الوقود النووي
مقدمة :
زاد اهتمام العالم بالطاقة خصوصا في النصف الثاني من القرن العشرين ، كما أنه قد تزايدت أهمية التفاعلات النووية خلال النصف الثاني من القرن العشرين .تهتم الكثير من الدول حاليا في العالم باستغلال الطاقة لنووية لإنتاج أنواع كثيرة من الطاقات الأخرى . وهناك محطات توجد في جميع أنحاء العالم لتوليد الطاقة النووية التي تحتوي على المفاعلات النووية .
ولقد اخترت في تقريري هذا الكتابة عن أهم مكون يوجد في قلب المفاعل النووي الذي يوجد في محطات نووية لتوليد الطاقة الكهربائية. وهو
" الوقود النووي " .
كما أن يستخدم عادة نظير عنصر اليورانيوم المشع ( 235 ) بكمية لكي يتم التفاعل المتسلسل .
نبذة عن عنصر اليورانيوم :
بدأ دور اليورانيوم وتنمية خاماته تزداد أهمية في اعلم بسبب المنشآت النووية . ونظرا لان إنتاج اليورانيوم غالبا ما يكون مرتبطا باحتياجات السوق فان تنمية موارد اليورانيوم ينبغي تقييمها لارتباطها الوثيق بمستقبل تطور الطاقة النووية في العالم .
رواسب خام اليورانيوم :
من ضمن العديد من رواسب اليورانيوم الموروثة ( المصاحبة لتكوين الصخور الحاملة ) هناك :
1- نوع الحجر الرملي .
2- نوع متكتل من خليط لحصى (كونجلوميرات ).
3- عرق المياه الجوفية الحارة ونوع شبيه العرق . كمثال ( عرق شينكولوبوي المشهور) ، وبعض العروق التي توجد في نهر التماسيح باستراليا .
4- نوع كالكريت .
5- خام النحاس البور فيري.
6- صخور الفوسفات .
وجميعها ذات أهمية اقتصادية خاصة .
لماذا يستخدم عنصر اليورانيوم كوقود النووي :
إن التنقيب عن خام اليورانيوم ، بسبب نشاطه الإشعاعي ، يعتبر أكثر سهولة من البحث عن كل الخامات الأخرى . كما أن التطورات الجديدة للكشف عن الخام هو المسح الجيوفيزيائي النووي .
مدخل إلى الوقود النووي ( مميزاته واستخداماته ) :
إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهر بائية أكبر من تلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كما أنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانت كلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدة التشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لا تطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثاني أكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إن مصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، على حين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاج الطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبية احتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرض بالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقد أكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيد عن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولده المحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطة توليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أن محطات التوليد النووية "ميلستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتع باستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطات توليد".
مصنع الوقود النووي الملحق بالمفاعل :
يتم في هذا المصنع إنتاج الوقود النووي اللازم لتشغيل المفاعل . والمادة الأولية المستخدمة لإنتاج الوقود هي غاز سادس فلوريد اليورانيومUF6 المثري بنسبة 19.75 % وترد إلى المصنع في اسطوانات معدنية خاصة . ويتم تحويل الغاز إلى مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم UO2 بعد معاملته بالنشادر والماء في مفاعل كيميائي خاص . وتتبع ذلك عمليات الترشيح والتجفيف ومعالجة حبيبات أكسيد اليورانيوم حرارياً . ثم يخلط بمسحوق معدن الألومونيوم ويكبس تحت ضغط 4.5 طن / سم2 وتعبأ المكبوسات داخل أغلفة من سبيكة الألومونيوم رقم 6061 ويتم إغلاقها بلحام دائري كامل .
وجدير بالذكر أن العمليات سالفة الذكر تجرى بتقنيات خاصة تكفل منع تسرب المواد المشعة إلى البيئة . ويتبع ذلك درفلة الأغلفة المذكورة على أربعة مراحل تتخللها عمليات المعالجة الحرارية حتى تصبح ألواحاً بسمك 1.5 مم تقريباً يتم تجميع كل 19 منها على هيكل من الألومونيوم لتكوين وحدة الوقود النووي . وتبلغ كمية اليورانيوم داخل كل وحدة وقود 2 كجم تقريباً . ويتسع قلب المفاعل لثلاثين وحدة وقود . يتم استبدال اثنتين منها كل شهر تقريباً . وهى الطاقة الإنتاجية لهذا المصنع التي تكفى التشغيل المستمر للمفاعل . أي إنتاج حوالي وحدتين من الوقود في الشهر .
