الدور الحاسم للسلامة السيزمية في توليد الطاقة النووية

ويجب تصميم محطات الطاقة النووية التي تُستخلص لتحمل الأحداث الطبيعية الشديدة، حيث تمثل الزلازل أحد أكثر التحديات التي تواجه التصميمات وضوحاً، ويضمن مفاعل CANDU (CANada Deuterium Uranium) الذي يُنشر في جميع أنحاء كندا وفي عدة بلدان أخرى، منها رومانيا وكوريا الجنوبية والصين والأرجنتين، مجموعة مميزة من خصائص التصميم تؤثر على ضعفه السيزمي وعلى استراتيجيات الحماية له.

تحديد التهديد السيزمي: وصف المخاطر

وتشير المخاطر السيزمية إلى الظاهرة الطبيعية للحركة الأرضية للزلزال في موقع محدد، وبالنسبة لمرفق نووي، فإن الشواغل الرئيسية هي تعجيل الأرض في ذروته، ومحتويات الترددات في الرعي، ومدة الحدث، وهذه البارامترات تحددها التكتونيات المحلية والإقليمية، والمسافات التي تنجم عن أخطاء فعلية، وظروف التربة المحلية.

ويبدأ تقييم المخاطر الشاملة بتحديد جميع المصادر السيزمية القادرة في نطاق محدد، وغالباً ما يكون ذلك بعد مئات الكيلومترات، ويشمل ذلك استخدام فهرس الزلازل، والخناق اللاهزائي، والقياسات الجيوديسية التي تُعدّد كل مصدر من مصادر الطاقة المتكررة، والحد الأقصى للحجم، ويوفر تحليل الهامش الافتراضي المحتمل للزلزال " نماذج أرضية " التي يجب أن تعالجها النباتات بطريقة آمنة.

CANDU Reactor Design and Seismic Behavior

ويختلف مفاعل CANDU اختلافاً جوهرياً عن مفاعلات المياه الخفيفة، وتؤثر هذه الاختلافات تأثيراً كبيراً على استجابته السيزمية، فبدلاً من وجود سفينة ضغط ضخمة واحدة، يتألف اللب من عدة مئات من الأنابيب الضغط الأفقية التي تمر عبر خزان كبير غير مكتظ، يُدعى الكالاندريا، الذي يحتوي على موصلات المياه الثقيلة، وتُجْلس داخل أنبوب الضغط، وتُطُبُبُبُهُهُهُهُ.

كما أن هيكل الأراضي الكردية شديد الحزم ويمكن دعمه بقوة، ولكن العدد الكبير من قنوات الوقود والتفاعل المعقد بين أنبوب الضغط الساخنة ومعالج التبريد يقدمان العديد من نقاط الفشل المحتملة، وإذا ما كانت هياكل الدعم تفكك أو تشوه، وسلامة الأنبوب، والتدقيق في الموصلات، ومراقبة القدرة على الاستجابة، فإن التوجه الأفقي لقنوات الوقود يعني أن قوى التحلل يمكن أن تسبب حركة مختلفة بين الكالاندريا والد الدرعات المحيطة بها.

Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) for CANDU Sites

إن منظمة " بي إس " هي الأداة الموحدة لقياس الخطر السيزمي الذي يهدد موقعاً من مواقع اتحاد الكنائس، وهي تتجاوز السجلات التاريخية، بحيث تشمل عدم اليقين وإمكانية حدوث زلزال متكرر ولكن شديد، ويبدأ التحليل بأشجار منطقية تلتقط نماذج علمية متنافسة للمصادر الزلزالية، ومعادلة التنبؤات بالحركة الأرضية، وتضخم الموقع المحلي، ويتجاوز الناتج المضاربة الرسمية للأخطار()

كما أن هذه المراكز التي تُجرى في إطارها عمليات تقييم المخاطر السيزمية، قد أعيد النظر فيها بعد أحداث رئيسية مثل الزلزال الذي أحدثه توهوكو في عام 2011، وقد أجرت العديد من المحطات تقييمات للهامش السيزمي أو تقييمات مخاطر الاضطرابات الوبائية الكاملة للتأكد من أن الهياكل ومعدات السلامة يمكن أن تواكب الحركة الأرضية التي تفوق بكثير الأساس الأصلي للتصميم.

