إن كارثة عام 2011 في محطة الطاقة النووية في اليابان هي أكثر التجارب التي واجهتها الصناعة النووية من أي وقت مضى، وقد كان حدث البدء، وهو زلزال بحجم 9.0، أثراً لا هو السبب الوحيد للكارثة، بل كان سبب كارثة التسونامي الذي تلاه، وافتراضات بحجم التصميم، وتجاوزت الحواجز الحمائية، وغرقت نظم احتياطية شديدة، وتحولت إلى نقطة انطلاق ممتدة من النظام الأساسي إلى ثلاثة ممتدين.

وقد شهدت الصناعة النووية العالمية منذ سنوات إعادة تقييم أساسية لفلسفة التصميم، حيث انتقلت هذه التحولات من نظام دفاعي معمق محضة على نظم الأمان النشطة إلى استراتيجية متأصلة في القدرة المتأصلة، والنموذج، والمرونة التشغيلية، وهي ليست مجرد تحديث للسلامة، بل هي تطور استراتيجي مصمم لخلق محطات قادرة على البقاء على قيد الحياة في أحداث تتجاوز أساس تصميمها، وتمتد من الناحية الاقتصادية لتنشيط الطلب.

محللي فوكوشيما: معرض للتداخلات النظامية

وكانت عمليات تقييم المخاطر المحتملة، التي كانت تُجرى قبل فوكوشيما، تعالج عادة الأحداث الخارجية البالغة الشدة باعتبارها سيناريوهات غير دقيقة وخفيضة الاحتمال، وقد أظهرت الحادثة أن مزيجاً من الزلازل القصوى الموثوقة وقاعدة التسونامي يتجاوزان بكثير، كان يخلق تآزراً خطيراً، وعندما كان هناك سبب مشترك وراء الفشل في ظهور طبقات متعددة من الدفاع في وقت واحد، كان المولدون يُصابون بداء فورياً.

وكان من الدروس الهامة الأخرى إدارة مجمعات الوقود المستهلك، وفي المفاعل 4، كان مجمع التخزين يحمّل كامل حجماً أساسياً في مبنى مفاعل يفقد سلامته الهيكلية، مما أدى إلى حدوث خلل في نظام " الزركونيوم " ، وإلى عدم وجود نظام إشعاعي غير متحكم فيه، مما أرغم الصناعة على وقف معالجة تخزين الوقود المستهلك كعمل فرعي، وبدلاً من ذلك، دمجه في هيكل الأمان العام.

السلامة السلبية: أول عنصر تصميم بعد فوكوشيما

إن أكثر التغييرات وضوحا في تصميم المفاعلات الحديثة هو التركيز على السلامة السلبية، وتعتمد هذه النظم على القوانين المادية غير القابلة للتداول، والتداول الطبيعي، والتبخر، والتثبيت، والأشعة الحرارية، أكثر من العناصر النشطة مثل المضخات، والصمامات، أو مولدات الديزل، مما يزيل الفشل في الأسباب المشتركة التي أصابت فوكوشيما ويتيح فترة سماح أطول بكثير لتدخل المشغلين.

التداول الطبيعي والتبريد الجاذبية

ومثال رئيسي هو محطة ويستينغ هاوس (FLT:0) و6000 ، وجيل ثالث + مفاعل مائي مجهز بالضغط، وينطوي على سفينة كبيرة لاحتواء الصلب محاطة بمبنى درع يعمل كمشروع طبيعي لتبريد المدخنة، و أثناء فترة التصاميم أو ما بعد التصميم، يدخل الهواء الحيز الجوي تحت سطح السفينة الصلبة

وفي حيز مفاعل المياه المغلي، فإن مشغل الماء الوشيك (GHT:0) يستعمل جهازاً من طراز BFLT(B) (BFLT) لا يستخدم سوى أجهزة التبريد الحاد (BFLT) التي لا يمكن أن تُغلق إلا في أي مفاعل من مفاعلات المياه، وإذا كان المفاعل معزولاً عن التربين، فإنه يرتفع إلى المكثف، ويعاد إلى الماء، ويُعادل الضغط إلى الجاهز.

