أنواع عناصر الوقود. تعرف على ما هو قضيب الوقود في القواميس الأخرى. كيف يتم توليد الكهرباء؟

منذ وقت ليس ببعيد، تحدثت بالفعل في مدونتي عن كيفية ومكان إنتاج أغلى معدن في العالم - كاليفورنيا 252. لكن إنتاج هذه المادة الباهظة الثمن ليس النشاط الوحيد لمعهد البحث العلمي للمفاعلات الذرية (NIIAR) في ديميتروفغراد. منذ السبعينيات، كان لدى مركز الأبحاث قسم لتقنيات الوقود، حيث يقومون بتطوير طرق صديقة للبيئة لإنتاج أكسيد اليورانيوم الحبيبي ومعالجة الوقود النووي المشعع بالفعل (بما في ذلك البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة).

بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا تصنيع مجموعات الوقود (FA) هناك - وهي أجهزة مصممة لتوليد الطاقة الحرارية في المفاعل من خلال تفاعل نووي متحكم فيه. في الأساس، هذه بطاريات للمفاعل. أريد أن أتحدث عن كيفية صنعها وما الذي تم صنعه منه في هذه المقالة. سننظر إلى داخل الغرفة "الساخنة" ذات المستوى العالي من الإشعاع، ونرى كيف يبدو الوقود النووي لأكسيد اليورانيوم، ونكتشف التكلفة التي يمكن أن تكلفها نافذة زجاجية مزدوجة في نافذة غير عادية.

لن أخوض في تفاصيل هيكل ومبدأ تشغيل المفاعل النووي، ولكن لتسهيل فهمه، تخيل سخان مياه منزلي يتدفق إليه الماء البارد ويتدفق الماء الساخن، ويتم تسخينه بواسطة ملف كهربائي ( عشرة). في المفاعل النووي لا يوجد دوامة كهربائية، ولكن توجد مجمعات وقود - أشكال سداسية طويلة، تتكون من العديد من الأنابيب المعدنية الرفيعة - عناصر الوقود (عناصر الوقود)، والتي تحتوي على أقراص من أكسيد اليورانيوم المضغوط.

(مصدر الصورة - sdelanounas.ru)

بسبب الانشطار المستمر لنواة اليورانيوم، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، مما يؤدي إلى تسخين الماء أو سائل التبريد الآخر إلى درجة حرارة عالية. ثم حسب المخطط:

(المصدر – lab-37.com)

عادةً ما تكون مجموعة الوقود عبارة عن حزمة سداسية من عناصر الوقود يبلغ طولها 2.5-3.5 مترًا، وهو ما يتوافق تقريبًا مع ارتفاع قلب المفاعل. تصنع FAs من الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك الزركونيوم (لتقليل امتصاص النيوترونات). يتم تجميع عناصر الوقود (الأنابيب الرفيعة) في مجموعات الوقود لتبسيط عملية حساب وحركة الوقود النووي في المفاعل. تحتوي مجموعة الوقود الواحدة عادة على 18-350 عنصر وقود. يحتوي قلب المفاعل عادة على 200-1600 مجموعة وقود (حسب نوع المفاعل).

هذا ما يبدو عليه غطاء المفاعل (المرجل)، والذي توجد تحته مجموعات الوقود في وضع عمودي. مربع واحد - تجميع واحد. تتكون المجموعة الواحدة من 36 أنبوبًا تقريبًا (بالنسبة لمفاعل RBMK، الذي يظهر في الصورة أدناه؛ وبالنسبة للمفاعلات الأخرى، يوجد عدد أكبر من الأنابيب، ولكن عدد أقل من التجميعات).

(مصدر الصورة - visualrian.ru)

وهذه هي الطريقة التي يتم بها ترتيب أنبوب قضيب الوقود الذي يتكون من مجموعات الوقود:

هيكل عنصر وقود مفاعل RBMK: 1 - قابس؛ 2 - أقراص ثاني أكسيد اليورانيوم. 3 - قذيفة الزركونيوم. 4 - الربيع. 5 - جلبة. 6 - نصيحة.

عناصر الوقود (الأنابيب) وجسم مجموعة الوقود:

وسيكون كل شيء على ما يرام إذا لم تتحلل أقراص أكسيد اليورانيوم السحرية إلى عناصر أخرى أثناء التفاعل النووي. وعندما يحدث هذا، تضعف تفاعلية المفاعل ويتوقف التفاعل المتسلسل تلقائيًا. ولا يمكن استئنافه إلا بعد استبدال اليورانيوم الموجود في القلب (عناصر الوقود). كل ما تراكم في الأنابيب يجب تفريغه من المفاعل ودفنه. أو إعادة التدوير لإعادة الاستخدام، وهو أمر أكثر جاذبية، حيث يسعى الجميع في الصناعة النووية إلى إنتاج وتجديد خالٍ من النفايات
أجهزة اتصال لاسلكية. لماذا تنفق الأموال على تخزين النفايات النووية إذا كان بإمكانك، على العكس من ذلك، أن تجعلهم يكسبون تلك الأموال؟

يعملون في هذا القسم من RIAR على تقنيات تجديد الوقود النووي المستهلك، وفصل السماد المشع إلى عناصر مفيدة وإلى ما لن يكون مفيدًا أبدًا في أي مكان.

لهذا الغرض، غالبا ما تستخدم طرق الفصل الكيميائي. إن أبسط خيار هو إعادة معالجة المحلول، لكن هذه الطريقة تنتج أكبر كمية من النفايات المشعة السائلة، لذلك لم تكن هذه التكنولوجيا شائعة إلا في بداية العصر النووي. حاليًا، تعمل RIAR على تحسين ما يسمى بالطرق "الجافة"، والتي تنتج نفايات صلبة أقل بكثير، والتي يسهل التخلص منها وتحويلها إلى كتلة زجاجية.

تعتمد جميع المخططات التكنولوجية الحديثة لإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك على عمليات استخلاص تسمى عملية Purex (من الاستخلاص الإنجليزي Pu U Recovery EXtraction)، والتي تتمثل في إعادة استخلاص البلوتونيوم اختزاليًا من خليط اليورانيوم مع نواتج انشطاره. يمكن استخدام البلوتونيوم المعزول أثناء إعادة المعالجة كوقود في خليط مع أكسيد اليورانيوم. يُسمى هذا الوقود MOX (وقود الأكسيد المختلط، MOX). ويتم الحصول عليه أيضًا في RIAR، في قسم تقنيات الوقود. وهذا وقود واعد.

يتم تنفيذ جميع عمليات البحث والإنتاج من قبل المشغلين عن بعد، في غرف مغلقة وصناديق واقية.

يبدو شيء من هذا القبيل:

وبمساعدة هذه المناورات الكهروميكانيكية، يتحكم المشغلون في معدات خاصة في الخلايا "الساخنة". المشغل محمي من النشاط الإشعاعي العالي فقط بواسطة زجاج رصاصي بسمك متر، ويتكون من 9-10 ألواح منفصلة بسمك 10 سم.

تكلفة كوب واحد فقط قابلة للمقارنة بتكلفة شقة في أوليانوفسك، وتقدر الغرفة بأكملها بحوالي 100 مليون روبل. تحت تأثير الإشعاع، يفقد الزجاج شفافيته تدريجياً ويجب استبداله. هل يمكنك رؤية "يد" المتلاعب في الصورة؟

لتتعلم كيفية التحكم في المتلاعب ببراعة، تحتاج إلى سنوات من التدريب والخبرة. ولكن بمساعدتهم، في بعض الأحيان يكون من الضروري إجراء عمليات مثل فك وتشديد الصواميل الصغيرة داخل الغرفة.

على الطاولة في قاعة الخلايا “الساخنة”، يمكنك رؤية عينات من الوقود النووي في كبسولات زجاجية. ينظر العديد من ضيوف المختبر باستمرار إلى هذه الحقيبة ويخشون الاقتراب منها. ولكن هذه مجرد دمية، وإن كانت واقعية للغاية. هذا هو بالضبط ما يبدو عليه ثاني أكسيد اليورانيوم، الذي تصنع منه كريات الوقود السحرية لقضبان الوقود - مسحوق أسود لامع.

لا يحتوي ثاني أكسيد اليورانيوم على تحولات طورية وهو أقل عرضة لتلك العمليات الفيزيائية غير المرغوب فيها التي تحدث مع فلز اليورانيوم عند درجات حرارة أساسية عالية. لا يتفاعل ثاني أكسيد اليورانيوم مع الزركونيوم والنيوبيوم والفولاذ المقاوم للصدأ وغيرها من المواد التي تصنع منها مجمعات الوقود وأنابيب قضبان الوقود. وهذه الخصائص تجعل من الممكن استخدامه في المفاعلات النووية، والحصول على درجات حرارة عالية، وبالتالي كفاءة مفاعلية عالية.

تعد لوحة التحكم في المناور بمثابة تعديل مختلف قليلاً. لا يوجد زجاج في هذه الزنزانة، لذا تتم المراقبة باستخدام الكاميرات المثبتة بداخلها.

ما هذا؟! رجل في زنزانة ساخنة؟! لكن…

لا بأس، إنها كاميرا "نظيفة". أثناء الصيانة، لا يتجاوز مستوى الإشعاع فيه القيم المسموح بها، لذا يمكنك العمل فيه حتى بدون معدات حماية لاسلكية خاصة. على ما يبدو، في هذه الغرفة يتم إجراء التجميع النهائي لمجموعات الوقود من قضبان الوقود المشحونة بالفعل بكريات اليورانيوم.

ونظرًا لهذا القرب غير المريح من الوقود النووي المفتوح، فإن مستوى الإشعاع في المختبر لا يتجاوز القيم الطبيعية. ويتم تحقيق كل هذا من خلال تقنيات السلامة الإشعاعية الصارمة. لقد عمل الناس كمشغلين لعقود من الزمن دون الإضرار بصحتهم.

عنصر الوقود (عنصر الوقود) هو الجزء الهيكلي الرئيسي للنوى غير المتجانسة، والذي يحدد إلى حد كبير موثوقيتها وحجمها وتكلفتها.

