الوقود النووي هو المواد التي تخضع للانشطار النووي في محطات الطاقة النووية. تتناول هذه المقالة مجموعة متنوعة من أمثلة الوقود النووي بالتفصيل.
بعض أمثلة الوقود النووي هي:
- اليورانيوم 233
- اليورانيوم 235
- البلوتونيوم 239
- ثاني أكسيد اليورانيوم
- وقود أكسيد مختلط
- وقود TRIGA
- وقود الأكتينيد
- البلوتونيوم المصهور
- نيتريد اليورانيوم
- كربيد اليورانيوم
- وقود الملح المصهور
- المحاليل المائية لأملاح اليورانيل
- المعادن السائلة
- وقود مفاعل الماء المضغوط
- وقود مفاعل الماء المغلي
- وقود كاندو
- وقود ماغنوكس
- وقود TRISO
- وقود QUADRISO
- الوقود المتسامح مع الحوادث
- الوقود النووي المستهلك
- وقود مرتبط بالصوديوم
دعونا نناقش كل ما سبق بالتفصيل.
أمثلة على الوقود النووي: تفسيرات مفصلة
اليورانيوم 233
تم استخدام اليورانيوم -233 كوقود نووي في العديد من أنواع المفاعلات ، ويطلق انشطار ذرة يورانيوم -233 طاقة 197.9 ميجا فولت (ميجا إلكترون فولت). وهو أيضًا نظير انشطاري لليورانيوم يتم إنتاجه من الثوريوم عن طريق الإشعاع النيوتروني.
اليورانيوم 235
يعتبر اليورانيوم 235 هو الوقود النووي الأكثر استخدامًا في جميع المفاعلات النووية تقريبًا. تتكون ذرة اليورانيوم 235 من 92 بروتونًا و 143 نيوترونًا. عندما يتم التقاط نيوترون متحرك بواسطة نواة U-235 ، يحدث الانشطار مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من النيوترونات بالإضافة إلى توليد الطاقة. يتصادم النيوترون المنطلق مع المزيد من نواة U-235 وبالتالي يحدث تفاعل متسلسل يطلق كمية هائلة من الطاقة.
اعتمادات الصورة: فليكر
البلوتونيوم 239
يستخدم البلوتونيوم 239 ، وهو أحد نظائر البلوتونيوم ، على نطاق واسع في التسلح النووي بصرف النظر عن اليورانيوم. الانشطار النووي من ذرة البلوتونيوم 239 يولد حوالي 207.1 ميغا إلكترون فولت من الطاقة. إن احتمال انشطار البلوتونيوم 239 أعلى من احتمال انشطار اليورانيوم 235.
ثاني أكسيد اليورانيوم
ثاني أكسيد اليورانيوم هو أكسيد نووي مصنوع من نترات اليورانيل. تستخدم العديد من مفاعلات الماء الخفيف والمفاعلات المبردة بالغاز والمفاعلات الأخرى على نطاق واسع ثاني أكسيد اليورانيوم كوقود. يعتبر ثاني أكسيد اليورانيوم مفيدًا بشكل كبير على أنواع الوقود الأخرى مثل سبائك اليورانيوم المعدنية نظرًا لارتفاعه نسبيًا نقطة الانصهار والاستقرار الكيميائي في الماء.
وقود أكسيد مختلط
وقود الأكسيد المختلط أو المعروف باسم وقود موكس هو مزيج من البلوتونيوم واليورانيوم الطبيعي أو المستنفد. يستخدم هذا الوقود كبديل لوقود اليورانيوم (منخفض التخصيب) في مفاعلات الماء الخفيف في توليد الطاقة. يوفر هذا الوقود وسيلة لإنتاج الكهرباء من المصادر العسكرية عن طريق حرق البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.
وقود TRIGA
يعتبر وقود TRIGA وقودًا معدنيًا مفيدًا على وقود الأكسيد نظرًا لارتفاع توصيله بالحرارة. يستخدم TRIGA في التدريب والبحث والنظائر والمفاعلات الذرية العامة. مكون الوقود هو هيدريد اليورانيوم الزركونيوم الذي له معامل درجة حرارة وقود سلبي للتفاعل. هذا يعني أن التفاعل ينخفض عندما ترتفع درجة حرارة اللب.
اعتمادات الصورة: ويكيميديا كومنز
وقود الأكتينيد
تستخدم وقود الأكتينيد في مفاعلات النيوترونات السريعة. ينتج عن التقاط النيوترونات لليورانيوم والبلوتونيوم في مفاعل نيوتروني سريع الأكتينيدات التي يمكن استخدامها كوقود نووي. تستخدم الأكتينيدات على نطاق واسع في المفاعلات النووية.
البلوتونيوم المصهور
يحتوي البلوتونيوم المصهور على معامل درجة حرارة سلبي كبير للتفاعل. تستخدم المفاعلات سريعة التكاثر البلوتونيوم المصهور.
نيتريد اليورانيوم
يتمتع نيتريد اليورانيوم بموصلية حرارية أفضل من أكسيد اليورانيوم ، بالإضافة إلى أنه يحتوي على نسبة عالية نقطة الانصهار. يستخدم نيتريد اليورانيوم كوقود بشكل رئيسي في المفاعلات التي صممتها ناسا. أيضًا ، يبدو أن نيتريد اليورانيوم وقود واعد يتحمل الحوادث.
