وعاء ضغط المفاعل

وعاء ضغط المفاعل ( RPV) في محطة الطاقة النووية هو وعاء الضغط الذي يحتوي على سائل تبريد المفاعل النووي ، وغطاء القلب ، وقلب المفاعل .

تتميز مفاعلات RBMK الروسية التي تعود إلى الحقبة السوفيتية بوجود كل مجموعة وقود داخل أنبوب منفصل  قطره 8 سم، بدلاً من وعاء الضغط. وعلى الرغم من أن معظم مفاعلات الطاقة تحتوي على وعاء ضغط، إلا أنها تُصنف عمومًا حسب نوع سائل التبريد المستخدم وليس حسب شكل الوعاء المستخدم لاحتوائه. وفيما يلي التصنيفات:

• مفاعل الماء الخفيف - يشمل مفاعل الماء المضغوط ومفاعل الماء المغلي . معظم مفاعلات الطاقة النووية من هذا النوع.
• المفاعل المُهدئ بالجرافيت - يشمل مفاعل تشيرنوبيل ( RBMK )، الذي يتميز بتكوين مفاعل غير عادي للغاية مقارنة بالغالبية العظمى من محطات الطاقة النووية المدنية في روسيا وحول العالم.
• المفاعل الحراري المبرد بالغاز - يشمل المفاعل المتقدم المبرد بالغاز ، ومفاعل التوليد السريع المبرد بالغاز، والمفاعل المبرد بالغاز ذي درجة الحرارة العالية . ومن الأمثلة على المفاعلات المبردة بالغاز مفاعل ماغنوكس البريطاني .
• يستخدم مفاعل الماء الثقيل المضغوط الماء الثقيل، أو الماء الذي يحتوي على نسبة أعلى من المعتاد من نظير الهيدروجين الديوتيريوم ، بطريقة ما. مع ذلك، يُعدّ الماء الثقيل (D₂O ₎ أغلى ثمناً، ويمكن استخدامه كمكوّن رئيسي، ولكن ليس بالضرورة كمبرد في هذه الحالة. ومن الأمثلة على مفاعلات الماء الثقيل مفاعل كاندو الكندي .
• المفاعل المبرد بالمعدن السائل - يستخدم معدنًا سائلًا، مثل الصوديوم أو سبيكة الرصاص والبزموت، لتبريد قلب المفاعل.
• مفاعل الملح المنصهر - تُستخدم الأملاح، وخاصةً فلوريدات المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية، كمبرد. يشبه تشغيله تشغيل المفاعلات المبردة بالمعادن ذات درجات الحرارة العالية والضغوط المنخفضة، مما يقلل الضغط الواقع على وعاء المفاعل مقارنةً بالتصاميم المبردة بالماء أو البخار.

من بين الفئات الرئيسية للمفاعلات ذات وعاء الضغط، يتميز مفاعل الماء المضغوط بأن وعاء الضغط فيه يتعرض لإشعاع نيوتروني كبير (يُسمى التدفق النيوتروني ) أثناء التشغيل، وقد يصبح هشًا بمرور الوقت نتيجة لذلك. وعلى وجه الخصوص، فإن وعاء الضغط الأكبر في مفاعل الماء المغلي يكون أكثر حماية من تدفق النيوترونات ، لذا فرغم ارتفاع تكلفة تصنيعه في البداية بسبب حجمه الإضافي، إلا أنه يتميز بعدم حاجته إلى التلدين لإطالة عمره.

إن عملية تلدين أوعية مفاعلات الماء المضغوط لإطالة عمرها التشغيلي هي تقنية معقدة يتم تطويرها بنشاط من قبل كل من مزودي الخدمات النووية ( AREVA ) ومشغلي مفاعلات الماء المضغوط.

تشترك جميع أوعية الضغط الخاصة بمفاعلات الماء المضغوط في بعض الخصائص بغض النظر عن التصميم المحدد.

رأس وعاء المفاعل

يُثبَّت هذا الهيكل في الجزء العلوي من جسم وعاء المفاعل. ويحتوي على فتحات تسمح بربط آلية تشغيل قضبان التحكم بقضبان التحكم في مجموعة الوقود. كما يدخل مسبار قياس مستوى سائل التبريد إلى الوعاء من خلال رأس وعاء المفاعل.