تم تصميم غلاف قضيب الوقود لمنع الاتصال المباشر بين سائل التبريد والوقود من أجل منع إطلاق منتجات انشطار الوقود المشع في سائل التبريد، فضلاً عن التآكل وتآكل قلب الوقود. الكسوة هي عنصر هيكلي يعطي قضيب الوقود الشكل المطلوب ويمتص جميع الأحمال التي تؤدي إلى تدمير قضيب الوقود. تعتبر تكسية الوقود الأجزاء الهيكلية الأكثر أهمية في المناطق النشطة، وتعمل في ظل أقسى الظروف. لتقليل امتصاص النيوترونات في الأصداف، من المستحسن جعلها رقيقة قدر الإمكان. سمك الأصداف المعدنية، التي تحددها ظروف القوة وتكنولوجيا التصنيع، عادة ما يكون 0.3 - 0.8 ملم.

أحد المتطلبات الرئيسية لمادة الغلاف لمفاعلات النيوترونات الحرارية هو وجود مقطع عرضي صغير لامتصاص النيوترونات الحرارية، وهو أمر ضروري لتقليل فقد النيوترونات.

حاليًا، تُستخدم الأصداف المصنوعة من الزركونيوم وسبائكه على نطاق واسع في مفاعلات النيوترونات الحرارية المبردة بالماء، وهو ما يفسره المقطع العرضي الصغير لامتصاص النيوترونات الحرارية من الزركونيوم (0.18 بارن). ومع ذلك، يتمتع الزركونيوم بخصائص قوة منخفضة نسبيًا عند درجات حرارة تتراوح من 360 إلى 400 درجة مئوية.

جنبا إلى جنب مع سبائك الزركونيوم، تستخدم مفاعلات الطاقة قذائف مصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي الكروم والنيكل، والتي، مقارنة بالزركونيوم، تتمتع بمقاومة أعلى بكثير للحرارة، ومقاومة للتآكل، وقابلية تصنيع جيدة، بالإضافة إلى تكلفة أقل. ومع ذلك، فإن العيب الأساسي الرئيسي للفولاذ مقارنة بالزركونيوم هو المقطع العرضي الكبير لامتصاص النيوترونات الحرارية (2.7 - 2.9 حظيرة)، الأمر الذي يتطلب وقودًا عالي التخصيب. العيب الرئيسي للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي هو أيضًا ميله إلى التشقق الناتج عن التآكل، والذي يحدث عندما تكون هناك ضغوط شد في المعدن والكلوريدات والأكسجين في مياه التبريد. وفي هذا الصدد، تصبح الصيانة الدقيقة لمحتويات منخفضة للغاية من الكلوريدات والأكسجين، بالإضافة إلى الشوائب الأخرى في الماء، ذات أهمية كبيرة أثناء تشغيل المفاعلات.

بالنسبة للمفاعلات ذات درجة الحرارة العالية، يمكن استخدام معادن النيوبيوم المقاومة للحرارة (نقطة الانصهار 2415 درجة مئوية)، والموليبدينوم (2622 درجة مئوية)، والتنغستن (3395 درجة مئوية)، والتنتالوم (2996 درجة مئوية)، بالإضافة إلى سبائكها، والتي يمكن استخدامها في صناعة المفاعلات ذات درجة الحرارة العالية. تكسية عنصر الوقود عند درجات حرارة تصل إلى 800 – 1200 درجة مئوية في حالة استخدام الهيليوم أو المعادن السائلة كمبرد. وتجدر الإشارة إلى أنه في الغازات المحتوية على الأكسجين (الهواء وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء) تكون مقاومة هذه المعادن منخفضة جدًا حتى عند درجات حرارة تتراوح بين 500 و600 درجة مئوية.

أثناء تشغيل المفاعلات، تحدث تغيرات عميقة في مواد عنصر الوقود تحت تأثير الإشعاع، والتغيرات الدورية في درجات الحرارة، والتعرض لسائل التبريد، وما إلى ذلك، مما قد يؤدي إلى تدميرها. يعد التدمير الكامل لقضبان الوقود حادثًا كبيرًا للغاية وغير مقبول على الإطلاق، لأنه يؤدي إلى تلوث شديد للدائرة الأولية بشظايا الانشطار المشع.

يرجع الفقد الأكثر شيوعًا لختم عناصر الوقود إلى الشقوق في الكسوة أو في موقع لحام سدادات الختم. يؤدي فقدان الضيق إلى إطلاق منتجات الانشطار الغازي في المبرد. يؤدي دخول المبرد إلى الغلاف، مما يؤدي إلى التآكل وتسرب الوقود، بدوره إلى زيادة إطلاق الشظايا الانشطارية، مما يؤدي إلى زيادة أكبر في النشاط الإشعاعي لسائل التبريد في الدائرة.

يمكن أن تحدث الشقوق في الأصداف نتيجة للأسباب التالية:

ظهور الضغوط الداخلية غير المقبولة المرتبطة بعمل الأحمال الثابتة والديناميكية والاهتزازية، وضغوط درجة الحرارة الناجمة عن وجود تدرجات حادة في درجة الحرارة على طول نصف القطر وعلى طول عناصر الوقود؛

التغيرات الحجمية في الوقود الناجمة عن نمو الإشعاع، والتورم، وتحولات الطور للوقود وتؤدي إلى ظهور قوى تميل إلى تمزق القشرة؛ زيادة غير مقبولة في الضغط داخل قضبان الوقود لمنتجات الانشطار الغازي؛

التغييرات في الهيكل والخواص الفيزيائية والميكانيكية لمواد القشرة تحت تأثير التشعيع أو نتيجة تفاعل انتشار الوقود والمواد المبردة مع القشرة، على سبيل المثال، تشبع القذائف بالهيدروجين؛

التأثيرات المسببة للتآكل والتآكل على المدى الطويل لسائل التبريد، وكذلك نتيجة لتآكل الإجهاد عبر الحبيبات وبين الحبيبات في وجود أيونات الكلور والأكسجين الحر (في مفاعلات الماء والماء عند استخدام قذائف الفولاذ المقاوم للصدأ)؛

العيوب التي تحدث أثناء تصنيع قضبان الوقود (عدم تجانس مادة الكسوة، وجود خدوش على سطح الكسوة، سوء جودة اللحام، وغيرها).

في بعض الحالات، تحت تأثير نفس الأسباب، يلاحظ تغيير في شكل وحجم قضبان الوقود، على سبيل المثال، الانحناء، مما قد يؤدي إلى تغييرات عامة ومحلية كبيرة في توزيع الوقود والمبرد على طول قناة العملية ونتيجة لذلك، ارتفاع درجة الحرارة المحلية وتدمير قضبان الوقود.

ونظرًا لكون قضبان الوقود عبارة عن أجسام ذات مصادر حرارة داخلية وتعمل عند درجات حرارة عالية وإطلاقات طاقة نوعية عالية، فإن الخطر الأكبر عليها ينشأ عندما يتوقف التبريد فجأة. يؤدي إيقاف إمداد المبرد إلى القلب، كقاعدة عامة، إلى ذوبان عناصر الوقود بسبب إطلاق الطاقة المتبقية (إطلاق الطاقة أثناء التحلل الإشعاعي لشظايا الانشطار المتراكمة من الوقود النووي). في مفاعل مغلق، بسبب إطلاق الطاقة من التحلل الإشعاعي لشظايا الانشطار المتراكمة في عناصر الوقود، من الضروري تبريد الأخير لفترة طويلة بعد إيقاف التشغيل. وبخلاف ذلك، قد يذوب القلب في مفاعل متوقف عن العمل.

عند تشغيل PPU، يجب إيلاء اهتمام خاص لتنظيم التحكم والحفاظ على النظام الكيميائي للمياه المطلوب.

يتعلق الاختراع بمجال الطاقة الذرية ويمكن استخدامه في تصنيع قضبان الوقود لمفاعلات الطاقة. الهدف الفني للاختراع الحالي هو إنشاء تصميم لقضيب الوقود يمكن فيه استخدام البلوتونيوم أو اليورانيوم عالي التخصيب في شكل سبائك أو ثاني أكسيد دون تخفيفها باليورانيوم المستنفد أو الطبيعي أو الثوريوم مع ضمان الحمل المطلوب، ونسبة النويدات الانشطارية والخصبة، مما يزيد من الموارد ويزيد من موثوقية التشغيل، بما في ذلك في حالات الطوارئ. في عنصر الوقود، يتم وضع جزء من القلب الذي يحتوي على نسبة كتلة من النويدات الانشطارية من 200 إلى 100% في أمبولة واحدة أو أكثر محكمة الغلق ذات أشكال هندسية مختلفة، مصنوعة من نفس المادة الهيكلية أو مادة هيكلية مختلفة عن غلاف عنصر الوقود. تتمتع الأمبولات بحجم حر للتعويض عن تضخم الوقود النووي وجمع شظايا الانشطار الغازي. يحتوي باقي قضيب الوقود على وقود نووي مع نسبة كتلة من النويدات الانشطارية من 0.715% والنويدات الخصبة من 0.01 إلى 100%. 5 راتب، 4 مرض.