التحليل الهيكلي والمكوني

وبعد تحديد الخطر، يحدد التحليل الهيكلي التفصيلي كيفية استجابة المباني والنظم والعناصر، ويجب أن تخضع نماذج العناصر النثرية في مبنى المفاعلات، وخزانة الكالاندريا، والهياكل الإضافية لتسريع الزمن أو عينات الاستجابة، مع إيلاء اهتمام خاص للتفاعل الدينامي بين الكالاندريا الضخمة، والهياكل الدرعية، والحركة الاستوائية في المؤسسة، كما أن التفاعل بين هياكل التربة هو عامل حاسم.

ونظراً لأن قنوات الوقود التابعة للشركة تُعلق أفقياً وتُدعم في كل نهاية من خلال تركيبات نهائية، فإن القوى الزلزالية يمكن أن تتسبب في حركة متمايزة بين الكالاندريا وما يحيط بها من درع، ويقيّم التحليل ما إذا كان هذا الانتقال يمكن أن يسبب ارتداءاً في أجهزة الضغط، أو تشوه الأنبوبي، أو إلحاق الضرر بالوصلة الآلية التي تعمل على التزود بالأجهزة الحرارية، وهي نظم التي تُستخدم فيها أجهزة التخريبة الاصطناعي.

استراتيجيات التخفيف

التصميم الهيكلي المعزز واختيار المواد

وقد تُستخدم مفاعلات الاتحاد التركيبية في هياكل معززة بقوة مع جدران واسعة النطاق مقاومة للشحنات الجانبية، كما أن خزينة الكلاندريا مصممة كصندوق صلب، كما أن أعمدة الدعم الحاسمة يمكن أن تُستخدم في ظل ظروف من هذا القبيل، كما أن مكونات الفول السوداني في نظام الموصلات وتراكمات الضغط التي تُعدّل في إطارها عوامل الإنتاج.

عزل القاعدة وتبريد الطاقة

وفي حين أن معظم وحدات خفض الانبعاثات البشرية العاملة لم تكن مجهزة أصلا بعزلة أساسية، فإن هذا المفهوم يحظى باهتمام كبير بالنسبة للبنائج الجديدة وبعض سيناريوهات إطالة العمر، حيث أن الموصلات الأساسية، التي عادة ما تكون ذات تأثيرات غير طبيعية أو نظم العزل المتدنية، يمكن أن تستهلك المبنى من حركة الأنابيب الأرضية، وأن تخفض بدرجة كبيرة من سرعة نقل المعدات، وقد استخدمت هذه التكنولوجيا بنجاح في محطات نووية في فرنسا وجنوب أفريقيا، ويجري النظر فيها في الطلب على أجهزة الاستنبات.

نظم إغلاق سريعة

ومفاعل CANDU مجهز بنظمتين مستقلتين ومتنوعتين لإغلاقه (DS1 و SDS2)، كل منهما قادر على إضافة قدر كاف من التفاعل السلبي لإخراج المفاعل إلى حالة دون حرجة، ويستخدم نظام SDS1 إبطالا عموديا للتشغيل، بحيث يتحول إلى نظام مشغل للضغط على الأرض، ويتجاوز عدد الميكانيكيين المعطلين عن طريق التكاثر، ويضعون في كثير من الأحيان حلا للزلزال.

صُنع الاهتزاز ورصد الوقت الحقيقي

كما أن مواقع وحدة مكافحة التخريب المتطورة مجهزة بشبكات رصد زلزامي مكرّسة تشمل تسارعات في مواقع الحقول الحرة، وعلى أساس المباني ذات الصلة بالسلامة، وعلى ارتفاعات رئيسية داخل مبنى المفاعل، حيث أن هذه الأدوات تغذي باستمرار بيانات غرفة التحكم ومراكز التحليل خارج الموقع، وتستخدم البيانات أثناء حدوث الزلزال، لتقييم ما إذا كان الطلب المشهود يتجاوز زلزال التشغيل (OBE) ويحدث ذلك

