حرارة الاضمحلال

خطوات الاستخدام

أدخل القدرة الحرارية التشغيلية (Q₀) بالميغاواط حراري (MWth) قبل إغلاق المفاعل. هذه القيمة تمثل الطاقة الحرارية المنتجة أثناء التشغيل، وهي أساس حساب حرارة الاضمحلال. على سبيل المثال، مفاعل بقدرة 3000 MWth ينتج حرارة اضمحلال أعلى من مفاعل بقدرة 10 MWth.

أدخل زمن التشغيل (T) بالثواني أو الأيام، وهو المدة التي عمل فيها المفاعل قبل الإغلاق. كلما زاد زمن التشغيل، زاد تراكم النظائر المشعة قصيرة العمر، مما يؤثر على منحنى الاضمحلال. يفضل استخدام وحدة زمنية موحدة (مثل الثواني) للحصول على نتائج دقيقة.

أدخل الزمن بعد الإغلاق (t) بنفس وحدة زمن التشغيل (ثوان أو أيام). هذا هو الوقت المنقضي منذ لحظة إغلاق المفاعل. تتناقص حرارة الاضمحلال بسرعة في البداية ثم ببطء، لذا اختر نقاطاً زمنية متعددة (مثل دقائق، ساعات، أيام) لفهم السلوك.

الأسئلة الشائعة

المعادلة الأكثر شيوعاً لحساب حرارة الاضمحلال بعد إغلاق المفاعل هي معادلة ANSI/ANS-5.1-2005، والتي تعطي قدرة الاضمحلال ككسر من القدرة التشغيلية بدلالة الزمن بعد الإغلاق (t) وزمن التشغيل (T): P(t)/P₀ = 0.1 × (t⁻⁰·² - (t+T)⁻⁰·²). هذه المعادلة مستمدة من تحلل مئات النظائر المشعة التي تنتج أثناء الانشطار، حيث تساهم النظائر قصيرة العمر (مثل اليود-135، الزينون-135) في الأيام الأولى، بينما تهيمن النظائر طويلة العمر (مثل السيزيوم-137، السترونتيوم-90) في المدى البعيد. المعادلة تفترض أن متوسط عمر النصف للنظائر يتبع توزيعاً أسياً، وقد تم تعديلها لتتناسب مع البيانات التجريبية. في التطبيقات الواقعية، تستخدم محطات الطاقة النووية جداول أكثر دقة تأخذ في الاعتبار تاريخ التشغيل وتكوين الوقود، لكن هذه المعادلة تعطي تقديراً جيداً للأغراض التعليمية وأساسيات التصميم.

زمن التشغيل (T) يؤثر على تراكم النظائر المشعة في الوقود النووي. كلما زاد زمن التشغيل، زاد تركيز النظائر طويلة العمر نسبياً مقارنة بالنظائر قصيرة العمر التي تصل إلى حالة التوازن بعد فترة قصيرة (عادة أيام إلى أسابيع). على سبيل المثال، إذا عمل المفاعل لمدة يوم واحد فقط، فإن معظم النظائر قصيرة العمر (مثل التيتانيوم-51 بنصف عمر 5.8 دقائق) ستكون قد اضمحلت أثناء التشغيل، بينما النظائر طويلة العمر (مثل السيزيوم-137 بنصف عمر 30 عاماً) تكون قد تراكمت بكميات صغيرة. أما إذا عمل المفاعل لمدة سنة، فإن النظائر طويلة العمر تصل إلى تركيزات أعلى بكثير، مما يجعل حرارة الاضمحلال بعد الإغلاق أعلى في الأزمنة المتوسطة والطويلة. في المعادلة، نلاحظ أن الحد (t+T)⁻⁰·² يتغير بشكل طفيف مع T عندما يكون t صغيراً مقارنة بـ T، لكنه يصبح أكثر أهمية عندما يكون t كبيراً. عملياً، بالنسبة للمفاعلات التجارية التي تعمل لعدة أشهر أو سنوات، يكون تأثير T صغيراً بعد الأيام الأولى، وتصبح حرارة الاضمحلال دالة بشكل أساسي على t.

حرارة الاضمحلال هي العامل الحاسم في تصميم أنظمة التبريد في حالات الطوارئ (ECCS) وأنظمة إزالة الحرارة المتبقية (RHRS). حتى بعد إغلاق المفاعل، تستمر الحرارة المتولدة من تحلل النظائر المشعة، وإذا لم يتم تبريد القلب بشكل كافٍ، يمكن أن ترتفع درجة حرارة الوقود إلى مستويات تؤدي إلى انصهاره (كما حدث في فوكوشيما). لذلك، تصمم أنظمة السلامة لتكون قادرة على إزالة حرارة الاضمحلال لعدة أيام أو أسابيع. على سبيل المثال، في محطة طاقة نووية نموذجية بقدرة 3000 MWth، بعد ساعة من الإغلاق، تكون حرارة الاضمحلال حوالي 50 MWth، وتنخفض إلى 20 MWth بعد يوم، وإلى 10 MWth بعد أسبوع. يجب أن تكون مضخات التبريد والمبادلات الحرارية ومولدات الديزل الاحتياطية قادرة على التعامل مع هذه المستويات. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم المعادلة في تحليلات السلامة الاحتمالية (PSA) لتحديد احتمالية فشل أنظمة التبريد وتأثيرها على سلامة القلب. كما أن معرفة منحنى الاضمحلال يساعد في تحديد الجدول الزمني لعمليات الصيانة وإعادة تزويد الوقود.

الإغلاق المفاجئ (مثل الإغلاق الطارئ) والإغلاق المبرمج (مثل الإغلاق المجدول للصيانة) لا يختلفان في حساب حرارة الاضمحلال من الناحية الفيزيائية، حيث أن حرارة الاضمحلال تعتمد فقط على القدرة التشغيلية قبل الإغلاق وزمن التشغيل والزمن بعد الإغلاق. ولكن الفرق يكمن في الظروف المصاحبة: في الإغلاق الطارئ، قد يكون هناك فقدان للطاقة الكهربائية أو تلف في معدات التبريد، مما يزيد من خطورة حرارة الاضمحلال. أما في الإغلاق المبرمج، فتتوفر جميع أنظمة التبريد وتكون جاهزة. عملياً، في حسابات السلامة، تؤخذ في الاعتبار أسوأ السيناريوهات مثل الإغلاق المفاجئ مع فشل كامل في أنظمة التبريد. كما أن تاريخ التشغيل قبل الإغلاق (مثل التغيرات في القدرة) يمكن أن يؤثر قليلاً على توزيع النظائر، لكن معادلة ANS-5.1 تفترض تشغيلاً ثابتاً عند القدرة الاسمية طوال فترة T. في الواقع، قد تكون هناك حاجة إلى معادلات أكثر تفصيلاً تأخذ في الاعتبار التغيرات في القدرة التشغيلية خلال عمر المفاعل.

حرارة الاضمحلال

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

حاسبات ذات صلة

2مفاعل بحث صغير بقدرة حرارية 10 MWth يعمل لمدة 30 يوماً (2,592,000 ثانية). احسب حرارة الاضمحلال بعد 10 دقائق (600 ثانية) وبعد ساعتين (7200 ثانية) من الإغلاق.

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة