التكنولوجيات الناشئة في إثراء اليورانيوم: التغيرات المحتملة في الألعاب

مقدمة: الغطاء الأرضي المتطور لإثراء اليورانيوم

أما فيما يتعلق بإثراء اليورانيوم، فإن هناك تقاطعاً بين أمن الطاقة، والسياسة المناخية، وعدم الانتشار، وعملية زيادة تركيز اليورانيوم المائي - 235 (U‐235) من حيث وفرة الطاقة الطبيعية التي تبلغ زهاء 0.7 في المائة إلى المستوى الذي يُستخدم في عمليات توريد الطاقة الكثيفة جداً، أو إلى المستوى الذي يُطلب منه على نحو كثيف بالنسبة للأسلحة النووية والذي كان يتحكم فيه تاريخياً في طريقتين هما:

وتعود تكنولوجيات التخصيب الناشئة بمعالجة هذه التوترات، فمن الفصل القائم على الليزر إلى تصميمات الطرد المركزي المتقدمة بل وحتى النهج القائمة على البلازما، يمكن أن يؤدي جيل جديد من الأساليب إلى الحد بشكل كبير من الطاقة والتكاليف والتركيب المادي للإثراء، غير أن هذه الابتكارات نفسها تثير أيضا مخاطر جديدة على الانتشار والتحديات التنظيمية، وتدرس هذه المادة أحدث التكنولوجيات الواعدة، وتأثيرها المحتمل في تغيير اللعبة، والعقبات التي يجب التغلب عليها قبل أن تتمكن من إعادة استخدامها.

أساليب الإثراء التقليدية: مؤسسة تحت الضغط

دفوزيون غال: مغامرة ليغاي

وكانت تكنولوجيا الانتشار الغازية الغازية الأولى الكبيرة التي استحدثت أثناء مشروع مانهاتن ونشرت تجاريا في عقود ما بعد الحرب، وهي تعتمد على الغاز المسبب للثدي في اليورانيوم المتحول من خلال سلسلة من المثقفات الخبيثة، لأن الجزيئات التي تحتوي على نزيف النظائر الخفيف 235U أسرع قليلا، وكل مرحلة تنتج إثراء هامشي.

Gas Centrifuges: The Current Workhorse

وتحتاج الطاردات المركزية إلى الانتشار في معظم مرافق الإثراء لأنها أكثر كفاءة من حيث الطاقة، وذلك بعامل يبلغ ٥٠ أو أكثر، وفي جهاز الطرد المركزي، يرتفع غاز ثاني أكسيد الكربون بسرعة كبيرة )حتى ٠٠٠ ٧٠ ريم أو أكثر(، مما يؤدي إلى وجود حقل حراري قوي يزيد من الظواهر التراكمية التي تصيب الجدار الخارجي في ظل وجود رقائق ميكانيكية تبلغ ٢٣٨ ألفاً.

Laser Isotope Separation: The Leading Contender

وقد كان الإثراء المرتكز على طبقة من الإثراء موضوع بحث منذ السبعينات، ولكن في العقد الماضي فقط أصبحت النظم التجارية قابلة للتنبؤ، والمبدأ الأساسي بسيط: طمس أو إيواء شكل من أشكال اليورانيوم باستخدام موجات الليزر المصممة بدقة، ثم فصل الأنواع المؤينة عن الأنواع المحايدة التي تستخدم وسائل الكهرومغناطيسية أو الكيميائية.

فصل النظائر المشعة عن الأبقار الذري

وقد استكشفت دائرة الطاقة في الولايات المتحدة عن طريق إعادة تصنيع اليورانيوم المستخرج من اليورانيوم العالي التخصيب، ونشأت عن ذلك سلسلة من المواد الكيميائية ذات السعة العالية من اليورانيوم، وسجلت هذه التكنولوجيا في إطار نظام الطاقة المضغوطة ذات الصبغة الأموية، وزادت فيها نسبة الإثراء في المختبرات ذات السعة العالية، وزادت من ارتفاع معدل الإثراء في عام 1990، وزادت نسبة الإثراء في الهواء إلى الطلقات.

فصل النظائر المنضدية

أما المظلات المتطورة في مجال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات فهي تعمل مع جزيئات سادس فلوريد اليورانيوم وليس بخار ذري، حيث لا توجد اليوم سوى القليل من الليزر المزود بالأشعة تحت الحمراء التي تُستخدم في نمط حراري مرتفع يبلغ 235 أو 5 أو 5 أو 6 أو 6 أو أكثر، فإن الجزيئات التي تُستخدم في إنتاج الغازات العالية الكفاءة، والتي تُفصل بين درجة حرارة خط الاستواء ودرجة أخرى.

