انصرف

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
زر الإيقاف الطارئ في مفاعل التوليد التجريبي  الأول في ولاية أيداهو. في بعض الأحيان، يكون للمفتاح غطاء قلاب لمنع التشغيل غير المقصود.

إيقاف التشغيل الطارئ ( SCRAM) هو إيقاف تشغيل طارئ للمفاعل النووي يتم عن طريق إنهاء تفاعل الانشطار . وهو أيضاً الاسم الذي يُطلق على مفتاح الإيقاف اليدوي الذي يبدأ عملية الإيقاف. في عمليات المفاعلات التجارية، يُشار إلى هذا النوع من الإيقاف غالباً باسم "إيقاف التشغيل الطارئ" في مفاعلات الماء المغلي، و" إيقاف تشغيل المفاعل " في مفاعلات الماء المضغوط . في كثير من الحالات، يُعد إيقاف التشغيل الطارئ جزءاً من إجراءات الإيقاف الروتينية التي تُستخدم لاختبار نظام الإيقاف الطارئ.

أصل الكلمة

نورمان هيلبيري (يسار) وليو زيلارد في ستاغ فيلد، موقع أول تفاعل نووي متسلسل مستدام ذاتيًا

لا يوجد أصل محدد لهذا المصطلح. يشير المؤرخ توم ويلوك، من هيئة التنظيم النووي الأمريكية، إلى أن كلمة "scram" هي كلمة عامية إنجليزية تعني المغادرة بسرعة وبشكل عاجل (كما في التدافع للهروب)، ويستشهد بهذا باعتباره الأساس الأصلي والأكثر دقة على الأرجح لاستخدام كلمة "scram" في السياق التقني. [ 1 ]

يُشار أحيانًا إلى مصطلح "Scram" على أنه اختصار لعبارة " رجل فأس قضيب التحكم الآمن" أو "رجل فأس قطع حبل الأمان" . ووفقًا لرواية شائعة، فقد صاغ هذا المصطلح إنريكو فيرمي عندما أشرف على بناء أول مفاعل نووي في العالم . كان قلب المفاعل ، الذي بُني أسفل مدرجات المتفرجين في ملعب ستاغ التابع لجامعة شيكاغو ، يحتوي على قضيب تحكم حقيقي مربوط بحبل، ويقف بجانبه رجل يحمل فأسًا؛ وكان قطع الحبل يعني سقوط القضبان بفعل الجاذبية في قلب المفاعل، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيله. [ 2 ] وكان نورمان هيلبيري هو من قام بقطع الحبل في أول تفاعل متسلسل . وفي رسالة إلى ريموند موراي (21 يناير 1981)، كتب هيلبيري:

عندما وصلتُ إلى الشرفة بعد ظهر ذلك اليوم، الثاني من ديسمبر عام ١٩٤٢ ، أُخذتُ إلى درابزين الشرفة، وسُلّمتُ فأسًا حادًا جدًا، وقيل لي: "إذا لم تعمل قضبان الأمان، فاقطع حبل المانيلا ". وبالطبع، عملت قضبان الأمان، ولم يُقطع الحبل... لا أظن أنني شعرتُ بالغباء كما شعرتُ حينها. ...لم أعرف قصة "سكرام" (رجل فأس قضبان التحكم بالأمان) إلا بعد سنوات عديدة. ثم في أحد الأيام، ناداني أحد زملائي الذين كانوا في فريق بناء زين بـ"السيد سكرام". فسألته: "لماذا؟" ومن هنا بدأت القصة.

تذكرت ليونا مارشال ليبي ، التي كانت حاضرة في ذلك اليوم في شيكاغو بايل، [ 3 ] أن المصطلح صاغه فولني ويلسون الذي قاد الفريق الذي صمم دوائر قضيب التحكم:

طُليت قضبان الأمان برقائق الكادميوم، وامتص هذا المعدن كمية كبيرة من النيوترونات، مما أدى إلى توقف التفاعل المتسلسل. أطلق فولني ويلسون على هذه القضبان اسم "قضبان الإيقاف". وقال إن المفاعل النووي قد "اندفع" نحو الداخل، وأن القضبان قد "اندفعت" داخله.

