قضبان التحكم من النوع الرمادي
تقديم : عمر نصير
هي قضبان تُستخدم في تحسين التحكم fine adjustment في القدرة النووية بإحداث تغيير قليل نسبياً على التفاعلية reactivity وذلك لقدرتها المنخفضة على امتصاص النيوترونات، يدخل في صناعتها الفولاذ stainless steel. إن الفرنسيين هم على الأغلب الأكثرُ إستخداماً للقضبان الرمادية في التحكم في القدرة النووية لمفاعلاتهم. يعود السبب في ذلك إلى أن المفاعلات الفرنسية تُعتبر محطات طاقة من نوع Load following power plants؛ بمعنى أنها تُنتج الكهرباء بناءاً على حجم الطلب على الشبكة. كما نعلم، فإن الطلب على الكهرباء مُتغير في اليوم الواحد في الأسبوع الواحد في الشهر الواحد وفي الفصل الواحد على مدار السنة، لذلك يجب إستخدام طرق سريعة وذات مدى تأثيري واسع في التحكم في القدرة النووية (يجب أن يتراوح المدى التأثيري بين 30-100 % من القدرة المتوقعة).
إن قضبان التحكم السوداء Black banks (هي قضبان تستخدم مواد شديدة القدرة على إمتصاص النيوترونات مثل B_{4}C والكادميوم) ذات أثر شديد على تغيير القدرة النووية وتغيير شكل التوزيع الهندسي لدفق النيوترونات على طول قضيب الوقود، بحيث أنها غالبا ما تُستخدم فقط عند بدء تشغيل المفاعل (انسحاب كامل) وإنهائه (انغماس كامل) وعند التشغيل الحادثي الذي قد يتطلب ما يُعرف ب SCRAM أو trip (سقوط حر وفوري لجميع قضبان التحكم في قلب المفاعل). كذلك أيضا فإن المواد الكيميائية مثل حمض البوريك لا تُستخدم للتحكم الدائم والمتغير في القدرة النووية لإعتبارات التكلفة وكذلك لأن الإكثار من إستخدام حمض البوريك يسبب تاكل المواد وخصوصاً غطاء الحاوية؛ لذلك تتم صيانة الغطاء بشكل دائم في مفاعلات الماء المضغوط. بناءاً على كل ما سبق يستخدم الفرنسيون القضبان الرمادية للتحكم المتغير بالقدرة النووية.
الرسم التوضيحي يُظهر بوضوح طريقة توزيع قضبان التحكم الرمادية عند استعراض خريطة قلب مفاعل PWR غربي. مجموعات التحكم من نوع A, B, C and D تُسمى load follow control rod clusters. يتم غرس القضبان بالترتيب التالي: D–>C–>B–>A. أما المجموعات المُشار إليها بالحروف: SA, SB, SC and SD فتُسمى shutdown control rod clusters وهي القضبان السوداء المذكورة سابقاً. لا يجب أن أغفل عن ذكر حقيقة أن بإمكان مُشغل المفاعل ملاحقةُ التغير في الحمل الكهربائي وتغييرُ قدرة قلب المفاعل النووية بتغيير كمية البخار الموجهة إلى التوربينات وذلك من خلال التحكم بمستوى فتح وغلق صمامات مدخل البخار turbine inlet valves، وهو ما يجعل المفاعل يتبع ذلك التغيير بشكل تلقائي وطبيعي إعتماداً على معاملات درجة الحرارة السالبة negative temperature coefficients للمفاعل، بحيث أن تغير الضغط في مولد البخار يؤدي إلى تغير كمية الحرارة المُمتصة من قلب المفاعل، وبالتالي تغير كثافة الماء و تغير في درجة حرارة الوقود، ما يتسبب بحدوث ظاهرة دوبلر\وقود وتغير في معدل التهدئة النيوترونية، كل هذا يؤدي إلى تغير في كمية الطاقة النووية التي ينتجها قلب المفاعل. هناك أيضاً طريقةٌ أخرى سريعة للتحكم بقدرة مفاعلات الماء المغلي BWRs، من خلال الزيادة والإنقاص من سرعة دوران الماء في المفاعل عن طريق التحكم بسرعة مضخات التبريد، بحيث أن الزيادة في سرعة دوران الماء تؤدي إلى سرعة زوال الفجوات من المبرد || المهديء، وهذا يُؤدي بدوره إلى زيادة القدرة النووية، وأن الإنقاص من سرعة الدوران يؤدي إلى تخفيض القدرة النووية. ملاحظة أخيرة، لا يُستخدم حمض البوريك في مفاعلات الماء المغلي لأن ذلك يؤدي إلى تاكل المواد في الدورة التبريدية الاولى، والخوف كل الخوف ان يحدث تسرب من هذه الدورة مما يؤدي إلى تسرب في محيط المفاعل.
المصدر: عمر نصير