مقدمة :
زاد اهتمام العالم بالطاقة خصوصا في النصف الثاني من القرن العشرين ، كما أنه قد تزايدت أهمية التفاعلات النووية خلال النصف الثاني من القرن العشرين .تهتم الكثير من الدول حاليا في العالم باستغلال الطاقة لنووية لإنتاج أنواع كثيرة من الطاقات الأخرى . وهناك محطات توجد في جميع أنحاء العالم لتوليد الطاقة النووية التي تحتوي على المفاعلات النووية .
ولقد اخترت في تقريري هذا الكتابة عن أهم مكون يوجد في قلب المفاعل النووي الذي يوجد في محطات نووية لتوليد الطاقة الكهربائية. وهو
" الوقود النووي " .
كما أن يستخدم عادة نظير عنصر اليورانيوم المشع ( 235 ) بكمية لكي يتم التفاعل المتسلسل .
نبذة عن عنصر اليورانيوم :
بدأ دور اليورانيوم وتنمية خاماته تزداد أهمية في اعلم بسبب المنشآت النووية . ونظرا لان إنتاج اليورانيوم غالبا ما يكون مرتبطا باحتياجات السوق فان تنمية موارد اليورانيوم ينبغي تقييمها لارتباطها الوثيق بمستقبل تطور الطاقة النووية في العالم .
رواسب خام اليورانيوم :
من ضمن العديد من رواسب اليورانيوم الموروثة ( المصاحبة لتكوين الصخور الحاملة ) هناك :
1- نوع الحجر الرملي .
2- نوع متكتل من خليط لحصى (كونجلوميرات ).
3- عرق المياه الجوفية الحارة ونوع شبيه العرق . كمثال ( عرق شينكولوبوي المشهور) ، وبعض العروق التي توجد في نهر التماسيح باستراليا .
4- نوع كالكريت .
5- خام النحاس البور فيري.
6- صخور الفوسفات .
وجميعها ذات أهمية اقتصادية خاصة .
لماذا يستخدم عنصر اليورانيوم كوقود النووي :
إن التنقيب عن خام اليورانيوم ، بسبب نشاطه الإشعاعي ، يعتبر أكثر سهولة من البحث عن كل الخامات الأخرى . كما أن التطورات الجديدة للكشف عن الخام هو المسح الجيوفيزيائي النووي .
مدخل إلى الوقود النووي ( مميزاته واستخداماته ) :
إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهر بائية أكبر من تلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كما أنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانت كلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدة التشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لا تطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثاني أكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إن مصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، على حين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاج الطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبية احتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرض بالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقد أكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيد عن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولده المحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطة توليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أن محطات التوليد النووية "ميلستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتع باستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطات توليد".
مصنع الوقود النووي الملحق بالمفاعل :
يتم في هذا المصنع إنتاج الوقود النووي اللازم لتشغيل المفاعل . والمادة الأولية المستخدمة لإنتاج الوقود هي غاز سادس فلوريد اليورانيومUF6 المثري بنسبة 19.75 % وترد إلى المصنع في اسطوانات معدنية خاصة . ويتم تحويل الغاز إلى مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم UO2 بعد معاملته بالنشادر والماء في مفاعل كيميائي خاص . وتتبع ذلك عمليات الترشيح والتجفيف ومعالجة حبيبات أكسيد اليورانيوم حرارياً . ثم يخلط بمسحوق معدن الألومونيوم ويكبس تحت ضغط 4.5 طن / سم2 وتعبأ المكبوسات داخل أغلفة من سبيكة الألومونيوم رقم 6061 ويتم إغلاقها بلحام دائري كامل .
وجدير بالذكر أن العمليات سالفة الذكر تجرى بتقنيات خاصة تكفل منع تسرب المواد المشعة إلى البيئة . ويتبع ذلك درفلة الأغلفة المذكورة على أربعة مراحل تتخللها عمليات المعالجة الحرارية حتى تصبح ألواحاً بسمك 1.5 مم تقريباً يتم تجميع كل 19 منها على هيكل من الألومونيوم لتكوين وحدة الوقود النووي . وتبلغ كمية اليورانيوم داخل كل وحدة وقود 2 كجم تقريباً . ويتسع قلب المفاعل لثلاثين وحدة وقود . يتم استبدال اثنتين منها كل شهر تقريباً . وهى الطاقة الإنتاجية لهذا المصنع التي تكفى التشغيل المستمر للمفاعل . أي إنتاج حوالي وحدتين من الوقود في الشهر .
المنتدى رائع جداً لمواضيعك المميزه..سلمت يداك يا صديقي العزيز 
