فیزیک شیم‌های شیمیایی: چرا راکتورهای پیشرفته در حذف بور محلول با مشکل مواجه‌اند

حامیان راکتورهای مدولار کوچک نسل بعدی اغلب حذف بور محلول را به عنوان یک ساده‌سازی صرف در شیمی نیروگاه معرفی می‌کنند، که اسیدهای خورنده و سیستم‌های پمپاژ پیچیده را از حلقه خنک‌کننده اصلی حذف می‌کند. این ایده بسیار جذاب است: اسید را از آب خارج کنید تا ساخت راکتور ارزان‌تر، نگهداری آن آسان‌تر و در طول عمر چند دهه‌ای خود کمتر مستعد تخریب شیمیایی باشد. اما فیزیک راکتور حکم می‌کند که واکنش‌پذیری اضافی عظیم بارگذاری شده در سوخت هسته‌ای تازه باید در جایی سرکوب شود. همانطور که محققان در تحلیل هسته‌های بدون بور محلول اشاره می‌کنند، حذف شیم شیمیایی مشکل فیزیکی را از بین نمی‌برد؛ بلکه صرفاً آن را جابجا می‌کند. این امر کل بار کنترل واکنش‌پذیری را بر دوش میله‌های کنترل مکانیکی می‌اندازد، که اساساً مشخصات ایمنی راکتور را تغییر داده و آسیب‌پذیری‌های جدیدی ایجاد می‌کند که مهندسان هنوز در تلاش برای حل آنها هستند.[4]

چالش اصلی هر راکتور هسته‌ای، مدیریت انرژی پتانسیل عظیمی است که در سوخت تازه بارگذاری شده است. در ابتدای چرخه سوخت، یک راکتور آب تحت فشار حاوی مواد شکافت‌پذیر بسیار بیشتری از آنچه برای حفظ یک واکنش زنجیره‌ای بحرانی لازم است، می‌باشد. این مازاد، که به عنوان واکنش‌پذیری اضافی شناخته می‌شود، تضمین می‌کند که راکتور می‌تواند ۱۲ تا ۱۸ ماه بدون نیاز به سوخت‌گیری مجدد به کار خود ادامه دهد. با این حال، اگر این واکنش‌پذیری اضافی کنترل نشود، باعث می‌شود واکنش زنجیره‌ای به طور غیرقابل کنترلی شتاب گیرد. بنابراین، باید به طور مداوم و دقیق جذب شود تا راکتور در حالت ثابت کار کند.[1]

نیروگاه‌های هسته‌ای تجاری مدت‌هاست که برای مدیریت این تعادل ظریف، به دو سیستم مجزا که به صورت هماهنگ کار می‌کنند، متکی بوده‌اند: میله‌های کنترل مکانیکی برای تنظیمات سریع و موضعی، و یک «شیم شیمیایی» برای سرکوب آهسته و در کل هسته. شیم شیمیایی شامل اسید بوریک محلول مستقیماً در آب خنک‌کننده اصلی است که روی میله‌های سوخت داغ جریان دارد. از آنجایی که بور به طور یکنواخت در آب پخش می‌شود، کل واکنش را به طور یکنواخت بالا یا پایین می‌برد، بدون اینکه شکل توان هسته را مانند یک میله کنترل جامد مخدوش کند.[1]