الابتكار في مجال المفاعلات: إدماج الجيل القادم من نماذج السلامة

مقدمة: وجود مجاملة من مستلزمات السلامة المصاحبة للإبداع الحديث

إن مفاعل المياه الثقيلة الذي يضغط على الساتل CANada Deuterium Uranium كان حجر الزاوية في توليد الطاقة النووية على الصعيد العالمي منذ الستينات، حيث أن تصميمه الأساسي - مع قنوات الوقود الأفقي المتحركة، وجهاز مستقل للتزود بالماء الثقيل، ونموذج فريد من نوعه على الطاقة الكهربائية - يُحدِّد بسرعة بعيدا عن تكنولوجيات مفاعلات المياه الخفيفة.

مؤسسة السلامة الماهرة لتصميم مركز مكافحة المخدرات

وفهم خصائص السلامة الداخلية للمنبر الأساسي للوحدة أمر أساسي قبل فحص الملامح الجيلية التالية: إن نظم النعمة الحرارية التي تستلزم وجود مبردات منخفضة الضغط، ومبردات المياه الثقيلة ذات الحرارة المنخفضة، تؤدي إلى خفض كبير في الطاقة المخزنة التي تؤدي إلى حادث انبوبي متباعد، وفقاً لـ [مفاعل الترددات: 0] لجنة السلامة النووية الكندية

وبالإضافة إلى ذلك، فإن كل محطة من محطات المكافحة مزودة بنظم إغلاق مستقلة تماما ومتنوعة: النظام المغلق 1 (قضبان التحكم الميكانيكي) ونظام الإغلاق 2 (حقن السم النيوترونات السائل في الموصل)، وكل نظام بمفرده يمكن أن يغلق المفاعل بسرعة ويحافظ على الشبه الحرجة في جميع الظروف، ويقضي الإطار التنظيمي الكندي بأن تكون هذه النظم ذات طابع مادي وعملي، وأن تجتاز قاعدة الأمان الرئيسية في عمق العمليات.

نظم السلامة السلبية في الجونجات القادمة

ويعطي فلسفة السلامة الحديثة، التي تتأثر بشدة بالدروس المستفادة من فوكوشيما دايشي، الأولوية للنظم التي تعمل دون تدخل في مجال الطاقة أو التدخل في المشغلات في فترات ممتدة، ويضم تصميم وحدة السلامة الكندية المتطور مجموعة من الآليات السلبية التي تسخر القوى الطبيعية - الجاذبية، والتداول الطبيعي، وفرق الضغط - للحفاظ على التبريد الأساسي ونزاهة الاحتواء.

التكرير الطبيعي ومجمع المياه الاحتياطية

وفي إطار المفاعلات المتقدمة التي لا تُذكر، وبعد ذلك، فإن إزالة الحرارة بعد إغلاقها تعتمد على التداول الطبيعي للمبرد الأولي من خلال المولدات الكهربائية البخارية، وحتى إذا فقدت القدرة على التداول، فإن التوجه الرأسي لمولدات الطاقة الكهربائية، والتصميم الهيدروليكي الدقيق، يؤديان إلى زيادة التدفق المدفوع بالبخار، مما يجعل التبريد الأساسي مستمر دون مضخات.

إدارة الهيدروجين السلبية

وفي حادث خطير، يمكن أن تنتج ردود الفعل المتعلقة ببخار الزركونيوم الهيدروجين، وتهديد السلامة الاحتواءية، وتستبدل تصميمات البيوتادايين السالفة الذكر بمواقع مركبتين آليتين سلبيتين، وتحتوي هذه الأجهزة على مواد حفازة - بلاستيكية أو معاطف منفلة على مركبين من طراز BUSLA)(

Core Melt Retention and the Core Catcher Concept

وفي حين أن موصلات المواد الكيميائية (CANDU) توفر الاحتفاظ المتأصل بقاعدة بيانات متدهورة عن طريق العمل كمجموعة متحركة، فإن التصميمات الجديدة تتضمن مصيداً أساسياً مخصصاً كطبقة دفاع إضافية، وفي سيناريو افتراضي من أسوأ الحالات، حيث تفشل سفينة الكالاندريا، فإن المصيد الأساسي المركب في قاعات المفاعلات يُنتشر ويستقر في المرجان باستخدام قنوات إمتلاكية متطورة.