يتعلق الاختراع بالتكنولوجيا النووية ويمكن استخدامه في تصنيع عناصر الوقود (عناصر الوقود) بالوقود النووي من البلوتونيوم أو اليورانيوم عالي التخصيب لمفاعلات الطاقة النيوترونية الحرارية. تستخدم صناعة الطاقة النووية في العالم مفاعلات نيوترونية حرارية وسريعة، إلا أن 85% من الكهرباء في جميع محطات الطاقة النووية يتم توليدها في مفاعلات نيوترونية حرارية تعمل بالماء الخفيف، ومعظمها يستخدم قضبان الوقود من نوع الحاوية. عناصر الوقود هذه عبارة عن غلاف معدني أسطواني يبلغ قطره من 7 إلى 15 ملم مع أغطية طرفية، يوضع بداخله نواة على شكل أقراص أو حبيبات مضغوطة بالاهتزاز مصنوعة من ثاني أكسيد اليورانيوم أو خليط من ثاني أكسيد اليورانيوم والبلوتونيوم، مع كقاعدة عامة، يشكل الجزء الكتلي من النويدات الانشطارية اليورانيوم 235 والبلوتونيوم 239 والبلوتونيوم 241 أقل من 6٪ من إجمالي محتوى اليورانيوم والبلوتونيوم في الوقود النووي. تتمتع قضبان الوقود بحجم حر للتعويض عن التغيرات الحجمية في الوقود النووي وجمع شظايا الانشطار الغازي. لتقليل مستوى درجة حرارة نوى قضبان الوقود، يتم أحيانًا عمل ثقوب في الكريات ويتم ملء الأحجام الحرة بالهيليوم أو بمواد منخفضة الذوبان، على سبيل المثال الصوديوم، وسبائك الصوديوم والبوتاسيوم، وسبائك الرصاص والبزموت، وما إلى ذلك. 1/. بالإضافة إلى قضبان الوقود من نوع الحاوية، في مفاعلات الطاقة النووية، وإلى حد أكبر، في مفاعلات البحوث، يتم استخدام قضبان الوقود من نوع التشتت، والتي تتميز بأن جوهرها يتكون من جزيئات الوقود النووي موزعة بشكل موحد في مصفوفة خاملة . يقوم هذا الهيكل من نواة قضيب الوقود بتمركز الشظايا الانشطارية في جزيئات الوقود النووي وطبقات المصفوفة الرقيقة المجاورة لها، وبالتالي لا يوجد حجم حر في قضبان الوقود لتجميع شظايا الانشطار الغازي /2/. من السهل تصنيع قضبان الوقود من نوع الحاوية وتشغيلها بشكل موثوق عند مستويات طاقة المفاعل الثابتة خلال حملة مدتها سنتان و3 سنوات وأقل من 4 سنوات مع معدل تحويل مرتفع للوقود النووي الجديد (يصل إلى 0.5). إن إنتاج الطاقة لقضبان الوقود هذه محدود بالتغيرات الحجمية في الوقود النووي من شظايا الانشطار المتراكمة، والنقل الجماعي للوقود النووي من المنطقة الساخنة (حتى 2000 درجة مئوية) إلى المنطقة الباردة (حوالي 300 درجة مئوية)، والتأثير التآكل للوقود النووي. شظايا انشطارية عدوانية على الكسوة، ومناورة طاقة المفاعل من خلال الضغوط الميكانيكية الحرارية في القشرة والقلب، المرتبطة بالاختلاف في مستويات درجات الحرارة ومعاملات التمدد الحراري للمواد. بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع مستوى درجة الحرارة في قلب قضيب الوقود، والطاقة الحرارية المتراكمة فيه، وإطلاق الحرارة المتبقية في حالات الطوارئ يمكن أن يؤدي إلى احتراق الكسوة. وبغض النظر عن سبب انخفاض ضغط عنصر الوقود، سواء كان عرضيًا، أو استنفاد عمر عنصر الوقود، أو حالة طارئة، فإن الشظايا الانشطارية المنطلقة من الوقود النووي تدخل إلى المبرد، وقد يتجاوز نشاطها الإشعاعي الحد الأقصى للقيم المسموح بها. بالنسبة لعناصر الوقود المشتتة، مع التوصيل الحراري الجيد للمصفوفة، والتي تضمن الاتصال الحراري الموثوق به بين الوقود النووي والكسوة، يتم تقليل مستوى درجة حرارة قلب عنصر الوقود بشكل كبير، على سبيل المثال، اختلاف درجة الحرارة في القلب مع سبائك الألومنيوم يمكن تقليل المصفوفة الموجودة في عنصر الوقود في مفاعل VVER-1000 بمقدار أمر ونصف تقريبًا ( من 1500 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية). يتيح لك ذلك تشغيل قضبان الوقود بنجاح في أوضاع قابلة للمناورة، وجعلها أقل أمانًا في حالات الطوارئ، وفي حالة انخفاض ضغط قضبان الوقود، تقليل درجة تلوث سائل التبريد، لأنه لن يتلامس مع الوقود النووي إلا عند مكان الخلل. بالإضافة إلى ذلك، في درجات الحرارة المنخفضة، يكون الوقود النووي أقل عرضة للتغيرات الحجمية الناجمة عن شظايا الانشطار المتراكمة ويصبح من الممكن استخدام أنواع أخرى من الوقود النووي، على سبيل المثال، سيليسيد اليورانيوم، وسبائك اليورانيوم والموليبدينوم، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن التركيز الأقل في ويتطلب جوهر عنصر الوقود المشتت في الوقود النووي زيادة في الجزء الكتلي من النويدة الانشطارية، مما يقلل بالتالي من معدل تحويل الوقود النووي الجديد. يقتصر إنتاج الطاقة لقضبان الوقود المشتتة على الزيادة المسموح بها في قطر قضيب الوقود أو التشوه المسموح به لمواد الكسوة. نتيجة لتوجه الطاقة النووية العالمية نحو مفاعلات الماء الخفيف المزودة بقضبان الوقود من النوع الحاوية ووقود ثاني أكسيد الكربون، تراكمت عدة مئات من الأطنان من البلوتونيوم، الذي له تركيبة متعددة النظائر بأعداد كتلية 238 و239 و240 و241 و242 لقد نشأت مشكلة تخزين البلوتونيوم واستخدامه مرة أخرى. الاستخدام الأكثر فعالية للبلوتونيوم كوقود نووي هو في مفاعلات النيوترونات السريعة، لكن عددها في العالم محدود، وقد تأخر برنامج بناء مفاعلات جديدة لعدة عقود. وتضاف إلى مشكلة استخدام البلوتونيوم متعدد النظائر مشكلة التدمير السريع لليورانيوم والبلوتونيوم المنبعثين نتيجة لنزع السلاح. الحل الأكثر شيوعًا لاستخدام البلوتونيوم في مفاعلات النيوترونات الحرارية هو تخفيفه باليورانيوم المنضب أو الطبيعي، حيث أنه بالنسبة لمفاعلات النيوترونات الحرارية يجب أن يكون الجزء الكتلي من البلوتونيوم حوالي 5٪. ويسمى هذا الوقود اليورانيوم والبلوتونيوم أو الوقود المختلط. تجدر الإشارة إلى أن نظائر البلوتونيوم ذات الأرقام الفردية فقط هي التي تنشطر في مفاعلات النيوترونات الحرارية. يبلغ عمر النصف لنظائر البلوتونيوم -241، الذي يصل تركيزه في البلوتونيوم متعدد النظائر إلى 14٪ بالوزن، حوالي 14 عامًا، بينما يتكون الأمريسيوم 241 مع إشعاع جاما الصلب، مما يعقد العمل مع البلوتونيوم متعدد النظائر على المدى الطويل. تخزين. بالإضافة إلى ذلك، هناك خسائر في البلوتونيوم المستخدم في إنتاج الطاقة (حوالي 9% على مدى 10 سنوات). على عكس البلوتونيوم متعدد النظائر، يحتوي البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة بشكل أساسي على نظير 239 ويمكن اعتباره أحادي النظائر. تتمثل الصعوبة الرئيسية في إنتاج الوقود النووي المختلط بثاني أكسيد في تكوين خليط متجانس من ثاني أكسيد البلوتونيوم واليورانيوم الذي يتم ضغط الكريات منه. كما يتم النظر في إمكانية وجدوى استخدام الوقود المختلط بثاني أكسيد الكريات الدقيقة إما مباشرة لتصنيع عناصر الوقود ذات القلب المضغوط بالاهتزاز، أو لتصنيع الكريات منها. تتمثل ميزة استخدام الكرات المجهرية على المساحيق في شكل أكثر ملاءمة للتعامل في جميع مراحل العملية التكنولوجية وتقليل تكوين الغبار بشكل ملحوظ، مما يضمن عملًا أكثر أمانًا للمشغلين. وتعتمد تقنية تصنيع الكريات من مساحيق تحتوي على حوالي 5% من ثاني أكسيد البلوتونيوم، وتجهيز قضبان الوقود بكريات أو كريات مجهرية من وقود ثاني أكسيد المختلط، كما أن تصميم قضبان الوقود يشبه تلك المستخدمة لوقود اليورانيوم. ومع ذلك، هناك اختلاف جوهري في تنظيم الإنتاج نفسه لإنتاج عناصر الوقود مع الوقود النووي المختلط بثاني أكسيد، خاصة عند استخدام البلوتونيوم متعدد النظائر. لإنشاء بيئة إشعاعية طبيعية في أماكن الإنتاج، يجب وضع جميع المعدات في غرف محكمة الغلق، ويجب أتمتة العملية التكنولوجية بأكملها إلى أقصى حد ممكن، بما في ذلك عمليات التحكم. كل هذا يؤدي إلى زيادة تكلفة تصنيع قضبان الوقود. إن تصميم قضيب الوقود من نوع الحاوية الأقرب إلى تصميم قضيب الوقود المقترح هو. يتكون عنصر الوقود من غلاف أسطواني وسدادات نهائية مصنوعة من سبيكة أساسها الزركونيوم، يوجد بداخلها نواة على شكل كريات ملبدة من ثاني أكسيد اليورانيوم أو وقود مختلط يحتوي على نظائر انشطارية تبلغ حوالي 5٪ بالوزن. وحجم حر للتعويض عن انتفاخه وتجمع شظايا الانشطار الغازي. لتحسين انتقال الحرارة من الوقود النووي إلى الغلاف، يتم ملء الحجم الحر الداخلي بالهيليوم /1، ص. 45/. عيب مثل هذا قضيب الوقود مع الوقود المختلط هو أن تكلفة تصنيع قضيب الوقود أعلى 4-5 مرات مقارنة بقضيب الوقود مع وقود اليورانيوم، ويرتبط ذلك بضمان تجانس خليط ثاني أكسيد الكربون وضغط الكريات مع الامتثال مع متطلبات السلامة من الإشعاع والقواعد الصحية. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه لإعداد خليط بنسبة 5٪ من ثاني أكسيد البلوتونيوم، من الضروري معالجة 20 مرة أكثر من المواد التي تحتوي على البلوتونيوم. الهدف الفني الرئيسي للاختراع الحالي هو إنشاء تصميم قضيب وقود لمفاعلات الطاقة النيوترونية الحرارية، حيث يمكن استخدام البلوتونيوم متعدد أو أحادي النظائر أو اليورانيوم مع جزء كبير من النويدات الانشطارية حتى 100% كوقود نووي. وعلى النقيض من التصميم المعروف لعنصر الوقود من نوع الحاوية، الذي يتكون قلبه من خليط متجانس من ثاني أكسيد اليورانيوم والبلوتونيوم، فإن حل المشكلة التقنية يتم التوصل إليه من خلال إحاطة جزء من قلب عنصر الوقود بجزء كتلي من النويدات الانشطارية من 20 إلى 100% في أمبولة واحدة أو عدة أمبولات محكمة الغلق ذات أشكال هندسية مختلفة، مصنوعة من نفس المادة الهيكلية أو من مادة مختلفة من كسوة قضبان الوقود. تتمتع الأمبولات بحجم حر للتعويض عن تضخم الوقود النووي في قلب الأمبولة ولجمع شظايا الانشطار الغازي. يحتوي باقي قضيب الوقود على وقود نووي مع نسبة كتلة من النويدات الانشطارية تصل إلى 0.715% والنويدات الخصبة من 0.01 إلى 100%. لضمان إزالة الحرارة من الأمبولات والوقود النووي في قلب قضيب الوقود، يتم ملء الفراغات التي تشكلها الأمبولات والوقود النووي داخل غلاف قضيب الوقود بمواد ملامسة. النتيجة التقنية التي حققها الاختراع المطالب به هي أنه بالإضافة إلى تقليل كثافة اليد العاملة وحجم المواد المعالجة المحتوية على البلوتونيوم، يتم إدخال أمبولات في قلب قضيب الوقود، حيث يتركز أكثر من 70٪ من شظايا الانشطار، ومواد التلامس، التي تقلل من مستوى درجة حرارة قلب قضيب الوقود، تضمن التشغيل الموثوق لقضيب الوقود في أوضاع تشغيل المفاعل القابلة للمناورة، وتخلق مرحلتين إضافيتين من الحماية للمصدر الرئيسي للنشاط الإشعاعي في حالة انخفاض ضغط قضيب الوقود، مما يجعل قضيب الوقود أقل خطورة في حالات الطوارئ. يتيح تصميم قضيب الوقود المقترح زيادة إنتاج الطاقة، حيث أن سرعة وحجم التغيرات الحجمية في جزء من قضيب الوقود الذي يحتوي على نويدات خصبة ستنخفض بشكل كبير مقارنة بنواة قضيب الوقود للتصميم القديم المصنوع من خليط الوقود، نظرًا لأن التغيرات الحجمية في نوى الأمبولات التي يتراكم فيها الجزء الأكبر من شظايا الانشطار يتم تعويضها في الأمبولات، علاوة على ذلك، فإن قلب قضيب الوقود لديه درجة حرارة تشغيل أقل بكثير. الحل التقني المقترح يجعل من الممكن تغيير تصميمات ومواد الأمبولات، والمواد وشكل الوقود النووي للأمبولات وقضبان الوقود، ونسبة كميات النويدات الانشطارية والنويدات الخصبة، واستخدام نفس أو مواد تلامس مختلفة في الأمبولات وقضبان الوقود، واستخدامها، إذا لزم الأمر، في الأمبولات وقلب قضبان الوقود وفي بناء أمبولات الممتصات القابلة للحرق، واستخدام الأمبولات في الأمبولات. في نوى وقود الأمبولات، يُنصح باستخدام الوقود النووي على شكل جزيئات ذات شكل اعتباطي (حبيبات) أو متكررة (حبيبات) من ثاني أكسيد البلوتونيوم أو على شكل أسلاك أو أشرطة أو حبيبات من سبائك البلوتونيوم مع الغاليوم عند استخدام البلوتونيوم أحادي النظائر، وفي قضيب الوقود - المركبات الكيميائية أو سبائك اليورانيوم أو الثوريوم، على سبيل المثال، ثاني أكسيد السيليكات، والنيتريدات، وسبائك اليورانيوم مع 9٪ الموليبدينوم، وما إلى ذلك، في حين أن الشكل الهندسي والأبعاد النووية يمكن أن يكون الوقود الموجود في نوى الأمبولات ونواة قضيب الوقود هو نفسه، على سبيل المثال، حبيبات حبيبات أو حبيبات أو مختلفة، على سبيل المثال، حبيبات حبيبات، كتل حبيبات، إلخ. من الناحية الهيكلية، يمكن صنع الأمبولات على شكل كرات أو أقراص أو حلقات أو صفائح متعددة السطوح أو على شكل صفائح مستقيمة أو ملتوية بالنسبة للمحور الطولي، أو أشرطة أو قضبان ملفوفة على شكل حلزونات مختلفة ذات شكل دائري أو بيضاوي أو مثلث أو مربع أو مستطيلة أو متعددة السطوح أو ثلاثية أو متعددة الفصوص أو غيرها من المقاطع العرضية، بما في ذلك ذات أضلاع للتباعد الذاتي في قلب قضيب الوقود. يمكن أن يتطابق طول قلب الوقود في الأمبولات أو يكون مضاعفًا لطول قلب قضيب الوقود. يمكن وضع حجم التعويض للأمبولات بالكامل في قلب قضيب الوقود أو نقله جزئيًا خارجه بنفس هندسة الأمبولة أو تعديلها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضع المُحصل في حجم التعويض. إذا كان من الضروري تحميل النظائر الانشطارية بشكل غير متساو على طول قلب قضيب الوقود، فيمكن ضمان ذلك من خلال عدد الأمبولات والتباعد بينها، عن طريق تحميل الوقود النووي في أمبولات يبلغ طول قلبها مضاعفًا لقلب قضيب الوقود الطول، ومقطع عرضي متغير، درجة ملتوية أو متعرجة مع طول نوى الأمبولات المقابلة لطول قضيب الوقود. كمواد تلامس في قلب قضيب الوقود ونوى الأمبولات، هي المواد التي تكون في الحالة الصلبة تحت ظروف تشغيل قضيب الوقود، على سبيل المثال، المغنيسيوم وسبائك الألومنيوم وما إلى ذلك، أو في الحالة السائلة (سبائك الرصاص مع البزموت والصوديوم ، وما إلى ذلك)، يمكن استخدامه، وفي أي مجموعة من الحالات (سائل-سائل، صلب-سائل، صلب-صلب، سائل-صلب) والتركيبات الكيميائية. يمكن أن تكون مادة تكسية عنصر الوقود والأمبولة هي نفسها، على سبيل المثال، سبائك الزركونيوم E-110 - سبائك الزركونيوم E-110، الفولاذ المقاوم للصدأ EI-847 - الفولاذ المقاوم للصدأ EI-847 أو مختلفة، على سبيل المثال، الزركونيوم سبيكة E-110 - الفولاذ المقاوم للصدأ EI-847، سبائك الزركونيوم E-110 - سبائك الزركونيوم E-125، الفولاذ المقاوم للصدأ EI-844BU-ID، الفولاذ المقاوم