https://www.arabsciencepedia.org/w/index.php?action=history&feed=atom&title=%D9%88%D9%82%D9%88%D8%AF_%D9%86%D9%88%D9%88%D9%8Aوقود نووي - تاريخ المراجعة2026-05-06T00:41:32Zتاريخ التعديل لهذه الصفحة في الويكيMediaWiki 1.43.6https://www.arabsciencepedia.org/w/index.php?title=%D9%88%D9%82%D9%88%D8%AF_%D9%86%D9%88%D9%88%D9%8A&diff=991&oldid=prevWikiSysop: ١ مراجعة: فيزياء2010-11-12T22:00:00Z<p>١ مراجعة: فيزياء</p>
<p><b>صفحة جديدة</b></p><div>[[ملف:Nuclear fuel element.jpg|350بك|يسار|تصغير| وحدة الوقود في شكل قفص طوله 4 [[متر]] يضم قضبان اليورانيوم المخصب وقضبان التحكم المصنوعة من [[الكادميوم]] ]]<br />
[[ملف:Nuclear fuel pellets.jpeg|thumb|قضيب الوقود ، ويتكون من أنبوب [[الزركونيوم]] ويعبأ به أقراص أكسيد اليورانيوم. ]]<br />
'''الوقود النووي''' (بالإنجليزية: nuclear fuel) المستخدم في [[مفاعل الماء الخفيف]] هو [[يورانيوم مخصب|اليورانيوم المخصب]] وهو يشكل على شكل وحدات قفصية الشكل تسمى وحدات الوقود fuel element. وتتكون وحدة الوقود من عدد من قضبان الوقود محفوظة في أنابيب من سبيكة [[الزركونيوم]] بأعداد 17 في 17 من قضبان الوقود في هيئة قفص يبلغ مقطعه 45 سم في 45 سم وطوله نحو 4 [[متر]]. <br />
<br />
يستخدم اليورانيوم المخصب في صورة أكسيد اليورانيوم ويكون في شكل أقراص طول 5و2 سم وقطر نحو 9و0 سم وتعبأ في الأنابيب من سبيكة الزركونيوم ، طول الأنبوب 4 [[متر]] وتغلق من طرفيها محكمان بحيث لا تخرج منها شوائب مشعة أثناء عمل المفاعل. يحتوي أكسيد اليورانيوم المخصب في العادة على نسبة من [[نظير|النظير]] الانشطاري [[يورانيوم-235|اليورانيوم-235]] تصل إلى 3 %. ونظرا لأن خام اليورانيوم الطبيعي يحتوي على 0,7% من [[يورانيوم235|اليورانيوم-235]] الإنشطاري فقط والباقي [[يورانيوم-238]] لا ينشطر ، فلا بد من استخدام اليورانيوم المخصب بنسبة بين 5و2 % و 0و4 % باليورانيوم-235 في المفاعلات التي تعمل بالماء العادي حيث يمتص الماء [[نيوترون|نيوترونات]] فيمنع من استمرار التفاعل النووي في المفاعل. أي أن نسبة اليورانيوم-235 المقدرة ب 3 % تعوض عدد النيوترونات الممتصة في الماء والضائعة بحيث يستمر [[تفاعل تسلسلي|التفاعل التسلسلي]]. <br />
<br />
===قضبان التحكم===<br />
تزود كل وحدة وقود بعدد من '''قضبان التحكم '''( 4 أو 6) وهي مصنوعة من مادة شديدة الامتصاص [[نيوترون|للنيوترونات]]. يستخدم لهذا الغرض سبيكة من الصلب و[[بور|البور]] أو معدن [[الكادميوم]] مشكـّلة في هيئة قضيب يبلغ طوله 4 متر أيضا. عن طريق رفع أو خفض قضبان التحكم في قلب المفاعل يمكن التحكم في معدل سير [[تفاعل نووي|التفاعل]] ، حيث أنها تضبط عدد [[نيوترون|النيوترونات]] وتمتص الجزء الزائد منها من قلب المفاعل. ولتوقيف تشغيل المفاعل تغطّس جميع قضبان التحكم في قلب المفاعل فتمتص النيوترونات ويتوقف التفاعل النووي. <br />
<br />
===مصفوف قلب المفاعل===<br />
[[ملف:Fuel-assembly pwr.gif|thumb|200px|left|وحدة وقود نووي لمفاعل ماء مضغوط ، تحتوي على ''8x8'' من قضبان الوقود ، وتتخللها قضبان التحكم.]]<br />
<br />
