أثر مفاعلات الصدر السريعة على سياسات الطاقة النووية العالمية

أثر مفاعلات الصدر السريعة على سياسات الطاقة النووية العالمية

وتمثل مفاعلات التوليد السريع طبقة متميزة من تكنولوجيا الانشطار النووي القادرة على توليد مواد انشطارية أكثر مما تستهلك، وقد جعلت هذه القدرة الفريدة - المعروفة باسم التوالد - من القوات المسلحة الرواندية موضوعا للحماس والحذر في دوائر سياسات الطاقة في جميع أنحاء العالم، وذلك بتحويل عامل الوقود غير القابل للتداول - 238 إلى عامل إنتاج للطاقة النووية يمكن أن يزيد من تأثيره نظريا على 60 مفاعلا نوويا.

أساسيات تكنولوجيا البذور السريعة

وتنتج جميع المفاعلات النووية الطاقة عن طريق تقسيم ذرات ثقيلة مثل اليورانيوم - ٢٣٥ وفي مفاعل تقليدي للمياه الخفيفة، تباطأ النيوترونات )مزودة بالطاقة( لزيادة احتمال حدوث المزيد من الانشطار، وتعمل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بدون جهاز وسيط، وتستخدم أجهزة النيترون ذات الطاقة العالية )العظم( التي تكون أكثر كفاءة في تحويل اليورانيوم - ٢٣٨ إلى بلوتونيوم - ٩٣٢.

رُفعة وقود

أما نسبة التوالد - أي كمية المواد الانشطارية التي تنتجها المقسومة بالمبلغ المستهلك - فيجب أن تتجاوز ١,٠ في حالة التوالد الحقيقي، ويستهدف الكثير من تصميمات هذه المادة نسبة تتراوح بين ١,٢ و ١,٤، وهذا يعني أنها يمكن أن تنتج وقودا بنسبة ٢٠-٤٠ في المائة أكثر مما تستهلك، ودورة الوقود بالنسبة للمولدات أكثر تعقيدا من دورة واحدة: يجب إعادة معالجة الوقود المستهلك إلى البلوتونيوم المنفصلة، التي تغذي دورة الوقود المغلقة.

اختيارات رائعة

وتحتاج المفاعلات السريعة إلى مبردات لا تبطئ النيوترونات بشكل كبير، ومعظمها من المفاعلات العاملة أو شبه العاملة تستخدم الصوديوم السائل بسبب خصائصه الممتازة لنقل الحرارة وقلة الامتصاص بالنيوترونات، وقد تم بناء مفاعلات سريعة مجهزة بالبلازما الصوديوم في روسيا واليابان وفرنسا والهند، بيد أن هناك خيارات متطورة.

التنمية التاريخية وميلستون

وقد تجلى مفهوم التوالد في أوائل الخمسينات، وقد أصبح المفاعل التجريبي الأمريكي في إيداهو أول محطة للطاقة النووية في العالم في 20 كانون الأول/ديسمبر 1951، مما أدى إلى توليد الكهرباء الكافية لإشعال أربع مصباحات من 200 واط، وقد أثبت EBR-I أن التوالد ممكن، وعلى مدى العقود التالية، كانت عشرات من المولدات التجريبية والنموذجية في جميع أنحاء العالم.

The Era of Large Prototypes

وقامت فرنسا بتشغيل مولد تجاري كبير مع مفاعل Superphénix] (1985-1998)، وهو مفاعل بطول 200 1 ميغاواط - كولديوم، وفي حين أن نجاحا تقنيا في التوالد، عانى سوبرفينيكس من تسربات متكررة من الصوديوم، وتجاوزات في التكاليف، ومعارضة سياسية، في نهاية المطاف، بعد 14 في المائة فقط من التسرب.

الثبات في روسيا والهند

إن روسيا تواصل صقل تكنولوجيا SFR. BN-600] في بلويارسك، تعمل منذ عام 1980 بسجل جيد، باستخدام الصوديوم السائل، وخلفها، ]BN-800، بدأت العمل التجاري في عام 2016، حيث تنتج 880 MWeb، وتظهر سمات أمان محلية شحيحة.

البرامج والاستراتيجيات العالمية الحالية

دور روسيا القيادي

وروسيا هي البلد الوحيد الذي يعمل حالياً مولداً سريعاً تجارياً كاملاً، وBN-800. روزاتوم خطط لزيادة ] تصميم [BN-1200]]] بهدف تحقيق مكاسب أكبر في مجال التوالد وتحسين الاقتصاد.

