادل حراري، والبخار المتولد في الدورة الثانوية هوالذي يستخدم لتشيل التوربينات.

مفاعلات الماء الخفيف المطروحة حالياً تضم التالين:

ABWR
AP1000
ESBWR
مفاعل مضغوط اوروبي
VVER

إحصائيات مفاعلات الماء الخفيف

بيانات من الوكالة الدولية للطاقة الذرية.

المفاعلات الشغالة.	359
المفاعلات قيد الإنشاء.	27
عدد البلدان التي فيها مفاعلات ماء خفيف	27
سعة التوليد (گيگاواط).	328.4

وفي كلتا الحالتين يعود البخار بعد إدارته للتوربينات إلى مكثف للماء لإعادة الدورة.

صورة متحركة مفاعل الماء المضغوط.

صورة متحركة، مفاعل الماء المغلي.

ويؤخذ ماء التبريد المستخدم في مكثف البخار من نهر أوبحر مجاور. ويعاد ماء تبريد المكثف إلى النهر دافئاً نوعاً ما. كما يمكن تبريدالحرارة الزائدة عن طريق أبراج التبريد فتنتشر الحرارة الزائدة في الجو. وتستخدم بلاد كثيرة مثل الولايات المتحدة والدول الأوروبية واليابان وكوريا مفاعلات الماء الخفيف لإنتاج الطاقة بالمقارنة بكندا وأيضا الصين التي تستخدم الماء الثقيل في مفاعلاتها.

رأس مفاعل ماء مضغوط، تظهر في أعلى الصورة قضبان التحكم.

كريات الوقود النووي الجاهزة لإتمام تجميع الوقود.