روسيا وتكنولوجيا الطاقة النووية (1)

بدأت الصناعة النووية الروسية (الإتحاد السوفيتى) مع مشروع القنبلة النووية عام 1942، عندما بدأت أعمال البحوث والتطوير لاستخدامات اليورانيوم فى المجال العسكرى.
فى عام 1946، كانت البداية عندما توصل الباحث الفيزيائى النووى Igor Kurchatov "إيغور كورتشاتوف" الى أول تفاعل نووى متسلسل ذاتى الاستدامة.
فى عام 1948، تم تشغيل أول مفاعل نووى روسى لإنتاج البلوتونيوم قدرته 100 ميجاوات.
فى 29 أغسطس 1949، أجرى أول اختبار لسلاح نووى روسى فى Semipalatinsk "سيميبالاتينسك".
فى 9 مايو عام 1954، كانت البداية مع استخدام الطاقة النووية فى توليد الكهرباء، فكان المفاعل APS-1 فى موقع أوبنينسك Obninsk، موديلAM-1، ذات قدرة 5 ميجاوات، وهو أول مفاعل فى العالم لإنتاج الكهرباء من الطاقة النووية، يستخدم المفاعل الماء الخفيف كمبرد، ويستخدم الجرافيت كمهدئ، والوقود يورانيوم، توضع حزم الوقود فى قنوات رأسية، ويمر ماء التبريد داخل القنوات الرأسية لتبريد حزم الوقود، والقنوات الرأسية موضوعة فى بلوكات جرافيت قلب المفاعل، وظل يعمل هذا المفاعل لمدة 48 عام حتى أغلق عام 2002.
عام 1955، كانت بداية تشغيل مفاعل BR-1، وهو نموذج أولى prototype لأول مفاعل فى العالم نيوترونى سريع (مفاعل مولد سريع) Fast Breeder Reactor FBR، وكانت قدرته صفر، ثم تلى ذلك تشغيل مفاعل مولد سريع قدرته 100 كيلووات.
فى هذه الفترة كان الهدف الإستراتيجى للإتحاد السوفيتى هو التسليح النووى، وخاصة انتاج البلوتونيوم الخاص بالأسلحة النووية، البلوتونيوم ينتج فى مفاعلات نووية تستخدم الماء كمبرد، وتستخدم الجرافيت كمهدئ للنيترونات، وهذه المفاعلات مصممة للعمل بنظام القنوات الرأسية Channel-type، وعناصر الوقود النووى "كريات إسطوانية" من اليورانيوم الطبيعى مرصوصة داخل أنابيب cladمصنوعة من الألومنيوم، وحزم الوقود توضع فى القنوات الرأسية، وهذه القنوات موضوعة داخل جرافيت قلب المفاعل، ولتسوية (تسطيح) الطاقة وتوزيع النيترونات على كامل قلب المفاعل، فقد كان يوضع كمية قليلة من قضبان الوقود النووى عالى التخصيب بجانب قضبان الوقود الأصلية.
انشأ الإتحاد السوفيتى مجمعات نووية متكاملة للوفاء بإحتياجات التسليح النووى، وهذه المجمعات كانت تضم مراكز ابحاث، ومفاعلات نووية لإنتاج البلوتونيوم ووحدات لاستخلاص البلوتونيوم، ووحدات لخدمة دورة الوقود النووى، ومن بين هذه المجمعات مجمع Tomsk-7 (Seversk)، وسوف نستعرض المفاعلات النووية التى كانت ضمن هذا المجمع والتى كان الهدف منها انتاج البلوتونيوم للأغراض العسكرية كما استخدم بعضها فى توليد الكهرباء :
فى عام 1955، تم تشغيل مفاعل I-1، القدرة الحرارية له بدأت ب 600 ميجاوات، ثم تم رفعها لتصبح 1200 ميجاوات، المفاعل يستخدم الماء كمبرد، ويستخدم الجرافيت كمهدئ، والوقود النووى يورانيوم، يستخدم القنوات الرأسية داخل جرافيت قلب المفاعل والتى يوضع فيها الوقود النووى، يعمل هذا المفاعل بنظام دورة تبريد مفتوحة Once-through، اغلق هذا المفاعل عام .1990
دورة التبريد المفتوحة، يتم فيها سحب مياه التبريد من مصدر خارجى (بحر، محيط، نهر، الخ)، ثم يتم ضخها فى قنوات تبريد المفاعل، وبعد ذلك يتم سحبها من المفاعل وصرفها فى البيئة المحيطة (بحر، محيط، نهر، الخ).