الابتكار الرقمي: غرف التحكم والتشخيص الافتراضي

وفي حين توفر الأجهزة السلبية القدرة على الصمود، فإن الابتكار الرقمي يغير كيفية تفاعل المشغلين مع المصنع، وتنتقل غرفة التحكم في الجيل القادم من اتحاد الاتصالات السلكية واللاسلكية إلى ما يتجاوز الوصلات البينية القائمة على الإنذار التقليدي، وذلك إلى نظم مدركة قائمة على المهام، تُستخدم في تشغيلها توأم رقمي في المصنع في الوقت الحقيقي، ويقلل هذا التطور من عبء العمل في أثناء عمليات النقل ويحسن عملية اتخاذ القرارات بتقديم المعلومات في السياق.

تشخيص النباتات في الوقت الحقيقي والبرغنوس

وقد يؤدي هذا التوائم الرقمي المتكامل بصورة مستمرة إلى تحفيز ما يُستخدم من عوامل مسببة للهيدروليك الحراري، والنيوترونات، والوضع الهيكلي للمفاعل، وقد يؤدي هذا التوأم الرقمي إلى توازي عمليات النبات الفعلية، ويتلقى بيانات الاستشعار من آلاف النقاط عبر نظام النقل الحرفي الأولي، ودائرة التنقيب عن الأنابيب، والاحتواء.

الآثار المترتبة على إجراءات السلامة الآلية والتنوع في البرمجيات

وقد أعيد تصميم نظام حماية النباتات بحيث يشمل التنوع القائم على البرمجيات بالإضافة إلى إعادة تشغيل المعدات، وعندما يتم اكتشاف بعض الظروف العابرة، يمكن للنظام أن ينفذ تسلسلات آلية - مخففة، وعزلة احتواء، وحقن التبريد في حالات الطوارئ - دون الحصول على موافقة مشغلي الأجهزة، وذلك بعد أن تكون بياناته مفصلة([220)، وتخفض درجة الموثوقية(ب)(8221)؛ غير أن مفاعلات البرمجة في كندا تتدخل في إطار زمني مطوّع.

التحسينات الهيكلية والمحتويات

إن مبنى الاحتواء هو الحاجز المادي النهائي الذي يحول دون إطلاق المواد المشعة في البيئة، إذ أن مفاعلات الجيل القادم من اتحاد الكانديات الوطني تعزز هذا الحاجز مع أحكام مبتكرة في مجال الهندسة المدنية وإدارة الحوادث الخطيرة.

حالات عزل الزلازل وما بعد التسمية

وتشتمل تصميمات وحدة مكافحة الانتشار الحديثة على نظم عزل قاعدية تعطل بناء المفاعل عن الحركة الأرضية، وتحتوي العلامات المطاطية العالية التخمين، التي تم اختبارها على جداول مصافحة كاملة في جامعة كاليفورنيا سان دييغو وغيرها من المرافق، على أن تؤدي إلى الحد من التسارعات السيزمية التي تنقل إلى معدات الأمان بنسبة تتراوح بين 60 و80 في المائة، مما يسمح بتوحيد تصميم الجزر النووية في مختلف المناطق التي تنطوي على مخاطر زلزالية متفاوتة، دون تعزيز هيكلي ذي تكلفة.

الاحتواء المزدوج والملفات

وهناك تطور آخر هو الاحتواء المزدوج الذي يحافظ على حيز غير عادي بضغط سلبي، حيث يتم جمع أي تسرب من الاحتواء الداخلي، وتلويثه ورصده بدلا من إطلاقه، وفي حادث خطير يهدد فيه الضغط داخل الاحتواء سلامته، فإن نظام التهوية المميت يفتتح في نقطة محددة سلفا.

دورات الوقود المتقدمة والتسامح مع الحوادث

ويمتد الابتكار في مجال السلامة إلى الوقود نفسه، وقد كانت مفاعلات الاتحاد قادرة دائما على استخدام اليورانيوم الطبيعي، واليورانيوم المخصب قليلا، واليورانيوم المعاد تجهيزه، والوقود المرتكز على الثوريوم دون تغيير كبير في التصميم، ويعزز الجيل القادم هذه المرونة للحد من معدلات المصادر العرضية للحوادث وزيادة التسامح مع الحوادث، بينما يدعم أيضا أهداف إدارة الوقود المستهلك.