كربيد اليورانيوم
يتميز كربيد اليورانيوم بالحرارة العالية الموصلية ونقطة انصهار عالية. كلتا الخواص تجعله وقودًا جذابًا. إن غياب الأكسجين في الوقود يجعله وقودًا مثاليًا للمفاعلات السريعة المبردة بالغاز. يحدث بشكل رئيسي في شكل كريات أو أقراص. في أحدث تصميم للصواريخ الحرارية النووية ، تم استخدام وقود كربيد اليورانيوم.
وقود الملح المصهور
وقود الملح المصهور هو نوع من الوقود السائل حيث يتم إذابة الوقود النووي في مبرد ملح مصهور. يتم استخدام الوقود في صورة فلوريد شديد السخونة أو ملح كلوريد بدلاً من التواجد الشائع في شكل مواد صلبة. يوفر هذا ميزة في شكلين ، يمكن أن يعمل كوقود بالإضافة إلى مبرد.
المحاليل المائية لأملاح اليورانيل
تستخدم مفاعلات البحث الصغيرة مثل المفاعلات المائية المتجانسة (AHRs) محلول ملح اليورانيل في الماء ، أي أن الوقود هنا عبارة عن محلول مائي. الاستخدام الأكثر شيوعًا لمفاعلات المحلول هو إنتاج النظائر الطبية ، ومن المحتمل أن تكون هذه التقنية مفيدة. الأسباب الرئيسية وراء استخدام مفاعلات المحلول هي التكلفة المنخفضة ، والكتلة الحرجة الصغيرة ، والسلامة الكامنة الكامنة ، وخصائص معالجة الوقود وتنقيته المبسطة.
المعادن السائلة
قد يحدث الوقود المعدني السائل مثل سبائك اليورانيوم والكروم أو سبائك اليورانيوم والحديد.
وقود مفاعل الماء المضغوط
الوقود المنتشر في مفاعلات الماء المضغوط هو اليورانيوم المخصب. يتكون المفاعل من حزم من قضبان اسطوانية. تتكون الحزم من الوقود. تم تطوير هذه المفاعلات في البداية لمفاعلات الدفع بالغواصات النووية أثناء وبعد الحرب العالمية الثانية. مستوى تخصيب اليورانيوم في مفاعل الماء المغلي أعلى قليلاً من ذلك المستخدم في مفاعل الماء المغلي.
اعتمادات الصورة: فليكر
وقود مفاعل الماء المغلي
تستخدم مفاعلات الماء المغلي اليورانيوم المخصب المشابه لمفاعل الماء المضغوط ولكن مستوى التخصيب أقل عند مقارنته بـ PWR. يحتوي المفاعل على حوالي 370-800 مجموعة أو حزم وقود. تعتبر مفاعلات الماء المغلي ثاني أكثر المفاعلات النووية استخدامًا لتوليد الطاقة بعد مفاعل الماء المضغوط.
وقود كاندو
اليورانيوم الطبيعي هو الوقود النووي في مفاعلات CANDU. يتكون اليورانيوم الطبيعي أساسًا من 0.7٪ يورانيوم -235 والنسبة المتبقية 99.3٪ من اليورانيوم 238. تشير CANDU تحديدًا إلى كندا ديوتيريوم اليورانيوم وتتكون من حزم وقود.
وقود ماغنوكس
تحتوي المفاعلات غير المؤكسدة المغنيسيوم أو المغنيسيوم على وقود اليورانيوم الطبيعي في شكل معدني ومعبأ بسبيكة من المغنيسيوم. يستخدم الجرافيت كوسيط في هذا المفاعل ، مما يمكّن نفسه من الاستفادة من اليورانيوم الطبيعي كوقود.
وقود TRISO
وقود TRISO هو وقود جسيمات متناحٍ ثلاثي الهيكل ، وهو نوع من وقود الجسيمات الدقيقة. يتم تغليف جسيمات TRISO في كريات جرافيت صغيرة. يحتوي كل جسيم TRISO على نواة من اليورانيوم والكربون ووقود الأكسجين. تعتبر أنواع وقود TRISO أكثر مقاومة للأكسدة والتآكل والإشعاع النيوتروني ودرجات الحرارة المرتفعة مقارنة بأنواع الوقود الأخرى ، وبالتالي فهي آمنة.
اعتمادات الصورة: فليكر
وقود QUADRISO
الوقود المغلف الخواص الرباعي أو وقود QUADRISO هو حيث يُحاط جسيم TRISO بسم قابل للاحتراق مثل طبقة الكربيد. هذا الترتيب يدير التفاعل الزائد.
اعتمادات الصورة: ويكيميديا كومنز
الوقود المتسامح مع الحوادث
الوقود الذي يتحمل الحوادث هو ابتكار لتحسين أداء الوقود في المفاعلات في ظل ظروف الحوادث. هذه يمكن أن توسع تدابير الأمان للمحطات النووية ، ويمكن أن تتحمل فقدان التبريد النشط في قلب المفاعل ، وتحسين أداء محطة الطاقة النووية.
الوقود النووي المستهلك
الوقود النووي المستهلك هو خليط من اليورانيوم والبلوتونيوم ومنتجات الانشطار والمعادن ترانسبلوتونيوم. يتم تقليل خطر الإشعاع من الوقود النووي المستهلك عندما يكون المكونات المشعة تتحلل.
وقود مرتبط بالصوديوم
يحتوي الوقود المرتبط بالصوديوم على الصوديوم بين الكسوة والحبيبات. يتميز ارتباط الصوديوم بخفض درجة حرارة الوقود. يستخدم هذا الوقود بشكل شائع في المفاعلات السريعة المعدنية السائلة المبردة بالصوديوم.
