Table of Contents
مقدمة: نموذج جديد لأمن الوقود النووي
وتتوقف صناعة الطاقة النووية العالمية على إمدادات آمنة ويمكن التنبؤ بها من المواد الانشطارية لتأجيج مفاعلاتها، وقد تهيمن سلسلة الإمداد على عقود من التعدين والطاحن وإثراء النظائر المشعة التي تنتج أقل من 1 في المائة من اليورانيوم الطبيعي، حيث إن الطلب على الطاقة المنخفضة الكربون قد يؤدي إلى زيادة فعالية في توافر اليورانيوم الطويل الأجل، وتقلب الأسعار، والاعتماد الجغرافي السياسي على عدد قليل من الدول الموردة.
ما هي المفاعلات السريعة؟
ومفاعل التوليد السريع هو نوع من المفاعلات النووية التي تتواصل فيها سلسلة الانشطارات بواسطة النيوترونات السريعة التي لم تبطئ من قبل موصل للتحكم، وعلى عكس مفاعلات ثاني أكسيد اليورانيوم الخفيف التقليدية التي تستخدم خليط الوقود الحراري (المتفجر) وتعتمد أساسا على اليورانيوم - 235، يمكن أن تولد الفلوروكربونات الفلورية - 239 من الأسمدة المدمجة.
نسبة التكاثر - كمية المواد الانشطارية التي تنتجها الكمية المستهلكة - يمكن أن تتجاوز ١,٠، أي أن المفاعل يولد وقوداً أكبر مما يحرق، وهذا هو السمة المعينة لمولد، وبعض تصميمات الفلوروكربون - المتوسطات النووية تهدف إلى نسبة توالد تبلغ ١,٢ أو أكثر، مما يتيح لها استخراج طاقة أكبر من نفس كمية اليورانيوم - ٠٠٦ مرة بالمقارنة مع برامج النجاح في مجال إنتاج الطاقة النووية - ٠٠١ في روسيا )٦(.
وللاطلاع على نظرة تقنية أعمق، انظر ] World Nuclear Association’s Fast Neutron Reactors page ].
سلسلة إمدادات الوقود النووي: المسؤوليات الحالية
ولفهم تأثير عمليات التراكم البيولوجي، يجب أولاً أن يدرس المرء سلسلة إمدادات الوقود النووي الموجودة وأوجه ضعفها، وتتألف دورة الوقود التقليدية من عدة مراحل: تعدين اليورانيوم وطاحنته، وتحويله إلى سداسي فلوريد اليورانيوم، والتخصيب (لزيادة تركيز اليورانيوم-235 من 0.7 في المائة إلى 3.5 في المائة)، وتصنيع الوقود، واستخدامه في مفاعل، والتخزين المؤقت للوقود المستهلك، والتخلص منه في نهاية المطاف.
تركيز إمدادات اليورانيوم
ووفقا لما ذكرته وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي والوكالة الدولية للطاقة الذرية، فإن موارد اليورانيوم المحددة كافية لأكثر من ١٣٠ سنة بمعدلات الاستهلاك الحالية، ولكن فقط إذا ما اعتمد على الاحتياطيات التقليدية، فأكبر منتجي اليورانيوم في العالم - كازاخستان وناميبيا وكندا وأستراليا وأوزبكستان - يتحكمون في الغالبية العظمى من ناتج الألغام، كما أن حالات الاضطرابات الناجمة عن عدم الاستقرار السياسي أو المنازعات التجارية أو الكوارث الطبيعية قد تؤدي إلى نقص في الواردات المحلية في الأجل القصير.
اختناقات الإثراء
وإثراء اليورانيوم صناعة أكثر تركيزاً، إذ إن ثلاث شركات - أورينكو (ألمانيا/هولندا) وأورانو (فرنسا) وروزاتوم (روسيا) - تسيطر على نحو أكثر من 90 في المائة من القدرة العالمية على التخصيب، وتزيد هياكل السوق الاحتكارية من الضعف الاستراتيجي، فالاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، على سبيل المثال، يحاولان الحد من الاعتماد على خدمات الإثراء الروسية منذ عام 2022، ولكن بدائل الإمداد محدودة أيضاً.
تراكم الوقود المستهلك
ولا يزال الوقود النووي المستعمل من الأراضي المزروعة السلاح يحتوي على نحو 94 في المائة من اليورانيوم (عادة U-238)، و 1 في المائة من البلوتونيوم، و 5 في المائة من منتجات الأنشطار والأعمال الصغيرة، وهذه المادة، إن لم تُعاد تدويرها، تصنف على أنها نفايات رفيعة المستوى تتطلب التخلص الجيولوجي باهظ التكلفة وطويل الأجل، وفي الوقت الراهن، لا تمارس بلدان قليلة (فرنسا واليابان وروسيا) إعادة المعالجة التجارية، ومعظم الدول تخزن كميات الوقود المستهلك إلى أجل غير مسمى في المجمعات أو في مجمعات المياه.
