مفاعل الماء المغلي (بالإنجليزية: Boiling Water Reactor) هونوع من مفاعل نووي يشبه مفاعل الماء المضغوط وينتمي الإثنان إلى فصيلة مفاعلات المياة الخفيفة. وبينما يحتوي مفاعل الماء المضغوط على دائرتين للماء والبخار - واحدة منها مشعة والأخرى غير مشعة، وبينهما مبادل حراري، فيتكون مفاعل الماء المغلي من دورة واحدة للماء وبخار الماء.

تصـميمه

1- خزان الضغط للمفاعل من الفولاذ (سمك 25 سنتيمتر)

2- وحدات الوقود النووي (يورانيوم مخصب)

3- قضبان الضبط من الكادميوم تمتص النيوترونات.

6- خروج البخار المضغوط

7- رجوع الماء المضغوط

8- توربين بخاري ضغط عالي

9- توربين بخاري ضغط متوسط

10- مولد كهربائي

12- مكثف البخار

13- ماء تبريد (من نهر مجاور)

14- تسخين ابتدائي للماء

15- طلمبة ضخ الماء إلى خزان الضغط.

• يوجد خزان الضغط للمفاعل في مبني منفرد، وبجانبه مبني ورشة التوربينات ومولد الكهرباء. كلا المبنيين ذوا حائط سمكه من 1 إلى 5و1 متر تتحمل اصطدام طائرة مقاتلة بسرعة الصوت. وفي بعض الطرازت يحاط خزان ضغط المفاعل بكرة محكمة من الصلب إضافية بحيث تحتوي أي تسريب لمواد مشعة من خزان الضغط للمفاعل في حالة الطوارئ ،أوانفجار أحد الأنابيب الرئيسية، وتشكل تلك الكرة حاجزا إضافيا بين خزان الضغط للمفاعل والمبنى الخرساني السميك.

طريقة عمله

يضخ الماء الساخن الذي تجاوز تسخينه إلى خزان الضغط للمفاعل والذي هوعزول بواسطة بناية الحجز عن باقي مباني المفاعل. وتوجد في خزان الضغط صندوق وحدات الوقود المصنوع من أكسيد اليورانيوم المخلوط بنسبة 0و4 % باليورانيوم-235. ويكون خزان الضغط ممتلئا إلى نحوثلثيه بالماء. ويؤدي التفاعل الإنشطاري إلى تولد حرارة تعمل على حمل درجة حرارة الماء وتكون البخار، فيرتفع الضغط في خزان الضغك إلى 71 ضغك جوي كما ترتفع درجة الحرارة إلى 276 درجة مئوية. ويقوم هذا البخار المتولد في خزان الضغط بتحريك توربين. يتصل بالتوربين مولد كهربائي ضخم يحول طاقة الحركة الواردة إليه إلى طاقة كهربائية. وبعد خروج البخار من التوربين يكثف بواسطة ماء تبريد ويعود إلى الحالة السائلة، ثم يوجه إلى دورة المفاعل ليعمل من جديد.

وتبلغ كمية ابخار الناتجة في خزان الضغط في مفاعل الماء المغلي في أحد المفاعلات الألمانية نحو7000 طن في الساعة. كما يمكن ضبط قدرة المفاعل عن طريق طلمبات ضخ المياه إلى درجة من 60 % إلى 100%. كما تساعد قضبان ضبط التفاعل أيضا على ضبط قدرة المفاعل، وتكون قضبان الضبط مصنوعة من كربيد البور والهافنيوم أوالكادميوم / وعند توقيف جميع طلمبات ضخ المياه إلى خزان الضغط تنخفض قدرة المفاعل إلى نحو30% إلى 40 % من قدرته الاسمية، وتسمى تلك الدورة المنخفضة القدرة نقطة الدورة الطبيعية.

وتبلغ كفاءة عمل مفاعل الماء المغلي أقل قليلا من كفاءة مفاعل الماء المضغوط. وتبلغ كفاءة توليد الكهرباء نحو35 %.

الأمان

يعمل التوربين في مفاعل الماء المغلي بالبخار القادم مبتشرة إليه من خزان الضغط للمفاعل. أي حتى الماءالمغلي والبخار يحتويان على شوائب مشعة وهي لا تنحصر على خزان الضغط فقط، وهذا يستدعي إجراءات اللحام لدائرة البخار من خزان الضغط وإليه بعناية كبيرة. ومن وجهة الوقاية من الإشعاع فتصنف ورشة التوربين على أنها منطقة انضباط، وهذا معناه أنه أثناء عمل المفاعل لا يسمح بتواجد أحد العاملين في تلك الورشة إلا لدقائق قليلة، حيثقد يكون معدل الإشعاع مرتفع نسبيا في ذلك المكان.

ويهجر البخار العالي الضغط خزان المفاعل بعد حتى يمر على جهازي مشروح الماء ومجفف البخار وبذلك تقل درجة إشعاعه أقل من درجتها في ماء الخزان كثيرا. وتتكون المواد المشعة المتكونة في البخار الجاف من الأكسجين المشع وغازات خاملة مشعة، التي يبلغ عمر النصف لها من عدة ثوان إلى عدة دقائق. ولكن مع مرور الوقت تصبح أنابيب التوصيل إلى التوربين والتوربين نفسه ملوثة بالإشعاع سطحيا. وعند استبدال أحد تلك الاجزاء فيجري تنظيف لأسطحها بواسطة الجلخ، مثل استعمال خراطيم الرمل المضغوط.

