تاريخ وتطوير تكنولوجيا المفاعلات السريعة على نطاق العالم

المملكة المتحدة: دونري

وقد أنشأت المملكة المتحدة برنامجها السريع للمفاعلات في دورونري، وهو موقع نائي على الساحل الشمالي لسكوتلندا، وكان مفاعل دوونري السريع مفاعلاً تجريبياً حرارياً يبلغ 60 ميغاواط بدأ تشغيله في عام 1959، وقد استخدمت مادة خامدة من المواد المبردة ذات السائلة، وهي خليط من الصوديوم والبوتاسيوم (NaK) وطبقت على درجات حرارة عالية.

وقد قامت المملكة المتحدة بعد ذلك ببناء مفاعل سريع نموذجي في دورونراي، الذي بدأ العمل في عام 1974، حيث بلغ الناتج الحراري 600 ميغاواط (حوالي 250 ميغاواط)، وكانت هذه العملية ذات طابع أكثر طموحا، وكان الغرض منها إثبات القدرة التجارية لمفاعلات التكاثر السريع، واستخدمت مبردات الصوديوم ووقود أكسيد متعدد الأطراف، غير أن الاتحاد واجه مشاكل تقنية عديدة، منها التسرب المستمر من المولدات.

اليابان: مونجو وجويو

مفاعل (جويو) السريع، مع إنتاج حراري قدره 100 ميغاواط، بدأ تشغيله في عام 1977 في مركز بحوث وتطوير (أوراي)، كان (جويو) مفاعلاً مُشغّلاً بالصوديوم مصمماً لفحص الإشعاعات للوقود والمواد، ونجحت في العمل لسنوات عديدة، ونجحت في إحداث حروق كبير في وقود الاختبارات، وساهمت في قاعدة (جوغار) العالمية

كان نموذج اليابان التجاري هو مونجو، 280 ميغاواط مفاعل سريع وموجود في تسوروغا، و حقق مونجو أول حرجة في نيسان 1994، ولكن بعد ثمانية أشهر فقط، في كانون الأول/ديسمبر 1995، كان تسرباً خطيراً في نظام النقل الجوي الثانوي، تسبب التسرب في حريق عندما كان الصوديوم يتفاعل مع الرطوبة في الهواء،

برامج وطنية أخرى: ألمانيا والهند وما بعدها

وتابعت ألمانيا تكنولوجيا التوليد السريع من خلال مشروع SNR-300، وهو مفاعل سريع مدمج بحجم 300 ميغاواط بني في كالكار، بالقرب من الحدود الهولندية، وبدأ تشييد منطقة SNR-300 في عام 1972، ولكن المشروع تضرر من المعارضة السياسية، والتأخيرات التنظيمية، وتجاوزات التكاليف، وقد اكتمل المفاعل في عام 1985 ولكنه لم يُشغل قط، وقررت الحكومة الألمانية، في نهاية المطاف، التي تواجه مشاعر شديدة ضد الأسلحة النووية بعد كارثة تشيرنوبيل تشيرنوبيل، أن تتحول إلى محطة تشيرنوبيل تشيرنوبيل.

"في "الإنترنيت" "بدأت "المفاعلات ذات الطاقة الكهربية الكهربية في "الإنترنيت" في "الإنترنيت"

التحديات التقنية والحواجز التشغيلية

وعلى الرغم من النجاحات التقنية التي حققتها مفاعلات مثل BN-600 وVénix، واجهت القوات الجمهورية الاتحادية مجموعة من التحديات المستمرة التي حالت دون اعتمادها التجاري الواسع النطاق، وفهم هذه التحديات أمر أساسي لتقييم آفاق التكنولوجيا في المستقبل.

Sodium Colant: Benefits and Drawbacks

ويستلزم التكوين الأولي للنحاس جميع المفاعلات السريعة الكبيرة تقريبا بسبب خصائصه النووية والحرارية المفضلة: إذ أن لديه تركيبة منخفضة لاستيعاب النيوترونات، وجهازاً آلياً حرارياً عالياً، ومحطة سائلة عالية الغليان (883 درجة مئوية)، ونقطة انحدار منخفضة (98 درجة مئوية)، مما يتيح تشغيلها في ضغط الغلاف الجوي، غير أن الصوديوم يمثل تحديات تشغيلية خطيرة.

أداء الوقود في إطار إشعاع نيوترون السريع

فالوقود المفاعلي السريع يجب أن يصمد في بيئة قاسية بشكل استثنائي، فالأوزان السريعة، مع ارتفاع طاقاتها، تسبب في أضرار في حالة التشريد في حالة التكتل الكريستالي للوقود أكثر من التروتين الحراري، مما أدى إلى تكبير ورش، وخلق فقاعات غازية عالية الحرق.