التأهب التشغيلي والطارئ

ولا يمكن لأي قدر من الهندسة أن يحل محل الموظفين المدربين تدريبا جيدا، وأن يُتخذ إجراءات واضحة خلال حالة الطوارئ السيزمية، كما أن مشغلي هذه الأراضي يقومون بحفرات منتظمة تُحاكي سيناريوهات الزلازل، بما في ذلك فقدان القدرة على العمل خارج الموقع، مما يرافق الأحداث السيزمية الرئيسية، ويختبر قدرة المشغلين على تحطيم المفاعل، ويبدأون في تشغيل المولدات الديزلية، وينظمون في حالة الطوارئ للتبريدة في ظروف واضحة.

الإطار التنظيمي والمعايير الدولية

وتفرض أجهزة تنظيم السلامة النووية في البلدان التي تعمل في محطات الاتحاد الروسي متطلبات صارمة في مجال التصميم السيزمي، وفي كندا، تُعد اللجنة الكندية للسلامة النووية (]) اللجنة الوطنية للتعاون فيما بين البلدان النامية ) توقعات في وثائق تنظيمية مثل RD-337 (تعين محطات القوى النووية ضد الظواهر السيزمية) وخلفها نظم السلامة - 1.6.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن معايير الأمان التي وضعتها مجموعة الديزل (CandT:0) والشبكة العالمية (SSR-2/1) توفر متطلبات السلامة الأساسية، مع توجيه محدد في وثائق مثل نظم الدمج والتصنيف الفيزيائي التي وضعتها مجموعة الديزل (NS-G-1.6) بشأن تصميمات الديزل ومؤهلاتها، وكثيرا ما يُعد مشغلو هذه المعايير ممارساتهم تجاه نهج لجنة الرقابة النووية، مثل 10 نماذج من نماذج التلقيح (CFR Part 50)

دراسات الحالة: التأهب السيزمي في نباتات CANDU

سيرنافودا، رومانيا

كما أن محطة سيرنافودا للطاقة النووية، التي تقع على بعد نحو ١٦٠ كيلومترا شرق بوخارست، هي المحطة الوحيدة التي تستخدم فيها محطة CANDU في أوروبا، وهي تخضع لمصدر سادس في طور التشغيل المتوسط، الذي يمكن أن ينتج عنه أحداثا ذات نطاق واسع في مجال التقلبات، وقد شمل التصميم الأصلي لمحطة زراعية تبلغ ذروتها ٠,٢٠ غ، ولكن إعادة تقييمها بعد انتهاء الخدمة قد أثارت تقدير المخاطر.

وولسونغ، كوريا الجنوبية

ويستضيف موقع ويلسونغ في كوريا الجنوبية أربعة مفاعلات تابعة للوحدة الكندية (ووحدة إغلاق) في منطقة ذات سمة سيزمية متوسطة إلى عالية على طول الساحل الشرقي، وبعد الزلزال الذي وقع في غيونغجو في عام 2016، والذي كان أكبر من أي حدث مسجل سابقا في المنطقة، بدأ استعراض شامل للزلزال، وأدت النتائج إلى تعزيز هيكل التحقق من التكديس، وتركيب نماذج إضافية من الارتداد الحراري على المكونات الثقيلة، وتعزيز المصانع التلقائية.

محطات الاتحادات المتعددة الكندية

وفي كندا، تقع الأساطيل الرئيسية للوحدة في بروس ودارلنغتون وبوينت ليبورو في مناطق ذات تردد منخفض نسبيا، ولكن الحتمية التنظيمية لا تزال مرتفعة، فقد أجرت محطة دارلينغتون، على سبيل المثال، تقييما زلزاميا مفصلا كجزء من برنامجها الخاص بتخفيض العمر، وعززت المهندسون عددا من دعم الأنابيب وتحققت من أن بناء الكتلة ونظامها للتبريد قد حققا في إطار برنامج " البروس " .

