Table of Contents
فوكوشيما دايتشي: كارثة تعيد تعريف السلامة النووية
وفي 11 آذار/مارس 2011، أدى زلزال ضاغط على ساحل اليابان إلى حدوث تسونامي غطّى على محطة فوكوشيما دايتشي التي تبلغ مساحتها 5.7 مليون متر، وفتح موجات تزيد على 14 مترا، وضربت الطفرة جميع مولدات الديزل الاحتياطية وكمية التبديل الكهربائي، مما تسبب في انقطاع محطة طويلة في ثلاثة مفاعلات تشغيلية، دون أن يكون هناك انفجار في البطاطين اللوين السائل المزودة،
وقد كشفت الحادثة عن مواطن ضعف أساسية متأصلة في العديد من محطات التشغيل النووية: الاعتماد على نظم الأمان النشطة التي تتطلب طاقة خارجية أو احتياطية، والقدرة المحدودة على مواجهة الأخطار الطبيعية التي تتجاوز نطاق التصميم، والفشل الواضح في المواقع المتعددة الوحدات، وقد كان مفهوم المفاعلات الخارجية Director General’s report)() يبيّن أوجه القصور هذه، ويخلص إلى أن المفاعلات الدفاعية.
إصلاح النظام العالمي: اختبارات الإجهاد والمعايير المعززة
وفي غضون أشهر من وقوع الكارثة، بدأ منظمو العالم في إجراء عمليات تقييم صارمة، حيث قام الاتحاد الأوروبي بإجراء اختبارات إلزامية " اختبارات الإجهاد " ] لكل مفاعل تشغيلي، وحفز مزيج من الزلازل والفيضانات والتركات المحطةية وفقدان المغسلة الحرارية النهائية، واستبدلت اليابان لجنة السلامة من الطاقة الذرية بهيئة مستقلة أكثر قوة للتنظيم النووي، وتنفيذ معايير صارمة لإدارة الارتحالب وأمواج التسونامي.
وقد حثت خطة العمل المتعلقة بالسلامة النووية التابعة للوكالة الدولية للطاقة الذرية على إعادة تقييم هوامش الخطر وتعزيز التأهب لحالات الطوارئ وتحديد أولويات التصميمات ذات السمات الأمنية المتأصلة، وكان من النتائج الرئيسية التحول من المعايير المحددة والمفتوحة إلى قواعد مصممة على أساس المخاطر تستند إلى الأداء تعترف بإمكانية وجود أحداث جديدة تتجاوز حدود الصلاحية المحددة، وهي فترة الصلاحية القصوى 72 ساعة، على سبيل المثال، يجب أن تستمر الأهداف المحددة التي يتطلبها المفاعل في وضع علامات قياسية.
الدفاع في ديبث ري تخيل
فبعد فوكوشيما، تطور مبدأ الدفاع المتعمق من الحواجز التي تكتنفها الطبقات بحيث يشمل الاستقلال بين مهام السلامة، ويطالب المشرفون الآن بفصل نظم الأمان من بعضها البعض وتباينها، ومنع حدوث إخفاقات مشتركة مثل فقدان جميع الطاقة الكهربائية من حدث فيضان واحد، ويقضي هذا النهج المعزز بنظم نقل حراري تعمل بدون طاقة خارجية، أو مولدات احتياطية، أو حتى الحاجة إلى تداول الطاقة بواسطة عوامل الشغل، التي تعتمد فقط على الجاذبية.
وقد أعيد تجهيز المصانع الموجودة بتكلفة هائلة بفتحات الاحتواء المميتة، والمصيدات الأساسية، والتكييف المكثف، ولكن بالنسبة للتصميمات الجديدة للمفاعلات، فإن هذه السمات ليست إضافة؛ وهي مدمجة منذ البداية، وتبسّط بشكل جذري الترخيص، وتقليص مخاطر المطالب التنظيمية اللاحقة للبناء، وقد جعل هذا التحول التنظيمي السلامة السلبية شرطا بحكم الواقع لأي مفاعل متقدم يسعى إلى دخول الأسواق.