للصدأ EI-852، إلخ. إذا لزم الأمر، يمكن إدخال ماصات قابلة للاحتراق في الطاقة النووية وقود قضبان وأمبولات الوقود و/أو على شكل خليط من جزيئات ماص قابل للاحتراق مع جزيئات الوقود النووي لقضبان وأمبولات الوقود و/أو في المادة الهيكلية للأمبولات، في حين أنها متماثلة أو مختلفة في المادة الكيميائية تكوين و/أو تركيز النظير الممتص. على سبيل المثال، يوجد في قلب قضيب الوقود أكسيد الجادولينيوم في تركيبة جزيئات الوقود النووي، في قلب الأمبولة - أكسيد الجادولينيوم على شكل جزيئات ممزوجة بجزيئات الوقود النووي، في مادة الأمبولة - البورون في سبيكة الزركونيوم. يتيح لنا التحليل المقارن للحل التقني المقترح مع الحل المعروف إثبات امتثال الحل التقني المقترح لمتطلبات الاختراعات. تم توضيح الاختراع بالرسومات. يوضح الشكل 1 قضيب وقود يحتوي على ثلاث أمبولات أسطوانية ذات نوى ذات طول يتوافق مع طول قلب قضيب الوقود، وهي مادة ملامسة في قلب قضيب الوقود، والتي تكون في الحالة الصلبة تحت ظروف تشغيل قضيب الوقود. في التين. يُظهر الشكل 2 عنصر وقود يحتوي على أمبولات أسطوانية ذات قلوب يبلغ طولها مضاعف طول قلب عنصر الوقود، والمواد الملامسة للأمبولات وقلوب عناصر الوقود، التي تكون في حالة سائلة في ظل ظروف التشغيل. يوضح الشكل 3 عنصر وقود به أمبولة واحدة على شكل شريط ملتوي بطول قلب يتوافق مع طول قلب عنصر الوقود، مع وجود مجمع غاز خارج قلب عنصر الوقود. في التين. يوضح الشكل 4 عنصر وقود به أمبولة واحدة على شكل شريط جانبي، ملتوي في حلزون أسطواني، بطول نواة يتوافق مع طول نواة عنصر الوقود، وهو مجمع غاز يقع خارج نواة عنصر الوقود. تصميم عنصر الوقود (انظر الشكل 1) عبارة عن غلاف (1)، محكم الغلق من الأطراف بمقابس (2)، يوجد بداخله نواة (3)، تتكون من خليط مضغوط بالاهتزاز من حبيبات الوقود النووي تحتوي على نويدات خصبة (4)، وحبيبات ماصة قابلة للاحتراق (5)، في الفجوات التي توضع بينها مادة الاتصال (6)، والتي تكون في حالة صلبة تحت ظروف تشغيل عنصر الوقود. في قلب قضيب الوقود، توجد ثلاث أمبولات أسطوانية (7) على مسافة 120 درجة. هناك فجوة بين الأمبولات والقشرة لا تقل عن 0.1 مرة من قطر الأمبولات، والحد الأدنى لقطر الحبيبات هو 1.2 مرة على الأقل من الفجوة. الأمبولة عبارة عن أنبوب أسطواني ذو جدران رقيقة (8)، محكم الإغلاق من الأطراف بسدادات (9)، يوجد بداخله قلب (10)، يتكون من خليط مضغوط بالاهتزاز من حبيبات الوقود النووي المسامية التي تحتوي على نويدات انشطارية (11). ") و"الرابع" (١٢). الحد الأقصى لحجم الحبيبات لا يزيد عن 0.3 من القطر الداخلي للأمبولة. حجم التعويض في الأمبولة (13) هو المسامية بين الحبيبات وداخل الحبيبات. لمحاذاة بداية قلب قضيب الوقود والأمبولات، يحتوي القابس السفلي على غسالة (14) مع فتحات للأمبولات، سمكها يساوي المسافة من نهاية الأمبولة إلى بداية قلب الأمبولة. يوجد فوق طبقة قلب قضيب الوقود سدادة (15) مصنوعة من مادة خاملة يكون ارتفاعها أكبر من الجزء البارز من الأمبولة فوق قلب قضيب الوقود. مادة الغلاف وسدادات قضيب الوقود هي سبائك الزركونيوم، على سبيل المثال، E-110، ومواد الأمبولة والسدادات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، على سبيل المثال، الفولاذ EI-844BU-ID. يمكن استخدام سبائك ومركبات اليورانيوم المستنفد أو الطبيعي أو الثوريوم مع الموليبدينوم والزركونيوم والنيتروجين والسيليكون والألومنيوم وما إلى ذلك كوقود نووي لنواة قضيب الوقود، اعتمادًا على النسبة المطلوبة من النويدات الانشطارية والخصبة في قضيب الوقود. جوهر الأمبولات هو ثاني أكسيد البلوتونيوم أو اليورانيوم عالي التخصيب. يمكن استخدام أكسيد الجادولينيوم، كربيد البورون، تيتانات الجادولينيوم، وما إلى ذلك كممتص قابل للاحتراق. يمكن استخدام سبائك المغنيسيوم أو الألومنيوم كمواد تلامس لقلب قضيب الوقود. مادة الجلتر المستخدمة هي مركبات تحتوي على الباريوم مع الزركونيوم والألومنيوم والنيكل. مادة الفلين هي جزيئات أكسيد الألومنيوم الملبدة (طحن الحبوب). تصميم عنصر الوقود (انظر الشكل 2) عبارة عن غلاف (1)، محكم الغلق من الأطراف بسدادات (2)، يوجد بداخله نواة (3)، تتكون من وقود نووي يحتوي على نويدات خصبة (4) و لها شكل كتل أسطوانية ذات ستة أخاديد كل 60 درجة على طول مولدات الأسطوانة، ومواد تلامس (6)، توضع في الفجوات بين الكتل وقذيفة عنصر الوقود وتكون في حالة سائلة تحت ظروف التشغيل. مستوى مادة التلامس أعلى بمقدار 3-5 مم من مستوى الكتلة الأخيرة. توجد أمبولات أسطوانية (7) في أخاديد الكتل. الأمبولة عبارة عن أنبوب أسطواني رقيق الجدران (8)، محكم الإغلاق من طرفيه بسدادات (9)، يوجد بداخله نواة (10) تتكون من وقود نووي يحتوي على نويدات انشطارية (11)، على شكل حبيبات ذات قطر لا يزيد عن 0.3 أو سلك لا يزيد قطره عن 0.7 من القطر الداخلي للأمبولة، ومادة التلامس (16) التي تكون في حالة سائلة في ظل ظروف تشغيل عنصر الوقود. مستوى مادة التلامس أعلى بمقدار 2 - 3 مم من مستوى الوقود النووي في الأمبولة. حجم التعويض في الأمبولة (13) هو الحجم الحر الموجود فوق مستوى مادة التلامس. لمحاذاة بداية قلب قضيب الوقود والأمبولات، توجد حلقة (14) على سدادة قضيب الوقود السفلية تتبع شكل الكتل، التي يساوي سمكها المسافة من نهاية الأمبولة إلى بداية قلب الأمبولة. توجد الأمبولات على طول عنصر الوقود بحيث تتناوب النوى وأحجام التعويض للأمبولات في أخاديد كل كتلة، باستثناء الأولى، كل 60 درجة. يتم تحقيق ذلك من خلال حقيقة أن طول الأمبولات يساوي ارتفاع عدد زوجي من الكتل (في الشكل 1 يساوي كتلتين)، وطول الكتل الأساسية لقضيب الوقود يساوي طول نواة الأمبولات، وفي الكتلة الأولى تم تركيب محاكيات الأمبولات (17) بطول يساوي نصف الطول في أمبولة ذات أخاديد ثلاثة لإبعاد الأمبولات والكتل بينها وبين الغلاف، يوجد على السطح الخارجي للأمبولات سلك ملفوف حلزوني (18) يبلغ قطره 0.1 على الأقل من قطر الأمبولة، ويتم لحام أطرافه في الأطراف من الأمبولات. للتعويض عن التغيرات الحجمية في قلب قضيب الوقود وتجميع شظايا الانشطار الغازي المنبعثة فيه، يوجد حجم حر (19) فوق مستوى مادة التلامس. يمكن أن تكون مواد الغلاف والمقابس الخاصة بقضبان الوقود والأمبولات هي نفسها المستخدمة في قضيب الوقود الموضح في الشكل 1. يمكن أن تكون مادة الوقود النووي لنواة قضيب الوقود عبارة عن سبائك ومركبات من اليورانيوم المنضب أو الطبيعي أو الثوريوم مع الموليبدينوم والزركونيوم والسيليكون والألمنيوم وما إلى ذلك، ويمكن أن تكون مادة الوقود النووي لنواة الأمبولة عبارة عن سبيكة من البلوتونيوم مع الغاليوم. أو سبيكة من اليورانيوم عالي التخصيب مع الموليبدينوم. يمكن أن تكون المادة الملامسة لقلب قضيب الوقود عبارة عن سبيكة من الرصاص والبزموت، كما يمكن أن تكون مادة التلامس لقلب الأمبولة عبارة عن سبيكة من الرصاص والبزموت أو الصوديوم. تصميم عنصر الوقود (انظر الشكل 3) عبارة عن غلاف (1)، محكم الغلق من الأطراف بمقابس (2)، يوجد بداخله نواة (3)، تتكون من خليط مضغوط بالاهتزاز من حبيبات الوقود النووي (4) تحتوي على نويدات خصبة، وماصة قابلة للحرق (5)، يوجد في الفجوات بينها مادة تماس (6)، تكون في حالة صلبة تحت ظروف التشغيل. يوجد في وسط قلب قضيب الوقود أمبولة (7). الأمبولة عبارة عن شريط مجوف (8)، مغلق من الطرف السفلي بسدادة (9) وملتوي بالنسبة للمحور الطولي، يوجد بداخله نواة (10) تتكون من حبيبات الوقود النووي المضغوطة بالاهتزاز والتي تحتوي على نويدات خصبة (11) بقطر حبيبي أقصى لا يزيد عن 0.3 سمك القلب، وفي الجزء العلوي من الأمبولة، خارج قلب قضيب الوقود، يوجد جالب (12). لمحاذاة بداية قضيب الوقود ونوى الأمبولة، توجد غسالة (14) مع فتحة للأمبولة، سمكها يساوي المسافة من نهاية الأمبولة إلى بداية قلب الأمبولة. يوجد فوق طبقة قلب قضيب الوقود سدادة (15) مصنوعة من مادة خاملة، ارتفاعها يساوي المسافة من قلب قضيب الوقود إلى مجمع الغاز (20). حجم تعويض الأمبولة (13) هو المسامية الحبيبية ومجمع الغاز (20). يتم فصل قلب الوقود للأمبولة عن مجمع الغاز بواسطة حشوة نفاذية للغاز (21). تتشابه جميع مواد تصميم قضبان الوقود مع مواد تصميم قضبان الوقود الموضحة في الشكل. 1. ومع ذلك، بالنسبة لعنصر الوقود هذا، يمكن أيضًا استخدام سبائك الألومنيوم كمادة لقذيفة الأمبولة. تصميم عنصر الوقود (انظر الشكل 4) عبارة عن غلاف (1)، محكم الغلق من الأطراف بسدادات (2)، يوجد بداخله نواة (3)، تتكون من حبيبات مضغوطة بالاهتزاز تحتوي على وقود نووي ذو خصائص خصبة النويدات (4) وممتص قابل للحرق (5)، في الفجوات التي توجد بينها مادة تلامس (6)، والتي تكون في حالة صلبة تحت ظروف التشغيل. توجد أمبولة (7) في قلب قضيب الوقود. الأمبولة عبارة عن شريط ملفوف على شكل حلزوني أسطواني، يوجد على سطحها الخارجي ضلع يوفر فجوة بين الجزء الأسطواني من الأمبولة والقشرة لا تقل عن 0.15 مم، والحد الأدنى لقطر الأمبولة الحبيبات الأساسية لقضيب الوقود أكبر بمقدار 1.2 مرة من الفجوة. يتم إغلاق الأمبولة من الأسفل بسدادة (9). يوجد داخل الأمبولة نواة (10) بطول يقابل طول نواة قضيب الوقود، تتكون من وقود نووي يحتوي على نويدات انشطارية (11). لمحاذاة بداية قضيب الوقود ونوى الأمبولة، توجد غسالة (14) مع فتحة للأمبولة، سمكها يساوي المسافة من نهاية الأمبولة إلى بداية قلب الأمبولة. يوجد فوق طبقة قلب قضيب الوقود سدادة (15) مصنوعة من مادة خاملة، ارتفاعها يساوي المسافة من قلب قضيب الوقود إلى مجمع الغاز (20). حجم تعويض الأمبولة (13) هو المسامية الحبيبية ومجمع الغاز (20). يتم فصل قلب الوقود للأمبولة عن مجمع الغاز بواسطة حشوة نفاذية للغاز (21). جميع مواد قضبان الوقود تشبه مواد تصميم قضبان الوقود الموضحة في الشكل. 1، مع الأخذ في الاعتبار أنه في تصميم عنصر الوقود هذا، يمكن أن تكون مادة غلاف الأمبولة من سبائك الألومنيوم. تصنيع عنصر الوقود الموضح في الشكل . 1، تم اختباره في الظروف المخبرية. القشرة (1) بقطر 9.15 × 7.72 ملم وطول 950 ملم والمقابس مصنوعة من سبائك الزركونيوم E-110. تم تصنيع الأمبولات (7) من الأنابيب الشعرية (8) بقطر 1.5 × 1.26 ملم. تم استخدام الفولاذ EI-844BU-ID كمادة لصناعة الأمبولات وسداداتها. تحتوي الأمبولات على نواة (10) مصنوعة من خليط مضغوط بالاهتزاز من حبيبات ثاني أكسيد اليورانيوم بنسبة 98% بالوزن. وسبائك الباريوم مع الزركونيوم 2٪ بالوزن. وتتمتع حبيبات ثاني أكسيد اليورانيوم بمسامية داخلية تبلغ 12-15%. كان التركيب الجزئي لخليط الحبيبات -0.4+0.08 ملم. إجمالي المسامية داخل الحبيبات وبين الحبيبات، وهو حجم التعويض (13)، يتم حسابه ليكون 50-55%. كان طول قلب الأمبولة 900-5 ملم. لمحاذاة نوى الأمبولات (10) وقضيب الوقود (3) ، تم تركيب غسالة (14) بسمك 4 مم مصنوعة من سبائك الزركونيوم E-110. تم استخدام خليط مضغوط بالاهتزاز من حبيبات ثاني أكسيد اليورانيوم (4) بنسبة 95% بالوزن كمادة أساسية لقضيب الوقود (3). وأكسيد الجادولينيوم (5) 5% بالوزن. التركيب الجزئي -0.5 + 0.315 مم، مشربة بمادة ملامسة (7) - سبائك الألومنيوم بنسبة 12٪ بالوزن. السيليكون كان طول قضيب الوقود 900 - 5 ملم، وكان التعبئة الحجمية بالحبيبات 60 - 65٪. فوق طبقة قضيب الوقود، تم إنشاء سدادة (15) من جزيئات أكسيد الألومنيوم الملبد ذات الشكل الدائري (الطحن) بتركيبة كسرية من 0.5 - 0.6 مم، والتي كانت مشربة أيضًا بمواد ملامسة. تم وضع الأمبولات الموجودة في قلب قضيب الوقود على مسافة 120 درجة مع وجود فجوة بين الأمبولات والكسوة بمقدار 0.2 مم. تم إنتاج الأمبولات بالتسلسل التالي. تقليم الأنبوب حسب الحجم، وإغلاق أحد طرفي الأمبولة، والاهتزاز، وملء الأمبولة بالهيليوم وإغلاق الطرف الثاني من الأمبولة، والتحقق من إحكام الأمبولة والتوزيع الموحد للوقود النووي على طول الأمبولة. يشمل تصنيع عناصر الوقود العمليات التكنولوجية التالية. تقليم الأنبوب حسب الحجم وإغلاق أحد طرفيه، وتركيب غسالة وأمبولات، واهتزاز قضيب الوقود، وإضافة سدادة وتشريب قلب قضيب الوقود والسدادة بسبائك الألومنيوم المنصهرة، وإغلاق الطرف الثاني من قضيب الوقود، وتجعيد قضيب الوقود بالهيليوم والتحقق من الضيق ومراقبة توزيع الوقود النووي في قضيب الوقود وجودة مادة التلامس والمظهر الخارجي. وأظهرت نتائج تصنيع العينات المخبرية لقضبان الوقود أن التوزيع غير المتكافئ للوقود النووي في الأمبولات لا يتجاوز 7٪، وفي قضبان الوقود - 10٪. جودة تشريب نوى قضبان الوقود مرضية ومظهر قضبان الوقود يتوافق مع عينات التحكم. تكنولوجيا التصنيع للمتغيرات الأخرى المحددة لتصميمات عناصر الوقود مماثلة لتلك المذكورة أعلاه، فقط في المتغيرات التي تحتوي على عناصر الوقود الشريطية، يتم أيضًا تحديد الأنابيب وإعطاء الأمبولات المملوءة الشكل المطلوب. وبالتالي، تم عرض الإمكانية الحقيقية لإنشاء قضبان الوقود للتصميم المقترح، والجمع بين تركيبات الوقود النووي المختارة والمواد الهيكلية والاتصال وغيرها من المواد وتصميم الأمبولات سيضمن زيادة في الموارد وزيادة موثوقية التشغيل قضبان الوقود في أوضاع قابلة للمناورة في ظل ظروف تشغيل محددة للمفاعل. عند تنفيذ قضيب وقود وفقًا للاختراع المزعوم، يمكن استخدام الأشكال والأحجام والأشكال الهندسية الأخرى للحبيبات والمواد الهيكلية والنووية والقابلة للاحتراق ووضعها في قلب قضيب الوقود، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار في الأمثلة المذكورة أعلاه. يعد استخدام قضبان الوقود وفقًا للاختراع المزعوم في مفاعلات الطاقة أكثر اقتصادا مقارنة بقضبان الوقود التي تستخدم الوقود المختلط، ويلبي بشكل أفضل متطلبات البيئة والصرف الصحي والسلامة الإشعاعية. مصادر المعلومات المستخدمة 1. "تطوير وإنتاج وتشغيل عناصر الوقود لمفاعلات الطاقة"، الكتاب 1. موسكو، Energoatomizdat، 1995 (النموذج الأولي ص 45). 2. A. G. Samoilov، A. I. Kashtanov، V. S. Volkov. "عناصر الوقود المشتتة في المفاعلات النووية"، المجلد الأول. موسكو، إنيرغويزدات، 1982.

