كانفليكس

كانفليكس عبارة عن حزمة وقود متطورة مصممة خصيصًا لمفاعلات كاندو النووية . اسمها مشتق من وظيفتها: التزويد المرن بالوقود في مفاعلات كاندو. طُوّرت هذه الحزمة من قِبل هيئة الطاقة الذرية الكندية ( AECL ) بالتعاون مع المعهد الكوري لأبحاث الطاقة الذرية ( KAERI ). ويؤكد المصممون أنها ستوفر العديد من المزايا لمفاعلات كاندو الحالية والمستقبلية التي تستخدم اليورانيوم الطبيعي أو دورات الوقود النووي المتقدمة الأخرى . وتشمل هذه المزايا هوامش تشغيل وأمان أكبر، وعمرًا أطول للمحطة، وكفاءة اقتصادية أفضل، وزيادة في الطاقة.

تحتوي حزمة CANFLEX على 43 عنصر وقود، بمقاسين مختلفين. ^{[ 1 ]} يبلغ قطرها حوالي 10 سم (أربع بوصات)، وطولها 0.5 متر (20 بوصة)، ووزنها حوالي 20 كجم (44 رطلاً)، وهي تحل محل الحزمة القياسية ذات 37 دبوسًا. صُممت خصيصًا لزيادة كفاءة الوقود باستخدام قطرين مختلفين للدبابيس. هذا يقلل من قدرة الدبابيس الأكثر سخونة في الحزمة، مع الحفاظ على إجمالي قدرة الحزمة. كما يتضمن التصميم تعديلات هندسية خاصة تُحسّن انتقال الحرارة بين الوقود والمبرد المحيط. تم اختبار 24 حزمة وقود من هذه الحزمة في مفاعل Point Lepreau CANDU 6 في نيو برونزويك، كندا، وتشير النتائج إلى أن CANFLEX تلبي جميع التوقعات والمتطلبات التنظيمية.

لتحقيق ذلك، تستخدم حزمة CANFLEX حلقتين متحدتي المركز من قضبان ذات قطر أصغر (11.5 مم) تحيطان بنواة من قضبان أكبر قليلاً (13.5 مم)، مما يمنحها توزيعًا شعاعيًا أكثر استواءً للطاقة ويقلل ذروة الطاقة الخطية بنحو 20% مقارنةً بالتصميم ذي 37 عنصرًا. يتضمن التصميم الهندسي زوائد لتحسين التدفق الحراري الحرج، وطلاءات جرافيت CANLUB على السطح الداخلي لأغلفة الوقود لتقليل التفاعل بين الكريات والكسوة، وتصميمات محسّنة للفواصل ووسادات التحميل لتحسين نقل الحرارة والاستقرار الهيدروليكي. والنتيجة هي زيادة في التدفق الحراري الحرج (CHF) وزيادة في طاقة القناة الحرجة بنسبة 4-5%، مما يحسن هوامش الجفاف ويعزز سلامة المفاعل.

تتوافق حزمة CANFLEX تمامًا مع قنوات مفاعل CANDU الحالية وآلات التزويد بالوقود، ولا تتطلب أي تغييرات في أجهزة المفاعل أو أنظمة إعادة التزويد بالوقود، مما يجعلها بديلاً جاهزًا تمامًا لتصاميم الوقود الحالية. كما تتيح مرونتها التشغيل مع مجموعة واسعة من أنواع الوقود - اليورانيوم الطبيعي (CANFLEX-NU)، واليورانيوم المخصب قليلاً (CANFLEX-SEU)، واليورانيوم المستخلص من الوقود المستهلك لمفاعلات الماء الخفيف (CANFLEX-RU)، والوقود منخفض التفاعل الفراغي (CANFLEX-LVRF).

• CANFLEX-NU: يستخدم اليورانيوم الطبيعي UO₂ ويعمل كتصميم أساسي؛ مؤهل ومثبت في المفاعلات الكندية والكورية.
• CANFLEX-RU: يستخدم اليورانيوم المستعاد (≈0.9% U-235) من وقود المفاعلات النووية الخفيفة المعاد معالجته، مما يسمح بإعادة التدوير وتقليل الطلب على اليورانيوم.
• CANFLEX-SEU: يستخدم اليورانيوم المخصب قليلاً (≈1.0–1.2% U-235)، مما يوفر احتراقًا أعلى وتكاليف دورة وقود أقل.
• CANFLEX-LVRF: يستخدم ≈1% من اليورانيوم المخصب UO₂ المحسن لتفاعل الفراغ السلبي، والذي تم تطويره لبرنامج الوقود الذي يركز على السلامة في شركة Bruce Power.