فى عام 1958، تم تشغيل ثانى محطة نووية روسية EI-2 لإنتاج الكهرباء، وكذا لإنتاج البلوتونيوم للأغراض العسكرية، القدرة الكهربية 100 ميجاوات، القدرة الحرارية بدأت ب 600 ميجاوات، ثم تم رفعها لتصبح 1200 ميجاوات، يستخدم الماء كمبرد، ويستخدم الجرافيت كمهدئ، والوقود يورانيوم، دورة التبريد مغلقة، يستخدم القنوات الرأسية داخل جرافيت قلب المفاعل والتى يوضع فيها الوقود النووى، كمية الوقود بالتقريب 150 طن من اليورانيوم، وكمية الجرافيت فى قلب المفاعل 1353 طن، اغلق هذا المفاعل عام 1990.
فى عام 1961، تم تشغيل مفاعل ADE-3، واغلق هذا المفاعل عام 1992.
فى عام 1963، تم تشغيل مفاعل ADE-4، واغلق هذا المفاعل عام 2008.
فى عام 1965، تم تشغيل مفاعل ADE-5، واغلق هذا المفاعل عام 2008.
المفاعلات ADE-3، ADE-4، ADE-5، القدرة الكهربية لهم هى من 150 الى 200 ميجاوات، والقدرة الحرارية بدأت ب 1600 ميجاوات، ثم تم رفعها لتصبح 1900 ميجاوات، هذه المفاعلات تستخدم الماء كمبرد، وتستخدم الجرافيت كمهدئ، والوقود يورانيوم، وتستخدم القنوات الرأسية داخل جرافيت قلب المفاعل والتى يوضع فيها الوقود النووى، عدد القنوات الرأسية هى 2832 قناة، عدد عناصر الوقود النووى لكل قناة هى 67 عنصر، كمية اليورانيوم الطبيعى فى قلب المفاعل هى 350 طن، كمية الوقود النووى عالى التخصيب (لتسوية الطاقة وتسوية توزيع النيترونات داخل قلب المفاعل) هى 75 كيلوجرام، معدل الأحتراق لوقود اليورانيوم بالميجاوات يوميا لكل طن وقود هو 600-1000 MW-day/t، وتعمل هذا المفاعلات بنظام دورة تبريد مغلقة.
بدأت روسيا فى التوسع فى استخدام المفاعلات النووية فى توليد الكهرباء، وكانت البداية فى محطة Beloyarsk، فى منطقة سفيردلوفسكSverdlovsk ، بطرازات جديدة من المفاعلات والتى تعتبر النسخة الأولية لمفاعلات تسمى RBMK، وهى أول مفاعلات فى موقع Beloyarsk تعمل بالنيترونات البطيئة فى الإنشطار المتسلسل thermal reactors (مفاعلات ذات النيترونات الحرارية)، فهى تستخدم الماء الخفيف كمبرد، وتستخدم الجرافيت كمهدئ، وتعمل عند ضغط 88 ضغط جوى (بار)، وعند درجة حرارة بخار 500 درجة مئوية أو 700 درجة مئوية (بخار محمص)Superheated steam ، وحزم الوقود توضع فى قنوات رأسية، وهذه القنوات موضوعة داخل جرافيت قلب المفاعل، ويسمح بحدوث غليان لمياه التبريد داخل القنوات الرأسية.
مياه التبريد (المبرد) تمر على حزم الوقود المتواجدة فى القنوات الرأسية فى جرافيت قلب المفاعل، والحرارة الناتجة من الإنشطار النووى المتسلسل تحملها مياه التبريد الى مولد البخار، ثم يخرج البخار من مولد البخار ويمر فى قنوات رأسية موجودة فى جرافيت قلب المفاعل، والجرافيت درجة حرارته مرتفعة، فترتفع درجة حرارة البخار ونحصل على بخار محمص، البخار المحمص يذهب الى التربينة، وهذه المفاعلات هى :
فى 26 أبريل عام 1964، بدأ تشغيل المفاعل الأول موديل AMB-100، قدرته 108 ميجاوات، وظل يعمل حتى تم إيقافة عن العمل فى 1 يناير 1983.
فى 29 ديسمبر 1967، تم تشغيل المفاعل الثانى موديل AMB-200 ، قدرته 160 ميجاوات، وتم إيقافه عن العمل فى 1 يناير .1989
فى موقع Novovoronezh، كانت البداية مع تشغيل نوع جديد من المفاعلات PWR، والتى تعمل بالماء الخفيف المضغوط كمبرد وكمهدئ، هذه المفاعلات أعتمدت عليها روسيا فى تصديرها للخارج، وتم ادخال عديد من التعديلات على الجيل الأول والثانى منها، والجيل الثالث متواجد حاليا داخل روسيا وخارجها، كما أن الجيل الرابع منها فى مرحلة التطوير، وهى تسمى بالروسية Водо-Водяной Энергетический Реактор ВВЭР، وتنطق بالإنجليزية Vodo-Vodyanoy Energetic Reactor VVER، وهى تعنى "مفاعل قوى ماء كمبرد- ماء كمهدئ"، أو Water-cooled Water-moderated WWER Energy Reactor.