تحتوي على وقود نووي وقود نوويوتتولد الحرارة بسبب الانشطار النووي. نائب. قضبان الوقود شائعة في شكل قضبان رفيعة (قطرها عدة مم) تمتد على كامل ارتفاع قلب المفاعل. يحتوي القلب على آلاف قضبان الوقود من نفس النوع، مما يشكل شبكة منتظمة. يتم ضخ سائل التبريد (السائل أو الغاز) بينهما، والذي يزيل الطاقة. تستخدم قضبان الوقود معدن U (مخلوط لزيادة الاستقرار) أو أكاسيد U على شكل سيراميك، وأحيانًا مع إضافة Pu. ما يسمى الوقود المشتت، حيث يتم تضمين حبيبات الوقود في مصفوفة من المواد غير الانشطارية ذات الموصلية الحرارية العالية والمقاومة للإشعاع (انظر. مقاومة الإشعاع للمواد). يحمي الغلاف المحكم الوقود من ملامسة سائل التبريد ويمنح قضيب الوقود القوة الميكانيكية اللازمة. قوة. تحتوي مادة القشرة (سبائك الزركونيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، وما إلى ذلك) على مقطع عرضي منخفض لالتقاط النيوترونات، وهو ما يسمى. يتمتع طيف المفاعل بتوافق جيد مع الوقود وسائل التبريد في نطاق درجة حرارة التشغيل، ولا يتغير ميكانيكيًا إلا قليلاً. خصائص المجال النيوتروني تخضع جميع مواد قضبان الوقود لمتطلبات عالية النقاء، وفي المقام الأول عدم وجود شوائب تمتص النيوترونات بقوة.