سلامة الوقود: تريسو وقود الميدلك

أما المفاعلات المتقدمة، التي تُستخدم في إنتاج الغازات المحتوية على الغازات المحتوية على الغازات، فهي مفاعلات ذات طاقة عالية الحرارة، مثل استخدام مادة HTR-PM ، ومركبات الوقود المحتوية على مركبات ثلاثية الألف (FLT:1]، ومركبات وقود من طراز Tristructural Isotropic) التي تحتوي على معطف من ثاني أكسيد اليورانيوم

وبالمثل، تستخدم بعض المفاعلات السريعة المحتوية على الصوديوم والمفاعلات الدقيقة للضغط الحراري الوقود المعدني لليورانيوم، الذي له سمة ممتازة في السلوك الحراري وخصائص التوسع المتأصلة التي توفر ردود فعل سلبية، ومع ارتفاع درجة حرارة الوقود، فإن المفاعل يخفض إنتاجه من الطاقة دون إدخال دوار التحكم، مما يوفر طبقة أساسية من الاستقرار، ويعني الجمع بين أنواع الوقود المأمونة ونظم التبريد السلبية أن العديد من المرخصة من المستعملين المتقدمين في حالات الطوارئ.

Modularity: From Stick-Build to Factory Precision

والنباتات النووية الكبيرة التقليدية هي " البناء بالزبائن " في الموقع، مما يتطلب تجميع آلاف المكونات الفردية من قبل قوة عاملة ضخمة ومتخصصة تخضع للتأخيرات في الطقس، واضطرابات سلسلة الإمداد، ومراقبة الجودة المتغيرة، ويحول البناء النموذجي أساسا هذا النموذج بنقل الجزء الأكبر من النسيج إلى بيئات مصنعية خاضعة للرقابة، وهذا النهج لا يؤدي فقط إلى تحسين النوعية والجداول الزمنية، بل أيضا إلى خفض كبير في التكاليف من خلال منحنى التعلم.

النوعية، والجداول، وسلسلة التعلم

ويُتيح التخثر الموازي للمواقع مزايا كبيرة: فالنوعية المتكررة من خلال التصنيع، وانخفاض احتياجات العمل في الموقع، والتقليل إلى أدنى حد من التأخيرات المتصلة بالطقس، والقدرة على توحيد التصميمات في مشاريع متعددة، حيث يمكن ] للسلاسل التجارية الخاصة ، مثلاً، تصميم حوالي 500 1 وحدة نموذجية نموذجية مصممة لإنتاج السكك الحديدية أو النقل البحري.

القدرة الإضافية والطاقة القابلة للنقل

كما أن نظام الوحدات النموذجية يتيح استراتيجية استثمارية تدريجية، فبدلا من الالتزام بعشرة إلى 15 بليون دولار مقدما لمفاعل كبير، يمكن أن تطلب هذه المرافق وحدة نموذجية واحدة، وتوليد الإيرادات، ثم إضافة وحدات إضافية، ويطابق هذا النهج الملامح المالية للمشاريع المتجددة ويقلل من عبء الديون الذي تضرر من جراء ذلك تاريخيا من بناءات نووية كبيرة.

في النهاية القصوى للطيف، المفاعلات الدقيقة (1-20 ميغاواط) مصممة لتكون قابلة للنقل بالكامل، هذه الوحدات، التي غالباً ما تستند إلى التبريد الحراري أو مفاهيم الغاز المكسور، يمكن أن تكون مبنية على المصنع، مشحنة على شاحنة مسطحة، ومركبة لخدمة المجتمعات المحلية النائية، أو عمليات التعدين، أو القواعد العسكرية، وهي تعمل مثل البطاريات النووية، مع إزالة وحدات الوقود المستنفدة لسنوات دون إعادة الوقود.

المرونة التشغيلية في نظام إزالة الكربون

فال مرونة لا تتعلق فقط بالمعدات؛ بل إنها متأصلة في هيكل الرقابة والمهمة التشغيلية، ومن الناحية التاريخية، كانت النباتات النووية تُستخدم على النحو الأمثل في عمليات تحميل القاعدة، حيث تعمل على نحو مستمر بنسبة 100 في المائة من الطاقة، مع إدماج الشبكة في حصة متزايدة من مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الرياح والطاقة الشمسية، تصبح القدرة على تغيير الشبكة ذات قيمة عالية، وقد صُممت المفاعلات الحديثة من الأرض بحيث تكون مرنة وقادرة على توفير خدمات أخرى.

خدمات التعقب والاحتجاز

أجهزة التحكم المتقدمة تُدمج فيزياء المفاعلات التي تدعم التعديلات اليومية في الطاقة بدون مشاكل الاستقرار التي تسببها (سينون) والتي تُصيب في التصميمات السابقة

التوائم الرقمية والعمليات الافتراضية

إن مفهوم التوأم الرقمي، المقترض من الفضاء الجوي والتصنيع المتقدم، يجري نشره لتعزيز المرونة والأداء الاقتصادي، والتوائم الرقمي هو نموذج حي افتراضي للمصنع الفيزيائي، يستكمل باستمرار ببيانات الاستشعار، وسجلات الصيانة، والظروف البيئية، ويتيح للمشغلين تقدير تسلسل الحوادث، والتخطيط لنوافذ الصيانة المثلى، وتدريب الموظفين على استجابات النباتات بدقة.