أظهرت الدراسات أن وقود CANFLEX-RU أو CANFLEX-SEU يمكن أن يحقق احتراقًا أعلى بمقدار 1.7 مرة من وقود اليورانيوم الطبيعي القياسي، مع درجة حرارة سلبية ومعاملات فراغ أكثر، مما يعزز السلامة العامة.

بدأ التطوير في منتصف الثمانينيات من قبل شركة AECL، وانضمت إليها KAERI في عام 1991. تم الانتهاء من التصميم والتحقق من صحته من خلال اختبارات مكثفة خارج المفاعل، بما في ذلك اختبارات الاحتكاك الميكانيكي واختبارات التدفق الهيدروليكي وتجارب تدفق الحرارة الحرجة.

في عام 1998، أُجريت تجربة إشعاعية لـ 24 حزمة من CANFLEX-NU في مفاعل Point Lepreau CANDU-6 (نيو برونزويك، كندا). وقد أكدت النتائج جميع التوقعات التصميمية، حيث أظهرت سلامة هيكلية ممتازة، وملامح احتراق متوقعة، وامتثالاً للمعايير التنظيمية.

أُجريت اختبارات موازية في وحدة ولسونغ 1 (كوريا الجنوبية)، حيث قامت هيئة أبحاث الطاقة الذرية الكورية (KAERI) بتعريض 24 حزمة من وقود CANFLEX-NU للإشعاع للتحقق من أدائها في ظل ظروف التشغيل الكورية. وقد أثبت نجاح هذه الاختبارات الأداء الميكانيكي والنووي لوقود CANFLEX، مما يمهد الطريق لتسويقه تجارياً.

بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كان وقود CANFLEX-NU مؤهلاً بالكامل للتشغيل في المفاعلات النووية. وانضمت شركة الوقود النووي البريطانية (BNFL) لاحقاً إلى هذا التعاون لدعم تصنيع وقود CANFLEX-RU لإعادة استخدامه في دورة الوقود المتقدمة.

تم اختبار أربع وعشرين حزمة وقود من هذا النوع في مفاعل بوينت ليبرو كاندو 6 في نيو برونزويك، كندا، وتشير النتائج إلى أن وقود كانفليكس يفي بجميع التوقعات والمتطلبات التنظيمية. كما أُجريت اختبارات تجريبية مماثلة في وحدة ولسونغ 1 في كوريا الجنوبية، مما أكد متانة كانفليكس الميكانيكية، وتحسين نقل الحرارة، ورفع هوامش الأمان.

أعلنت محطة بروس لتوليد الطاقة النووية عن تحويل مفاعلاتها إلى وقود كانفليكس في عام 2006.[2] وكجزء من هذه المبادرة، أطلقت شركة بروس باور مشروع وقود التفاعل المنخفض في الفراغات (LVRF)، حيث تم تكييف تصميم كانفليكس ليتناسب مع اليورانيوم المخصب قليلاً لتقليل التفاعل الإيجابي في الفراغات وتعزيز السلامة. وشمل ذلك اختبارات مكثفة خارج المفاعل، وتجارب إشعاعية تجريبية، ومراجعات تنظيمية شاملة.

كما تم تقييم CANFLEX لاستخدامه في تصميمات مفاعلات CANDU المتقدمة (ACR) ووقود أكسيد الثوريوم واليورانيوم المختلط (Th-MOX)، مما يدل على مرونته لدورات الوقود المستقبلية.

يمثل برنامج CANFLEX تعاونًا رئيسيًا بين شركة AECL (كندا) ومعهد KAERI (كوريا)، بدعم من شركة NB Power وشركة KHNP ومجموعة مالكي مفاعل CANDU (COG). وهو يعكس أكثر من عقدين من البحث والتطوير المنسق في تصميم الوقود المتقدم، مع مساهمات لاحقة من شركة BNFL (المملكة المتحدة) لدمج اليورانيوم المعاد تدويره.

• الوقود الكهربائي
• دورة الوقود النووي
• سوق اليورانيوم
• اليورانيوم المعاد معالجته
• الشراكة العالمية للطاقة النووية

• تطوير وقود CANFLEX-NU كوقود متطور لتقنية كاندو