قلب المفاعل (الوقود النووى المخصب) فى هذا النوع من المفاعلات يوضع فى وعاء ضغط Pressure Vessel، نسبة التخصيب U235هى 4.4% - 2.4% ، وماء التبريد مضغوطة فى الدائرة الإبتدائية (وعاء الضغط ومولدات البخار والطلمبات الرئيسية)، وماء التبريد (يستخدم كمهدئ فى نفس الوقت) يخرج من وعاء الضغط الى مولد البخار (مولد البخار أفقى) وهو يحمل جزء من حرارة الانشطار النووى، ثم يترك جزء من حرارته فى مولد البخار Steam Generator SG، ويعود مرة أخرى الى وعاء الضغط عن طريق الطلمبة الرئيسية، وللمحافظة على ضغط الدائرة الإبتدائية يستخدم الضاغط Pressurizer، حزم الوقود النووى سداسية الشكل، مولد البخار أفقى، وهذه المفاعلات هى:
فى 30 سبتمبر 1964، تم تشغيل مفاعل "نموذج أولى" prototype، موديل VVER-210، قدرته الكهربية 210 ميجاوات، القدرة الحرارية 760 ميجاوات، ضغط الدائرة الإبتدائية 100 بار، عدد مولدات البخار 6، كل مولد بخار فى دائرة مستقلة، درجة حرارة الماء الخارج من المفاعل 270 درجة مئوية، عدد حزم الوقود النووى المخصب 312، عدد حزم قضبان التحكم 37، معدل سريان مياه التبريد فى الدائرة الإبتدائية 36500 متر مكعب فى الساعة، هذا المفاعل ظل يعمل حتى تم ايقافه فى 16 فبراير .1988
فى 27 ديسمبر 1969، تم تشغيل مفاعل "نموذج أولى" prototype، موديل VVER-365، قدرته الكهربية الكلية 365 ميجاوات، وقدرته الكهربية الصافى 336، وقدرته الحرارية 1320 ميجاوات، عدد مولدات البخار 6، كل مولد بخار فى دائرة مستقلة، هذا المفاعل ظل يعمل حتى تم ايقافه فى 29 أغسطس 1990.
فى 27 ديسمبر1971، تم تشغيل مفاعل جديد وهو VVER-440/179، قدرته الكهربية الأجمالية 417 ميجاوات، صافى القدرة الكهربية 385، عدد مولدات البخار 6، كل مولد بخار فى دائرة مستقلة، درجة حرارة مياه التبريد الخارجة من المفاعل 297 درجة مئوية، ضغط الدائرة الأبتدائية 123 بار، وهذا المفاعل لازال يعمل حتى الآن.
فى 28 ديسمبر عام 1972، تم تشغيل مفاعل موديل VVER-440/179 آخر، وهذا المفاعل لازال يعمل حتى الآن.
هذا الموديل من المفاعلات انتشر استخدامه داخل روسيا (6 مفاعل تعمل حتى الآن) وخارج روسيا (17 مفاعل تعمل حتى الآن).
فى روسيا وفى موقع Kola يوجد عدد 2 مفاعل موديل VVER-440/230، وعدد 2 مفاعل موديل VVER-440/213، وفى موقع Novovoronezh يوجد عدد 2 مفاعل موديل VVER-440/179.
أما خارج روسيا، ففى "جمهورية التشيك" يوجد عدد 4 مفاعلات موديل VVER-440/213، وفى "سلوفاكيا" يوجد عدد 4 مفاعلات موديل VVER-440/213، وفى "فنلندا" يوجد عدد 2 مفاعل موديل VVER-440/213، وفى "أرمينيا" يوجد عدد 1 مفاعل موديل VVER-440/230، وفى "المجر" يوجد عدد 4 مفاعلات موديل VVER-440/213، وفى "أكرانيا" يوجد عدد 2 مفاعل موديل VVER-440/213.
الجيل الأول من مفاعلات VVER-440 تشمل الموديلات التالية : V-179, V-230, V-270.
الجيل الثانى من مفاعلات VVER-440 تشمل الموديل : V-213.
والى أن نلتقى فى الجزء الثانى، اترككم فى رعاية الله.