التعجيل بتطوير المفاعلات المتقدمة
وقبل عام 2011، كان البحث عن المفاعلات في جيل رابع هدفاً أكاديمياً وحكومياً طويل الأجل، وحطم فوكوشيما الرضى بأن التحسينات الإضافية في مفاعلات المياه الخفيفة الكبيرة كافية، وأقر المستثمرون وواضعو السياسات بأن استعادة الثقة العامة تتطلب مفاعلات تعرض " السلامة على الطرق " ] - القدرة على إغلاق مشغل النفايات الخارجية، 2020
كما أن برامج مماثلة في كندا (خطة عمل العلاقات بين الجنسين) والمملكة المتحدة (الصندوق النووي المدفوع)، وفرنسا والصين وكوريا الجنوبية قد عجلت جميعها بتمويل المفاعلات النموذجية الصغيرة، والمفاعلات ذات الغازات العالية التمرين، والمفاعلات السريعة، وتكنولوجيات الملح المتحركة، والخط المشترك هو الانتقال المتعمد من النموذج الواسع النطاق والمنشط للسلامة الذي ثبت أنه متقلب.
المفاعلات النموذجية الصغيرة: السلامة السلبية للمصانع
أما المفاعلات الصغيرة التي تستخدم في إطار نظام " ميغاواط " فهي عادة أقل من 300 ميغاواط، وهي النتيجة التجارية الأكثر ظهوراً، وتخفض نسيجها في الموقع من مخاطر البناء، بينما لا يمكن لصغر حجمها ونسبة مركبها من سطح إلى آخر أن تزيل الحرارة السلبية في محطات كبيرة، وتضع أول مفاعل للطاقة الكهربائية في المداري، ويحصل على الموافقة على تصميمات من مفاعلات سواتل رصد الأرض تحت مفاعلات الأشعة تحت سطح الأرض.
ويستخدم نظام " جيه هيتاشي " - ٣٠٠ نظاماً لمخرب عزلة يمكن أن يبرد النواة لمدة سبعة أيام على الأقل دون تدخل، وهو قدرة برهنت عليها في اختبارات واسعة النطاق، ويطبق أسلوب " رول - روس " في المملكة المتحدة " منطقاً مماثلاً مع قذيفة احتواء فولاذ تشجع على إزالة حرارة الديعة السلبية، وتخفض هذه التصميمات بشكل كبير منطقة التخطيط للطوارئ خارج الموقع إلى الحدود في حالات كثيرة تشبه " فاشيما " .
المفاعلات ذات الصبغة العالية من الغازات المكعبة: الروبوتات المتأصلة في مادة " تريسو فيول "
وتستعمل المفاعلات ذات الغازات العالية التمرين المكعبة مبردات الهيليوم وقود اليورانيوم المحتوي على الترايسو المزود بمستويات من الكربون وكاربيد السيليكون الذي يمكن أن يتحمل درجات الحرارة فوق 1600 درجة مئوية دون منتجات النسيج المطلق، وحتى مع فقدان كامل للثديين، تحتفظ الجسيمات الوقودية المصممة للفولطيورانيوم التركيب(21) بسلامتها.
كما أن تصميم " HTGR " الذي يعتمد على الولايات المتحدة، يستعمل كذلك وقود " تريسو " ويعمل في ضغط شبه الغلاف الجوي، ويلغي الحاجة إلى احتواء واسع النطاق، ويوفر قياسات الهندسة الأساسية للمفاعل ومبردات الهيليوم تغذية عكسية سلبية متأصلة: فمع ارتفاع درجات الحرارة، تتناقص معدلات الانقسام الطبيعي، وهذا الانقلاب يعني أن نظم الموازنة الذاتية للمفاعلات دون رقابة.
المفاعلات السريعة: المبردات المنخفضة الضغط
وتستعمل المفاعلات السريعة السائلة الصوديوم أو الرصاص أو الميثود كبريدات، وتتوفر لهذه المواد نقاط غسيل عالية وخواص تداول طبيعية ممتازة، مما يتيح تشغيلها في ضغط شبه الغلاف الجوي، مما يزيل مخاطر فقدان المبردات العالية الضغط ويقلل من متطلبات الاحتواء، وفي حالة انقطاع المحطة، توزع المبردات المعدنية بواسطة التكتل الطبيعي - 8، ويدفع حرارة الديكي إلى مضخة الهواء.