التكاليف الرأسمالية العالية والقابلية للتأثر الاقتصادي

أما أهم حاجز أمام انتشار القوات المسلحة الرواندية فهو الاقتصاد، إذ أن المفاعلات السريعة أكثر تعقيداً من مفاعلات المياه الخفيفة ذات الطاقة المعادلة: فهي تتطلب نظاماً أولياً للزراعة، وثغرة صوديومية متوسطة، ومولدات لبخار متخصصة، ونظاماً لمناولة الوقود مصمماً لبيئات الصوديوم، وهياكل أساسية كاملة لإعادة تجهيز الوقود وتصنيعه لتحقيق فوائد دورة الوقود المغلقة.

مخاطر الانتشار والأمن الدولي

وترتبط مفاعلات التوليد السريع بمخاطر الانتشار النووي لأنها تنتج البلوتونيوم في بطانياتها، كما أن إعادة التجهيز اللازمة لفصل البلوتونيوم عن الوقود الجديد تخلق مساراً أمام المواد القابلة للاستخدام في الأسلحة، كما أن البلدان التي تعمل في مجال مركبات الكربون الفلورية وإعادة المعالجة يجب أن تنفذ تدابير دولية قوية لضمانات الشفافية، وأن قرار الولايات المتحدة بوقف برنامجها لإعادة المعالجة التجارية في السبعينات، الذي يحركه جزئياً الشواغل المتعلقة بالانتشار في إطار إدارة المفاعلات الذرية.

التطورات الأخيرة وإحياء الفوائد

وبعد مرور عقدين من الانخفاض في التسعينات وأوائل العقدين، انعش الاهتمام بتكنولوجيا المفاعلات السريعة في عامي 2010 و 2020، مدفوعا بعوامل متقاربة عديدة: الحاجة إلى إدارة مخزونات متنامية من الوقود النووي المستهلك، والرغبة في الحد من السمية المشعة الطويلة الأجل للنفايات النووية، واحتمالات توسيع موارد اليورانيوم، والهدف الاستراتيجي المتمثل في استقلال الطاقة، والمشهد الحالي لتنمية الوقود المستنفد أكثر تنوعا من اتباعه في استراتيجيات متعددة.

قيادة روسيا: BN-800 وما بعده

إن مفاعل BN-800 في بلويارسك يعمل بكامل طاقته منذ عام 2016، وقد أثبت استخدام وقود الـ (MX) المصنّع من البلوتونيوم المعاد تدويره، وروسيا بصدد تصميم مشروع BN-1200، وهو مفاعل سريع تجاري كبير يمكن نشره على نطاق محلي ويمكن تصديره إلى بلدان مثل الصين والهند.

برنامج الصين للمفاعلات السريعة

الصين بدأت في تطوير المفاعلات بسرعة كجزء من استراتيجيتها لتصبح قائداً عالمياً للتكنولوجيا النووية، مفاعل الصين التجريبي السريع، 65 مفاعلاً من الطاقة الحرارية ذات الأهمية القصوى، بدأ العمل في عام 2010 قرب بيجين.

India and the Three-Stage Program

برنامج المفاعل السريع في الهند كما هو ملاحظ، هو جزء لا يتجزأ من برنامج الطاقة النووية الذي يتكون من ثلاث مراحل، وجهاز التحكم السريع في المفاعلات في (كالباكوم) الذي يُستخدم في (الكلبكام)

المشاريع في بلدان أخرى

وفي كوريا الجنوبية، احتفظت ببرنامج بحثي متواضع ولكنه مطّرد للمفاعلات السريعة، بما في ذلك سلسلة KALIMER من تصميمات المفاعلات السريعة التي تعمل بالعزلة الصدرية، وتطوير تكنولوجيا التجهيز الحراري لمعالجة الوقود المستهلك، بينما قامت الولايات المتحدة، رغم عدم بناء أي مفاعلات سريعة، بتمويل البحوث المتعلقة بمفاعلات الطاقة السريعة المتقدمة من خلال مبادرات مثل مشروع " فيرستل " (VTR) الذي يهدف إلى توفير قدرة على إجراء اختبار سريع للوقود النيتروز.

المتغيرات التقنية والمعابر المتقدمة

وفي حين أن المفاعلات السريعة التي تُشغَّل الصوديوم قد سيطرت تاريخيا على تطوير FBR، يجري حاليا بحث العديد من التكنولوجيات البديلة المبردة ومفاهيم التصميم بنشاط.

Lead and Lead-Bismuth cooled Fast Reactors (LFRs)

المفاعلات السريعة التي تعمل بالأشعة السينية، والتي تعمل بمقياس حرارة، والتي تعمل بحجم مفاعلات عالية الحرارة، والتي تستخدم في التوليد،

مفاعلات سريعة مجهزة بالغاز

وتستوجب المفاعلات السريعة المصممة على الغازات الهيليوم أو ثاني أكسيد الكربون كمبرد، وتتجنب التبريد الغازي التفاعل الكيميائي وقضايا التآكل في المعادن السائلة، ولكن الغازات أقل بكثير من القدرة الحرارية والسلوك الحراري من السوائل، مما يتطلب ارتفاع معدلات التدفق وقوى المحرك، كما أن انخفاض القدرة الحرارية قد يؤدي إلى تدفئة سريعة في مستويات الحرارة عند مستوى أعلى من حيث سرعة إنتاج المواد الهيدروجينية (800 درجة مئوية).