How Fast Breeder Reactors Enhance Supply Chain Security
وتعالج مفاعلات التكاثر السريع العديد من أوجه الضعف المذكورة أعلاه في آن واحد، وقدرتها على توليد الوقود من اليورانيوم-238 الذي لا فائدة منه، وعلى استهلاك عناصر مغايرة للوقود طويلة الأمد، تجعلها حجر الزاوية في دورة الوقود الأكثر أمنا واستدامة.
خفض الاعتماد على اليورانيوم الملغوم
ونظراً لأن التراكم الأحيائي يمكن أن يستخدم اليورانيوم - 238 - الذي يمثل 99.3 في المائة من اليورانيوم الطبيعي - كمادة وسيطة خصبة، فإن عمر موارد اليورانيوم المعروفة تمتد من عقود إلى قرون، وفي اقتصاد مولد كامل، لا يتطلب سوى تحميل الوقود الأولي اليورانيوم المثرى؛ وبعد ذلك يمكن إعادة تزويد المفاعل بالمواد المعاد تدويرها من وقوده المستهلك ومن مخزونات المفاعل الحراري، مما يقلل بدرجة كبيرة من الحاجة إلى إنتاج 60 مفاعلاً من اليورانيوم.
إعادة تدوير الوقود ودورة الوقود المغلقة
كما أن إعادة تصنيع مركبات الكربون الفلورية مصممة خصيصا للعمل في دورة الوقود المغلقة: ويعاد تجهيز الوقود المستهلك لفصل البلوتونيوم وغيره من الأجهزة المزودة بأجهزة نقل اللوراني، التي تُصنع في وقت لاحق في وقود جديد، مما يقلل بشدة من حجم النفايات العالية المستوى التي تتطلب التخلص منها، ويسترد مواد قيمة ستُبطل، وفي فرنسا وروسيا، تم اختبار دورة الوقود المغلقة في محطة تصنيع الغازات السائلة.
وبذلك، فإن القوات المسلحة الرواندية، بإغلاق دورة الوقود، تحول الوقود المستهلك من المسؤولية إلى موجودات، مما يقلل من مجموع كمية المواد المشعة التي طال أمدها، ويخفف عبء التخلص الجيولوجي، ويعزز عدم الانتشار باستهلاك البلوتونيوم الذي يمكن تحويله لولا ذلك، وللاطلاع على مزيد من التفاصيل عن دورات الوقود المغلقة، انظر صفحة الوكالة الدولية للطاقة الذرية على دورات الوقود المغلقة(:
تنويع مصادر الوقود
ويمكن أن تستخدم مركبات الفلوروكربون أيضاً الفروتيوم كمواد خصبة، حيث تولد ثوريوم - 232، عندما تقصفها النيوترونات السريعة، اليورانيوم الإنشطاري - 233، بينما لا تزال المفاعلات السريعة الوقود في مرحلة البحث، فإن وفرة الثوريوم (ثلاث مرات أكثر من اليورانيوم في قشرة الأرض) تضيف بعداً آخر إلى التنويع.
المخزونات الاستراتيجية واستقلال الطاقة
ويمكن أن تتراكم لدى الأمم التي تعمل في مجال إعادة بناء الثقة احتياطيا استراتيجيا من المواد الانشطارية (البلوتونيوم) دون خدمات إثراء خارجية، حيث يمكن أن يصبح المولدون أنفسهم " مصانع الوقود " ، مما ينتج وقودا أكثر مما يستهلكون، وهذه القدرة تقلل من الاعتماد على شبكات التخصيب وإعادة المعالجة الجيوسياسية، وبالنسبة للبلدان ذات الصناعات النووية المتقدمة - مثل روسيا والصين والهند، وربما توفر البلدان التي تقوم بإعادة تجهيز الوقود من جانبها وسيلة لاستثمارها في البنية التحتية للطاقة.
الاعتبارات التقنية والاقتصادية
وعلى الرغم من مزاياها الاستراتيجية، تواجه عمليات إعادة البناء والاختراق الحاد عقبات تقنية واقتصادية هائلة، ولم تحقق بعد النضج التجاري لمفاعلات المياه الخفيفة، فالتصميمات المبكرة التي عانت من تحديات ذات صلة بالمبردات: الصوديوم السائل (المستخدم في معظم عمليات الحرق المفلورة) هو رد فعل شديد إزاء المياه والهواء، مما يتطلب نظماً متطورة للسلامة، كما أن المبردات البديلة مثل الرصاص، وتكاليف التبريد، والمفاعلات، والمتطورة، تؤدي إلى تحسين السلامة.