قضيب التحكم ودائرة SCRAM الخاصة بـ Chicago Pile-1

واتفق شهود آخرون في ذلك اليوم مع ليبي في نسبة كلمة "scram" إلى ويلسون. وكتب ويلوك أن وارن نير، وهو طالب عمل على تجميع الكومة، نسب الكلمة أيضًا إلى ويلسون: "ظهرت الكلمة في نقاش كان يدور بين الدكتور ويلسون، رئيس مجموعة الأجهزة والتحكم، وعدد من أعضاء مجموعته"، كما كتب نير. "قررت المجموعة وضع زر كبير للضغط عليه لتشغيل كل من قضبان التحكم وقضيب الأمان. فسأل أحدهم: ماذا نفعل بعد الضغط على الزر؟ فأجاب ويلسون: اخرج من هنا!". فقال بيل أوفربيك، وهو عضو آخر في تلك المجموعة: حسنًا، سأسميه SCRAM . " [ 4 ]

كانت أولى الإشارات إلى مصطلح "SCRAM" بين فريق مفاعل شيكاغو مرتبطة بدائرة إيقاف التشغيل الخاصة بـ ويلسون، وليس بهيلبيري. في تقرير صادر عن لجنة الطاقة الذرية الأمريكية (AEC) عام 1952، رفعت اللجنة السرية عن معلومات تتعلق بمفاعل شيكاغو. يتضمن التقرير قسمًا كتبه فريق ويلسون بعد فترة وجيزة من تحقيق مفاعل شيكاغو تفاعلًا متسلسلًا ذاتيًا في 2 ديسمبر 1942. ويتضمن مخططًا لدائرة التحكم في القضبان مع خط "SCRAM" مُسمى بوضوح (انظر الصورة على اليمين والصفحتين 37 و48). [ 5 ]

الاسم الروسي AZ-5 ( АЗ-5 ، باللغة السيريلية )، هو اختصار لـ аварийная защита 5-й категории ( avariynaya zashhchita 5-y kategorii )، والذي يُترجم إلى "الحماية في حالات الطوارئ من الفئة الخامسة" باللغة الإنجليزية. [ 6 ]

الآليات

في أي مفاعل نووي، يتم إيقاف التفاعل النووي فورًا عن طريق إدخال كميات كبيرة من كتلة ذات تفاعلية سالبة في قلب المادة الانشطارية، لإيقاف التفاعل الانشطاري بشكل فوري. في مفاعلات الماء الخفيف ، يتم ذلك بإدخال قضبان تحكم ماصة للنيوترونات في قلب المفاعل، مع العلم أن آلية إدخال هذه القضبان تختلف باختلاف نوع المفاعل. في مفاعلات الماء المضغوط، تُرفع قضبان التحكم فوق قلب المفاعل بواسطة محركات كهربائية، متغلبةً على وزنها وقوة نابض قوي. صُمم نظام الإيقاف التلقائي لتحرير قضبان التحكم من هذه المحركات، مما يسمح لوزنها وقوة النابض بدفعها إلى قلب المفاعل، وبالتالي إيقاف التفاعل النووي بسرعة عن طريق امتصاص النيوترونات المنبعثة. يستخدم تصميم آخر مغناطيسات كهربائية لتثبيت القضبان معلقة، وأي انقطاع في التيار الكهربائي يؤدي إلى إدخال قضبان التحكم بشكل فوري وتلقائي.

في بعض أنواع مفاعلات الماء المغلي ، تُدخل قضبان التحكم من أسفل وعاء المفاعل. في هذه الحالة، توفر وحدة تحكم هيدروليكية مزودة بخزان تخزين مضغوط القوة اللازمة لإدخال قضبان التحكم بسرعة عند أي انقطاع في التيار الكهربائي. في كل من مفاعلات الماء المضغوط (PWR) ومفاعلات الماء المغلي (BWR)، توجد أنظمة ثانوية (وأحيانًا أنظمة ثالثية) لإدخال قضبان التحكم في حال عدم استجابة نظام الإدخال السريع الأساسي بشكل كامل وفوري.

زر الإيقاف الطارئ في غرفة التحكم في السفينة الحربية سافانا

تُستخدم مواد امتصاص النيوترونات السائلة ( مثبطات النيوترونات ) أيضًا في أنظمة الإيقاف السريع لمفاعلات الماء الثقيل والخفيف. بعد إيقاف التشغيل الطارئ، إذا لم يكن المفاعل (أو جزء منه) دون مستوى الإيقاف (أي أنه قد يعود إلى حالة حرجة نتيجةً لزيادة التفاعلية الناتجة عن التبريد أو تحلل المواد المثبطة أو غيرها من الظروف غير المنضبطة)، يمكن للمشغلين حقن محاليل تحتوي على مثبطات النيوترونات مباشرةً في سائل تبريد المفاعل.

محاليل امتصاص النيوترونات هي محاليل مائية تحتوي على مواد كيميائية تمتص النيوترونات، مثل البوراكس المنزلي الشائع ، أو بولي بورات الصوديوم ، أو حمض البوريك ، أو نترات الغادولينيوم ، مما يؤدي إلى انخفاض تكاثر النيوترونات ، وبالتالي إيقاف تشغيل المفاعل دون الحاجة إلى قضبان التحكم. في مفاعلات الماء المضغوط (PWR)، تُخزَّن هذه المحاليل الماصة للنيوترونات في خزانات مضغوطة (تُسمى المُراكم) متصلة بنظام التبريد الأساسي عبر صمامات. ويُحافظ على مستوى متغير من مادة امتصاص النيوترونات داخل نظام التبريد الأساسي باستمرار، ويتم زيادته باستخدام المُراكم في حالة فشل إدخال جميع قضبان التحكم، مما سيؤدي فورًا إلى خفض مستوى تشغيل المفاعل إلى ما دون هامش الإيقاف.

