تصميم مفاعلات كاندو: المعالم الرئيسية التي تعزز السلامة والاعتماد

تصميم مثقف بعقد الأداء المحترف

ويمثل مفاعل CANDU (CANada Deuterium Uranium) فرعا متميزا وناجعا من تكنولوجيا الطاقة النووية، الذي وضع في كندا، ينتمي إلى أسرة مفاعل المياه الثقيل المضغطة، ويجعل اختياراته الأساسية في تصميم المياه الثقيلة مستعملة كمدير ومبردة على السواء، ويستخدم أنبوب الضغط الأفقي بدلا من سفينة ضغط كبيرة واحدة، ويمكِّن من إنشاء مفاعل آمن على الطاقة.

المعمار الأساسي: كيف تغير الماء الثقيل والتوتا الأفقية اللعبة

الماء الثقيل كوسيط ورائع

والسمة المميزة للوحدة هي استخدامها للمياه الثقيلة (أكسيد الديوتروم، ودال-2O) بوصفها موصلاً للنيوترون ومبرداً أولياً، كما أن المياه العادية التي تستهلك مزيداً من النيوترونات، مما يعني أن أجهزة اليورانيوم المتطورة تحتاج إلى وقود مخصب (أي ما يتراوح بين 3 و5 و5٪ من اليورانيوم) للحفاظ على تفاعل متسلسل.

Hurizontal Pressure Tubes and the Calandria

ويتكون جوهر المفاعل من خزان كبير مسيل للسكرات يسمى الكالاندريا، الذي يحتوي على مئات قنوات الوقود الأفقي، حيث يحتوي كل قناة على أنبوب ضغط مرتفع، ومبردات عالية الضغط في المياه الثقيلة، ويفصل أنبوب الضغط عن الأنبوب التايلندي بواسطة نويدات مجهزة بالغاز، ويحيط جهاز التحكم في المياه الثقيلة الأنبوبي بضغط منخفض ودرجات حرارة.

كما أن تصميم الضغط الأفقي يتيح الوصول إلى القنوات الفردية، ويمكن عزل كل قناة وقودها، وتفتيشها بصورة مستقلة في حين يواصل المفاعل عمله، وهذا النموذج مستحيل في نموذج من نوع PWR مع سفينة واحدة وقاعدة داخلية، وييسر التصميم إعادة الإمداد بالطاقة الكهربائية والتزود بمواد في منتصف العمر، حيث يمكن استبدال مجمعات قنوات الوقود الرئيسية بأكملها دون قطعها.

السلامة المتولدة: المعاملات السلبية والخط الساخن

معاملات القوة السلبية والصوت

ومن السمات الأساسية لسلامة اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين معامله القوي السلبي في القدرة على التفاعل، ومع ارتفاع طاقة المفاعلات وارتفاع درجة حرارة الوقود، مما أدى إلى توسيع نطاق عمليات الاستيعاب الحراري في اليورانيوم - 238 - وهذا يقلل من القدرة على التفاعل، وفي الوقت نفسه، يتوسع مدير إدارة المياه الثقيلة بشكل طفيف، ويقلل من كثافة الطاقة ويزيد من سرعة التفاعل.

إن تغير القدرة على العمل هو أمر سلبي في ظروف التشغيل العادية، وهذا يعني أن فقدان الغاز المبرد يؤدي إلى إحداث باطلة في المفاعل، بدلاً من أن يسبب ارتفاعاً في الطاقة غير متحكم به كما يمكن أن يحدث في بعض تصميمات الوقود المتطورة

إزالة حرارة الدفاتر

وحتى لو لم تكن جميع نظم التبريد الطارئ موجودة، فإن وحدة مكافحة التوليد لديها مصارف حرارية متعددة، ويمكن لمدير المياه الثقيلة المحيطة بأنبوب الضغط أن يمتص حرارة التحلل لعدة ساعات من خلال الإقناع الطبيعي وحده، ويمنع تذويب الوقود، وعلاوة على ذلك، فإن خلية الكالاندريا المليئة بمياه خفيفة توفر مغسلة حرارية إضافية.

نظم السلامة المهندسة: الدفاع في ديبث

نظامان مستقلان، سريعي الإقفال

ويُجهز كل مفاعل من مفاعلات النيتروز بنظم إغلاق مستقلة مادياً ووظيفياً (S1 وSDS2). ويستخدم نظام SDS1 عادة قواعد مقفلة محركها الجاذبية مصنوعة من مواد النيتروز (مثلاً، النيدرونيوم أو البورون) في تصميمات أكثر، ويساعد الميكانيكيون على إدخالها بالكامل في غضون ثانيتين.

