أثر السريع مفاعلات بريدر في اليورانيوم العالمي الموارد

إن مفاعلات توليد الطاقة السريعة تمثل تكنولوجيا تحولية في الطاقة النووية، متميزة عن المفاعلات الحرارية التي تسيطر حاليا على توليد الطاقة العالمية، وتدرك سمتها الحاسمة في إنتاج مواد انشطارية أكثر مما تستهلكه، وتعالج مباشرة أحد أكثر الشواغل إلحاحا لاستدامة الطاقة النووية في الأجل الطويل: الاستخدام الفعال لموارد اليورانيوم، عن طريق تحويل اليورانيوم - 238 إلى نفايات

فهم المفاعلات السريعة

كيف يعملون

جميع المفاعلات النووية تعمل من خلال الحفاظ على سلسلة من النظائر الثقيلة التي تنفجر، ولكن طيف الطاقة من النيوترونات ينطوي على اختلافات كبيرة.

أما الجوهر النموذجي للفلوروكربون المحتوي على مزيج من البلوتونيوم - 239 (أو المواد الانشطارية الأخرى) واليورانيوم - 238، فإغلاق القاع هو غطاء من اليورانيوم - 238 (اليورانيوم المستنفد في كثير من الأحيان) لا يستوعب سوى النيوترونات لإنتاج البلوتونيوم، ويمكن، بمرور الوقت، إعادة تجهيز البطانية لاستخراج البلوتونيوم الممتر، الذي يُصنع بعد ذلك في دورة الوقود المغلقة.

أنواع المفاعلات السريعة

(الـ (إف إل تي) و (إف إل تي) و (إس إل تي) و (إس بي إل) و (إس بي إل) و (إس بي إل) و (إس بي إل) و (إس بي إل) و (إس إل)

دور موارد اليورانيوم في الطاقة النووية

فاليورانيوم مورد محدود، وإن كان في الوقت الراهن وفرة في تكاليف الاستخراج التي تجعل الطاقة النووية قادرة على المنافسة، ووفقا لما ذكرته وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي والوكالة الدولية للطاقة الذرية، فإن موارد اليورانيوم القابلة للاسترداد تبلغ نحو ٨ ملايين طن متري، بينما يقدر مجموع الموارد التقليدية )بما في ذلك المواد غير المكتشفة( بما يزيد على ١٤ مليون طن متري.

كما أن التوزيع الجغرافي لموارد اليورانيوم مهم أيضاً، إذ أن أكبر منتجين هم كازاخستان وكندا وناميبيا وأستراليا، والبلدان التي لا توجد فيها ألغام اليورانيوم المحلي أو لديها احتياطيات استراتيجية محدودة تواجه مخاطر العرض وتقلبات الأسعار، ومن خلال نشر القوات المسلحة الرواندية، يمكن لهذه الدول أن تستغل مخزونات كبيرة من اليورانيوم المستنفد (المخزن حالياً كذيول من محطات التخصيب) بل أن تُعد محركات التعدين كوقود، مما يقلل من الاعتماد على واردات اليورانيوم الجديدة.

توسيع موارد اليورانيوم مع أجهزة الاستنشاق السريع

وأهم تأثير للمركبات الفلورية على موارد اليورانيوم العالمي هو الزيادة الهائلة في استخراج الطاقة لكل وحدة من اليورانيوم الملغوم، ففي مفاعل حراري، بعد تخصيب اليورانيوم - 238 يظل في الوقود المستهلك كمنتج ثانوي محدود الفائدة، ويمكن للمولد السريع أن يستخدم مباشرة كمفاعل اليورانيوم - 238 (أو البلوتونيوم المستخرج منه) كوقود.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تستهلك مركبات الإيثر الثنائي الفينيل المتعدد البروم اليورانيوم المستنفد ]، وهو منتج نفايات من محطات التخصيب، وهناك أكثر من 1.5 مليون طن متري من اليورانيوم المستنفد المخزن في جميع أنحاء العالم، ويمثل موردا هائلا للطاقة يشكل حاليا مسؤولية إدارة النفايات، وباستخدام هذه المواد في أغطية المولدات، يمكن لبلد أن يحوّل بفعالية مشكلة التخلص الطويلة الأجل إلى رصيد من الوقود.