في مفاعل الماء المغلي (BWR)، توجد مواد امتصاص النيوترونات القابلة للذوبان ضمن نظام التحكم السائل الاحتياطي ، الذي يستخدم مضخات حقن احتياطية تعمل بالبطاريات، أو في أحدث الطرازات، غاز النيتروجين عالي الضغط لحقن محلول امتصاص النيوترونات في وعاء المفاعل لمواجهة أي ضغط داخلي. ولأن هذه الأنظمة قد تؤخر إعادة تشغيل المفاعل، فإنها تُستخدم فقط لإيقاف تشغيله في حال فشل إدخال قضبان التحكم. وتكتسب هذه المسألة أهمية خاصة في مفاعل الماء المغلي، حيث أن حقن البورون السائل قد يؤدي إلى ترسب مركبات البورون الصلبة على غلاف الوقود، [ 7 ] مما يمنع إعادة تشغيل المفاعل حتى إزالة رواسب البورون.

في معظم تصميمات المفاعلات، يستخدم إجراء الإيقاف الروتيني أيضًا جهاز إيقاف طارئ لإدخال قضبان التحكم، لأنه الطريقة الأكثر موثوقية لإدخال قضبان التحكم بالكامل، ويمنع إمكانية سحبها عن طريق الخطأ أثناء الإيقاف أو بعده.

في مفاعل الاندماج النووي، توجد خيارات متعددة لما يُسمى بنظام "إيقاف البلازما"، بما في ذلك قطع الوقود بالكامل وقصفه بكرات الشوائب المبردة. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

استجابة المفاعل

معظم النيوترونات في المفاعل هي نيوترونات فورية ؛ أي نيوترونات ناتجة مباشرةً عن تفاعل انشطاري. تتحرك هذه النيوترونات بسرعة عالية ، لذا من المرجح أن تتسرب إلى المهدئ قبل أن يتم امتصاصها . في المتوسط، يستغرق الأمر حوالي 13 ميكروثانية حتى يتباطأ المهدئ في النيوترونات بما يكفي لتسهيل استمرار التفاعل، مما يسمح بإدخال ممتصات النيوترونات للتأثير على المفاعل بسرعة. [ 12 ]

ونتيجةً لذلك، بمجرد إيقاف تشغيل المفاعل، ستنخفض قدرته بشكل ملحوظ وفوري تقريبًا. يأتي جزء صغير (حوالي 0.65%) من النيوترونات في مفاعل الطاقة النموذجي من التحلل الإشعاعي لأحد نواتج الانشطار. هذه النيوترونات المتأخرة ، التي تُنبعث بسرعات منخفضة، ستحد من معدل إيقاف تشغيل المفاعل النووي. [ 12 ]

بسبب عيوب في تصميم قضبان التحكم الأصلية، كان إيقاف تشغيل مفاعل RBMK بشكل مفاجئ قد يرفع التفاعلية إلى مستويات خطيرة قبل خفضها. وقد لوحظ ذلك عندما تسبب في ارتفاع مفاجئ في الطاقة عند بدء تشغيل الوحدة رقم 1 في محطة إيغنالينا للطاقة النووية عام 1983. وفي 26 أبريل 1986، وقعت كارثة تشيرنوبيل نتيجة خلل قاتل في نظام الإيقاف، بعد تفعيل نظام الإيقاف AZ-5 إثر ارتفاع درجة حرارة قلب المفاعل. وتم لاحقاً إما تحديث مفاعلات RBMK لمعالجة هذا الخلل، أو إخراجها من الخدمة.

حرارة التحلل

لا تتولد كل الحرارة في المفاعل النووي من التفاعل المتسلسل الذي صُمم نظام الإيقاف الطارئ (SCRAM) لإيقافه. ففي المفاعل الذي يُوقف تشغيله بعد الحفاظ على مستوى طاقة ثابت لفترة طويلة (أكثر من 100 ساعة)، تبقى حوالي 7% من طاقة الحالة المستقرة بعد الإيقاف الأولي نتيجة لتحلل نواتج الانشطار الذي لا يمكن إيقافه. أما في المفاعل الذي لم يشهد تاريخًا من الطاقة الثابتة، فتُحدد النسبة المئوية بدقة بناءً على تركيزات ونصف عمر نواتج الانشطار الفردية في قلب المفاعل وقت الإيقاف الطارئ.