سنأخذ هنا مثال [[مفاعل الماء المغلي]] للتوضيح. يتكون قلب المفاعل من مصفوف شبكي أسطواني معدني يحتوي على فتحات رأسية توضع فيها وحدات الوقود. يبلغ قطر أسطوانة المصفوف نحو 4 [[متر]] وهو بارتفاع 4 متر ويتسع لأخد نحو 200 من '''وحدات الوقود''' (يشبه من أعلى خلايا النحل). تحتوي وحدة الوقود على نحو 1/2 [[طن]] من [[يورانيوم مخصب|اليورانيوم المخصب]] ، أي أن المفاعل يعمل بنحو 100 طن من وقود اليورانيوم. هذا بالنسبة لمفاعل قوى كبير ينتج [[الطاقة الكهربائية]] بقدرة 1000 [[سوابق SI|ميجا]] [[وات]]. <br />
<br />
===وحدات الوقود===<br />
يوجد قلب المفاعل الذي يحتوي على 200 من '''وحدات الوقود''' في وسط خزان ضغط المفاعل ، وهو يعتبر غلاية أسطوانية مغلقة [[قطر]] 5 متر وارتفاعها نحو 7 متر. يبلغ سمك جدار خزان الضغط للمفاعل نحو 25 سنتيمتر وهو مصنوع من الفولاذ. ينفذ من خزان الضغط أنابيب لضخ الماء فيه وأنابيب أخرى لخروج البخار من خزان الضغط وعودة البخار المكثف إليه. تغطى وحدات الوقود في قلب المفاعل بالماء النقي. الجزء العلوي من خزان الضغط في شكل القبة ويمكن فصله عن الخزان بغرض استبدال وحدات الوقود المستهلكة. وعند إغلاقه فيتم ذلك بإحكام حيث يصل الضغط داخله أثناء التشغيل نحو 400 ضغط جوي.<br />
<br />
==انشطار اليورانيوم-235==<br />
[[Image:Nuclear fission.svg|200px|left|thumb|تبتلع نواة اليورانيوم-235 نيوترونا بطيئا ، فتنقسم إلى جزئين يتحركان بسرعة عالية ، كما تطلق 3 نيوترونات.]]<br />
عند بدء [[تفاعل تسلسلي|التفاعل المتسلسل]] في المفاعل تصتدم النوترونات البطيئة مع [[نواة الذرة|أنوية ذرات]] اليورانيوم-235 فتنشطر بعضها إلى جزئين ويكون ذلك مصحوبا بانطلاق من 2 إلى 3 من [[نيوترون|النيوترونات]]. وتخرج النيوترونات من قضبان الوقود لتصتدم بالماء الذي حولها فتهدأ سرعتها وتصبح قادرة على الاصتدام بأنوية جديدة من اليورانيوم-235 ، منتجة هي الأخرى نيوترونات وبهذا يستمر [[تفاعل تسلسلي|التفاعل المتسلسل]] الإنشطاري مع اليورانيوم. <br />
<br />
ولكن لا بد للتفاعل المتسلسل أن يسير بمعدل ثابت ، ولا يُسمح له للتزايد المستمر مثل القنبلة حيث ينتج عن كل نيوترون يتفاعل مع أحد أنوية اليورانيوم-235 بين 2 و 3 نيوترونات جديدة تستطيع بدورها التفاعل مع أنوية اليورانيوم منتجة 9 نيوترونات ، وهذه تتفاعل مع اليورانيوم وتنتج بدورها 27 نيوترونا وهكذا وهذا ما يحدث في القنبلة الذرية. ولكن في مفاعل القوي يجري التحكم في سير التفاعل عن طريق قضبان التحكم المحتوية علي [[الكادميوم]] التي تمتص النيوترونات الزائدة وتحافظ على أن يكون معدل سير التفاعل مساويا للواحد. أي بحيث أن كل [[نيوترون]] يتفاعل مع اليورانيوم وينتح مثلا 3 نيوترونات ، فتقوم قضبان التحكم بإمتصاص 1 نيوترون ويمتص الماء 1 نيوترون بالتقريب ويتبقى 1 نيوترون للتفاعل مع اليورانيوم-235 وهكذا. وتسمى تلك الحالة بالحالة الحرجة للمفاعل. <br />
<br />
'''قضبان التحكم '''المصنوعة من [[كادميوم|الكادميوم]] تشغل أماكن بينية بين قضبان الوقود ، وكل '''وحدة وقود''' مزودة بعدد منها ، يمكن رفعها أو خفضها في قلب المفاعل وتضبط معدل سير التفاعل تلقائيا. كما يمكن بواسطتها إيقاف التفاعل كليا ، وذلك بدفع جميع قضبان التحكم كلية في قلب المفاعل بين وحدات الوقود ، فيمتص الكادميوم جميع [[نيوترونات|النيوترونات]] ويتوقف التفاعل النووي.<br />