مفاعلات السلالم المتحركة

و لكنّه كان هناك الكثير من المواد التي تُستخدم في إنتاج المواد الكيميائية و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة و السائلة

أجهزة معالجة سريعة نموذجية صغيرة

وقد شهدت السنوات الأخيرة اهتماما متزايدا بتصميمات مفاعلات صغيرة سريعة، عادة في نطاق 50-300 ميغاواط، يمكن أن تكون مفاعلات ذات مفاعلات ذات قدرة صناعية، مجهزة بتكاليف رأسمالية أقل من تكاليف كبيرة من مركبات FBR، وتشمل الأساس المنطقي لمفاعلات الطاقة السريعة الصغيرة ذات الموجات المتحركة، القدرة على مضاهاة البنية التحتية للشبكة، وتشمل الأمثلة على ذلك مفاعلا للوقود السريع المزود بأجهزة الترددات الترددات المتوسطة والمصممة بمقياس 100.

الآفاق المستقبلية ودور المفاعلات السريعة في نظام الطاقة المستدامة

وفي المستقبل، يتوقف مستقبل تكنولوجيا المفاعلات السريعة التوليد على التفاعل المعقد للتقدم التقني والعوامل الاقتصادية والقرارات المتعلقة بالسياسات والقبول العام، ويجب أن يعترف التقييم الواقعي بالفوائد المحتملة والعقبات الكبيرة التي لا تزال قائمة.

ومن الناحية الإيجابية، تقدم عمليات إعادة البناء حلاً مقنعاً لتحديين من أكثر التحديات استمراراً في مواجهة الطاقة النووية: استدامة إمدادات الوقود وإدارة النفايات المشعة، وبتحول اليورانيوم المستنفد إلى وقود قابل للاستخدام، يمكن أن تمتد موارد اليورانيوم في العالم من بضع مئات السنين إلى آلاف السنين، مما يجعل الطاقة النووية مورداً متجدداً على نطاق زمني بشري، وبإحراق البلوتونيوم والكمائن الخفيف في طيف النيوترونات السريعة.

ومن الناحية السلبية، لا تزال العقبات الاقتصادية مضللة، إذ لم يثبت بعد أن المفاعل السريع تكاليف تنافسية لتوليد الكهرباء ضد مفاعلات المياه الخفيفة أو الغاز الطبيعي أو مصادر الطاقة المتجددة، وترتفع تكاليف رأس المال التي تتحملها البلدان المولدة للمركبات الكربونية الفلورية، وتعزى هذه التكاليف إلى تعقيد نظام التبريد الصوديوم، والحاجة إلى مصنع لإعادة المعالجة، وإلى مرافق تصنيع الوقود المتقدمة اللازمة لدورة الوقود المغلقة.

وثمة شك آخر هو الجدول الزمني لتطوير الوقود والمواد المتقدمة التي يمكن أن تحقق فترات الحرق العالية، وطول فترات الوقود، وارتفاع درجات حرارة التشغيل اللازمة للقدرة الاقتصادية على المنافسة، بينما لا تزال تكنولوجيا الوقود الحالية في جمهورية رواندا قادرة على العمل، تواجه قيودا من حيث حدود الاحتراق، وقابلية التحمل، وتكاليف تصنيع الوقود، وتعالج برامج البحوث في روسيا والصين والولايات المتحدة وأوروبا هذه القضايا، ولكن من المرجح أن يكون النشر التجاري للوقود المتقدم بعيدا عن بعضه.

وأخيرا، لن يمكن قبول الجمهور للمفاعلات السريعة وما يرتبط بها من مصانع تجهيز البنية التحتية لدورة الوقود، ومرافق مناولة البلوتونيوم، ومواقع المفاعلات المتعددة الوحدات، كما أن الحوادث التي تقع في تشيرنوبيل وفوكوشيما قد أوجدت مستودعا عميقا للتشكيلات العامة نحو التكنولوجيا النووية، والمفاعلات السريعة التي تشعل حرائق الصوديوم ودورات وقود البلوتونيوم، كثيرا ما تعتبر أكثر شفافية من المفاعلات التي تعمل على إدارة المخاطر.

في النهاية، إنّ تكنولوجيا المفاعلات السريعة قد تسرّبت طريقاً طويلاً وحدثاً منذ المظاهرات الأولى في "كلمنتين" و"إي بي آر" الأولى،