Global Fast Breeder Reactor Programs

المظاهرات المبكرة

مفاعل التوليد الناجح الأول هو المفاعل التجريبي للطيور (EBR-I) في الولايات المتحدة، الذي بدأ تشغيله في عام 1951 وكان أول مفاعل لتوليد الكهرباء، وقد أثبت خلفه EBR-II (1964-1994) دورة وقود مغلقة كاملة مع إعادة التجهيز في الموقع، وقامت فرنسا ببناء برنامج فينكس (1973-2009) وشركة سوبرفينيكس الكبرى (1985-1998)؛

المشاريع الحالية والمقبلة

اليوم، (بي إن -800) في روسيا كإختبار لوقود أكسيد مختلط ودورات الوقود المتقدمة، بينما خطط لـ (بي إن -1200) أكبر جارية، الصين قد بنيت مشروع تجريبي (المفاعل التجريبي السريع الصيني) و تقوم ببناء 600 ميغاواط من طراز (إس - إيه)

وهذه البرامج أساسية لتطوير التاريخ التشغيلي المطلوب لترخيص وتسويق عمليات القوات المسلحة الرواندية، غير أن بطء وتيرة النشر يسلط الضوء على العقبات التقنية والمالية الهائلة التي لا تزال قائمة.

التحديات الاقتصادية والتشغيلية

وعلى الرغم من فوائد الموارد المتاحة، تواجه عمليات إعادة البناء والتراكم البيولوجي عقبات اقتصادية شديدة، إذ تقدر تكلفة رأسمالية التراكم المتراكم من الصوديوم بحوالي 2-3 أضعاف تكلفة المفاعل الحراري القابل للمقارنة، نظراً إلى الحاجة إلى أنبوبين مزودين بالعجلات، وإلى حلقات صوديوم وسيطة (لمنع ردود فعل ماء الصوديوم)، ونظم الغطاء الغازي غير المباشر، وإلى مرافق التبريد المتخصصة في مجال معالجة الوقود، وهي زيادة في التكاليف.

تجربة العمليات كانت متباينة، فقد عانى سوبرفينيكس فرنسا من توقف ممتد وعوامل منخفضة القدرة قبل أن يتم التخلي عنها، وقد أدّى BN-600 روسيا أداءً جيداً، لكنه مفاعل صغير نسبياً (00 MWt/600 MWe) يستفيد من عقود من التحسين التدريجي، ويستلزم الانتقال من التجارب إلى التجارة أن يثبت أن الـ FBRs يمكن أن تحقق عوامل قدرة تتجاوز 85 في المائة وأن تعمل بشكل موثوق به في الفترة الزمنية الممتدة من 4060 إلى 20 سنة.

مخاطر الانتشار وتدابير عدم الانتشار

ومن الشواغل الحاسمة التي تكتنف عمليات الغسل المفلورة أنها تنتج مادة البلوتونيوم - مادة يمكن استخدامها في الأسلحة النووية، فالبلوتونيوم المرشَّح في أغطية FBR له نوعية إيسوتوغرافية عالية نسبياً (نسبة مئوية منخفضة من البلوتونيوم - 240)، مما يجعله أكثر جاذبية للتسليح من البلوتونيوم المستخرج من الوقود المستنفد الحراري، ويجب التصدي لمخاطر الانتشار هذه من خلال ضمانات قوية، والرقابة الدولية، والتدابير المؤسسية.

To mitigateization this, many FBR programs incorporate proliferation-resistant features. For example, the plutonium can be mixed with uranium in a MOX fuel during re processing, making it less accessible. The use of denature fuel [adding uranium-238 to the plutonium]

المنافع البيئية والمتعلقة بإدارة النفايات

وإلى جانب توسيع موارد اليورانيوم، يمكن أن تقلل مركبات الكربون الكلورية فلورية من السمية الراديوية الطويلة الأجل وحجم النفايات النووية، وفي مفاعل حراري يحتوي الوقود المستهلك على عناصر متداخلة المدى طويلة (وبخاصة البلوتونيوم والأمريكيوم والسيليوم) تتطلب عزلة جيولوجية لمئات الآلاف من السنوات ويمكن تصميم مفاعلات سريعة على حرق هذه العناصر العابرة للفلوروقود.

كما أن دورة الوقود المغلقة المرتبطة بمركبات FBRs تعني أن النفايات النهائية الوحيدة هي منتجات الإنشطار (مثل سيزيوم-137 وستيرونتيوم-90) بالإضافة إلى كميات صغيرة من المواد الجاهزة، وأن منتجات الرصد لديها أقصر من نصف عمر (الاستهلاك إلى مستويات آمنة في حوالي 300 إلى 500 سنة) وتنتج عن ذلك كمية من النفايات من المواد الحرارية.