معلمات قضيب وقود الطاقة. المفاعلات: درجة حرارة التشغيل العليا (درجة حرارة الغلاف) للمفاعلات ذات المبرد المائي 300 درجة مئوية، للمفاعلات التي تحتوي على الصوديوم السائل تقريبًا. 600-700 درجة مئوية؛ ما يسمى كثافة حرارية خطية تصل إلى 500-600 واط لكل 1 سم من طول القضيب؛ احتراق الوقود (نسبة ذرات الوقود المحروقة بنهاية فترة التشغيل) في المفاعلات الحرارية هو 3-5%، في المفاعلات السريعة 7-10% (حرق 1% يعادل إنتاج 10 4 ميغاواط يوميا من الحرارة) الطاقة لكل 1 طن من الوقود).

قضيب وقود المفاعل السريع: 1 - القسم الأساسي (وقود نووي)؛ 2, 3 - شاشات النهاية (المستنفدةاليورانيوم)؛ 4 - جامع الغاز 5 - قذيفة (الفولاذ المقاوم للصدأ)فُولاَذ).

في التين. يظهر بشكل تخطيطي. مقطع عرضي لقضيب وقود المفاعل السريع (انظر. مفاعل مربيبالإضافة إلى الجزء النشط الذي يحتوي على الوقود النووي، فإنه يحتوي على شاشات نهائية مصنوعة من اليورانيوم المنضب لإعادة تدوير النيوترونات الخارجة من النواة، بالإضافة إلى تجويف لتجميع غازات التشظي الهاربة من الوقود لتقليل الاحتراق الداخلي. الضغط أثناء الإرهاق العميق.

وبعد الوصول إلى الاحتراق الاسمي وانتهاء الحملة (فترة العمل)، يتم تفريغ قضبان الوقود من المفاعل واستبدالها. يتم حساب مدة الحملة من خلال زمن تشغيل المفاعل من حيث الطاقة الكاملة وتصل إلى أشهر أو سنوات. الزيادة في الحملة وبالتالي الاحتراق محدودة بسبب تدهور القدرة على الحفاظ على التفاعل المتسلسل الانشطاري بسبب احتراق الوقود وتراكم الشظايا الممتصة للنيوترونات وخطر تدمير عنصر الوقود تحت تأثير المدة . التشعيع الشديد وارتفاع درجة الحرارة في المفاعل. يُسمح بأجزاء من المئات (أو الألف) من احتمالية فشل قضيب الوقود.

