های آب بندی شده قرار دارند و آرایش داخلی قلب راکتور این دو نوع راکتور کم و بیش شبیه به یکدیگر است. میله های کنترل در یک راکتور BWR برخلاف راکتور PWR که در بالای قلب راکتور قرار دارد ، در پائین آن واقع است. دلیل این کار این است که در یک راکتور BWR معمولا قسمت فوقانی آن پر از بخار و حفره است و حرکت میله های کنترل در این ناحیه به اندازه قسمت تحتانی که پر از آب است روی kاثر ندارد. لذا میله های کنترل در نزدیکی قسمتی از قلب راکتور قرار داده می شود که حداکثر اثر را داشته باشد.

شکل ۱- ۸) عملکرد راکتور حرارتی گازی[۶]
راکتور حرارتی گازی۱۴
راکتورهای دارای سوخت اورانیوم طبیعی و کند کننده گرافیت در زمان جنگ دوم جهانی در ایالات متحده آمریکا به منظور تبدیل U 238به Pu 239برای مقاصد نظامی توسعه یافت . پس از جنگ این راکتور بنیان برنامه های تسلیحات هسته ای ایالات متحده امریکا و چند کشور دیگر را پایه گذاری کرد ، بنابراین جای تعجب نیست که راکتورهای با سوخت اورانیوم طبیعی آغازی برای توسعه صنعت نیروی هسته ای به ویژه در کشورهائی نظیر بریتانیا و فرانسه که در آن زمان فاقد امکانات تولید اورانیوم غنی شده مورد نیاز راکتورهای آب سبک بودند ، قرار گرفت. هر دو این ممالک در حال حاضر تاسیساات غنی کردن اورانیوم از نوع پخش گازی ساخته اند و هر دو کشور برای راکتورهای خود از سوخت غنی شده استفاده می کنند. راکتورهای اولیه مولد پلوتونیوم در ایالات متحده دارای دستگاه های خنک کننده با چرخه باز بودند که آب فقط یک بار از داخل قلب عبور می کرد . در حالی که راکتور مولد پلوتونیوم در بریتانیا دارای مدار خنک کننده هوا مدار باز بود که فقط یک بار هوا از داخل قلب عبور می کرد. بعدها در بریتانیا و فرانسه از مدار خنک کننده بسته هوا در راکتورهای قدرت استفاده کردند. این کار باعث شد که محفظه نگهدارنده به وجود آید که هم هسته های رادیواکتیو در آن محفوظ بماند و هم کنترلی روی مقدار آن باشد. در این راکتورها خنک کننده گاز CO2 است. این گاز ، جاذب نوترون حرارتی نیست در نتیجه خیلی رادیواکتیو نمی شود . در عین حال گاز CO2در درجه حرارت کمتر از ℉۱۰۰۰ از نظر شیمیائی پایدار است و با کند کننده یا سوخت هیچ گونه واکنشی انجام نمی دهد. شکل ظاهری راکتور هینکلی پوینت۱۵ که در غرب انگلستان قرار دارد و راکتور آن از نوع راکتورهای گازی پیشرفته است که در شکل (۱-۹) نشان داده شده است. قلب راکتور یک حجم مکعبی ۱۶ وجهی است که به یکدیگر متصل هستند و دارای کانال های عمودی سوخت می باشند که به صورت یک شبکه مربعی است. سوخت شامل قرص های اکسید اورانیوم (UO2) کمی غنی شده (۴/۱ تا ۶/۲ درصد در نواحی مختلف) می باشد. که در داخل لوله های فولادی زنگ نزن قرار دارند . این لوله های سوخت نیز در داخل یک استوانه توخالی گرافیتی قرار می‏گیرند که تشکیل یک میله سوخت را می دهند.[۶]
میله های سوخت در داخل کانال ها به نحوی قرار گرفته اند که گاز CO2 به راحتی از بین سوخت و کند کننده عبور می کند.

شکل ۱-۹) راکتور گازی پیشرفته[۲]

