أساسيات تكنولوجيا المفاعلات السريعة

(أ) تمثل مفاعلات توليد الطاقة الكهربائية (FBRs) طبقة من المفاعلات النووية تعمل على طيف سريع للنيترون، وتستخدم عادة المعادن السائلة مثل الصوديوم أو الرصاص أو التوليد الأولي (FBsmuth) كغاز مبرد، وخلافاً للمفاعلات الحرارية التقليدية التي تعتمد على الصبغة الميكانيكية البطيئة (الطاقية) في استخدام النيوترونات النيوترية العالية الفولطية.

فاختيار المبرد في مفاعلات متطورة ذات تأثير كبير على حجم المفاعلات، وخصائص السلامة، والتوافق مع الهياكل الأساسية الحضرية. والمفاعلات السريعة التآكل هي أكثر التكنولوجيات نضجاً، حيث أن هناك عقوداً من الخبرة التشغيلية من مرافق البحث والتطوير التجاري في روسيا واليابان وفرنسا والولايات المتحدة.

تحديات التصميم الوحيدة للنشر الحضري

ويفرض إنشاء مفاعل نووي داخل أو بالقرب من بيئة حضرية قيوداً أكثر بكثير من تلك التي تتطلبها المواقع النائية أو الريفية، وتمتد هذه التحديات إلى الفضاء المادي، والهندسة الآمنة، والأمن، وإدارة النفايات، والتصور العام.

القيود الفضائية والتكامل

فالأرض الحضرية باهظة التكلفة وغالبا ما تكون غير منتظمة، إذ يجب أن يقلل مفاعل التوليد السريع المدمج للاستخدام الحضري من البصمة التي تطبعها الجزيرة النووية، بينما لا يزال يستوعب نظما مساعدة أساسية مثل إزالة حرارة التحلل، ومناولة الوقود، وتخزين النفايات المشعة. [(FLT:0]) ربما يصبح التصميم النموذجي ضرورة: مكونات مثل سفينة المفاعلات، وأجهزة التبريد الرئيسية، وأجهزة التحميلات الكهربائية،

تعزيز متطلبات السلامة والتنظيم

وتحتاج المجموعات السكانية الحضرية إلى حماية لا من الإطلاقات الإشعاعية الروتينية فحسب، بل أيضا من تسلسلات الحوادث ذات الأثر المنخفض والتواتر المرتفع، وتفرض الجهات التنظيمية عادة متطلبات أشد صرامة لمناطق التخطيط في حالات الطوارئ حول المفاعلات الحضرية، وتستهدف بعض التصميمات المتقدمة في مجال عمليات إزالة المركبات النووية (FLT:0) [وأن تكون أجهزة الإشعال ] محدودة بالنسبة لمناطق العزل العام.

نظام التبريد

وتستخدم محطات توليد الطاقة التقليدية أبراجاً كبيرة لتبريد المياه الرطبة أو التبريد من الأنهار أو المياه الساحلية، ولا يمكن أن يكون أي منها عملياً في المدن الكثيفة، ولذلك يجب أن تعتمد مفاعلات التوليد السريعة في البيئات الحضرية أبراج التبريد الجاف أو المبردة التي تعيد تدوير المياه بأقل الخسائر، ويمكن بدلاً من ذلك تصميم المفاعل على رفض حرارة النفايات إلى نظام تدفئة في المناطق، مما يؤدي إلى تحويل حرارة منخفضة الجودة إلى مفاعل مفيد.

معالجة النفايات وتخزينها

ويحتوي الوقود المستهلك من مفاعلات التوليد السريع على تركيزات أعلى من الوقود المستهلك في البلوتونيوم والخامس، وفي حين أن هذا يتيح إعادة التدوير، فإن المواد تتطلب معالجة دقيقة في البيئات الحضرية الكثيفة. يمكن تصميم مستودعات المياه الجافة في الموقع ] فيما يتعلق بالوقود المستهلك بحيث تفي بمعايير عالية للتصريف السيزمي والأمن، ولكن القيود الفضائية قد تدفع إلى مرافق التخزين الوسيطة.

هيكلية للمفاعلين

المفاعلات الصغيرة

(أ) يُستخدم في إطار نظام مبتكر لأجهزة إعادة تصنيع الغازات (Gtco) (S) (Stre-F) (النظام المزود بأجهزة كهربائية مجهزة بـ (Me-F-T) (النظام المزود بأجهزة مدمجة) (النظام المزود بأجهزة مجهزة بأجهزة مفاعلات ذات مفاعلات ذات مواصفات مبسطة)

المفاعلات السريعة المجهزة

وتسمح هذه المفاعلات السريعة المزودة بأجهزة مدمجة صغيرة مجهزة بالأجهزة المحمولة، مثل المفاعلات الروسية [(FLT:0)] BREST-300 ، وتحتوي أجهزة التبريد ذات الحرارة العالية على مفاعلات الهواء الخفية، وتضع حداً لثبات الحرارة العالية، وتضع حداً للضغط المتوسط التراكمي.