<br />
ينتج عن كل انشطار لنواة اليورانيوم-235 نحو 200 [[سوابق SI|ميجا]] [[إلكترون فولت]] من الطاقة ، وهي تظهر في صورة طاقة حركة نواتج الانشطار ، وترفع درجة حرارة الماء وتسخنه. ويستغل البخار الناتج في تشغيل التوربين و[[محول كهربائي|المحول الكهربائي]] الضخم الذي ينتج بدوره [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]].<br />
<br />
==التحكم==<br />
[[ملف:Thermal reactor diagram.png|تصغير|300بك|يسار|رسم توضيحي لعمل المفاعل النووي. أنابيب اليورانيوم (أزرق)، ماء يهدئ سرعة [[نيوترون|النيوترونات]] وينقل الحرارة وينتج البخار(بنفسجي)، وقضيب التحكم ماص للنيوترونات الزائدة(رمادي اللون).]]<br />
<br />
يبين الشكل المجاور الأجزاء الرئيسية لقلب المفاعل النووي ، وهي '''وحدات الوقود''' والمهدئ ([[الماء]])وقضبان التحكم.<br />
يولد المفاعل النووي بخار تحت ضغط قدره نحو 400 ضغط جوي عند درجة حرارة 450 درجة مئوية. يخرج البخار من خزان ضغط المفاعل ويوجه إلى توربين الذي يدير بدوره [[مولد كهربائي|المولد الكهربائي]] الكبير الذي ينتج 1000 [[وات|ميجاوات]] من [[التيار الكهربائي]].<br />
<br />
==انواع الوقود النووي==<br />
===ثاني أكسيد اليورانيوم===<br />
<br />
يستعمل ثاني أكسيد اليورانيوم المحتوي على نسبة 3 % من [[يورانيوم-235]] الإنشطاري في لمفاعلات االاكثر انتشارا ،مثل [[مفاعل الماء المغلي]] و[[مفاعل الماء المضغوط]] في محطات القوى لتوليد الكهرباء.<br />
<br />
===أكسيد مخلوط MOX===<br />
<br />
هو مخلوط من [[البلوتونيوم-239]] واليورانيوم اطبيعي أو الناتج من عملية [[تخصيب اليورانيوم]] ([[يورانيوم منضب]]) ومواصفاته تعادل مواصفات الوقود المخصب باليورانيوم-235. وقد جرب استخدامه في عدة مفاعلات من [[مفاعل الماء المضغوط]] و[[مفاعل الماء المغلي]].<br />
<br />
وينتج البلوتونيوم-239 من مفاعلات الماء الخفيف المعتمدة على اليورانيوم المخصب ، ويتم فصل البلوتونيوم من وحدات الوقود المستهلكة في مصنع خاص يقوم بتدوير المواد النووية reprocessing.<br />
كما يمكن استغلال البلوتونيوم الموجود في القنابل النووية بعد تفكيكها في إطار الحد من التسلح النووي ، وخلطها مع اليورانيوم الطبيعي لتصنيع وحدات وقود تستخدم لإنتاج الطاقة.<br />
<br />
===[[الثوريوم]]===<br />
<br />
يستخدم [[نظير]] [[الثوريوم-232]] الذائب في الأملاح في [[مفاعل ملح منصهر]] لإنتاج الطاقة على المستوي الصغير ، في مفاعلات تجريبية. وقد استخدم الوقود السائل المحتوي على الثوريوم في صورة مخلوط من الليثيوم و[[البيريليوم]] والثوريوم وفلوريد اليورانيوم : LiF-BeF<sub>2</sub>-ThF<sub>4</sub>-UF<sub>4</sub> (72-16-12-0.4&nbsp;mol%). ويتميز الوقود هذا الوقود المنصهر بدرجة حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية، كما تبين الاختبارات إمكانية رفع درجة الحرارة هذه حيث أن درجة غليان المخلوط الملحي تبدأ عند 1400 رجة مئوية. <br />