جریان واقعی گاز از داخل راکتور تا اندازه ای پیچیده است ولیکن جزئیات آن از نقطه نظر بحث حاضر چندان اهمیتی ندارد. گاز CO2از داخل کانال ها داخل قلب به طرف بالا می رود و از داخل شبکه نگهدارنده عبور می نماید و سپس از داخل یکی از چند مولد بخار که در اطراف قلب قرار دارند عبور می‏کند. گاز پس از عبور از مولدهای بخار از داخل پنکه ها یا دمنده ها که گاز را به جریان می اندازد عبور می کند و بدین ترتیب دوره گردش گاز کامل می شود.
به طوری که در شکل (۱-۹) نشان داده شده است ، قلب راکتورهای مولد بخار و پنکه ها همگی در داخل یک محفظه بتونی پیش فشرده بزرگ قرار دارند.
یکی از امتیازات راکتورهای خنک کننده گازی بهره زیاد آنهاست. نیروگاهی که در بالا شرح داده شد بخار فوق داغ با درجه حرارت حدود ℉ ۱۰۰۰و فشار psia 2400 تولید می کند و بهره کلی آن حدود ۴۲% است که به اندازه بهترین نیروگاه های فسیلی موجود امروزی می باشد . با وجود این هنوز جای تردید وجود دارد که راکتور بریتانیائی گازی پیشرفته AGR در ایالات متحده اقتصادی باشد ، زیرا سرمایه گذاری برای ساختن نیروگاه در انگلیس کمتر از ایالات متحده در نظر گرفته شده ، قدرت تولیدی AGR به ارزانی راکتور آب معمولی امریکائی است.
کوشش های سال های گذشته در زمینه توسعه تکنولوژی راکتورهای گازی در ایالات متحده در شرکت جنرال گلف اتمیک۱۶ متمرکز شده است و آنها سرگرم توسعه راکتور گازی با درجه حرارت بالا هستند. این راکتور حرارتی دارای کند کننده گرافیت است و با گاز هلیوم خنک می شود. از نقطه نظر خواص خنک کنندگی گازی ممتاز است. این گاز از گاز CO2 خنثی تر است و نوترون جذب نمی کند و بنابراین رادیواکتیو نمی شود. از شروع کار راکتور گازی درجه بالا از سوخت مخلوطی از توریوم و اورانیوم ۲۳۵ دارای غنای بالا استفاده می شود. اما با گذشت زمان که اورانیوم ۲۳۳ از تبدیل توریوم ۲۳۲ به وجود می آید ، جایگزین مقداری از اورانیوم ۲۳۵ می شود. این راکتور یک دستگاه زاینده نیست بنابراین همیشه بایستی مقداری اورانیوم ۲۳۵ در آن وجود داشته باشد. وقتی قلب راکتور در حال تعادل قرار می گیرد دارای اورانیوم ۲۳۵، توریوم ۲۳۲ و اورانیوم ۲۳۳ تولید شده است. از آنجا که سوخت این نوع راکتور دارای غنای بالا می باشد در مقایسه با راکتورهای گازی انگلیسی که اورانیوم طبیعی یا سوخت با غنای کم مصرف می کند به طور قابل ملاحظه‏ای کوچکتر است. در نتیجه سرمایه اولیه یک راکتور گازی درجه بالا خیلی کمتر از راکتور گازی انگلیسی است. سوخت راکتور گازی درجه بالا به صورت کره هایی کوچک متشکل از کاربید اورانیوم و توریوم CO2 (U, Th) با پوشش مخصوص می باشد که مانع نفوذ پاره های شکافت به اطراف می شود و کارخانه های سازنده میله های سوختی به طول ۵ سانتیمتر و به قطر ۱۲ میلیمتر پر از این ذرات که دارای ماده پیوند کربنی است می سازند.[۷]
سپس این میله ها را به داخل سوراخ های تعبیه شده در قطعات گرافیتی شش وجهی به طول ۷۸ سانتیمتر و قطر ۳۵ سانتیمتر قرار می دهند. قطعات شش وجهی را به صورت استوانه در مجاورت یکدیگر می گذارند تا قلب راکتور به وجود آید. سوراخ های اضافی برای عبور گاز خنک کننده و سوراخ های دیگر برای میله های کنترل تعبیه می شود. نحوه کار یک راکتور گازی درجه بالا شبیه یک راکتور گازی از نوع AGR است. به طوری که از شکل (۱-۱۰ ) دیده می شود گاز هلیوم از داخل قلب راکتور به طرف پائین جریان می یابد و سپس از داخل مولد بخار و مجددا به کمک پمپ به داخل راکتور برمی گردد. بخار حاصل از راکتور گازی با درجه حرارت بالا حدود ℉ ۱۰۰۰و psi2400 می باشد که بهره کلی دستگاه حدود ۴۰ درصد است. یک راکتور گازی با درجه حرارت بالا با توان۴۰ مگاوات الکتریک به منظور نشان دادن طرز کار راکتور در سال ۱۹۶۷ به کار افتاد . نوع تجاری آن به قدرت MW 330 در سال ۱۹۷۵ به کار افتاد. این نوع راکتور نیاز به سرمایه گذاری اولیه کم و هزینه سوخت کم دارد و اثرات محیطی آن حداقل می باشد.
۱-۳-۵ راکتور آب سنگین
این نوع راکتور دارای کند کننده و خنک کننده آب سنگین (D2 O) در چند کشور به ویژه در کانادا تحت توسعه یافته اند. کشور کانادا دارای امکانات گران قیمت غنی کردن اورانیوم نیست. طبیعی است که کانادائی ها دوست ندارند تولید نیروی برق خود را متکی بر دستگاه های غنی کردن اورانیوم کشورهای دیگر که کنترلی بر آن ندارند ، قرار دهند. اما در عین حال می خواهند از ذخائر طبیعی خود بهرمند شوند . بدین لحاظ راکتورهائی را انتخاب کرده اند که بتوانند با اورانیوم طبیعی کار کنند. به طوری که در بالا اشاره شد راکتورهای آب سبک نیاز به اورانیوم غنی شده دارند و بنابراین قابل قبول نمی باشند. از طرف دیگر راکتورهای خنک کننده گازی که کند کننده آنها گرافیت است ، در بریتانیا ساخته شده اند. اگر در آنها از سوخت اورانیوم طبیعی استفاده شود بسیار بزرگ هستند و هزینه اولیه آنها در دستگاه اقتصادی کانادا بالا خواهد بود. تنها راکتوری که از نقطه نظر اقتصادی مورد توجه است می تواند دارای سوخت اورانیوم طبیعی باشد راکتوری است که کند کننده آن آب سنگین باشد. چنین راکتوری می‏تواند با سوخت اورانیوم طبیعی کار کند زیرا سطح مقطع جذب دوتریوم ،D ، برای نوترن های حرارتی خیلی کم است و حتی کمتر از مثلا سطح مقطع جذب هیدروژن معمولی ، H ، است. در عین حال دوتریوم به صورت D2O دو برابر سنگین تر از هیدروژن در H2O است. بنابراین D2O از نقطه نظر کند کنندگی به اندازه H2O موثر نیست. مقدار متوسط کاهش انرژی نوترون ها در هر برخورد به D2O کمتر از برخورد به H2O است. بنابراین نوترون ها در H2O برای اینکه به انرژی حرارتی برسند تعداد برخورد بیشتری لازم دارند و فاصله بیشتری طی می کنند. قلب راکتور از نوع آب سنگین بزرگتر از قلب یک راکتور آب سبک است ، ولی خیلی کوچکتر از راکتور با کند کننده گرافیت و خنک کننده گازی می باشد.

