عندما مفاعل تقسيم ذرة الطاقة النووية المصنع يعمل بشكل طبيعي ، ويقال أنه "حرج" أو في حالة "حرجة". إنها حالة ضرورية للعملية عندما يتم إنتاج الكهرباء الأساسية.
قد يبدو استخدام مصطلح "الحرجية" غير بديهي كوسيلة لوصف الحالة الطبيعية. غالبًا ما تصف الكلمة في اللغة اليومية المواقف التي تنطوي على احتمالية وقوع كارثة.
في سياق الطاقة النووية ، تشير الأهمية إلى أن المفاعل يعمل بأمان. هناك مصطلحان متعلقان بالحرجية - الحرجة الفائقة والحرجة الفرعية ، وهما أمران طبيعيان وضروريان أيضًا لتوليد الطاقة النووية بشكل صحيح.
الحرجية دولة متوازنة
استخدام المفاعلات النووية اليورانيوم قضبان الوقود - أنابيب معدنية طويلة ونحيفة من الزركونيوم تحتوي على حبيبات من المواد القابلة للانشطار لتوليد الطاقة من خلال الانشطار. الانشطار هو عملية تقسيم نوى ذرات اليورانيوم لإطلاق النيوترونات التي بدورها تقسم المزيد من الذرات ، وتطلق المزيد من النيوترونات.
تعني الخطورة أن المفاعل يتحكم في تفاعل سلسلة انشطار مستمر ، حيث يطلق كل حدث انشطار عددًا كافيًا من النيوترونات للحفاظ على سلسلة مستمرة من التفاعلات. هذه هي الحالة الطبيعية لتوليد الطاقة النووية.
تنتج قضبان الوقود داخل مفاعل نووي وتفقد عددًا ثابتًا من النيوترونات ، ونظام الطاقة النووية مستقر. يوجد لدى فنيي الطاقة النووية إجراءات معمول بها ، بعضها آلي ، في حالة ظهور حالة يتم فيها إنتاج أو فقدان المزيد من النيوترونات.
ينتج الانشطار قدرًا كبيرًا من الطاقة على شكل حرارة عالية جدًا وإشعاع. هذا هو السبب في وجود المفاعلات في هياكل محكمة الغلق تحت قباب خرسانية سميكة مدعمة بالمعادن. تسخر محطات الطاقة هذه الطاقة والحرارة لإنتاج البخار لدفع المولدات التي تنتج الكهرباء.
السيطرة على الحرجة
عندما يبدأ تشغيل المفاعل ، يزداد عدد النيوترونات ببطء بطريقة مضبوطة. يتم استخدام قضبان التحكم الممتصة للنيوترونات في قلب المفاعل لمعايرة إنتاج النيوترون. تصنع قضبان التحكم من عناصر ممتصة للنيوترونات مثل الكادميوم أو البورون أو الهافنيوم.
كلما انخفض عمق القضبان في قلب المفاعل ، زادت النيوترونات التي تمتصها القضبان ويحدث انشطار أقل. يقوم الفنيون بسحب أو خفض قضبان التحكم في قلب المفاعل اعتمادًا على ما إذا كان المطلوب أكثر أو أقل من الانشطار ، وإنتاج النيوترون ، والطاقة.
في حالة حدوث عطل ، يمكن للفنيين غمر قضبان التحكم عن بُعد في قلب المفاعل لامتصاص النيوترونات بسرعة وإغلاق التفاعل النووي.
ما هي الحرجة؟
عند بدء التشغيل ، يتم وضع المفاعل النووي لفترة وجيزة في حالة تنتج المزيد من النيوترونات أكثر من المفقودة. تُسمى هذه الحالة الحالة فوق الحرجة ، والتي تسمح بزيادة عدد النيوترونات وزيادة إنتاج الطاقة.
عندما يتم الوصول إلى إنتاج الطاقة المطلوب ، يتم إجراء التعديلات لوضع المفاعل في الحالة الحرجة التي تحافظ على توازن النيوترون وإنتاج الطاقة. في بعض الأحيان ، مثل إيقاف الصيانة أو إعادة التزود بالوقود ، يتم وضع المفاعلات في حالة دون الحرجة ، بحيث ينخفض إنتاج النيوترون والطاقة.
بعيدًا عن الحالة المثيرة للقلق التي يشير إليها اسمها ، فإن الأهمية الحرجة هي حالة مرغوبة وضرورية لمحطة طاقة نووية تنتج تيارًا ثابتًا وثابتًا للطاقة.