الجيلان والقطاعان

إن المفاعلات المتقدمة، ولا سيما مفاعلات مفاعلات الملح المتحركة، تنتج حرارة عالية )٧٠٠-١٠٠٠-جيم( يمكن استخدامها في توليد الكهرباء أكثر من توليد الطاقة الحرارية، وهذه الطاقة الحرارية يمكن أن توزع على مدارات العمليات الصناعية، أو إنتاج الهيدروجين عن طريق دورات الحرارة، أو تحلية المياه.

Forging a Supportive Regulatory Environment

ولا يمكن أن ينجح أي تحول في التكنولوجيا دون تطور مواز في التنظيم، وقد سلم المنظمون في جميع أنحاء العالم بأن ضمان السلامة لا يعني تطبيق قواعد إلزامية قديمة على تصميمات جديدة، بل إنها تتحرك نحو أطر قائمة على المخاطر والأداء تكافئ السلامة المتأصلة والاختبارات المبتكرة، وهذا التطور التنظيمي أمر حاسم لتمكين النشر السريع للتصميمات النموذجية والمرنة.

تصنيف التصميم والتقييم العام

لجنة الرقابة النووية في الولايات المتحدة لديها عملية تصديق تصميم () الجزء 52 ) التي تسمح بموافقة تصميم مصنع موحد مرة واحدة ثم الإشارة إليه لتطبيقات متعددة لرخص البناء، وهذا يحول دون إعادة صياغة حالة السلامة الأساسية للمفاعل، وقد أصدرت لجنة التنسيق الوطنية أيضا توجيهات بشأن تصميمات المواد الغازية المجازفة، التي تسمح باستخدام أنظمة مستنسخة معتمدة على أساس الأداء

كما أن مكتب المملكة المتحدة للتنظيم النووي يقوم بتقييم تصميمات جينية لتصميمات المفاعل قبل أن تكون مرتبطة بموقع محدد، حيث تقوم شركة رولز رويس للتبادل التجاري الدولي حالياً بمواءمة عمليات التصميم الأمني على نطاق عالمي، وتُعدّل بشكل كبير عملية البرمجيات غير الرسمية التي تقوم بها الوكالة الكندية للسلامة النووية، وتُعدّل عمليات الدمج في عمليات البرمجيات الدولية، وتُعدّل بشكل خاص من أجل وضع عمليات استعراضات في مرحلة ما قبل العقد.

تكييف مناطق التخطيط لحالات الطوارئ

وتحتاج المفاعلات الكبيرة التقليدية إلى منطقة تخطيط الطوارئ على مدى 10 أميال، مع رصد سكانية مفصلة، وخطط إجلاء، وهياكل أساسية عامة، ويثبت الكثير من تصميمات المفاعلات الصناعية الصغيرة أن نتائج أسوأ الحوادث محدودة جداً بالنسبة لمعدلات المصادر المنخفضة، وأن وجود منطقة إي بيزو أصغر حجماً، ربما مجرد حدود الموقع، قد يكون مبرراً.

Global Projects Forging the Path Forward

إن الوعد الخلاص بالنووية النموذجية والمرنة يجسد الآن في مشاريع ملموسة في جميع أنحاء العالم، وكل منها يعمل كدليل على اختبار وإثبات مفهوم النموذج الجديد، وهذه المشاريع الأولى تولد بيانات قيمة عن الترخيص والبناء والتشغيل التي ستؤدي إلى إزالة المخاطرة في عمليات النشر اللاحقة.

(روسيا) ((إف تي: 0))) (أكاديميك لومونوسوف) (محطة طاقة نووية عائمة على مفاعلين من طراز (ك.ل.ت-40S) بدأت عملية تجارية في عام 2020 في ميناء (بيفيك القطبي البعيد، تصميم البقالة تم بناؤه في ساحة سفينة وسحبه إلى موقعها،

(الصين) (ميغاواط) (مقطع (هيد)) (مركبة (هوتر)) (مفاعل (هوتر)) مجهزة بـ (هيو تي)

وفي أمريكا الشمالية، يمضي جيل أونتاريو للطاقة قدما في نشر مشروع " جي هيتاشي بي آر - 300 " في موقع دارلنغتون، ويستفيد هذا المشروع من الهياكل الأساسية النووية القائمة وقوى عاملة ذات خبرة، مما يدل على أن معدلات التبادل التجاري يمكن أن تحل محل محطات إعادة البيع في المواقع الصناعية القائمة، وفي الولايات المتحدة، مشروع الطاقة الحرة للكربون (NuScale VOYGR) في مجال إنتاج البيانات، في نهاية المطاف، في ظل تصاعد التكاليف.