: ... عادي جدًا، ولكن مع ذلك لم أجد المعلومات بشكل سهل الهضم - كيف يبدأ المفاعل النووي في العمل. كل شيء يتعلق بمبدأ العمل وبنيته تم مضغه بالفعل أكثر من 300 مرة وهو واضح، ولكن إليك كيفية الحصول على الوقود ومن ماذا ولماذا لا يكون خطيرًا جدًا حتى يكون في المفاعل ولماذا لا يتفاعل قبل أن يصبح مغمورة في المفاعل! - بعد كل شيء، يتم تسخينه فقط في الداخل، ومع ذلك، قبل التحميل، يكون الوقود باردا وكل شيء على ما يرام، لذا فإن سبب تسخين العناصر ليس واضحا تماما، وكيف تتأثر، وما إلى ذلك، ويفضل أن يكون ذلك غير علمي).

من الصعب بالطبع تأطير مثل هذا الموضوع بطريقة غير علمية، لكنني سأحاول. دعونا أولاً نتعرف على ماهية قضبان الوقود هذه.

الوقود النووي عبارة عن أقراص سوداء اللون يبلغ قطرها حوالي 1 سم وارتفاعها حوالي 1.5 سم، وتحتوي على 2% ثاني أكسيد اليورانيوم 235، و98% يورانيوم 238، 236، 239. وفي جميع الأحوال، مع أي كمية من الوقود النووي، يجب أن يتم استخدام الوقود النووي. لا يمكن أن يتطور الانفجار النووي، لأنه بالنسبة لتفاعل الانشطار السريع الذي يشبه الانهيار الجليدي، والذي يتميز به الانفجار النووي، يلزم تركيز اليورانيوم 235 بأكثر من 60٪.

يتم تحميل مائتي كرية من الوقود النووي في أنبوب مصنوع من معدن الزركونيوم. طول هذا الأنبوب 3.5 متر. قطر 1.35 سم ويسمى هذا الأنبوب عنصر الوقود – عنصر الوقود. يتم تجميع 36 قضيب وقود في علبة (اسم آخر هو "التجميع").

هيكل عنصر وقود مفاعل RBMK: 1 - قابس؛ 2 - أقراص ثاني أكسيد اليورانيوم. 3 - قذيفة الزركونيوم. 4 - الربيع. 5 - جلبة. 6 - نصيحة.

لا يصاحب تحول المادة إطلاق طاقة مجانية إلا إذا كانت المادة تحتوي على احتياطي من الطاقة. ويعني الأخير أن الجسيمات الدقيقة لمادة ما تكون في حالة ذات طاقة سكون أكبر من الحالة المحتملة الأخرى التي يوجد فيها انتقال. يتم دائمًا منع الانتقال التلقائي عن طريق حاجز الطاقة، للتغلب على الجسيمات الدقيقة التي يجب أن تتلقى كمية معينة من الطاقة من الخارج - طاقة الإثارة. يتكون رد الفعل الخارجي للطاقة من حقيقة أنه في التحول الذي يلي الإثارة، يتم إطلاق طاقة أكثر مما هو مطلوب لإثارة العملية. هناك طريقتان للتغلب على حاجز الطاقة: إما عن طريق الطاقة الحركية للجسيمات المتصادمة، أو عن طريق طاقة الارتباط للجسيم المنضم.

إذا أخذنا في الاعتبار النطاق العياني لإطلاق الطاقة، فيجب أن تتمتع جميع جزيئات المادة أو جزء منها على الأقل في البداية بالطاقة الحركية اللازمة لإثارة التفاعلات. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق زيادة درجة حرارة الوسط إلى القيمة التي تقترب فيها طاقة الحركة الحرارية من عتبة الطاقة التي تحد من مسار العملية. وفي حالة التحولات الجزيئية، أي التفاعلات الكيميائية، تبلغ هذه الزيادة عادة مئات الدرجات كلفن، أما في حالة التفاعلات النووية فهي لا تقل عن 107 كلفن بسبب الارتفاع الكبير جدًا لحواجز كولوم للنوى المتصادمة. يتم إجراء الإثارة الحرارية للتفاعلات النووية عمليًا فقط أثناء تخليق النوى الأخف، حيث تكون حواجز كولوم في حدها الأدنى (الاندماج النووي الحراري).

لا يتطلب الإثارة من خلال ربط الجزيئات طاقة حركية كبيرة، وبالتالي لا يعتمد على درجة حرارة الوسط، لأنه يحدث بسبب الروابط غير المستخدمة المتأصلة في القوى الجذابة للجزيئات. ولكن لإثارة التفاعلات، فإن الجسيمات نفسها ضرورية. وإذا كنا نعني مرة أخرى ليس فعل رد فعل منفصل، ولكن إنتاج الطاقة على نطاق مجهري، فهذا ممكن فقط عند حدوث تفاعل متسلسل. يحدث الأخير عندما تظهر الجسيمات التي تثير التفاعل مرة أخرى كمنتجات لتفاعل خارج الطاقة.

للتحكم في المفاعل النووي وحمايته، يتم استخدام قضبان التحكم التي يمكن تحريكها على طول ارتفاع القلب بالكامل. وتتكون القضبان من مواد تمتص النيوترونات بقوة - على سبيل المثال، البورون أو الكادميوم. عندما يتم إدخال القضبان بعمق، يصبح التفاعل المتسلسل مستحيلا، حيث يتم امتصاص النيوترونات بقوة وإزالتها من منطقة التفاعل.

يتم نقل القضبان عن بعد من لوحة التحكم. مع حركة طفيفة للقضبان، فإن عملية السلسلة إما تتطور أو تتلاشى. وبهذه الطريقة يتم تنظيم قوة المفاعل.

لينينغراد NPP، مفاعل RBMK

بداية تشغيل المفاعل:

في اللحظة الأولى بعد التحميل الأول للوقود، لا يوجد تفاعل انشطاري متسلسل في المفاعل، ويكون المفاعل في حالة دون الحرجة. درجة حرارة سائل التبريد أقل بكثير من درجة حرارة التشغيل.

كما ذكرنا هنا من قبل، لكي يبدأ التفاعل المتسلسل، يجب أن تشكل المادة الانشطارية كتلة حرجة - كمية كافية من المادة الانشطارية تلقائيًا في مساحة صغيرة بما فيه الكفاية، وهي حالة يجب بموجبها أن يكون عدد النيوترونات المنطلقة أثناء الانشطار النووي أكبر من عدد النيوترونات الممتصة. ويمكن القيام بذلك عن طريق زيادة محتوى اليورانيوم 235 (كمية قضبان الوقود المحملة)، أو عن طريق إبطاء سرعة النيوترونات بحيث لا تطير عبر نوى اليورانيوم 235.

يتم تشغيل المفاعل على عدة مراحل. بمساعدة منظمات التفاعل، يتم نقل المفاعل إلى الحالة فوق الحرجة Kef> 1 وتزداد قدرة المفاعل إلى مستوى 1-2% من المستوى الاسمي. في هذه المرحلة، يتم تسخين المفاعل إلى معلمات التشغيل لسائل التبريد، ويكون معدل التسخين محدودًا. أثناء عملية التسخين، تحافظ أدوات التحكم على الطاقة عند مستوى ثابت. ثم يتم تشغيل مضخات التدوير ويتم تشغيل نظام إزالة الحرارة. بعد ذلك، يمكن زيادة طاقة المفاعل إلى أي مستوى يتراوح من 2 إلى 100% من الطاقة المقدرة.

عندما يسخن المفاعل، تتغير التفاعلية بسبب التغيرات في درجة حرارة وكثافة المواد الأساسية. في بعض الأحيان، أثناء التسخين، يتغير الموقع النسبي للقلب وعناصر التحكم التي تدخل أو تخرج من القلب، مما يتسبب في تأثير تفاعلي في غياب الحركة النشطة لعناصر التحكم.

التنظيم بواسطة عناصر ماصة صلبة ومتحركة

لتغيير التفاعل بسرعة، في الغالبية العظمى من الحالات، يتم استخدام ماصات متحركة صلبة. في مفاعل RBMK، تحتوي قضبان التحكم على بطانات من كربيد البورون محاطة بأنبوب من سبائك الألومنيوم يبلغ قطره 50 أو 70 مم. يتم وضع كل قضيب تحكم في قناة منفصلة ويتم تبريده بالماء من دائرة نظام التحكم والحماية (نظام التحكم والحماية) عند درجة حرارة متوسطة 50 درجة مئوية. حسب الغرض منها، يتم تقسيم القضبان إلى AZ (الحماية في حالات الطوارئ) ) قضبان؛ هناك 24 من هذه القضبان في RBMK. قضبان التحكم الآلي - 12 قطعة، وقضبان التحكم الآلي المحلية - 12 قطعة، وقضبان التحكم اليدوي - 131، و32 قضبان الامتصاص المختصرة (USP). هناك 211 قضبان في المجموع. علاوة على ذلك، يتم إدراج القضبان المختصرة في القلب من الأسفل، والباقي من الأعلى.

مفاعل VVER 1000 1 - محرك نظام التحكم. 2 - غطاء المفاعل. 3 - جسم المفاعل. 4 - كتلة الأنابيب الواقية (BZT)؛ 5 - رمح. 6 - الضميمة الأساسية. 7 - مجموعات الوقود (FA) وقضبان التحكم؛

عناصر ماصة قابلة للحرق.

للتعويض عن التفاعل الزائد بعد تحميل الوقود الطازج، غالبا ما تستخدم الممتصات القابلة للحرق. مبدأ التشغيل هو أنها، مثل الوقود، بعد التقاط النيوترون، تتوقف بعد ذلك عن امتصاص النيوترونات (الاحتراق). كما أن معدل النقصان نتيجة امتصاص النيوترونات بواسطة النوى الماصة أقل أو يساوي معدل النقصان نتيجة انشطار نوى الوقود. إذا قمنا بتحميل قلب المفاعل بالوقود المخصص للعمل لمدة عام، فمن الواضح أن عدد نوى الوقود الانشطاري في بداية التشغيل سيكون أكبر منه في النهاية، ويجب علينا تعويض التفاعل الزائد عن طريق وضع ماصات في القلب. إذا تم استخدام قضبان التحكم لهذا الغرض، فيجب علينا تحريكها بشكل مستمر مع انخفاض عدد نوى الوقود. استخدام الماصات القابلة للحرق يقلل من استخدام القضبان المتحركة. في الوقت الحاضر، غالبًا ما تتم إضافة المواد الماصة القابلة للاحتراق مباشرةً إلى كريات الوقود أثناء تصنيعها.