ويضم تصميم برنامج تيرابور مفاعلا سريعا مجهزا بالفول الصوديوم مع نظام مزود بالطاقة المالحة المتحركة، مما يتيح القدرة على توليد الحمولة، وترتكز حالة الأمان فيه على قدرة المفاعل على إغلاقه وتبريده باستخدام التداول الطبيعي للصوديوم لأيام، وقد اختير التصميم لبرنامج إدارة الطاقة الكهربائية والكهربائية، وذلك تحديدا بسبب خصائص السلامة التي تلي فوكوشيما.
Molten Salt Reactors: Liquid Fuel Eliminates Core Damage Risk
وتحلل أجهزة إعادة تصنيع الملح المتحركة وقودها في فلوريد سائل أو كلوريد يعمم من خلال اللب، ومع ارتفاع حرارة أملاح الوقود، وانخفاض كثافة الوقود وتغيرات الوصل بين القطاعات، مما يوفر ردود فعل سلبية قوية، وإذا تجاوزت درجات الحرارة الحدود الآمنة، فإن الملح نفسه يتوسع، ويقلل من رد الفعل قبل حدوث أي ضرر.
وتبني مشاريع مثل البيانات التاريخية لاختبار مفاعلات الملح المتحركة، والجهود الحديثة التي تبذلها شركات مثل الطاقة الأرضية وقوة كيروس، حالات أمان حول هذه المبادئ، ويتضمن برنامج المفاعل النموذجي المتقدم في المملكة المتحدة صراحةً ما يمكن أن يزيله من إطلاقات كبيرة خارج الموقع.
نظم السلامة السلبية: معيار التراخيص الجديد
وقد وضع المنتدى الدولي للجيل الرابع معايير تقتضي أن يكون أي نوع جديد من المفاعلات قادرا على تحمل الخسارة الكاملة في الطاقة والوعة الحرارية دون إلحاق أضرار بالوقود لمدة عدة أيام على الأقل، وهذا " مأمون من الرصيف " يعتمد الآن على القوة الطبيعية - الجاذبية، والوصاية الحرارية، والتوسع الحراري - الإشعاعي على المكونات النشطة.
وهذا التحول عميق، حيث أن تصميمات ما قبل فوكوشيما تعتمد على نظم نشطة متعددة زائدة عن الحاجة؛ ويدرك الجمهور الآن أن الأحداث المشتركة مثل الفيضانات يمكن أن تعطل جميع حالات التجاوز في آن واحد، وتغير السلامة السلبية السرد: بدلا من إدارة المخاطر من خلال طبقات من التعقيدات الهندسية، تزيل المفاعلات الجيل القادم نمط الفشل نفسه، ولا يوجد مشغِّل ولا قوة ولا مشكلة.
دروس لثقافة السلامة والإدارة التنظيمية
فبعد المعدات، كشف فوكوشيما عن مواطن الضعف في ثقافة السلامة والاستقلال التنظيمي، وخلص تحقيق الحكومة اليابانية إلى أن مشغلي النبات قد قللوا من مخاطر التسونامي لسنوات، وأن المنظمين يفتقرون إلى سلطة إنفاذ التحسينات، وأن الكارثة أدت إلى إعادة تقييم العوامل التنظيمية على نطاق العالم: فقد أكدت الوكالة الدولية للطاقة الذرية [(FLT:0)] إعادة الإبلاغ الحاجة إلى " التحسين المستمر والانفتاح على إنشاء منظمات البائعين " .
كما أعيدت هيكلة الهيئات التنظيمية، حيث تعمل هيئة التنظيم النووي في اليابان بشكل مستقل عن وزارة تشجيع الصناعة، واعتمدت إصلاحات مماثلة في كوريا الجنوبية وتايوان، وقامت هيئة التنسيق الوطنية بتنفيذ فرقة عمل مستفادة من الدروس أوصت بزيادة الرقابة على تقييمات المخاطر السيزمية والفيضانية، وفيما يتعلق بالمفاعلات المتقدمة، فإن مبدأ ] " استعراضات شاملة للحواجز المادية المتعلقة بالدفاع عن النفس " () [وهذه نظم المعالجة المادية غير المتين:1].