التبريد الأساسي والحقن المتعدد المراحل

إن كانت الإنبوبات المبردة الأولى، فإن نظام التبريد الأساسي في حالات الطوارئ يوفر حقن الماء في مراحل متعددة، حيث أن الحقن العالي الضغط يملأ في البداية قنوات الوقود، ويتبعه استعادة القدرة على التحكم في الطاقة الكهربائية على المدى المتوسط، وإعادة التلقيح الطويل باستخدام المياه من مصادر مضخة المباني أو مصادر خارجية، ولأن اللب يتألف من قنوات أفقية مستقلة عديدة، يمكن توجيه المياه على وجه التحديد إلى المناطق المتضررة.

احتواء مبنى الكاوم

معظم محطات الوحده المتعددة تُظهر خلايا مكنسة مُشتركة نظاماً فريداً للقمع، مظروف الاحتواء (مبنى المفاعل) مُتصل بمبنى الفراغ عبر صمامات العزل الكبيرة، في حادث، تُنتج البخار والنسيج في مبنى المفاعل تسبب ارتفاعاً في الضغط، مما يُفتح الصمامات ويُدخل المخلوط إلى مبنى المكنسة

الدائرة الابتدائية المنخفضة الضغط ودائرة ليك - بيفور - برياك

مقارنة بـ (بي.دي.آر) (يعمل في الساعة 15 مساءاً) تعمل المبردة الرئيسية في (ساندي) في الساعة 10:

الموثوقية التشغيلية: إعادة الوقود في الدول ومصانع القدرة العالية

عملية تجديد الوقود المستمرة

القدرة على إعادة الوقود أثناء العمل بكامل طاقتها هي أكثر سمات تشغيل وحدة مكافحة المخدرات في منطقة كوندو، وجهازان للوقود يعملان عن بعد، وواحد في كل نهاية من المفاعل يعملان معاً، وحزمة جديدة من الوقود تُدفع إلى طرف واحد من القناة الأفقية بينما يتم استخراج الحزمة المستنفدة من الطرف الآخر، وهذه العملية تحدث يومياً، وتستبدل عادة بعض الحزم في كل قناة من القنوات المتعددة)٤(.

وهذه القدرة المستمرة على إعادة الوقود تؤدي إلى عوامل قدرة غير مسددة، تتجاوز في كثير من الأحيان 90 في المائة على أساس العمر، حيث تصل الوحدات الفردية إلى أكثر من 95 في المائة في سنة معينة، كما أن النباتات مثل محطة توليد الطاقة الكهربائية في بروس وأونتاريو في كندا، فضلا عن وحدات فولسونغ في كوريا الجنوبية، تصنف باستمرار بين محطات الطاقة النووية ذات الأداء الأعلى في العالم، ويؤثر الاكتشاف المالي على نحو هائل:

الصيانة على الإنترنت وتجديد منتصف العمر

كما أن تصميم نظام الضغط الأفقي يتيح صيانة واسعة النطاق على شبكة الإنترنت، ويمكن أن تُقطع القنوات الفردية عن طريق الوقود، وأن تُفتش دون التأثير على القنوات المجاورة، مما أتاح للمشغلين القيام بحملات إعادة تشكيل كاملة، مما يزيد من تفاقم جميع أنبوب الضغط وأنبوب الكالاندريا، كجزء من تجديد منتصف العمر، وعلى سبيل المثال، قام بروس باور ودارلنغتون بتنفيذ مشاريع ضغط متعددة السنوات(30).

مرونة الوقود: ما بعد اليورانيوم الطبيعي

إن اقتصاد النيوترونات السوبر في وحدة مكافحة التخصيب وإمدادات الطاقة تتيح لها استخدام مجموعة واسعة من أنواع الوقود، بينما اليورانيوم الطبيعي هو المعيار، يمكن للتصميم أيضاً أن يعمل على اليورانيوم المثرى قليلاً (اليورانيوم المضغوط، حتى 1,5٪ من اليورانيوم-235)، اليورانيوم المسترجع من إعادة المعالجة، أكسيد متعدد الأطراف، الوقود المحتوي على ثوريوم.

