د/ خالد غيث القريزى
الملخص :
تمثل مفاعلات الجيل الرابع النووي تقدما تحويليا في التكنولوجيا النووية، حيث تؤكد على تعزيز السلامة والاستدامة والكفاءة والجدوى الاقتصادية من خلال النشر الاستراتيجي لمبردات متقدمة عالية الكفاءة. تفحص هذه الدراسة كيف تمكن المبردات مثل أملاح الفلورايد المنصهرة، ومواد الرصاص-البيسموت اليوتكتيكية (LBE)، والمياه فوق الحرجة، والهيليوم المفاعلات من الجيل الرابع من تحقيق كفاءة حرارية تتراوح بين 44-50٪ مقارنة ب 32-34٪ في مفاعلات المياه الخفيفة التقليدية (LWRs). تحلل الدراسة ستة مفاهيم للمفاعل—المفاعل السريع المبرد بالصوديوم (SFR)، المفاعل السريع المبرد بالرصاص (LFR)، المفاعل السريع المبرد بالغاز (GFR)، المفاعل عالي الحرارة جدا (VHTR)، المفاعل المبرد بالماء فوق الحرج (SCWR)، ومفاعل الملح المنصهر (MSR)—مما يوضح كيف تمكن المبردات المتقدمة من استهلاك الوقود بشكل أفضل (>50-60٪ من موارد اليورانيوم مقابل ~1٪ في المياه ذات الماء المنصهر)، وميزات السلامة السلبية المحسنة، وتطبيقات موسعة تشمل إنتاج الهيدروجين وتسخين العمليات الصناعية. يكشف التحليل أن اختيار المبرد يحدد بشكل أساسي أداء المفاعل الحراري-الهيدروليكي، وخصائص النيوترونات، وتوافق المواد، واستجابة السلامة، والجدوى الاقتصادية، مع اختيار مثالي يعتمد على متطلبات التطبيق الخاصة وسياق النشر.
Abstract:
Fourth-generation nuclear reactors represent a transformative advance in nuclear technology, emphasizing enhanced safety, sustainability, efficiency, and economic viability through the strategic deployment of advanced, highly efficient coolants. This study examines how coolants such as molten fluoride salts, lead-bismuth eutectic materials (LBEs), supercritical water, and helium enable fourth-generation reactors to achieve thermal efficiencies of 44–50%, compared to 32–34% in conventional light water reactors (LWRs). This study analyzes six reactor concepts—sodium-cooled fast reactor (SFR), lead-cooled fast reactor (LFR), gas-cooled fast reactor (GFR), extra-high temperature reactor (VHTR), supercritical water-cooled reactor (SCWR), and molten salt reactor (MSR)—demonstrating how advanced coolants enable better fuel utilization (>50–60% of uranium resources versus ~1% in molten water reactors), enhanced passive safety features, and expanded applications including hydrogen production and industrial process heating. The analysis reveals that coolant selection fundamentally determines the thermohydro-hydraulic reactor’s performance, neutron characteristics, material compatibility, safety response, and economic viability, with the optimal choice depending on specific application requirements and deployment context.