تتناقص الطاقة الناتجة عن حرارة الاضمحلال مع اضمحلال نواتج الانشطار، لكنها كبيرة بما يكفي بحيث أن الفشل في إزالة حرارة الاضمحلال قد يتسبب في ارتفاع درجة حرارة قلب المفاعل إلى مستويات خطيرة وقد تسبب في حوادث نووية ، بما في ذلك الحوادث النووية في جزيرة ثري مايل وفوكوشيما الأولى .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ويلوك، توم (17 مايو 2011). "دحض أسطورة 'الانسحاب'" (ملف PDF) . هيئة التنظيم النووي الأمريكية . تاريخ الاسترجاع: 26 مايو 2015 .
  2. ↑ بلاكبيرن، إدوين (سبتمبر 2000). ""انصرفوا! " - أحد المخضرمين في المفاعل يستذكر قصة نشأة كلمة رئيسية في اللغة النووية . مراسل مختبر أوك ريدج الوطني . 19. مختبر أوك ريدج الوطني . تاريخ الاطلاع: 25 أكتوبر 2014 .
  3. ↑ كتاب "أهل اليورانيوم" ، دار نشر كرين، روساك وشركاه، 1979
  4. ↑ توم ويلوك، "وضع حد لأسطورة الإيقاف التلقائي" ، مدونة هيئة التنظيم النووي الأمريكية، 18 فبراير 2016. يتضمن هذا المقال نصًا من هذا المصدر، وهو متاح في الملكية العامة .المجال العام
  5. ↑ إي. فيرمي، الإنتاج التجريبي لتفاعل متسلسل متشعب، AECD-3269 (أوك ريدج، تينيسي: لجنة الطاقة الذرية الأمريكية، 4 يناير 1952)، https://www.osti.gov/biblio/4414200
  6. ↑ "الصفحة 6. من AZ-5" [ الفصل 6. حول الضغط على AZ-5 ] . Za otvyetstvennuyu vlast'!للإجابة على هذا السؤال!.
  7. ↑ شولتيس، ج. كينيث؛ ريتشارد إي. فاو (2002). أساسيات العلوم والهندسة النووية . مارسيل ديكر. ISBN 0-8247-0834-2.
  8. ↑ فيلار كولوم، ج.؛ جونر، ج.؛ آن، ج.م. (1995)، "انفجار البلازما في بلازما ITER المشتعلة في الوضع L" ، الاندماج المتحكم به وفيزياء البلازما ، ص 129-132 ، تاريخ الاسترجاع 2025-06-23 
  9. ↑ بيسيتي، أ.؛ ماريني، أ.؛ راوتشي، م.؛ جيامبارتولومي، ج.؛ أولسيسي، م.؛ ساركار، ب.؛ أكوارو، د. (2021-10-01). "مرفق تجريبي واسع النطاق لتقييم أداء نظام كبح ضغط وعاء التفريغ في مفاعل ITER" . هندسة وتصميم الاندماج . 171 112523. doi : 10.1016/j.fusengdes.2021.112523 . ISSN 0920-3796 . 
  10. ↑ يانغ، يو؛ ماروياما، سو؛ كيس، غابور؛ سياتاليا، سيرجيو؛ بوتفينسكي، سيرجي؛ يوشينو، ريوجي؛ لي، وي؛ جيانغ، تاو؛ لي، بو؛ فاروتيس، ستيليانوس؛ داي، كريستيان (1 أكتوبر 2013). "التصميم المفاهيمي لنظام إيقاف تشغيل طاقة الاندماج لمفاعل ITER" . هندسة وتصميم الاندماج . وقائع الندوة السابعة والعشرين حول تكنولوجيا الاندماج (SOFT-27)؛ لييج، بلجيكا، 24-28 سبتمبر 2012. 88 (6): 824-826 . doi : 10.1016/j.fusengdes.2013.01.055 . ISSN 0920-3796 . 
  11. ↑ يانغ، يو؛ ماروياما، سو؛ كيس، غابور؛ سياتاليا، سيرجيو؛ بوتفينسكي، سيرجي؛ يوشينو، ريوجي؛ لي، وي؛ جيانغ، تاو؛ لي، بو؛ فاروتيس، ستيليانوس؛ داي، كريستيان (أكتوبر 2013). "التصميم الأولي لوحدة نظام إيقاف تشغيل طاقة الاندماج لمفاعل ITER". علوم وتكنولوجيا الاندماج . 77 (3): 228-234 . doi : 10.1080/15361055.2021.1874764 . ISSN 1536-1055 . 
  12. 1 2 دودرشتات، جيمس جيه؛ لويس جيه هاميلتون (1976). تحليل المفاعلات النووية . وايلي-إنترساينس. ص 245. ISBN  0-471-22363-8.