وتدخل قضبان ضبط التفاعل في خزان الضغط لمفاعل الماء المغلي من أسفل وهي تكون موزعة في قلب المفاعل بين وحدات الوقود النووي. ويقوم بضبطها محركات كهربائية خاصة سريعة الإغلاق وهي لا تعتمد على النظام العامل بضغط الماء. أي حتى هذا لنظام يتبع مبدأ العطل الآمن عند حدوث عطل، ويتم ذلك بأن التوقيف السريع لدائرة التوليد يتم عن طريق طاقة مخزونة في خزانات للضغط تعمل تلقائيا. وإذا وقع حتى تعطلت دوائر قضبان الضبط فيجري إيقاف عمل المفاعل عن طريق ضخ ماء يحتوي على حامض البور، وهويمتص النيوترونات بشدة ويوقف التفاعل النووي.

وبالمقارنة بمفاعل الماء المضغوط فتكون قضبان الضغط من أعلى في قلب المفاعل، وفي حالة الإيقاف التلقائي السريع فهي تسقط سقوطا حرا في قلب المفاعل بسبب وزنها، ووقف على الفور التفاعل النووي.

حرارة الإشعاع الباقية

تنشأعن التفاعل النووي في المفاعل كميات هائلة من مواد مختلفة مشعة وهي تتميز بارتفاع درجة حرارتها بسبب إشعاعها، وتعتمد درجة حرارتها على عمر النصف لنظائرها المتنوعة. أي أنه عندما يتوقف عمل المفاعل تلقائيا بسبب عطل، وتوقف التفاعل النووي فيه، إلا حتى حرارة الإشعاع تظل سائدة وتستمر لفترة طويلة إذا هجرت هكذا. لذلك تجرى احتياطات بنائية للتخلص من حرارة الإشعاع حتى تتوقف دوائر الماء المنضغط والبخار بالعمل. ويجري ذلك في مفاعل الماء المغلي عن طريق ضخ بخار في مكثف التوربين أوضخه في خزان تكثيف. بذلك يستخلص جزء كبير من الحرارة عن طريق البخار، ولهذ يحتاج مفاعل الماء المغلي كمية قليلة من الماء تضخ فيه لاستخلاص حرارة الإشعاع الباقية.

وتوجد في جميع مفاعل من مفاعلات الماء المغلي طلمبات عالية الضغط تعمل بواسطة توربين بخاري صغير، تدفع ماء تبريد في حزان الضغط للمفاعل. وتساعد في ذلك بطريات كبيرة بحيث يُضمن تبريد قلب المفاعل لمدة محدودة حتى في حالة فشل المولدات الاحتطياطية التي تعمل بالديزل.

ومن خواص الأمن المميزة لمفاعل الماء المغلي هوإمكانية تبريد الأجزاء العلوية لوحدات الوقود عن طريق مرور البخار عليها. فإذا وقع وكان منسوب الماء في قلب المفاعل منخفضا بحيث تظل أجزاء وحدات الوقود عارية من الماء، فإن البخار المندفع من أسفل إلى أعلى يكفي لتبريدها تلقائيا بحيث لا تفسد بعمل حرارتها المرتفعة.

أنواع مفاعلات الماء المغلي

الجيل الأول

أنشأ الجيل الأول للمفاعلات في ألماني من مفاعلات الماء المغلي بالعمل المشهجر بين جنرال إلكتريك وشركة AEG الأمانية في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي. وقد قامت الشركتان ببناء أربعة مفاعلات آنذاك من هذا النوع. وقد انتهت مدة تشغيل تلك المفاعلات ن وعم في سبيل الهدم وإعادة الأرض خضراء كما كانت.

كما يوجد في سويسرا مفاعل من هذا النوع من خلق جينرال إليكتريك وهولا يزال يعمل.

طراز 69

قامت شركة Kraftwerk Union الالمانية عام 69 بتطوير هذا الطراز ويتميز هذا الطراز بتحويط خزان المفاعل بوعاء ضخم في شكل الكرة من الفولاذ تسع له، بالإضافة إلى البناء السميك الخرساني. وطبقا لهذا التصميم للمفاعل أصبح بناء المفاعل يستطيع تحمل صدمة طائرة مقاتلة سؤعتها فوق الصوت من دون حتى يصاب المفاعل نفسه بخلل. صنعت أربعة مفاعلات من هذا الطراز في ألمانيا وعي لا تزال تعمل، وآخرهم من هذا النوع مفاعل كروميل قرب هامبورج وهوأكبر مفاعل ماء مغلي في العالم.

طراز 72

وهوآخر طراز منفذ في ألمانيا وصمم عام 1972. ويتخذ شكل بناء المفاعل في هذا الطراز الشكل الأسطواني. ويعتبر الطراز 72 تطوير للطراز 69 حيث تم تطوير أنظمة الأمان وتطوير المباني.

تطور عام 2009

قامت شركة أريڤا Areva NP الفرنسية بالإشتراك مع شركة E.ON الألمانية بتطوير مفاعل جيد أعطوه اسم KERENA وهوتطوير لطراز 72، وهومن نوع مفاعل الماء المغلي وذوقدرة تصل إلى 1250 ميجاوات. وقد أعربت ولاية نيوبرونزويك بكندا إلى شركة أريڤا عن عزمها في طلب بناء واحد من مفاعلات النوع الجديد KERENA.

اقرأ أيضا

المصادر

• ويكيبيديا العربية

وصلات خارجية

• Boiling Water Reactors, US Nuclear Regulatory Commission
• BWR systems overview Shows Mark I/II/III containment and shows BWR6 components.
• Advanced BWR General Description (Table of Contents, with active links to text) DEAD URL March 2011
• Technical details and features of Advanced BWRs DEAD URL March 2011
• Text Book Chapter on "Nuclear Power Reactors" describing various reactor types DEAD URL March 2011
• The Nuclear Tourist website