برنامج الهند النووي الثلاثي المراحل

وتعتمد خطة الطاقة الطويلة الأجل في الهند على استخدام اليورانيوم الطبيعي أولاً في مفاعلات المياه الثقيلة المزروعة، ثم تولد البلوتونيوم من المفاعلات السريعة (المرحلة الثانية)، وتستعمل في نهاية المطاف الفوج الثالث). وتشكل هذه المادة حجر الزاوية في المرحلة الثانية. وبعد أن تولد PFBR، تعتزم الهند بناء ستة مفاعلات أسرع (500 ميغاواط) تشارك فيها البلدان المتقدمة في إنتاج الوقود المعدني.

الأمم المتحدة الأخرى: الصين، فرنسا، اليابان، الولايات المتحدة

China has an aggressive fast-reactor program. Its experimental CEFR) (Chinese Experimental Reactor, 20 MWe) achieved criticality in 2010. A larger prototype ()CD[Fspecto3], some 600 MWe) is under construction

الأطر السياساتية والتنظيمية

وتطرح مفاعلات التوليد السريع أسئلة سياسية متميزة، وتشمل دورة الوقود المغلقة التي تقوم بها فصل البلوتونيوم، وربطها بالمناقشة الأوسع نطاقا بشأن عدم الانتشار النووي، وتستلزم [الجبهة التحريرية: صفر]] معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية وضمانات الوكالة الدولية للطاقة الذرية أن يتم حساب جميع البلوتونيوم ووضعه تحت الإشراف الدولي.

عدم الانتشار والضمانات

وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام البلوتونيوم الذي يغذي مربياً من الناحية النظرية في الأسلحة، ومن أجل التصدي لذلك، يجري تطوير ضمانات متقدمة مثل دورات الوقود المقاومة للانتشار [FLT: 1] و[FLT:] تقنيات التجهيز البيروئي التي تحافظ على تعقيد البلوتونيوم مع جهات فاعلة أخرى، مما يجعل من الصعب الفصل المباشر بين الأطراف المعنية.

سياسات الطاقة المحلية والتمويل

إن القرارات الوطنية الرامية إلى متابعة المولدات تتوقف على الطلب على الطاقة، وأسعار اليورانيوم، واستراتيجيات إدارة النفايات، والقبول العام، إذ أن الأمم التي لديها اليورانيوم الوافر (مثل كندا وأستراليا) لا تملك سوى حافز ضئيل لاعتماد دورات الوقود المغلقة، وعلى العكس من ذلك، فإن البلدان ذات الموارد المحدودة من اليورانيوم (الهند واليابان) أو رغبة قوية في الاستقلال في الطاقة (روسيا) ترى المولدات كمصدر استراتيجي.

ألف - الجوانب والتحديات في مجال التفصيل

استخدام الموارد وأمن الطاقة

ولا تستخدم المفاعلات التقليدية سوى نحو 0.7 في المائة من اليورانيوم الطبيعي (الانبعاثات من اليورانيوم إلى 235) ويمكن للمبيدات أن تستخدم نظرياً 60-80 في المائة من كتلة اليورانيوم، مستخرجة الطاقة من وفرة اليورانيوم-238، مما يجعل المحتوى الكلي للطاقة من احتياطيات اليورانيوم المعروفة مقارنة باحتياطيات الوقود الأحفوري، وبالنسبة للبلدان ذات موارد اليورانيوم الكبيرة ولكن قدرة محلية ضئيلة على الإثراء، فإن المولدات تقلل الاعتماد على إمدادات الوقود الأجنبي.

استحقاقات إدارة النفايات

ويمكن للمفاعلات السريعة أن تنقل مواد صغيرة طويلة العمر (النفتونيوم، والأمريكيوم، والستريوم) إلى منتجات ألياف قصيرة الأجل، مما يقلل من السمية المشعة للنفايات النهائية، ويمكن أن تؤدي دورة الوقود المغلقة ذات المفاعلات السريعة إلى تقليص الوقت اللازم للتخلص من المواد الجيولوجية من مئات الآلاف من السنوات إلى بضع مئات.

