الهندسة المميزة لمفاعلي الـ "كنديسو"

ويسمح مفاعل CANDU، وهو مقياس لـ CANada Deuterium Uranium ، بتصميم مفاعل مائي مكثف مميّز يزود بالكهرباء في كندا وستة بلدان أخرى بما يزيد على نصف قرن.

ويسمح عنصر اليورانيوم الطبيعي (UO2) في أنبوب الضغط القابل للانهيار، بدلا من أن يكون مركب ضغط كبير واحد، بتحديد هيكل وحدة الوقود، وكل قناة للوقود هي عبارة عن تجمع أفقي منفصل يمكن الوصول إليه عن بعد أثناء عملية التشغيل الكامل للطاقة، وهذه القدرة على إعادة الإمداد بالطاقة تشكل حجر الزاوية في كفاءة الوقود في الأسطول، مما يتيح للمشغلين استبدال المفاعلات الصغيرة

الاقتصاد النيوتروني واستخدام اليورانيوم الطبيعي

ويستوجب أفضل فهم للصلة بين اعتدال المياه الثقيلة وكفاءة الوقود من خلال التوازن نيوترون، وفي مفاعل الماء الخفيف، يستوعب الموصلات الحرارية الكافية التي لا تستهلك سوى كميات من اليورانيوم المخصب التي تبلغ 3.5 في المائة من اليورانيوم - 235 - كان، ويستوعب جهاز المياه الثقيل التابع للوحدة ما يقرب من 1/70 درجة كنسبة من الماء الخفيف، بحيث يمكن للمفاعل أن يحافظ على الأهمية التي تحتوي على اليورانيوم الطبيعي 0.7 في المائة.

The Burnup, measured in megawat-days per tonne of uranium (MWd/tU), is the standardyardstick for fuel efficiency. Early CANDU units at Beckering achieved burnup levels around 7,500 MWd/tU in the 1970s, already respectable for natural uranium. Today, standard 37-element natural uranium bundles operating in the Darlington and Bruce Belle stations routinely exceed [FT

الإنجازات في استخدام الوقود

وقد حسنت المرافق الكندية وشركاؤها في البحوث بصورة منهجية أداء الوقود في إطار الاتحاد على مدى عدة عقود، وتستحق ثلاثة إنجازات رئيسية اهتماما خاصا لأنها توضح مدى قدرة التجربة التشغيلية العميقة على زيادة المكاسب الكبيرة في استخدام الوقود وفي الاقتصاد العام للنباتات.

حرق ما بعد الحدود التاريخية

(أ) إن تطوير CANFLEX (CANDU FLT) في شكل زيادة في قيمة الوقود، و3، و3، و3، و3، و4، و3، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و4، و5، و4، و5، و5، و4، و4، و5، و5، و4، و4، و4، و5، و5، و5، و5، و4، و5، و5، و5، و5، و4، و4، و5، و5، و4، و5، و4، و4، و4، و4، و4، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و4، و4، و5، و5، و4، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و5، و4، و4

دورات الوقود الموسعة وغازات عوامل القدرة

ويسمح إعادة الإمداد بالوقود في إطار الطاقة الكهربائية، في حد ذاته، لمفاعلات وحدة سواتل CANDU بتفادي القيود التي تكتنف الدورة، وبدلا من العمل في دورات ثابتة تتراوح بين 12 و 24 شهرا، فإن وحدة من وحدات الطاقة التقليدية لا تحقق بانتظام سوى مئات من عمليات إعادة الوقود الصغيرة كل سنة، حيث يتم استبدال مجموعة أو حزمتين من الوقود لكل قناة، وقد أدت القدرة على تصميم الجدول الزمني لإعادة الإمداد بالوقود إلى حالة الاحتراق الفعلي لكل قناة إلى الحد الأقصى.

التقليل إلى أدنى حد من حجم الوقود المستهلك

كما أن كفاءة الوقود تقاس في النفايات الناشئة، لأن مفاعلات الاتحاد الوطني الصيني تستخرج طاقة حرارية من كل طن من اليورانيوم أكثر من كمية الوقود المثرى (بعد محاسبة مؤخرات التخصيب) وتنتج كمية أقل من الوقود المستهلك في كل ساعة من الكهرباء المتولدة.

وقد جمعت مجموعة مالكي هذه المجموعة بيانات تشغيلية واسعة النطاق تؤكد أن معدلات عيوب الوقود في الأسطول الكندي لا تزال أدنى من ] 0.01 في المائة ، وهي مادة قياسية عالمية تدعم بشكل مباشر الطموحات العالية الحروق، وهذه معدلات الفشل المنخفضة هي نتيجة للتحسينات الدقيقة في تصميم الموقود.

خريطة الطريق في المستقبل: الوقود والمواد والتكامل الرقمي

وتتابع الصناعة النووية الكندية، بدعم من الموارد الطبيعية في كندا ] والمجتمع الدولي الأوسع نطاقا، بنشاط عدة مسارات تكنولوجية مصممة لزيادة تحسين كفاءة الوقود والاستدامة والسلامة، وتُحدد الأهداف التالية التطور القريب إلى المتوسط الأجل لدورات وقود اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين، مع التركيز على التحسينات الإضافية التي يمكن إدخالها دون إدخال تعديلات رئيسية على المفاعلات، مع استكشاف خيارات أخرى في الأجل الطويل.

مركبات الوقود المتقدمة: موكس، دبليوك، ثوريوم

One of the most promising near-term strategies is the introduction of mixed-oxide (MOX) fuel, in which plutonium recovered from spent LWR fuel is blended with natural or depleted uranium oxide. CANDU’s flexible neutron balance makes it an ideal partner reactor for plutonium disposition, as it can achieve high burnup with MOX without requiring major equipment modifications.