الوقود المحتوي على الثوريوم والخطر

وبالإضافة إلى ذلك، فإن وقود أكسيد الثوريوم، الذي يختلط بالبلوتونيوم أو اليورانيوم المنخفض التخصيب كعامل محرك، يجري تقييمه لمفاعلات ثاني أكسيد الكربون المتقدمة، حيث أن درجة ثوريوم من الارتفاع في مفاعلات الوقود المحتوية على ثاني أكسيد الكربون (300 درجة مئوية مقابل 2800 درجة مئوية) هي أقل من القدرة على معالجة المواد الحرارية، كما أن إنتاج المواد الميكانيكية الصغيرة (مثل الأميريكوم والكروم) لا يزال متفجرة

وبالإضافة إلى الاستنشاق، فإن مفهومي الوقود المتسامح مع الحوادث - الزيركالي والسيليكون المركبتين - وهما مقصودتان بالغاز - يجري تطويرهما، وتخفض هذه المواد معدل الأكسدة العالية التأثير، حيث تصل إلى 100 ضعف بالمقارنة مع نظام زيركالي، وتعالج مباشرة آلية مقاومة الهيدروجين التي تصاعدت معدّل إنتاج الوقود(ب)(17).

إدارة الحوادث والتخفيف منها

أما فيما يتعلق بالنظم السلبية، فإن الاستراتيجيات الشاملة لإدارة الحوادث الخطيرة تُدمج في تصميمات جديدة، إذ إن القدرة المتأصلة في الاحتفاظ بالوقود في الكالاندريا التي تُعزز من خلال حلقات التبريد التي تُخصص لمديري المواسم والتي تعمل في إطار التكتل الطبيعي بعد إغلاقها، وتُصمم هياكل الدعم الكلاندرية لمواجهة الفشل الحراري لعدة أيام بعد أن تُصبح مذيبة بالكامل، مما يكفل بقاء الكولينيوم في داخل السفينة وفي حدود الاحتواء الطوارئ.

التطور التنظيمي والمعايير الدولية

أما تحديث ملامح الأمان فلا يحدث في عزلة؛ بل يصاغ وفقاً لمعايير دولية صارمة بشكل متزايد؛ كما أن المتطلبات الأوروبية المتعلقة بالصلاحية فيما يتعلق بمفاعلات المياه الخفيفة المتقدمة، التي تكيف مع تصميمات المياه الثقيلة، وسلسلة معايير الأمان التابعة للوكالة الدولية للطاقة الذرية رقم SSR-2/1 (التنقيح 1) توفر أهدافاً صارمة فيما يتعلق بالتصميمات الجديدة لنظم الإمداد بالوقود في كندا(ب)

المفاعلات الصغيرة للشبكة: الأمان عن طريق التصميم

أما " الجيل القادم من المعالم " ، فإن أكثر المعالم شيوعاً لسلامة الجيل التالي قد تكون في مفاعلات صغيرة من طراز CANDU، وهذه التصاميم، التي عادة ما تكون في نطاق 300 ميغاواط أو أقل، تؤدي إلى الحد الأدنى من القدرة على الانتقال من المفاعلات الطبيعية إلى الطاقة، وهي عوامل غير قابلة للتداول، كما أن مفهوماً مفصَّلاً في إطار نظام الإبلاغ عن المواد الحرارية.

التنفيذ التنفيذي والدروس المستفادة

إن تطبيق الجيل القادم من سمات السلامة ليس بدون تحديات، فإضافة نظم سلبية لا يمكن أن تضعف المرونة التشغيلية التي تجعل مفاعلات البرمجيات المتطورة ذات الصلة بالقوى العاملة تعمل على إعادة الوقود وعوامل القدرة العالية، كما أن الدراسات الهندسية الواسعة النطاق التي تقوم بها العناصر الصناعية التي تعمل على تحسين القدرة على العمل في مجال الطاقة، لا تؤدي إلى تحسين القدرة على العمل.

نحو مستقبل أكثر أمناً في مجال المياه الثقيلة

إن الابتكار في مجال سلامة مفاعلات الاتحاد الوطني الصيني هو عملية مستمرة متأصلة في القرن الذي يُبقي عليه(22)؛ ويُعتبر أن الجيل القادم من مفاعلات الاتحاد الوطني لكوت ديفوار يُعد معياراً لسلامة المفاعلات ذات المياه الثقيلة، ويُعدّ هذه التكنولوجيات جاهزة للتطور في المستقبل.