أنواع الوقود النووي Types of Nuclear fuel

مقدمة عن الوقود النووي:
الوقود النووي (بالانجليزية: Nuclear fuel) هي مادة عادةً ما تستخدم في المفاعلات النووية، والتي تكون في صورة وحدات بشكل قفصي تسمى (وحدات الوقود fuel element).

تتكون كل وحدة وقود من مجموعة من قضبان الوقود التي تكون محفوظة في أنابيب مصنوعة من سبيكة الزركونيوم (وعددها 17 في 17 من قضبان الوقود) في شكل قفصي تبلغ (مساحة مقطعه 45 سم في 45 سم ، وطوله نحو 4 متر).

ويتم استخدام اليورانيوم المخصب كوقود نووي في صورة أكسيد اليورانيوم ويكون في شكل أقراص (طولها 2.5 سم ، وقطرها نحو 0.9 سم) تعبأ في أنابيب خاصه مصنوعة من سبيكة الزركونيوم (طول هذه الأنابيب 4 متر) يتم غلقها بشكل محكم من كلا طرفيها بحيث لا تخرج منها أي شوائب مشعة أثناء عمل المفاعل.

ويحتوي أكسيد اليورانيوم المخصب عادةً على نسبة من النظير الانشطاري (يورانيوم-235) تصل إلى 3%.

ونظراً لأن خام اليورانيوم الطبيعي يحتوي على نسبة 0.7% من النظير (يورانيوم-235 فقط) والباقي (يورانيوم-238 لا يحدث له انشطار)، بالتالي لابد هنا من استخدام اليورانيوم المخصب (يورانيوم-235) بنسبة بين 2.5% و 4.0% في المفاعلات التي تعمل بالماء العادي حيث يمتص الماء نيوترونات حتى تمنع استمرار التفاعل النووي داخل المفاعل.

وهذا يعني أن نسبة (اليورانيوم-235) والتي تقدر بنسبة 3% هي التي تعوض عدد النيوترونات الممتصة في الماء والضائعة بحيث يستمر التفاعل التسلسلي.

أنواع الوقود النووي : 

• ثاني أكسيد اليورانيوم  : 

يستعمل ثاني أكسيد اليورانيوم المحتوي على نسبة 3% من (يورانيوم-235) الانشطاري في المفاعلات الأكثر انتشاراً، مثل مفاعل الماء المغلي ومفاعل الماء المضغوط في محطات القوى لتوليد الكهرباء.

• أكسيد مخلوط MOX : 

هو مخلوط من (البلوتونيوم-239 و اليورانيوم الطبيعي) أو اليورانيوم المتبقي من عملية تخصيب اليورانيوم - يورانيوم منضب - وتكون مواصفات المخلوط معادلة لمواصفات الوقود المخصب باليورانيوم-235.

وقد جُرب استخدام (أكسيد مخلوط MOX) في عدة مفاعلات من مفاعل الماء المضغوط ومفاعل الماء المغلي، واظهرت النتائج نجاح استخدامها، ويستخدم بعضاً منها إلى جانب الوقود النووي المعتاد في تموين المفاعلات النووية بالوقود.

وينتج (البلوتونيوم-239) من مفاعلات الماء الخفيف المعتمدة على اليورانيوم المخصب، ويتم فصل البلوتونيوم من وحدات الوقود المستهلكة في مصنع خاص يقوم بتدوير المواد النووية reprocessing.

كما يمكن استغلال البلوتونيوم الموجود في القنابل النووية بعد تفكيكها في إطار الحد من التسلح النووي، ومن ثم خلطها مع اليورانيوم الطبيعي لتصنيع وحدات وقود تستخدم لإنتاج الطاقة.

• الثوريوم : 

يستخدم نظير (الثوريوم-232) الذائب في الأملاح في مفاعل ملح منصهر لإنتاج الطاقة على المستوي الصغير، في مفاعلات تجريبية.

وقد استخدم الوقود السائل المحتوي على الثوريوم في صورة مخلوط من (الليثيوم والبيريليوم والثوريوم وفلوريد اليورانيوم).

LiF-BeF2-ThF4-UF4 (72-16-12-0.4 mol%)

ويتميز هذا الوقود المنصهر بدرجة حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية، كما تبين الاختبارات إمكانية رفع درجة الحرارة هذه حيث أن درجة غليان المخلوط الملحي تبدأ عند 1400 درجة مئوية.

• أملاح اليورانيوم  : 

جرى استخدام مفاعل المحلول المائي المحتوي على (سولفات الأورانيل uranyl sulfate) أو محاليل أخرى لليورانيوم بنجاح.

ولكن لم يتم تنفيذ هذا النوع من المفاعلات على المستوى الكبير لإنتاج الطاقة، ويرجع ذلك إلى سهولة انتشار المواد النووية في المناطق المجاورة للمفاعل في حالة حدوث حادث اثناء التشغيل.