SILEX and Commercial Laser Enrichment

أما أكثر الجهود التي تبذلها شركة سيليكز في مجال إثراء الليزر في العالم اليوم، فهي عملية سيليك، التي وضعتها الشركة الأسترالية للنظم السيليكية، وهي عبارة عن بديل من نظام المعلومات الإدارية المتكامل الذي يستخدم سائلاً من السائل الجزيئي المستخرج من شركة ويلفي، وهو نظام يُستخدم في إطاره في إطار نظام " ويلز " (GLELELE)، وهو مشروع مشترك مع شركة " ”FTrroFTureco " ، وهي شركة " ، وهي شركة "

تكنولوجيات أخرى ناشئة: ما بعد لازر

الإثراء المزود بالبلازما

وتستعمل عمليات فصل البلاستيك الترددات المتباينة في الترددات الحرارية من النظائر المشعة لليورانيوم في بلازما محصورة مغناطيسيا، وفي جهاز يعرف باسم الطاردة المركزية للبلازما أو بجهاز مقطعي للترددات العاصمة، فإن مصانع اليورانيوم المهجورة تُحقن في حقل مغناطيسي وتُعجل بميادين كهربائية ذات تردد إشعاعي.

أساليب التبادل الكيميائية والإيونية

وتستغل الإثراء الكيميائي الاختلافات الطفيفة في معدلات التفاعل بين النظائر المشعة لليورانيوم في دورات خفض الأوكسجين، حيث أن عملية الكيمياء المميزة الفرنسية التي وضعت في السبعينات، لم تستخدم نظاماً لاستخراج السائل من حيث الطول، وذلك لتحقيق عوامل تخصيب تبلغ حوالي 1.001 - 1.002 في كل مرحلة، مما يتطلب عشرات الآلاف من مراحل التخصيب الكثيفة، بينما لا تحتفظ مواد الاختناقائية عالية السرعة أو بطيئة المنافسة.

فصل النظائر الكهربائية (كالوترون)

فالكالوترونات التي تستخدم أثناء مشروع مانهاتن لإنتاج أول اليورانيوم المثرى هي أساساً مطياف الكتلة الكبيرة، وفي حين أن استهلاكها من الطاقة باهظ للاستخدام التجاري (عشرات الآلاف من الكيلوواط لكل وحدة من وحدات الأسلحة الصغيرة)، فإن المتغيرات الحديثة ذات المصادر المحسنة للأيون ونظم الفراغ قد اقترحت لأغراض إنتاج النظائر التخصصية مثل الإثراء 235 ألف لمفاعلات البحوث أو إنتاج نظارات ثابتة.

الأثر المحتمل على دورة الوقود النووي

خفض التكاليف وكفاءة الطاقة

وإذا بلغ إثراء الليزر (ولا سيما سيلكس) الانتشار التجاري الكامل، فإن تخفيض استهلاك الطاقة وحده يمكن أن ينقذ الصناعة النووية بعدة مئات ملايين دولار سنوياً من تكاليف الكهرباء، كما أن انخفاض تكاليف رأس المال سيقلل أيضاً من الحواجز المالية التي تحول دون بناء قدرة جديدة على التخصيب، مما قد يتيح للبلدان إمكانية الحصول على إنتاج الوقود المستقل، كما أن المفاعلات ذات السعر العالي التخصيب - وبعض المحللينات المتجددة بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة من التكاليف التنافسية الحالية.

تحسين استخدام طحالب المطاعم واستخدام الموارد

فالتكنولوجيات الناشئة تتيح القدرة على تحقيق عوامل إثراء عالية جدا في تمريرة واحدة، وهذا يعني أن مرحلة الليزر الوحيدة يمكن أن تنتج ناتجا من نقاء يتطلب مراحل عديدة من الطرد المركزي، والأهم من ذلك أن النظم المتقدمة يمكن أن تستخرج من الحجم المنخفض المتبقي من اليورانيوم البالغ 235 وحدة من اليورانيوم المستنفد الذي يخزن اليوم كهدر، وأن تكون مصانع التخصيب المركزية النموذجية التي تُعادل بنسبة 23.3 في المائة.

الآثار المترتبة على الانتشار والأمن

ومن ثم فإن السمات التي تجعل تكنولوجيات التخصيب الناشئة جذابة، وتدني استخدام الطاقة، وزيادة الكفاءة، قد تخلق أيضاً مخاطر جديدة للانتشار، ويمكن أن تُوضع في مبنى لحجم مستودع، مقارنة بقاعات أجهزة الحرق المركزي التي تستخدمها الوكالة في استخدامات اللازراعة، بحيث تُعجّل استخدامات الطاقة النووية في الأغراض السلمية، كما أن هذه المواد يسهل إخفاءها، ويمكن نقلها أو عكس مسارها مع أقل علامات تصنيعية.

التحديات على الطريق إلى التسويق

العقبات التقنية

وعلى الرغم من النجاحات المتحققة في المختبرات، فإن رفع مستوى عمليات الليزر والبلازما إلى مستوى الآلاف من اليورانيوم المستنفد في مصنع للتخصيب التجاري يمثل تحديا هندسيا هائلا، ويجب أن تعمل نظم الليزر باستمرار لسنوات ذات كفاءة عالية في مجال التعبئة، وأن تكون الحد الأدنى من وقت التعطل، وأن تكون المكونات البصرية - المرايا - النوافذ - المقاومة للتدهور من بخار اليورانيوم وكيمياء الفلورية)١٥(.

