مستخدم:Dr-Taher/دولار (تفاعلية)

دولار dollar هو وحدة قياس التفاعلية لمفاعل نووي، معايرة على أساس الفاصل بين الظروف الحرجة والظروف الحرجة الفورية . تُعرف الحالة الحرجة الفورية على أنها الحالة التي ستؤدي إلى ارتفاع سريع للغاية في الطاقة، مع ما ينتج عن ذلك من تدمير المفاعل، ما لم يكن مصمماً خصيصاً لتحمل هذه الحالة. وتُقسم وحدة الدولار إلى 100 وحدة تسمى الواحدة منها سنت، أي أن السنت الواحد هو ¹⁄₁₀₀ من الدولار. في مناقشات فيزياء المفاعلات النووية ، غالبًا ما يتم إضافة الرموز إلى نهاية القيمة العددية للتفاعلية، حيث يستخدم رمز $ للدولار ورمز ¢ للسنت، مثل 3.48$ أو 21 ¢. ^[1]

ترتبط التفاعلية (المشار إليها بـ ρ أو ΔK/K) بعامل مضاعفة النيوترونات الفعال ( k _eff )، وهو متوسط عدد جميع النيوترونات الناتجة من انشطار واحد والتي تسبب انشطارًا آخر. ^[1]

ρ =k_eff - 1/k_eff

ولكن في الفيزياء النووية، من المفيد أن نتحدث عن التفاعلية التي تساهم بها النيوترونات الفورية فقط. ويقال هذا التفاعل بوحدة الدولار أو السنتات.

بشكل عام، لا يجري قياس التفاعلية بالدولارات أو السنتات، لأن k _eff يقيس قيمتها الإجمالية، وهي عبارة عن مجموع تفاعلية كل من النيوترونات السريعة والمتأخرة. تعتمد التفاعلية بالدولارات على جزء النيوترون المتأخر (β _eff ). ^[1]

التفاعلية بالدولار = ρ/β_eff

التفاعلية بالسنت = 100 × (ρ/β_eff )

عندما تتغير تفاعلية مكونات أو معاملات معينة في المفاعل النووي، يمكن حساب التغييرات باعتبارها قيمة تفاعليتها. إن قضيب التحكم وسم المفاعل الكيميائي لهما قيمة تفاعلية سلبية، في حين أن إضافة مهدئ نيوتروني سيكون له عمومًا قيمة تفاعلية إيجابية. يمكن قياس قيمة التفاعلية بالدولارات أو السنتات. أثناء تصميم واختبار المفاعل النووي، سيجري فحص كل مكون لتحديد قيمته التفاعلية، غالبًا عند درجات حرارة وضغوط وارتفاعات قضبان التحكم المختلفة. على سبيل المثال، يعد حرق السموم في المفاعلات أمراً مهماً لعمر قلب المفاعل، لأن قيمتها التفاعلية تنخفض مع تقدم عمر القلب.

التفاعلية بشكل عام

التفاعلية (ρ) ليس لها أبعاد ، ولكن يمكن تعديلها لجعلها أقل صعوبة. نظرًا لأن التفاعلية غالبًا ما تكون رقمًا صغيرًا، فيمكن الإشارة إليها كنسبة مئوية، أي %ΔK/K. ^[1] وبالتالي، فإن التفاعلية البالغة 0.02 ΔK/K يمكن الإبلاغ عنها على أنها 2%ΔK/K. المفاعل النووي ذو التفاعلية 2% هو مفاعل فوق حرج. تشير العلامة السلبية إلى أنها دون المستوى الحرج.مثال للتنقيح

تُستخدم النسبة المئوية للألف (pcm) للقياسات الأكثر دقة للتفاعلية، والتي تصل إلى واحد على الألف من النسبة المئوية. ^[1] وبالمثل، فإن InHour (الساعة العكسية) هي قياس صغير آخر للتفاعلية يأخذ في الاعتبار وقت الضرب.مثال للتنقيح

يمكن تحويل جميع إصدارات التفاعلية التي لا تعتمد على الوحدات، أو التغير في القيمة التناسبية، أو النسبة المئوية، أو الوقت العكسي إلى دولارات باستخدام الصيغة أعلاه ومعادلة InHour . ومن هناك، يمكن حساب معدل بدء التشغيل (SUR)، وفترة المفاعل ووقت مضاعفة المفاعل.مثال للتنقيح

المعنى والاستخدام

كل انشطار نووي ينتج العديد من النيوترونات التي يمكن امتصاصها، أو الهروب من المفاعل، أو الاستمرار في التسبب في المزيد من الانشطار في تفاعل نووي متسلسل . عندما يتسبب متوسط نيوترون واحد من كل انشطار في حدوث انشطار آخر، يصبح المفاعل "حرجًا"، ويستمر التفاعل المتسلسل بمستوى طاقة ثابت. إن إضافة التفاعلية في هذه المرحلة سيجعل المفاعل فوق الحرج، في حين أن طرح التفاعلية سيجعله دون الحرج.مثال للتنقيح

معظم النيوترونات الناتجة عن الانشطار تكون "فورية"، أي أنها تنشأ باستخدام منتجات الانشطار في أقل من حوالي 10 نانوثانية (" اهتزاز " من الزمن)، ولكن بعض منتجات الانشطار تنتج نيوترونات إضافية عندما تتحلل لمدة تصل إلى عدة دقائق بعد إنشائها عن طريق الانشطار. تشكل هذه النيوترونات ذات الإطلاق المتأخر ، والتي تشكل جزءًا صغيرًا من الإجمالي، مفتاحًا للسيطرة المستقرة على المفاعل النووي . بدون النيوترونات المتأخرة، فإن المفاعل الذي يكون بالكاد فوق الحرج سوف يمثل مشكلة تحكم كبيرة، حيث ستزداد طاقة المفاعل بشكل كبير على مقياس زمني بالمللي ثانية أو حتى ميكروثانية - وهي سرعة كبيرة بحيث لا يمكن التحكم فيها باستخدام التكنولوجيا الحالية أو المستقبلية القريبة.مثال للتنقيح

يمكن أن يحدث مثل هذا الارتفاع السريع في الطاقة أيضًا في مفاعل حقيقي عندما يستمر التفاعل المتسلسل دون مساعدة النيوترونات المتأخرة. افترض أن نسبة النيوترون المتأخر لمفاعل معين هي 0.00700، أو 0.700%. افترض أيضًا أن المفاعل ذو حالة فوق حرجة للغاية وأن ΔK/K يساوي 0.00700.مثال للتنقيح

التفاعلية بالدولار =ρ/β_eff0.007/0.007 دولار

إذا كانت التفاعلية الزائدة للمفاعل 1 دولار (1$) أو أكثر، يكون المفاعل حرجًا سريعًا. إن النيوترونات الفورية كثيرة جدًا لدرجة أن إنتاج النيوترونات المتأخرة لم يعد ضروريًا لاستمرار التفاعل. عند 1 دولار أو أكثر، يستمر التفاعل المتسلسل بدونها، وتزداد طاقة المفاعل بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن لأي آلية تحكم تقليدية إيقافها. سيؤدي وجود مفاعل في مثل هذه الحالة إلى انحراف المفاعل وقد يؤدي إلى وقوع حادث للمفاعل .مثال للتنقيح

من الأمثلة المتطرفة على رد الفعل الحرج السريع هو انفجار سلاح نووي ، حيث يتم بذل جهد تصميمي كبير للحفاظ على القلب مقيدًا في حالة حرجة سريعة لأطول فترة ممكنة حتى يتم انشطار أكبر نسبة ممكنة من الموادمثال للتنقيح. ^[2]

قام فريق SPERT بدراسة المفاعلات القريبة من نقطة الحرج للإجابة على أسئلة حول فيزياء المفاعلات المائية المضغوطة ومفاعلات الماء المغلي أثناء التشغيل فوق الحرج. في مفاعلات SPERT، يمكن إضافة التفاعلية عن طريق الإدخال التدريجي المبرمج (إضافة منحدر للتفاعلية) أو عن طريق إخراج قضيب تحكم مؤقت من أسفل القلب (إضافة تدريجية للتفاعلية)مثال للتنقيح. ^[3]

وبحسب التعريف، فإن تفاعلية الدولار الصفري تكون بالكاد على حافة الحرجة باستخدام النيوترونات السريعة والمتأخرة. إن التفاعلية التي تقل عن صفر دولار تعتبر دون الحرج؛ حيث سينخفض مستوى الطاقة بشكل كبير ولن يحدث تفاعل متسلسل مستدام. يتم تعريف الدولار الواحد باعتباره العتبة بين الأهمية المتأخرة والأهمية الفورية. في الحالة الحرجة الفورية، سوف يتسبب كل انشطار في المتوسط في انشطار إضافي واحد فقط عن طريق النيوترونات الفورية، ثم تعمل النيوترونات المتأخرة على زيادة الطاقة. أي تفاعل أعلى من 0$ هو فوق حرج وستزداد الطاقة بشكل كبير، ولكن بين 0$ و1$ سيكون ارتفاع الطاقة بطيئًا بدرجة كافية للتحكم فيه بأمان باستخدام الخصائص الميكانيكية والخصائص المادية الجوهرية (حركات قضيب التحكم، كثافة المبرد، خصائص المهدئ، تكوين البخار) لأن التفاعل المتسلسل يعتمد جزئيًا على النيوترونات المتأخرة. وبالتالي فإن مفاعل الطاقة الذي يعمل في حالة مستقرة (طاقة ثابتة) سيكون له متوسط تفاعلية 0 دولار، مع تقلبات صغيرة أعلى وأسفل هذه القيمةمثال للتنقيح. ^[1]

يمكن أيضًا التعبير عن التفاعلية بمصطلحات نسبية، مثل "5 سنتات فوق الحد النقدي الفوري"مثال للتنقيح. ^[4]

في حين أن مفاعلات الطاقة مصممة ومشغلة بعناية لتجنب الحرج الفوري في جميع الظروف، فإن العديد من مفاعلات الأبحاث الصغيرة أو "الطاقة الصفرية" مصممة ليتم وضعها عمداً في الحرج الفوري (أكبر من 1 دولار) مع الأمان الكامل عن طريق سحب قضبان التحكم الخاصة بها بسرعة. تم تصميم عناصر الوقود الخاصة بها بحيث عندما تسخن، يتم تقليل التفاعلية تلقائيًا وبسرعة من خلال تأثيرات مثل اتساع دوبلر والتمدد الحراري . يمكن "دفع" مثل هذه المفاعلات إلى مستويات طاقة عالية جدًا (على سبيل المثال، عدة جيجاوات ) لبضعة مللي ثانية، وبعدها تنخفض التفاعلية تلقائيًا إلى 0$ ويتم الحفاظ على مستوى طاقة منخفض وثابت نسبيًا (على سبيل المثال عدة مئات من كيلووات) حتى يتم إيقاف تشغيلها يدويًا عن طريق إعادة إدخال قضبان التحكممثال للتنقيح. ^[5]

إن المفاعلات دون الحرجة ، والتي تم بناؤها حتى الآن على نطاق المختبر فقط، سوف تعمل باستمرار بـ "دولارات سلبية" (على الأرجح بضعة سنتات أقل من [المتأخر] الحرج) مع النيوترونات "المفقودة" التي يوفرها مصدر نيوتروني خارجي، على سبيل المثال التفتت الذي يقوده مسرع الجسيمات في مفاعل دون حرج مدفوع بمسرع مثال للتنقيح.

تاريخ

وفقًا لألفين وينبرج ويوجين ويجنر ، كان لويس سلوتين أول من اقترح اسم "الدولار" لفترة التفاعلية بين الحرجة بالكاد والحرجة الفورية ، و"السنتات" للكسر العشري من الدولارمثال للتنقيح. ^[6]

مراجع

^ ^ا ^ب ^ج ^د ^ه ^و "Reactivity". nuclear-power.net. n.d. مؤرشف من الأصل في 2017-12-14. اطلع عليه بتاريخ 2021-07-07. وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "np" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
^ Hugh C. Paxton: A History of Critical Experiments at Pajarito Site. Los Alamos Document LA-9685-H نسخة محفوظة 2014-10-14 على موقع واي باك مشين., 1983.
^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع spert3
^ McLaughlin، Thomas P.؛ وآخرون (2000). A Review of Criticality Accidents (PDF). Los Alamos: Los Alamos National Laboratory. ص. 75. LA-13638. مؤرشف (PDF) من الأصل في 2007-09-27. اطلع عليه بتاريخ 2012-11-05.
^ "WSU Reactor Pulsing to 1.2 GW (January 2007)". YouTube. 20 فبراير 2012. اطلع عليه بتاريخ 2021-07-07.
^ Weinberg، Alvin M.؛ Wigner، Eugene P. (1958). The Physical Theory of Neutron Chain Reactors. Chicago: University of Chicago Press. ص. 595.

[[تصنيف:مرافق نووية]] [[تصنيف:طاقة نووية]] [[تصنيف:فيزياء نووية]] [[تصنيف:وحدات قياس]] [[تصنيف:نيوترون]] [[تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة]]

[np-1] ا ^ب ^ج ^د ^ه ^و "Reactivity". nuclear-power.net. n.d. مؤرشف من الأصل في 2017-12-14. اطلع عليه بتاريخ 2021-07-07. وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "np" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.

[Pajarito-2] Hugh C. Paxton: A History of Critical Experiments at Pajarito Site. Los Alamos Document LA-9685-H نسخة محفوظة 2014-10-14 على موقع واي باك مشين., 1983.

[spert3-3] اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع spert3

[4] McLaughlin، Thomas P.؛ وآخرون (2000). A Review of Criticality Accidents (PDF). Los Alamos: Los Alamos National Laboratory. ص. 75. LA-13638. مؤرشف (PDF) من الأصل في 2007-09-27. اطلع عليه بتاريخ 2012-11-05.

[5] "WSU Reactor Pulsing to 1.2 GW (January 2007)". YouTube. 20 فبراير 2012. اطلع عليه بتاريخ 2021-07-07.

[6] Weinberg، Alvin M.؛ Wigner، Eugene P. (1958). The Physical Theory of Neutron Chain Reactors. Chicago: University of Chicago Press. ص. 595.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]