المفاعلات الدقيقة والنظم القابلة للنقل

أما بالنسبة للمقاطعات ذات المساحة المحدودة جداً، فإن المفاعلات الدقيقة (دون 20 ميغاواط) التي تستند إلى الطيف النيوترونات السريع يجري استكشافها، ويمكن أن تُوضع هذه المواد في مبنى واحد أو حتى نقلها على شاحنة، كما أن ] المفاعلات الدقيقة من خلال مؤسسة ويستينغهاوس ليست مولدة سريعة بل تستخدم تكنولوجيا الأنابيب الحرارية؛

السلامة السلبية والارتباطات المتعلقة بالسلامة

وتحتاج البيئات الحضرية إلى نظم أمان تكون موثوقة ومستقلة بدرجة كبيرة من المكونات النشطة، وتمتلك مفاعلات التوليد السريع في جوهرها عدة آليات للتغذية التغذوية الجديدة تثبيت اللب دون حركة دوارة التحكم. [وتوفر معامل الحرارة المتكاملة ] لضمان القدرة على التفاعل، مما يؤدي إلى انخفاض في القدرة على التفاعل، مما يؤدي إلى إشعال الطاقة بسرعة.

(أ) عدم وجود أي تطهير حراري للمفاعلات الحضرية المدمجة يعتمد على [(FLT:0]) دورة التداول الطبيعي ، وفي تصميم نظام PRISM، لا يستخدم نظام RVACS سوى الهواء المحيط، الذي يُسحب من خلال قنوات التعبئة الطبيعية، لتبريد السفينة المفاعلات مباشرة.

إدارة النفايات وإدماج دورة الوقود

ومن أقوى الحجج التي تُستحث على نشر مفاعلات سلالة سريعة في المناطق الحضرية قدرتها على خفض حجم النفايات النووية وسمية تصريفها الإشعاعية الطويلة الأجل، حيث تحرق مواد صغيرة (النفتونيوم، والأمريكيوم، والسيليوم) إلى جانب البلوتونيوم في دورة وقود مغلقة، يمكن للمركبات المفلورة أن تحوّل مسارات النفايات التي لا تزال خطرة لمئات الآلاف من السنوات إلى مواد ذات فترات مصغرة من المضغوطة.

ويمكن إدارة مناولة النفايات في الموقع من أجل إعادة تصنيع النفايات في المناطق الحضرية بمخزن صغير للدروع بالنسبة لعناصر الوقود الجديدة وحاوية منفصلة محمية للوقود المستهلك في انتظار نقله إلى إعادة المعالجة، ولأن الوقود مصمم لدورات التشعيع الموسعة (السنوات الفردية بين إعادة الوقود)، فإن كمية المواد المنقولة منخفضة، في حالة المفاعل الواحد الذي يُستبدل به كل ثلاثين.

دراسات الحالة والمشاريع الرائدة

وفي حين لا يعمل حاليا أي مفاعل تجاري سريع التكاثر في وسط حضري في وسط المدينة، فإن عدة مشاريع توفر دروسا لنشره في المستقبل:

وتكشف هذه الحالات عن أن مفاعلات التوليد السريعة المدمجة في البيئات الحضرية لا تتطلب الابتكار التكنولوجي فحسب بل تتطلب أيضاً التكيف التنظيمي والقبول العام، وقد أظهرت المشاريع الرائدة في البلدان التي لديها خبرة في مجال تشغيل المفاعلات السريعة أن سمات السلامة السلبية، والتقليل من النفايات، والآثار الصغيرة يمكن تحقيقها، كما أن الجلوس في المناطق الحضرية يتطلب خطة قوية للاستجابة لحالات الطوارئ تنسق مع البنية التحتية البلدية التي تستحق مزيداً من التعاون بين مصممي المفاعلات ومخططي المدن.

خاتمة

إن تصميم مفاعلات التكاثر السريع للبيئات الحضرية هو هدف هندسي معقد ولكن قابل للتحقيق، كما أن كفاءة الوقود المتأصلة وقدرات الحد من النفايات في مفاعلات الطيف السريع تتوافق مع أهداف استدامة المدن، ولتجاوز القيود الفضائية، ومتطلبات السلامة السلبية، ولوجستيات النفايات، فإن المصممين يتجهون إلى هياكل نموذجية، وتكنولوجيات متطورة، وإلى مجموعات كبيرة من المقاييس، ولم يسمح بعد بتصميم واحد في منطقة متجمعة.