التعاون الدولي والمظاهرات الأولى للقناة
وقد أدى حتمية ما بعد فوكوشيما إلى حفز تعاون لم يسبق له مثيل، ووسع المنتدى الدولي المعني بالتجديد الرابع ] نطاق تعاونه مع التجمع الديمقراطي على ستة نظم مختارة، حيث جمعت الدول الأعضاء الموارد اللازمة لفحص المواد، ومؤهلات الوقود، ورموز تحليل السلامة.() وقد يسرت الاتفاقات الثنائية مثل مذكرة التفاهم بين الولايات المتحدة وكندا بشأن المفاعلات المتقدمة التنسيق التنظيمي والهياكل الأساسية للاختبارات المشتركة.
وقد بدأت عدة مشاريع إيضاحية في العمل نحو الأمام، ففي الولايات المتحدة، كان يمكن أن يستفيد كل من مشروعي " تيرابوور " و " إكس - 100 " من تقاسم تكاليف شركة " دروب " ، حيث كانت حالات السلامة التي استشهد بها صراحة بدروس فوكوشيما، وقد اختارت شركة أونتاريو " BWRX-300 " لنشرها في دارلينغتون، كندا، متذرعة بقدرتها على التبريدج.
الموقع الاقتصادي: تخفيض تكاليف السلامة عن طريق التصميم
وقد كلفت عمليات إعادة فتح الوقود بعد فوكوشيما الصناعة النووية العالمية عشرات مليارات من المنافذ المهدرة بالدولار، واستراتيجيات متنوعة للتصديق، والحواجز في الفيضانات، والتوثيق المعزز لتجميع الوقود المستهلك، وقد تقاعدت عدة محطات في اليابان وألمانيا في وقت مبكر، وقطعت بلايين من الأصول، وقد أقنعت هذه الصدمات المالية المرافق بأن بناء الأمان في التصميم منذ البداية هو أرخص بكثير من إضافةه في وقت لاحق، كما أن مفاعلات الجيل المقبل تخفض تكاليف رأس المال من خلال فترات إعداد المصانع
وقد استحدث مشروع تحديث التراخيص في الولايات المتحدة نهجاً قائماً على أساس المخاطرة والأداء يتيح تقييم المفاعلات المتقدمة على أسس أمانها المتأصلة، وليس على قواعد أولية لمفاعلات المياه الخفيفة، مما يقلل العبء التنظيمي للتصميمات التي يمكن أن تثبت السلامة السلبية، وبالمثل، قام مكتب المملكة المتحدة للتنظيم النووي واللجنة الكندية للسلامة النووية بإجراء إصلاحات أولية في مجال السلامة بعد التأشيرات، مما يشجع على المشاركة المبكرة في عمليات البرمجيات.
إعادة بناء الثقة العامة من خلال السلامة عبر الحدود
فوكوشيما حطمت ثقة الجمهور ليس لأن الناس أساءوا حساب الاحتمالات، ولكن لأنهم شهدوا كارثة أكد الخبراء أنها مستحيلة عمليا، فإعادة بناء الثقة تتطلب أكثر من التفوق التقني؛ وهي تتطلب الآن اتصالا واضحا صادقا بشأن المخاطر المتبقية، ودليلا ملموسا على أن المفاعلات الجيل القادم مختلفة اختلافا جوهريا، وأن مفهوم السلامة السلبية هو أمر أساسي في هذه الرسالة: حتى إذا كان المفاعل يعاني من فقدان كامل للقوة ولا يوجد مشغل.