شکل ۱-۱۰) نمودار راکتور گازی درجه بالا MW [8]
برای گریز از یک محفظه بزرگ و گرانقیمت کانادائی ها از لو له های تحت فشار استفاده کرده اند. سوخت در داخل لوله های (تحت فشار) قرار می گیرد. فاصله خنک کننده به طوری که در شکل (۱-۱۰) نشان داده شده است از داخل لوله عبور می کند ، لذا گرما از قلب راکتور به وسیله خنک کننده به خارج انتقال پیدا می‏کند بدون اینکه خنک کننده با کند کننده D2O تماس پیدا کند. بنابراین درجه حرارت کند کننده خیلی پائین تر از درجه حرارت خنک کننده خواهد بود و نیازی به تحت فشار قرار دادن آن نیست. درراکتورهای آب سنگین کانادا خنک کننده D2O است و برای اینکه به جوش نیاید تحت فشار می باشد. در هر صورت توجه زیادی به استفاده از خنک کننده ارزانتر نظیر آب معمولی یا مایعات آلی معطوف شده است.

شکل ۱-۱۱) نمودار دستگاه بخار در یک راکتور اب سنگین[۸]
با وجود هزینه کم سوخت اورانیوم طبیعی بعید به نظر می رسد که صنایع آمریکا این نوع راکتور را توسعه دهند. یکی از این عوامل ضریب مثبت راکتیویته و ضریب قدرت در اثر ازدیاد درجه حرارت است. بنابراین راکتور ذاتا” پایدار نیست. لذا یک ازدیاد ناگهانی قدرت به طور خود به خود منجر به ازدیاد بیشتر قدرت می شود و برای تحت کنترل درآوردن راکتور نیاز به یک عامل خارجی است. بر طبق مقرارات ایمنی کمیسیون انرژی اتمی امریکا عمل عکس در اثر ازدیاد قدرت لازم است.[۲]
راکتور های زاینده سریع با فلز مایع(LMFBR/FBR)
در راکتور های PWR وBWR  و دیگر انواع راکتور ها بخش عمده ای از واکنش شکافت بر روی

Leave a Comment