ويمكن أن تؤدي التحقيقات الموازية في الوقود الموجود على أساس الهرمونات إلى إجراء تحقيقات جارية، حيث يمكن أن يؤدي الثايوم - 232 إلى زيادة القدرة على الاستمرار، وعندما يُشع في قلب من وحدات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لليورانيوم المحاط بمركبات جديدة لإنتاج اليورانيوم - 233.

الوقود المسبب للحوادث والمتقدّم

وتفرض زيادة في تركيبات الوقود على ارتفاع معدلات التحلل الحراري، وتزيد من معدلات التحلل الحراري في إطار آلية التوليد المتطورة (العاملة في إطار التركيز على المواد الهيدروجينية) حيث تزيد معدلات التعرض للإصابة بغاز التراكم (العاملة في إطار المادة 3)

التوابع الرقمية والتصوير الفعلي لأداء الوقود

ويتجه الأسطول نحو نموذج تشغيلي قابل للتداول رقمياً حيث يتتبع كل تيار من أنواع الوقود بواسطة برامجيات ذات قدرة عالية على التحلل، وتُحدّد هذه المواصفات من خلال برامجيات متطورة من خلال أجهزة توليد الطاقة، وتُحدّد من سرعة التحلل من خلال أجهزة توليد الوقود، وتُحدّد هذه النماذج من خلال برامج التفريغ بالوقود المُتّسمة بالأشعة.

المفاعلات النموذجية الصغيرة وتركيب الكوندو

(ب) إن دروس كفاءة الوقود المستمدة من أسطول وحدة الكميات الصغيرة من اليورانيوم المستنفد يجري نقلها مباشرة إلى الجيل القادم من المفاعلات النموذجية الصغيرة التي تعتمد على تكنولوجيا المياه الثقيلة، وتظل مفاهيم مثل Enhanced CANDU 6 (EC6) [F- EvenT:1]، ومختلف نماذج المولدات المتقدمة من PHWR تُعدّل في كندا، وتحتفظ في الخارج بالمبدأ الأساسي المدمج

الآثار الاقتصادية والبيئية

:: استمرار التحسينات في كفاءة الوقود من خلال كل من الميزانية العمومية والبصمة البيئية لمصانع الطاقة النووية، ويعني الاحتراق العالي أن كل طن من اليورانيوم الملغوم ينتج مزيداً من الكهرباء، ويقلل من آثار التعدين في أعلى مستويات اليورانيوم ومطاحنه لكل ساعة من ساعات العمل، ووفقاً لـ Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC):

ومن الناحية الاقتصادية، فإن القدرة على توسيع موارد الوقود تقلل من التكلفة المتغيرة لمشغلي توليد الدروع من تقلبات أسعار بقع اليورانيوم، أما بالنسبة للولايات التي تستورد اليورانيوم، فإن زيادة بنسبة 10 في المائة في متوسط حروق التصريف يمكن أن تؤدي إلى تخفيض بنسبة 10 في المائة في المشتريات السنوية من الوقود الطازج، مما يوفر ملايين الدولارات لكل سنة من سنوات المفاعل، كما أن نشر دورات التصريف بالأشعة دون الحمراء أو المزودة بمقياس المميتنيوي سيزيد من تكاليف التوليد الناجمة عن تعدين، مما يوفر زيادة في حجما للوقود بنسبة 37 في نهاية المطاف(35).

التعاون الدولي والتقدم التنظيمي

وقد وضعت اللجنة الوطنية للتعاون التقني إطاراً للترخيص لأشكال الوقود المتقدمة والمظاريف العالية الحروق، وأجرت استعراضات أمان تشمل التشغيل العادي، والظروف العابرة، والحوادث الشديدة، وأتاحت مشاريع تعاونية من خلال [الإطار الاستراتيجي]]، وبرنامج البحوث المنسقة [الاستعراض الإشعاعي] التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية، إعداد قواعد بيانات عن أداء الوقود الكندي المتسارع.

ويجري تحديث المعايير التي وضعتها مجموعة CSA لتصميم الوقود وصنعه (مثل سلسلة CSA N285.0 وN287) لإدراج حدود حرق أعلى ومواد متقدمة للتنبؤ بالوقود، وضمان بقاء التنبؤات المدونة محافظة، وبناء حالة الأمان على أدلة تجريبية قوية.

التغلب على التحديات المتبقية

ورغم أن المسار واعد، فإن عدة عقبات تقنية واقتصادية لا تزال قائمة، فالتعرض الطويل للتدفقات العالية من النيوترونات والكيمياء المبردة العدوانية يمكن أن يعجلوا بتشريد التآكل والهيدروجين، مما قد يحد من الحد الأقصى للحرق العملي إلا إذا تم نشر سبيكات أو معاطف جديدة، كما أن زيادة إنتاج مركبات الوقود ذات الترددات العالية والفولطية العالية جداً تتطلب الاستثمار في مرافق التصنيع والتبني التجاري، علاوة على ذلك،

وثمة تحد آخر يتمثل في إدارة زيادة إطلاق الغازات الانشطارية في ارتفاع درجة حرارة الوقود، حيث أن حجم الغازات الانشطارية المحصورة في ارتفاعات نباتات الوقود، وزيادة الضغط الداخلي على القاع، والتشديد على التكتل، كما أن تصميمات الوقود المبتكرة، مثل الخيوط الأساسية ومصاميم النيوترونات القابلة للحرق، لا تزال تستكشف للتخفيف من هذه المسألة.