التحديات والاتجاهات المستقبلية

ومن التحديات المستمرة، عصر الهياكل الأساسية في اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين، إذ تقترب وحدات كثيرة من العمل أو تجاوزت 30 إلى 40 سنة، ويمكن أن تتحلل المواد بمرور الوقت، وأن تغير الاستجابة الدينامية وتخفض الهوامش، ويمكن أن تفقد الملكية، وأن تتآكل الفولاذ، وأن تختفي الاتصالات المزخرفة، ولذلك يجب أن تشكل عمليات إعادة التقييم الزلزي حالة النماذج العشرية للاختبارات، وليس مجرد الآثار التي تتطلبها الدولة.

وثمة تحد آخر يتمثل في إدماج المعارف السيزمية الجديدة دون أن تكون لها ملاءمة لا داعي لها، حيث إن أساليب عمل برنامج المساعدة الإنسانية في أفغانستان تتطور وتستكمل نماذج الحركة الأرضية، فإن تقدير درجة الارتفاع في الموقع يمكن أن يرتفع، إذ أن الجهات التنظيمية والمشغلة يجب أن توازن بين الرغبة في السلامة المحافظة والواقع الاقتصادي المتمثل في إعادة تشكيل منشأة كبيرة ثبتت سلامتها بوسائل أخرى، وفي الحالات التي لا تكون فيها التعديلات المادية ممكنة، فإن التدابير التعويضية مثل تعزيز التدريب على المشغلين.

ومن المرجح أن تؤدي مفاهيم العزلة السيزمية المتقدمة دورا أكبر في تصميمات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأندو أو متغيرات المفاعلات الصغيرة القائمة على دورة الوقود في اتحاد الكانديات، حيث أن البنايات تستكشف الآن نظما عزلية مجهزة بأفقيا يمكن إدراجها تحت قبو الكالاندريا دون أن تتطلب إعادة تشغيل كامل للمؤسسة، ويمكن أن توفر هذه التقويمات مسارا فعالا من حيث التكلفة لتقليل المخاطر السيزمية إلى حد كبير.

وأخيرا، تتجه الصناعة نحو الدمج الكامل بين الهيكل، والهيدروليك الحراري، وتحليلات الآثار الإشعاعية في إطار مرجح وحيد للسيزميات، ومن خلال تحفيز كل شيء من الحركة الأرضية إلى درجة الحرارة المركزية إلى إطلاق النويدات المشعة، يمكن للمحللين أن يحددوا العوامل الحقيقية للمخاطر ويستهدفوا موارد محدودة حيث يقدمون أكبر قدر من الفوائد على السلامة، ويواصل فريق مالكي هذه القنوات تمويل البحوث.

خاتمة

إن إدارة المخاطر السيزمية لمفاعلات اتحاد الكاندو هي مجال ناضج ولكنه دينامي، فالتصميم الفريد لمفاعلات المياه الثقيلة المبردة، ومفاعل التحوط بالضغط يتطلب نهجا مركزا لتحديد المخاطر، والتحليل الهيكلي، والتخفيف من حدتها، ومن تحليل المخاطر السيزمية المُحتملة في المواقع المحددة إلى تحسينات مادية مثل زيادة التعزيز الهيكلي، ومفاهيم العزل الأساسية، والمنطق المؤات لوقف التشغيل التلقائي، أثبتت الصناعة أن محطات المراقبة الصناعية قادرة على أن تتخلص من مجرى من الزلاؤن من الزلازلات ذات الطابع التنظيمي المستمر.

ونظراً إلى التقدم في مجال العلوم السيزمية وعمر النباتات، فإن الالتزام بإعادة تقييم المخاطر وتنفيذ التحسينات العملية أمر أساسي، إذ يشارك مشغلو هذه الأراضي على نطاق العالم مشاركة نشطة في هذه العملية، مما يثبت أن توليد الطاقة النووية المأمونة يتوافق مع واقع كوكب معرض للزلازل، وأن الجمع بين الأسطول القوي والهندسي والانضباط التشغيلي والرقابة التنظيمية يكفل استمرار مفاعلات الاتحاد في توفير الكهرباء الموثوق بها المنخفضة الكربون خلال عقود من الزمن، حتى في ظل عدم اليقين.