التحكم في تفاعل السوائل.

يتم استخدام هذا التنظيم، على وجه الخصوص، أثناء تشغيل مفاعل من النوع VVER، يتم إدخال حمض البوريك H3BO3 الذي يحتوي على 10B نواة ممتصة للنيوترونات في سائل التبريد. ومن خلال تغيير تركيز حمض البوريك في مسار سائل التبريد، فإننا بذلك نغير التفاعلية في القلب. خلال الفترة الأولية لتشغيل المفاعل، عندما يكون هناك العديد من نوى الوقود، يكون تركيز الحمض هو الحد الأقصى. ومع احتراق الوقود، ينخفض ​​تركيز الحمض.

آلية التفاعل المتسلسل

لا يمكن للمفاعل النووي أن يعمل بقدرة معينة لفترة طويلة إلا إذا كان لديه احتياطي تفاعلي في بداية التشغيل. الاستثناء هو المفاعلات دون الحرجة ذات المصدر الخارجي للنيوترونات الحرارية. إن إطلاق التفاعل المقيد مع انخفاضه لأسباب طبيعية يضمن الحفاظ على الحالة الحرجة للمفاعل في كل لحظة من تشغيله. يتم إنشاء احتياطي التفاعل الأولي من خلال بناء نواة ذات أبعاد تتجاوز بكثير الأبعاد الحرجة. لمنع المفاعل من أن يصبح فوق حرج، يتم تقليل k0 من وسط التكاثر بشكل مصطنع في نفس الوقت. ويتم تحقيق ذلك عن طريق إدخال مواد ماصة للنيوترونات في القلب، والتي يمكن إزالتها لاحقًا من القلب. كما هو الحال في عناصر التحكم في التفاعل المتسلسل، يتم تضمين المواد الماصة في مادة القضبان ذات المقطع العرضي أو ذاك التي تتحرك عبر القنوات المقابلة في القلب. ولكن إذا كانت واحدة أو اثنتين أو عدة قضبان كافية للتنظيم، فمن أجل التعويض عن التفاعل الأولي الزائد، يمكن أن يصل عدد القضبان إلى المئات. وتسمى هذه القضبان قضبان التعويض. لا تمثل قضبان التحكم والتعويض بالضرورة عناصر تصميم مختلفة. يمكن أن يكون هناك عدد من قضبان التعويض عبارة عن قضبان تحكم، لكن وظائف كل منهما مختلفة. تم تصميم قضبان التحكم للحفاظ على الحالة الحرجة في أي وقت، ولإيقاف المفاعل وتشغيله، والانتقال من مستوى طاقة إلى آخر. كل هذه العمليات تتطلب تغييرات صغيرة في التفاعل. تتم إزالة قضبان التعويض تدريجيًا من قلب المفاعل، مما يضمن الحالة الحرجة طوال فترة تشغيله.

في بعض الأحيان، لا تُصنع قضبان التحكم من مواد ماصة، بل من مواد انشطارية أو مواد متناثرة. في المفاعلات الحرارية، تكون هذه المفاعلات عبارة عن ممتصات نيوترونية بشكل أساسي، ولا توجد ممتصات نيوترونية سريعة فعالة. تمتص المواد الماصة مثل الكادميوم والهافنيوم وغيرها بقوة النيوترونات الحرارية فقط بسبب قرب الرنين الأول من المنطقة الحرارية، وخارج الأخيرة لا تختلف عن غيرها من المواد في خصائصها الامتصاصية. الاستثناء هو البورون، الذي يتناقص المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات فيه مع الطاقة بشكل أبطأ بكثير من المواد المشار إليها، وفقًا لقانون l / v. لذلك يمتص البورون النيوترونات السريعة، وإن كان بشكل ضعيف، لكنه أفضل إلى حد ما من المواد الأخرى. يمكن أن تكون المادة الماصة في مفاعل النيوترونات السريعة عبارة عن بورون فقط، ويمكن إثراؤها بنظير 10B إن أمكن. بالإضافة إلى البورون، تُستخدم المواد الانشطارية أيضًا في قضبان التحكم في مفاعلات النيوترونات السريعة. يؤدي قضيب التعويض المصنوع من مادة انشطارية نفس وظيفة قضيب امتصاص النيوترونات: فهو يزيد من تفاعلية المفاعل بينما يتناقص بشكل طبيعي. ومع ذلك، وعلى عكس جهاز الامتصاص، يقع هذا القضيب خارج القلب في بداية تشغيل المفاعل ثم يتم إدخاله إلى القلب.

المواد المتناثرة المستخدمة في المفاعلات السريعة هي النيكل، الذي يحتوي على مقطع عرضي مبعثر للنيوترونات السريعة أكبر قليلاً من المقاطع العرضية للمواد الأخرى. توجد القضبان المبعثرة على طول محيط النواة، ويؤدي انغماسها في القناة المقابلة إلى انخفاض تسرب النيوترونات من النواة، وبالتالي زيادة التفاعل. في بعض الحالات الخاصة، يتم تحقيق غرض التحكم في التفاعل المتسلسل من خلال تحريك أجزاء من عاكسات النيوترونات، والتي عند تحريكها تغير تسرب النيوترونات من القلب. تشكل قضبان التحكم والتعويض والطوارئ، بالإضافة إلى جميع المعدات التي تضمن عملها الطبيعي، نظام التحكم والحماية في المفاعل (CPS).

الحماية في حالات الطوارئ:

الحماية في حالات الطوارئ للمفاعل النووي عبارة عن مجموعة من الأجهزة المصممة للإيقاف السريع للتفاعل النووي المتسلسل في قلب المفاعل.

يتم تشغيل الحماية النشطة في حالات الطوارئ تلقائيًا عندما يصل أحد معلمات المفاعل النووي إلى قيمة قد تؤدي إلى وقوع حادث. قد تشمل هذه المعلمات: درجة الحرارة والضغط وتدفق سائل التبريد ومستوى وسرعة زيادة الطاقة.

العناصر التنفيذية للحماية في حالات الطوارئ هي في معظم الحالات قضبان تحتوي على مادة تمتص النيوترونات جيدًا (البورون أو الكادميوم). في بعض الأحيان، لإغلاق المفاعل، يتم حقن مادة ماصة للسائل في حلقة المبرد.

بالإضافة إلى الحماية النشطة، تتضمن العديد من التصميمات الحديثة أيضًا عناصر الحماية السلبية. على سبيل المثال، تتضمن الإصدارات الحديثة من مفاعلات VVER "نظام تبريد قلب الطوارئ" (ECCS) - خزانات خاصة تحتوي على حمض البوريك وتقع فوق المفاعل. في حالة وقوع حادث على أساس التصميم الأقصى (تمزق دائرة التبريد الأولى للمفاعل)، تنتهي محتويات هذه الخزانات داخل قلب المفاعل بفعل الجاذبية وينطفئ التفاعل النووي المتسلسل بكمية كبيرة من المادة التي تحتوي على البورون. والتي تمتص النيوترونات بشكل جيد.

وفقًا لـ "قواعد السلامة النووية لمرافق مفاعلات محطات الطاقة النووية"، يجب أن يؤدي نظام واحد على الأقل من أنظمة إغلاق المفاعلات المتوفرة وظيفة الحماية في حالات الطوارئ (EP). يجب أن تشتمل الحماية في حالات الطوارئ على مجموعتين مستقلتين على الأقل من عناصر العمل. عند الإشارة AZ، يجب تنشيط أجزاء العمل AZ من أي أوضاع عمل أو وسيطة.

يجب أن تتكون معدات AZ من مجموعتين مستقلتين على الأقل.

يجب تصميم كل مجموعة من معدات AZ بطريقة توفر الحماية في نطاق التغيرات في كثافة تدفق النيوترونات من 7% إلى 120% من القيمة الاسمية:

1. بكثافة تدفق النيوترونات - ما لا يقل عن ثلاث قنوات مستقلة؛
2. حسب معدل الزيادة في كثافة تدفق النيوترونات - ما لا يقل عن ثلاث قنوات مستقلة.

يجب تصميم كل مجموعة من معدات الحماية في حالات الطوارئ بحيث يتم توفير الحماية في حالات الطوارئ، على مدى النطاق الكامل للتغيرات في المعلمات التكنولوجية المحددة في تصميم محطة المفاعل (RP)، من خلال ثلاث قنوات مستقلة على الأقل لكل معلمة تكنولوجية التي تكون الحماية ضرورية لها.

يجب أن يتم إرسال أوامر التحكم لكل مجموعة لمشغلات AZ عبر قناتين على الأقل. عندما يتم إخراج قناة واحدة في إحدى مجموعات معدات AZ من التشغيل دون إخراج هذه المجموعة من التشغيل، يجب إنشاء إشارة إنذار تلقائيًا لهذه القناة.

يجب تفعيل الحماية الطارئة على الأقل في الحالات التالية:

1. عند الوصول إلى الإعداد AZ لكثافة تدفق النيوترونات.
2. عند الوصول إلى الإعداد AZ لمعدل الزيادة في كثافة تدفق النيوترونات.
3. في حالة اختفاء الجهد الكهربائي في أي مجموعة من معدات الحماية في حالات الطوارئ وحافلات إمداد الطاقة CPS التي لم يتم إخراجها من الخدمة.
4. في حالة فشل أي قناتين من قنوات الحماية الثلاثة لكثافة تدفق النيوترونات أو لمعدل زيادة تدفق النيوترونات في أي مجموعة من المعدات من الألف إلى الياء التي لم يتم إخراجها من الخدمة.
5. عند الوصول إلى إعدادات AZ من خلال المعلمات التكنولوجية التي يجب إجراء الحماية لها.
6. عند تشغيل AZ من مفتاح من نقطة التحكم في الكتلة (BCP) أو نقطة التحكم الاحتياطية (RCP).

ربما يمكن لأي شخص أن يشرح بإيجاز وبطريقة أقل علمية كيف تبدأ وحدة محطة الطاقة النووية في العمل؟ :-)

تذكر موضوع مثل المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط المقال الذي أخذت منه هذه النسخة -