الحواجز التنظيمية والرخصية

فالإثراء هو من بين أكثر الأنشطة النووية حساسية، ويعالج المنظمون أي تكنولوجيا جديدة بحذر شديد، وقد قضى مجلس وزراء جمهورية الولايات المتحدة عقدا تقريبا لاستعراض طلب الترخيص الخاص بشركة GLE لمصنع ويلمينغتون المقترح، مما يتطلب إجراء تحليلات واسعة النطاق للأثر البيئي والأمن والسلامة، وحتى بعد منح الترخيص، فإن التقاضي من المعارضين المحليين والتأخير في تأمين التمويل قد توقف البناء، وفي بلدان أخرى مثل اليابان وفرنسا، تم إقرار نظام تجريبي للإثراء بالليزر.

Economic Viability and Market Dynamics

واقتصادات الإثراء هي اقتصادات دورية، وهي تخضع حالياً للضغط من أسعار اليورانيوم المنخفضة ومن الإفراط في الإمداد بقدرات التخصيب، ومع ذلك فإن سوق التخصيب العالمية تهيمن عليها أربعة شركات كبيرة من الموردين - أورينكو )أوروسيا( وشركة أورانو )فرنسا( وكلها تعمل كوادر كهرباء مركزية كبيرة، وهذه الشركات لا تزال غير قادرة على الاستمرار؛ وهي تعمل باستمرار على تحسين تكاليفها.

قضايا البيئة والنفايات

وفي حين أن التكنولوجيات الناشئة تستخدم عادة كهرباء أقل من أجهزة الطرد المركزي، فإنها قد تولد تدفقات جديدة من النفايات، وتنتج هذه التكنولوجيات مخلفات اليورانيوم الفلزي؛ وتولد نظام الرصد المتعدد الأطراف منتجات ثانوية تحتوي على الفلور، ويجب تحييدها.

التعاون الدولي والطريق إلى الأمام

ونظراً إلى الطابع المزدوج لتكنولوجيا الإثراء، لا يمكن لأي بلد أن يطور هذه الأساليب الجديدة في عزلة، فالانتشار يتطلب إطاراً للشفافية والتفتيش، وقد بدأت الوكالة الدولية للطاقة الذرية فريقاً عاملاً معنياً ب " ضمانات الإثراء الإضافي " يجمع بين الدول الأعضاء لوضع أساليب الكشف وبروتوكولات التحقق، وقد قامت مجموعة موردي المواد النووية بتحديث مبادئها التوجيهية لإدراج معدات الإثراء بالليزر في " قائمة المسافرين " التي تتطلب الحصول على إذن بالتصدير.

ومن غير المرجح أن يكون مستقبل إثراء اليورانيوم فائزاً واحداً في مجال التكنولوجيا، بل إن مزيجاً من الطاردات المركزية الناضجة، ونظم الليزر ذات الطابع المتوسط، وربما تكون وحدات البلاستيك أو الكيميائي المتخصصة في التطبيقات الكيمائية (مثلاً، تخصيب اليورانيوم المعاد تدويره أو إنتاج النظائر الطبية) سيتعايش مع ذلك، وقد لا يكون متغير الإثراء الحقيقي هو تصميم لاس أو دوار محدد في مجال الانتشار، بل القدرة على نشر

وأخيرا، يجب تقييم تكنولوجيات التخصيب الناشئة ليس فقط من أجل مزاياها الاقتصادية والتقنية، بل أيضا من أجل عواقبها الجغرافية السياسية، ويمكن للليزر نفسه الذي يمكن أن ينتج اليورانيوم المنخفض التخصيب للمفاعل أن ينتج، مع مراحل إضافية أو تربوية، اليورانيوم العالي التخصيب من أجل قنبلة، ويجب على المجتمع التقني، والهيئات التنظيمية، والدبلوماسيين أن يعملوا معا لضمان ألا يتمخض عن آليات متعددة الأطراف لمراقبة الأجهزة النووية تكون أكثر نظافة وأرخص تكلفة.

خاتمة

إن إثراء اليورانيوم هو على أساس الانتقال التكنولوجي، إذ أن فصل النظائر، الذي تقوده عملية SILEX، يوفر أكثر الآمال إلحاحا في الحد من استهلاك الطاقة، وتكاليف رأس المال، والأثر البيئي، وسيظل استخدام الوسائل القائمة على البلاستيك والكيميائية على هامش العمليات المتخصصة، وسيظل كذلك بالنسبة للفوائد المحتملة - انخفاض تكاليف الطاقة النووية، وتحسين استخدام موارد اليورانيوم، وقلة البصمة الكربونية - تحديات كبيرة.

For more detailed technical information, see the ]U.S. Department of Energy’s Office of Nuclear Energy] and the Nu clear Regulatory Commission’s guidance on enrichment facilities.]]