إن مجموعة الوقود المرنة التي وضعتها المختبرات والصناعة النووية الكندية هي مجموعة من المواد التي تبلغ من 43 عنصراً، وهي أفضل من حيث الحرق وتحسين الأداء الحراري - الهيدروليكي، وهي تقلل من درجات الحرارة في مركز الوقود، وتزيد من تعزيز هوامش الأمان، ويمكن أن تستجيب المرافق لذلك للتغييرات في أسواق الوقود أو السياسات الوطنية لدورة الوقود دون إعادة تصميم المفاعلات الأساسية.

سجل مسار الخبرة التشغيلية العالمية والسلامة

وقد تراكمت مفاعلات الاتحاد الوطني الصيني في الأرجنتين على نحو جيد أكثر من 400 سنة من سنوات التشغيل في جميع أنحاء كندا وكوريا الجنوبية ورومانيا والصين والهند وباكستان والأرجنتين، ولم تشهد وحدة مكافحة المخدرات في أي وقت من الأوقات حزاماً أو إطلاقاً كبيراً من خارج الموقع للمواد المشعة، وقد احتوت حوادث مثل تمزق الأنبوب الضغط في بيكرينغ ألف (1983) على حواجز زائدة وأدت إلى تحسين ضغط الزبيب - 2 على نطاق الأسطول.

وقد برهنت على قدرة التصميم على مواجهة المخاطر الخارجية من خلال اختبارات الإجهاد، وبعد حادث فوكوشيما دايتشي، أجرت وحدات اتحاد الجمهوريات الكندية في رومانيا (كرنافودا) وكندا تقييمات شاملة من جانب الجهات التنظيمية، بما في ذلك لجنة الأمان النووي الكندية .

الاعتبارات البيئية والاقتصادية

عوامل القدرة العالية تعني أن محطات الـ "كاندا" تنتج طاقة نظيفه أكثر لكل وحدة من وحدات الاستثمار الرأسمالي، تخفض انبعاثات الكربون في دورة الحياة لكل ميغاواط، لأنها تستخدم اليورانيوم الطبيعي بدون إثراء، دورة الوقود الأمامية لها تأثير منخفض على الطاقة والكربون، وتظهر الدراسات التي أجرتها وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي أن جميع أنواع المفاعلات لديها انبعاثات غازات الدفيئة في دورة الحياة تبلغ حوالي 10-15 غراماً من ثاني أكسيد الكربون

ومن منظور اقتصادي، يؤدي تجنب مرافق الإثراء إلى خفض التكاليف الرأسمالية والتشغيلية، وقدرة العمل باستمرار دون زيادة الوقود إلى تحسين القدرة على التنبؤ بالتدفق النقدي، بينما تؤدي عمليات التجديد في منتصف العمر، في حين أنها مكلفة، إلى توسيع حياة النباتات لعقود في جزء من تكلفة البناء الجديد، وقد أثبت العاملون مثل ]Ontario Power Generation، ضمان القدرة الاقتصادية على توفير هذه الوحدات.

تطور التصميم: تعزيز المعارف التقليدية والتصورات المستقبلية

وفي حين أن وحدة التنسيق الوطنية الأصلية 6 ومشتقاتها لا تزال هي الآفاق، فإن التصميمات التطورية مثل المفاعل المتطور للشبكة (ACR) قد أدرجت سمات أمان أكثر سلبية، مثل تحسين عملية التبريد في أجهزة الموصل، وإعادة الإمداد بالماء الوبائي، ونظم مبسطة لخفض التكاليف، ورغم أن برنامج إعادة تصميم المركبات قد تم تم تم تم تم تم تمهيده، فقد استنفت دروسها تحسينات في مجال السلامة عبر الأسطول، ولا سيما في إدارة الحوادث الخطيرة وما بعد التأهب.

وما زالت البحوث مستمرة في استخدام وحدة مكافحة الأسلحة النووية لحرق البلوتونيوم من الأسلحة المفككة ومن أجل دورات وقود الثوريوم، ومرونة المفاعل وخصائص الأمان القوية تجعله مرشحا جذابا لنظم الطاقة النووية المستدامة في المستقبل، ومع سعي البلدان إلى إزالة الكربون من شبكاتها الكهربائية، فإن وحدة الأسلحة النووية التابعة للوحدة - التي ثبتت موثوقيتها، والسلامة المتأصلة، ومرونة الوقود - تُعد تكنولوجيا قيمة ودائمة.