كما أن مشاريع الكشف مثل آلية استعراض إطلاق النار والتحليل المستمر لبيانات مفاعلات سالت الوليد التاريخية تقدم أدلة حقيقية، بالإضافة إلى ذلك، فإن إدماج المفاعلات المتقدمة مع التحلية، وإنتاج الهيدروجين، وتدفئة المقاطعات يوسع من قيمتها المجتمعية، ويحول الحوار من إدارة المخاطر إلى التمكين من المناخ والطاقة، ومع ذلك، فإن تحقيق الترخيص الاجتماعي سيتطلب مشاركة مستمرة، وتقاسم المنافع المحلية، وخططاً موثوقة لإدارة الوقود المستهلك -
التحديات القائمة: إمدادات الوقود، الترخيص أولاً - كيند، الاقتصاد
ورغم التقدم السريع، لا تزال هناك عقبات كبيرة، فلم يرخص أي بلد بعد تشغيل مفاعل تجاري غير مائي منذ فوكوشيما، ولا تزال عمليات الاستعراض العيني الأولى غير قابلة للتنبؤ، كما أن الافتقار إلى الخبرة التشغيلية لدى العديد من منظمي التصميم المتقدمين يرغم على الاعتماد على افتراضات محافظة، ولا تزال قاعدة الجزء 53 من قانون الولايات المتحدة الأمريكية غير مكتملة، كما أن الأطر المماثلة في أماكن أخرى غير كاملة.
كما أن سلاسل الإمداد بالوقود هي سلاسل حرجة أخرى، إذ أن العديد من المفاعلات المتقدمة تتطلب High-Asay Low-Enriched Uranium (HALEU) ، وهي مخصوبة بين 5 و20 في المائة من اليورانيوم-235، وهي غير متاحة تجارياً على نطاق واسع، وتستثمر وزارة الطاقة في إنتاج اليورانيوم العالي التخصيب، لكنها تتبع استراتيجيات مماثلة للنشر.
ولا تزال الاقتصاد غير مثبتة، ففي حين أن الدراسات تبين أن معدلات الوفيات بين الجنسين يمكن أن تصبح تنافسية من حيث التكلفة مع الغاز المركب الدراجات بعد تأثيرات التعلم في المصنع، فإن المشاريع الأولى من نوع واحد تواجه ضغوطا في تكاليف رأس المال، كما أن كفاحات تشييد نظام فوغل إي 1000، وجهاز " فلامانفيل " يذكّر الصناعة بأن الوعود النموذجية يجب أن تتحقق في الخرسانة والصلب.
كما أن إدارة الوقود المستهلك هي شاغل دائم آخر، وعلى الرغم من أن المفاعلات المتقدمة يمكنها أن تحرق الوقود بكفاءة أكبر وأن تعيد تدوير المحركات، وأن بعض المنتجات تنتج نفايات أقل لكل ميغاه، فإن النهاية الخلفية لا تزال حساسة سياسيا، وأن فوكوشيما تضاعف من القلق العام إزاء مجمعات الوقود المستهلك، وأي تكنولوجيا جديدة للمفاعلات يجب أن تقدم خطة مقنعة لتبديد دورة كاملة من البداية، وأن القبول العام والموافقة التنظيمية ستتوقف على استراتيجيات شفافة ومتينة لإعادة تدوير الوقود أو التخلص الدائم.
الاستنتاج: صاغ فوكوشيما مسارا نوويا جديدا
ولم يكن الانهيار في فوكوشيما داتشي نهاية الطاقة النووية، كما توقع الكثير منها، بل كان ضرباً من التلفيق يخلق نهجاً مختلفاً اختلافاً جوهرياً في تصميم المفاعلات، حيث أن الدروس المستفادة من أحداث السائل التي تتجاوز الحدود القصوى للتصميم ليست نظرياً، وأن السلامة السلبية ضرورية، وأن الثقة العامة تتطلب الآن سلامة متأصلة في الهيكل الأساسي لمفاعلات التبريد التي تنجو من الجيل التالي.
إن الطريق إلى الانتشار التجاري الواسع النطاق يتطلب استثمارا مستمرا في إمدادات الوقود، وتحديث الأنظمة، والمشاركة الاجتماعية، ولكن الاتجاه لا يمكن قياسه، وبما أن العالم يواجه الحاجة الملحة إلى إزالة الكربون مع الحفاظ على إمدادات الطاقة الموثوقة، فإن المفاعلات الناشئة في وضحايا فوكوشيما توفر خيارا موثوقا به ومكثفا ومأمونا حقا، فهي ليست مجرد نسخ محسنة من الماضي، بل هي مجرد خلل جديد في وضعه.