التكاليف الرأسمالية وحالات التأخير في التشييد
وتزيد تكلفة رأس المال الأمامي لمفاعل سريع التوليد بدرجة كبيرة عن تكلفة معامل تربوي متوسط الحجم، إذ أن تكلفة وحدة BN-800 تزيد على 4 بلايين يورو لبناء رواسب روسية، وقد استغرقت 30 عاماً من التصميم الأولي إلى التشغيل التجاري، وفي فرنسا، عانى مشروع سوبرفينيكس (200 1 ميغاواط - مركب FBR) من مشاكل تقنية مزمنة، وأغلقت بشكل دائم في عام 1998 بعد أن كان هناك عامل تراكمي للبناء أقل من 6 في المائة.
اقتصاد إعادة معالجة الوقود
وتتطلب دورة الوقود المغلقة مرافق لإعادة المعالجة مكلفة لبناء وتشغيلها، كما أن إعادة تجهيز الوقود المستهلك في محطات مثل لاهاي غير اقتصادي مقارنة بدورة الوقود التي كانت تدور من خلال أسعار اليورانيوم الحالية، إذ أن ارتفاع أسعار اليورانيوم يجعل دورة التوليد قادرة على المنافسة، ولكن لا يزال يتعين النظر فيما إذا كانت ظروف السوق ستتحول، أما الإعانات الحكومية، أو أسعار الكربون، أو وفورات تكاليف التخلص من النفايات فيمكن أن تُبلغ الرصيد.
تحديات السلامة وعدم الانتشار
وتشير النواة إلى أن الفلوروكربونات يمكن أن تزيد من مخاطر الانتشار لأن الجوهر يحتوي على البلوتونيوم القابل للاستخدام في الأسلحة، وأن البيوتونيوم المرشَّح في المفاعلات السريعة يكون عادة ما يكون له نسبة أعلى من مخزون الكوكب المحتوي على النظير من الفول السوداني - البونتوزينات، وأن تركيزات أقل من المواد الموجودة في مفاعلات الوقود المحتوية على الفولوزيع - 241 - بوقود - بوقود - ٤٢٢ )ال الأعلى الذي يعقلة( أعلى من مفاعلات المحترقة " .
(التصميمات المتقدمة تتضمن سمات مثل إزالة حرارة التحلل الحاد، والمضخات الكهرومغناطيسية بدون قطع، وزبل مزدوجة الطين لتخفيف هذه المخاطر، و(BN600) الروسية تعمل بأمان منذ عام 1980،
التطورات العالمية والتوقعات المستقبلية
وتتقدم برامج المفاعل السريع في عدة بلدان، وإن كانت بوتيرة مختلفة، وتقود روسيا مع مفاعل " بي إن -600 " و " BN800 " في العمليات التجارية وخطط " BN-1200M " و " BREST - OD300 " ، الذي يبني مفاعلاً سريعاً من طراز CFR-00 (وهو مفاعل سريع مفاعل مصفحة MWT-cooled) في زيابو، ويتوقع أن يبدأ في عام 35
والتعاون الدولي حاسم الأهمية لتوحيد تصميمات القوات المسلحة الرواندية، وتقاسم بيانات السلامة، وتنسيق الأطر التنظيمية.() ويشمل المنتدى الدولي للجيل الرابع المفاعلات السريعة بين تكنولوجيات المفاعلات الستة المختارة، ويدعم المشروع الدولي للوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن المفاعلات النووية المبتكرة ودورات الوقود الدول الأعضاء في تطوير دورات الوقود المستدامة، ولزيادة التعاون الدولي، زيارة صفحة GIFactor1]
خاتمة
إن مفاعلات توليد الطاقة السريعة توفر حلاً تحوّلاً للأمن الطويل الأجل لسلسلة إمدادات الوقود النووي، إذ إن توليد الوقود الجديد من وفرة اليورانيوم - 238، وإعادة تدوير الوقود النووي المستهلك، والحد بشكل كبير من الحاجة إلى تعدين اليورانيوم الطازج وإثراءه، فإن هذه المفاعلات يمكن أن تفكك الطاقة النووية من الموارد المحدودة والعقبات الجغرافية السياسية، كما أن التحديات التي تواجه ارتفاع تكاليف رأس المال، ونظم التبريد المعقدة، وشواغل في الانتشار، والقبول العام.