مقارنة بين الثدييات السريعة والمفاعلات الحرارية

To put the resource impact into perspective, consider the following:
- A 1 GWe pressurized water reactor (PWR) requires about 200 metric tons of natural uranium per year.
- The same 1 GWe fast breeder ratio of 1.2, would initially require an inventory of emission material (some 3-5 metric tons of plutonium or highlyrich

كما أن المفاعلات الحرارية لها ميزة في سلسلة الإمداد الناضجة وانخفاض التكاليف الأولية، وتدرك تكنولوجيا هذه المفاعلات جيداً، حيث أن آلاف السنوات التي يمر بها المفاعلات، على النقيض من ذلك، ما زالت في مرحلة العرض، والاختيار بين المفاعلات الحرارية والمفاعلات السريعة ليس ثنائياً: إذ أن العديد من البلدان تخطط للعمل معاً، حيث تنمو المفاعلات الحرارية اليوم وتتحول إلى خامات الوقود الحرارية تدريجياً لتصبح أكثر تكلفة أو استثمارات.

مستقبل البريديين السريعين في مكسيكي للطاقة المستدامة

وإذا ما تطورت القدرة النووية العالمية للوفاء بأهداف إزالة الكربون، فإن الطلب على اليورانيوم سيرتفع ارتفاعا حادا، فبدون مربيات، يمكن أن تستنفد موارد اليورانيوم في غضون قرن، لا سيما إذا كانت جميع المفاعلات ذات طابع حراري، وإذا ما زادت الطاقة النووية العالمية لتلبية احتياجات إزالة الكربون، فإن نشر هذه المواد سيسمح بزيادة الطاقة النووية دون تدريب إمدادات اليورانيوم، كما سيوفر استخداما للمخزونات الكبيرة من اليورانيوم المستنفد.

أما التكامل مع الطاقة المتجددة فهو وسيلة أخرى، إذ يمكن تصميم المفاعلات السريعة بقدرات ضخ الحمولات ويمكن أن توفر قدرة مرسلة لتكملة مصادر متغيرة مثل الرياح والطاقة الشمسية، وتشمل بعض المفاهيم المتقدمة للمركبات الفلورية مثل المفاعل السريع المزود بالبطاقات المتحركة ، وتوفر سمات أمان سلبية، وفترات طويلة من الوقود، مما يجعلها مناسبة للتصميمات الجيلية الرابعة.

غير أن الطريق إلى التسويق طويل، إذ أن هناك حاجة إلى استثمارات كبيرة في محطات تجهيز البنية الأساسية لدورة الوقود، وصناعة الوقود، وإدارة النفايات، ويمكن أن يساعد التعاون الدولي على تقاسم التكاليف والتعجيل بالتعلم، كما أن منظمات مثل والوكالة والوكالة المعنية بالطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي تواصل تيسير تبادل المعلومات وتقليص نماذج التعاون على النتائج.

خاتمة

وتوفِّر مفاعلات التوليد السريع حلاً ملزماً تقنياً للتحدي المتمثل في توسيع نطاق موارد اليورانيوم العالمي، وباستغلال اليورانيوم الوفّر - 238 وتمكين إعادة تدوير الوقود المستهلك، فإنها يمكن أن تزيد من إنتاج الطاقة من اليورانيوم الملغَّم بأوامر كبيرة، وأن تحد من البصمة البيئية للتعدين، وأن تعالج مشكلة النفايات التي طال أمدها، ومع ذلك، فإن هذه الفوائد تقابلها تكاليف مرتفعة، وتعقيد عملي، وشواغل في مجال السلامة، ومخاطر الانتشار محدودة.

وسيتوقف الأثر المستقبلي للمركبات غير المفلورة على موارد اليورانيوم على الإرادة السياسية المستمرة، والتمويل المستمر، والتعاون الدولي لحل الحواجز التقنية والمؤسسية، وإذا ما تم التغلب على هذه التحديات، فإن المولدات السريعة يمكنها تحويل الطاقة النووية من جسر محدود الموارد إلى مصدر للطاقة المستدامة حقاً منذ قرون، والوعد الآن لا يزال قريباً من العطاء، ولكن الطريق إلى الأمام يتطلب الصبر والابتكار والالتزام بالتحكم المسؤول في المواد النووية.

External links for further reading:]
- World Nuclear Association: Fast Neutron Reactors[FL:4]
- International Atomic Energy Agency: Fast Reactors