<br />
===أملاح اليورانيوم===<br />
<br />
جرب استخدام مفاعل المحلول المائي المحتوي على سولفات الأورانيل uranyl sulfate أو محاليل أخرى لليورانيوم بنجاح. ولكنه هذا النوع من المفاعلات لم ينفذ على المستوى الكبير لغنتاج الطاقة ، ويرجع ذلك إلى سهولة انتشار المواد النووية في المناطق المجاورة للمفاعل في حالة حدوث حادث جسيم أثناء التشغيل.<br />
<br />
===وقود ماجنوكس magnox ===<br />
[[File:Magnoxfulerodsciencemuseam.jpg|thumb|100px|left|قضيب وقود ماجنوكس.]]<br />
<br />
هي انجلترا يستخدم نوع من المفاعلات تبرد بثاني أكسيد الكربون ويستخدم فيها [[الجرافيت]] كمهدئ لسرعة النيوترونات وهي تعمل باليورانيوم الطبيعي (ليس مخصب) وتحفظ الوقود في أنابيب من سبيكة ماجنوكس. وتتكون سبيكة ماجنوكس من المغنسيوم والألمونيوم وهي سبيكة غير قابلة للصدأ وتستخدم فقط لتغليف اليورانيوم الطبيعي في المفاعل. واسم ماجنوء هي اختصار ل :<br />
'''Mag'''nesium '''n'''on-'''ox'''idising وتتميز تلك التغلفة بقلة امتصاصها للنيوترونات.<br />
<br />
==وقود اندماج نووي==<br />
<br />
ينتمي إلى وقود الندماج النووي [[التريتيوم]] (<sup>3</sup>H) و[[الديوتيريوم]] (<sup>2</sup>H) وهي [[نظير|نظائر]] [[الهيدروجين]]. ويتميز تفاعل [[اندماج نووي]] عن تفاعل الانشطار النووي في كونه يطلق كثافة حرارية أعلى ، وقد جربت تفاعل الاندماج النووي ونجح العلماء في استمرار التفاعل لمدة دقائق. ولكن الطاقة الكهربية المستخدمة في تلك التجارب كانت أعلى بكثير من الطاقة المكتسبة من التفاعل ، هذا هو مستوى البحث الآن ، ويرجى في المستقبل زيادة <حجم المفاعل الاندماجي بحيث تكون حصيلته من الطاقة مجدية.ref>{{cite web|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf66.html|title=Nuclear Fusion Power|publisher=|date=2009-09|=2010-01-27}}</ref><br />
وتتضافر الجهود مجتمعة على بين [[الولايات المتحدة الامريكية]] ودول [[الإتحاد الاوروبي]] و[[اليابان]] من أجل بناء مفاعل كهذا ، ولكن مسألة التمويل صعبة في الوقت الحالي. <br />
<br />
=== مفاعل اندماجي ، الجيل الأول===<br />
<br />
استخدم [[الديوتيريوم]] و[[تريتيوم|التريتيوم]] كوقود اندماجي. وهي تتفاعل طبقا للثلاثة تفاعلات الآتية:<br />
<br />
:<sup>2</sup>H + <sup>3</sup>H <math>\rightarrow</math> [[neutron|n]] (14.07 MeV) + <sup>4</sup>He (3.52 MeV)<br />
<br />
:<sup>2</sup>H + <sup>2</sup>H <math>\rightarrow</math> [[neutron|n]] (2.45 MeV) + <sup>3</sup>He (0.82 MeV)<br />
<br />
:<sup>2</sup>H + <sup>2</sup>H <math>\rightarrow</math> [[proton|p]] (3.02 MeV) + <sup>3</sup>H (1.01 MeV)<br />
<br />
===تفاعل إندماجي ، الجيل الثاني===<br />
<br />
يحتاج الجيل الثاني للاندماج النووي إلى زمن أطول لانحصار [[البلازما]] أو درجة حرارة أعلى لنحصارها وذلك بالمقارنة بتفاعلات الجيل الأول. وهي تتميز بأنها تنتج [[نيوترون|نيوترونات]] أقل وهو شرط مرغوب فيه بسبب أنها تصتدم بحوائط المفاعل وتجعلها مشعة. ولا يمكن حصر النيوترونات في المفاعل بعيدا عن الحوائط [[مغناطيس|بمغناطيسات]] لأن النيوترونات متعادلة كهربائيا ولا تتأثر تقريبا بالمغناطيسية. <br />