السلامة والاقتصاد ومخاطر الانتشار

السلامة

إن مربيات العزلة تشكل تحديات فريدة في مجال السلامة، إذ أن الصوديوم يتفاعل بشكل غير طبيعي مع الهواء والماء، وقد يصعب إطفاء الحرائق، كما يجب أن يشمل مصممو المفاعل الغازات غير المشبعة، والزبيب المزدوج، والموازين المختومة، إلا أن المفاعلات الحديثة (مثل BN-800) تتضمن إزالة الديكور الاصطناعي - الاعتماد على التداول الطبيعي - لمواجهة المواد المكثفة.

الاقتصاد

أما تكاليف رأس المال للمركبات المفلورة فهي أعلى من نظيرها في الماضي بواقع 2-3 مرات من مفاعلات المياه الخفيفة ذات الحجم المقارن، ويرجع ذلك أساسا إلى نظم التبريد الصوديوم، والوقود الخاص، ومصانع إعادة المعالجة، ولم تثبت بعد التكلفة المخفضة للكهرباء من المولدات قدرة تجارية على المنافسة في الأسواق المحررة، غير أنه في الاقتصادات المخططة مركزيا (روسيا والهند) أو حيث تبرر الأهداف الاستراتيجية الإعانات، تقبل الحكومات الاستثمار الأعلى.

مخاطر الانتشار

وتنتج هذه المواد البلوتونيوم الذي يُعد غنيا نسبيا في النظير المائي (اليوم - 239)، وهو قابل للاستخدام في الأسلحة، وفي حين أن البلوتونيوم الذي يُستخدم في المفاعل ليس مثاليا بالنسبة للأسلحة، فإنه يمكن استخدامه نظريا، ومن أجل التخفيف من ذلك، تهدف بعض التصميمات المتقدمة إلى دورات وقودية منخفضة العزل حيث لا تزال البلوتونيوم مختلطا مع منتجات التكاثر أو عمل ثانوي.

الاتجاهات المستقبلية والتصورات المتقدمة

[[الإنماء السريع] جزء من جهود أوسع نطاقاً [FLT:]] [FLT:]] [النظام الجيني الرابع] تشمل تصميمين سريعييييييييييييْن، [المفاعل المكشوف] و[FLactor]

• Advanced metal fuels] with higher uranium density and better burnup.
• Pyro processing] - a compact, electrochemical method of recycling spent fuel that does not separate pure plutonium, reducing proliferation risk.
• Small modular breeders] (مثل مفهوم الميكروبيدر) للمناطق النائية أو الدافع البحري.
• Lead-bismuth eutectic coolants] - أقل تفاعلاً من الصوديوم ولها خصائص نيوترونات أفضل.

وقد كلفت روسيا بالفعل BREST-OD-300]، وهو وحدة تجريبية للمفاعلات السريعة المُعَلَّمة بالرصاص، وتستكشف الهند تصميماً مُعَدَّلاً كبديل للسوديوم، وفي الولايات المتحدة، فإن ] جهاز اختبار الأشعة المُعدية [FTR] سيوفر، رغم ذلك،

التعاون الدولي والقابلية للرؤية التجارية

ولم يثبت بعد أن أي مفاعل مولد قابل للاستمرار من الناحية الاقتصادية بدون دعم حكومي كبير، وقد يتطلب المسار إلى القدرة التنافسية التجارية إنشاء أسطول من المفاعلات الموحدة، إلى جانب مرافق إعادة المعالجة المركزية وصناعة الوقود.() وقد يؤدي الاتفاق الإطاري للنظم العالمية [FLT:] إلى تقييد الخبرة المشتركة بين أجهزة السحب على السلامة والترخيص وخفض التكاليف.() وقد تؤدي هذه البيانات

خاتمة

إن مفاعلات توليد الطاقة النووية السريعة قد شكلت سياسات عالمية للطاقة من خلال تقديم الوعد بتوفير الوقود القريب من النهائي، وتخفيض النفايات المشعة بدرجة كبيرة، وقد كانت تطورها قصة طموح تقني تواجه عقبات عملية - ارتفاع التكاليف، والشواغل المتعلقة بالسلامة، والتحديات المتعلقة بعدم الانتشار، واليوم، لا تزال روسيا وحدها تعمل على توليد الطاقة على نطاق تجاري، ولكن الهند والصين ودول أخرى تستثمر بشدة في تصميمات الجيل القادم.