إنّها تُراقب هذه التطورات عن كثب، ملاحظاً أنّ أكثر من 70 تصميماً من تصميمات العلاقات بين الأطراف في مختلف مراحل التنمية على الصعيد العالمي، وتحليل السوق يوحي بأنّ المئات من الوحدات التي تم نشرها بحلول عام 2050، مُدفوعاً بالحاجة إلى طاقة نظيفة ثابتة لتكملة المُصادر المتجددة، وفي أوروبا، أطلقت الحكومة الفرنسية مشروع (نوارد س.ر)

التصدي للتحديات المستمرة: الوقود والنفايات والثقة

وعلى الرغم من المسار المثير للإعجاب، تواجه المرافق النووية النموذجية والمرنة عقبات حقيقية يجب التغلب عليها من أجل النجاح على نطاق الأسطول، وهذه التحديات تشمل الأبعاد التقنية والاقتصادية والاجتماعية، وستتطلب معالجتها اتخاذ إجراءات منسقة من جانب الحكومات والصناعة والجهات التنظيمية.

The High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU) Bottleneck

فبدون وجود العديد من عمليات الفرز المتطورة والمفاعلات الدقيقة تتطلب HALEU]، التي تثرى بين 5 و20 في المائة من اليورانيوم - 235، مقارنة بالمستوى التجاري الحالي الذي يقل عن 5 في المائة، ويتيح الاتحاد الأوروبي إعادة تدوير المواد الكيماوية الصغيرة، والعمر الأساسي الأعلى، والحرق الأفضل، غير أن خدمات الإثراء والتحول التجاري هي الآن من النوع الثاني.

إدارة النفايات وإدماج دورة الوقود

وفي حين أن معدلات الارتحال بين الفئران تنتج عموماً نفايات أقل لكل ميغاواط من المفاعلات التقليدية، فإن التركيبة النظائرية المحددة لتلك النفايات يمكن أن تختلف، إذ أن ارتفاع أنواع الوقود المحترق ينتج نسبة أعلى من النظائر المشعة للبلوتونيوم والعناصر الأخرى العابرة للأورانيات، مما يغير من السمية الحرارية والسمية الراديوية الطويلة الأجل، ويجب أن تتكيف السياسات الوطنية لإدارة النفايات مع إعادة تدوير النفايات الجديدة.

الثقة العامة والقدرة الاقتصادية

إن الثقة العامة، التي يرتجفها فوكوشيما، تتطلب اتصالا شفافا بشأن سمات السلامة السلبية، وقلة شروط المصدر، وصغر حجم الطاقة الكهربائية، وبرامج المشاركة المجتمعية التي تشمل أصحاب المصلحة المحليين في وقت مبكر من عملية الجلوس، يمكن أن تساعد على بناء القبول، علاوة على ذلك، يجب أن تكون القدرة التنافسية النووية أقل من المشهد المتغير بسرعة للمفاعلات المتجددة، والتدبير في جانب الطلب، ومن المتوقع أن تكون هذه التوقعات المتعلقة بالكهرباء

المأمون الاستراتيجي للهياكل الأساسية النووية التكيفية

فالصناعة النووية تستوعب درس الفيزياء القاسية في فوكوشيما: فالأحداث غير القابلة للزراعة والمركبة يمكن أن تحدث وستحدث، والدفاع الوحيد الموثوق به هو القدرة على التكيف غير المكتملة، والوحدة والمرونة ليستا علامات معمارية؛ وهي الاستجابة الهيكلية لعالم من المتطرفات التي تحركه المناخ، والمطالب الصغيرة بالطاقة، وتأديب رأس المال القوي.

إن تركة فوكوشيما ليست معتكفا من الطاقة النووية، بل هي تصميم مكثف يقوده هندسيا لبناء بنية أساسية أفضل وأكثر قابلية للتكيف في مجال الطاقة، ويمكن لهذه النباتات أن تتعايش مع مصادر الطاقة المتجددة، وتنشط المجتمعات النائية، وتزيل سلاسل الطاقة الثقيلة، وتوفر الطاقة الجاهزة والمرسلة اللازمة لتثبيت شبكة متدهورة بدرجة كبيرة، نظرا لأن أول تصميمات نموذجية ومرنة تتحول من البصمات إلى شبكات متطورة.