<br />
وتتكون المواد الداخلة في تفاعل الاندماج النووي للجيل الثاني من [[الديوتيريوم]] و[[الهيليوم]]-3 . ونواتج التفاعل كلها جسيمات مشحونة ، إلا أنه توجد تفاعلات جانبية تؤدي إلى أصدار النيوترونات. <br />
<br />
:<sup>2</sup>H + <sup>3</sup>He <math>\rightarrow</math> [[proton|p]] (14.68 MeV) + <sup>4</sup>He (3.67 MeV)<br />
<br />
===تفاعل اندماجي ، الجيل الثالث===<br />
<br />
تنتج تفاعلات الجيل الثالث من التفاعل الندماجي جسيمات مشحونة فقط خلال التفاعلات الابتدائية ، ولا تهم التفاعلات الجانبية. وحيث أنها تنتج عددا قليلا من [[نيوترون|النيوترونات]] فلن تكتسب جدران المفاعل خواصا إشعاعية غير مرغوب فيها. ويعتبر تفاعل الجيل الثالث هو التفاعل المرغوب فيه ، ويشكل [[الهيليوم]]-3 الأنسب بين مواد الوقود الاندماجي. إلا أنه لا توجد مصادر طبيعية لهذا [[نظير|النظير]] على الأرض. <br />
<br />
:<sup>3</sup>He + <sup>3</sup>He <math>\rightarrow</math> 2[[proton|p]] + <sup>4</sup>He (12.86 MeV)<br />
<br />
كما تُعطى الأبحاث أهمية لتفاعل آخر ، وهو التفاعل الإندماجي بين [[بروتون|البروتون]] مع [[بور|البور]] :<br />
<br />
:[[proton|p]] + <sup>11</sup>B → 3<sup>4</sup>He<br />
<br />
وتبين التقديرات أن التفاعلات الجانبية لذلك التفاعل سوف تنتج نحو 1و0 % فقط من الطاقة المحمولة عن طريق النيوترونات. وتبلغ درجة الحرارة المثلى لإتمام هذا التفاعل نحو 10 أضعاف درجة الحرارة التي يحتاجها تفاعل [[الهيدروجين]] مع بعضه (الجيل الأول) ، وهذا يستلزم طاقة لحصر البلازما energy confinement تقدر ب 500 ضعف للطاقة المستخدمة لحصر تفاعل الديوتيريوم والتريتيوم في فرن التفاعل.<br />
<br />
== أنظر أيضا ==<br />
* [[انشطار نووي]]<br />
* [[تفاعل نووي]] <br />
* [[مفاعل الماء المغلي]]<br />
* [[مفاعل نووي]]<br />
* [[مفاعل الماء المضغوط]]<br />
* [[مفاعل استنسال سريع]]<br />
* [[مفاعل ملح منصهر]] <br />
* [[تفاعل تسلسلي]]<br />
* [[اسلحة نووية]]<br />
* [[دول نووية]]<br />
* [[قائمة الحوادث النووية المدنية]]<br />
* [[طاقة نووية]]<br />
* [[سلاح نووي]]<br />
* [[توكاماك]]<br />
<br />
{{تقانة نووية}}<br />
<br />
{{فروع الفيزياء}}<br />
<br />
[[تصنيف:تقانة نووية]]<br />
[[تصنيف:طاقة نووية]]<br />
[[تصنيف:مفاعلات نووية]]<br />
[[تصنيف:مفاعل الماء الخفيف]]<br />
[[تصنيف:فيزياء]]<br />
<br />
[[ca:Combustible nuclear]]<br />
[[cs:Jaderné palivo]]<br />
[[de:Kernbrennstoff]]<br />
[[en:Nuclear fuel]]<br />
[[es:Combustible nuclear]]<br />
[[et:Tuumkütus]]<br />
[[fa:سوخت هستهای]]<br />
[[fr:Combustible nucléaire]]<br />
[[he:דלק גרעיני]]<br />
[[id:Bahan bakar nuklir]]<br />
[[it:Combustibile nucleare]]<br />
[[ja:核燃料]]<br />
[[ml:ആണവ ഇന്ധനം]]<br />
[[nl:Kernbrandstof]]<br />
[[pl:Paliwo jądrowe]]<br />
[[pt:Combustível nuclear]]<br />
[[simple:Nuclear fuel]]<br />
[[sv:Kärnbränsle]]</div>WikiSysop