يؤدي وعاء المفاعل النووي دورًا حاسمًا في سلامة مفاعل الماء المضغوط، ويجب أن تكون المواد المستخدمة فيه قادرة على احتواء قلب المفاعل عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تطورت المواد المستخدمة في الغلاف الأسطواني للأوعية بمرور الوقت، ولكنها تتكون عمومًا من فولاذ حديدي منخفض السبائك مُغلّف بطبقة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي  بسمك 3-10 مم . يُستخدم غلاف الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي في المناطق التي تتلامس مع سائل التبريد لتقليل التآكل. ^{[ 2 ]} حتى منتصف الستينيات، استُخدم الفولاذ SA-302، من الدرجة B، وهو فولاذ صفائحي من الموليبدينوم والمنغنيز، في جسم الوعاء. ^{[ 2 ]} مع تغير التصاميم التي تطلبت أوعية ضغط أكبر، كان من الضروري إضافة النيكل إلى هذه السبيكة بنسبة 0.4-0.7% وزنيًا تقريبًا لزيادة مقاومة الخضوع. ^{[ ٢ ]} تشمل سبائك الصلب الشائعة الأخرى SA-533 من الدرجة B الفئة 1 وSA-508 الفئة 2. تحتوي كلتا المادتين على عناصر سبائك رئيسية هي النيكل والمنغنيز والموليبدينوم والسيليكون، ولكن الأخيرة تحتوي أيضًا على 0.25-0.45% وزنيًا من الكروم. ^{[ ٢ ]} تحتوي جميع السبائك المذكورة في المرجع أيضًا على أكثر من 0.04% وزنيًا من الكبريت. ^{[ ٢ ]} تُعد سبائك الصلب الفريتية منخفضة السبائك من النيكل والموليبدينوم والمنغنيز جذابة لهذا الغرض نظرًا لموصليتها الحرارية العالية وتمددها الحراري المنخفض ، وهي خصائص تجعلها مقاومة للصدمات الحرارية. ^{[ ٣ ]} ومع ذلك، عند النظر في خصائص هذه السبائك، يجب مراعاة استجابتها لأضرار الإشعاع. نظرًا للظروف القاسية، غالبًا ما تكون مادة غلاف أسطوانة وعاء المفاعل النووي هي المكون المحدد لعمر المفاعل النووي. ^{[ ١ ]} إن فهم تأثيرات الإشعاع على البنية المجهرية بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية والميكانيكية سيمكن العلماء من تصميم سبائك أكثر مقاومة لأضرار الإشعاع.

في عام 2018، أعلنت شركة روساتوم أنها طورت تقنية التلدين الحراري لأغطية المفاعلات النووية، مما يقلل من أضرار الإشعاع ويطيل عمرها التشغيلي بما يتراوح بين 15 و30 عامًا. وقد تم تطبيق هذه التقنية على الوحدة الأولى من محطة بالاكوفو للطاقة النووية . ^{[ 4 ]}

تتطلب البيئات شديدة العدوانية أساليبَ جديدة في مجال المواد لمواجهة تدهور الخواص الميكانيكية بمرور الوقت. ومن بين الأساليب التي سعى الباحثون إلى استخدامها إدخال خصائص لتثبيت الذرات المُزاحة. ويمكن تحقيق ذلك بإضافة حدود حبيبية، أو مواد مذابة كبيرة الحجم، أو مُشتِّتات أكسيدية صغيرة لتقليل حركة العيوب. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وبذلك، يقلّ فصل العناصر الناتج عن الإشعاع، مما يؤدي بدوره إلى حدود حبيبية أكثر مرونة وتقليل تشقق التآكل الإجهادي بين الحبيبات. كما أن منع حركة الانخلاعات والعيوب يُسهم في زيادة مقاومة الزحف المُعزَّز بالإشعاع. وقد أُبلغ عن محاولات لاستخدام أكاسيد الإيتريوم لمنع حركة الانخلاعات، ولكن تبيّن أن التطبيق التكنولوجي يُمثّل تحديًا أكبر من المتوقع. ^{[ 5 ]} ولا يزال البحث جاريًا لتحسين مقاومة المواد الإنشائية المستخدمة في محطات الطاقة النووية لأضرار الإشعاع.

نظراً للمتطلبات القصوى اللازمة لبناء أوعية ضغط المفاعلات الكبيرة والمتطورة، والسوق المحدودة، اعتباراً من يناير 2020 لا يوجد سوى عدد قليل من الشركات المصنعة في العالم، بما في ذلك: ^{[ 9 ]}

• الصناعات الثقيلة الأولى في الصين، ^{[ 10 ]} مجموعة إرتشونغ، هاربين إلكتريك وشنغهاي إلكتريك .
• فراماتوم فرنسا ^{[ 11 ]} ( أريفا سابقا ) ^{[ 12 ]}
• شركة L&T Special Steels and Heavy Forgings Limited التابعة لمجموعة Larsen & Toubro الهندية بالتعاون مع مركز بهابها للأبحاث الذرية و NPCIL ^{[ 13 ] [ 9 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}
• شركة Japan Steel Works وشركة IHI Corporation (في مشروع مشترك مع شركة Toshiba ، سابقًا) ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• الشركة الروسية المتحدة للمعدات الثقيلة (OMZ-Izhora)، وZiO-Podolsk، و AEM-Atommash Volgodonsk .
• مجموعة دوسان الكورية الجنوبية .
• المملكة المتحدة: شركة رولز رويس بي إل سي تنتج مفاعلات للغواصات التابعة للبحرية الملكية.

• الفيزياء النووية
• مفاعل نووي
• فيزياء المفاعلات النووية
• أوعية المفاعلات النووية
• أضرار الإشعاع

• VVER 1200 Construction على يوتيوب