مقدمة

وتشكل مفاعلات التوليد السريعة طبقة متميزة من المفاعلات النووية المصممة للعمل بسرعة باستخدام النيوترونات التي تحتفظ بالطاقة الحركية العالية بدلا من أن تبطئ من جانب موصل، وخلافا للمفاعلات الحرارية الأكثر شيوعا التي تعتمد على المفاعلات المتباطئة (المحلية) لإدامة النسيج، فإن المفاعلات السريعة يمكن أن تكون " مجهزة " أكثر من كونها تستهلك(39).

أساسيات تكنولوجيا المفاعلات السريعة

المسارح نيترون سبكتروم والتصميم الأساسي

والمفاعلات النووية التقليدية، مثل مفاعلات المياه المزروعة أو مفاعلات المياه الغلينة، تستخدم مفاعلاً مائياً خفيفاً أو ميغاً، ويسمح بمبيد اليورانيوم العالي التحلل، ويسمح هذا النوع من التوليد بالبطء في الطيف الحراري، ويزيد من احتمالية التآكل في اليورانيوم - 235، ويزيد من الظواهر الإنشطارية التي لا تزيد إلا عن 0.7 في المائة من المفاعلات الطبيعية.

ونظراً لأن النيوترونات السريعة أقل كفاءة في إنتاج اليورانيوم - 235، فإن لب المادة الفلورية تركيزاً أكبر من تركيز المفاعل الحراري، إذ أن الجوهر يتألف عادة من وقود أكسيد النيوبوم المختلط الذي يحتوي على مزيج من ثاني أكسيد البلوتونيوم (PuO2) وثاني أكسيد اليورانيوم (UO2) الذي يلتقط في كثير من الأحيان كسور البلوتونيوم يتراوح بين 15 في المائة و30 في المائة.

المبردات للمفاعلات السريعة

ولا يمكن لمفاعلات النمس السريعة أن تستخدم المياه كمبردة لأن المياه تعمل كمديرة، وتبطأ النيوترونات، بل تعتمد على المبردات ذات الطاقة المتدنية، وعلى قدرات النقل الحراري العالية، وأكثر الخيارات شيوعا هي الصوديوم السائل الذي يحتوي على درجة عالية من الغليان (882 درجة مئوية) وعلى السمة الحرارية الممتازة للمفاعلات السريعة التي تعمل بالفولطام.

How Fast Breeder Reactors can Reduce Nuclear Proliferation Risks

الاستخدام الفعال للمواد الانشطارية ومخزونات البلوتونيوم المخفضة

وفي دورة الوقود التي انقضىها المفاعلات الحرارية لا تزال تحتوي على كميات كبيرة من البلوتونيوم والعناصر الأخرى العابرة للوراني، وهذا الوقود المستهلك يثير القلق من الانتشار لأنه إذا ما أعيد تجهيزه، يمكن فصل البلوتونيوم واستخدامه في الأسلحة النووية، وتوفر مفاعلات توليد الفستات وسيلة " لحرق " هذه البلوتونيوم، مما يجعلها في منتجات للفلورية تكون أقل جاذبية لأغراض صنع الأسلحة.

وعلاوة على ذلك، يمكن تصميم عمليات الحرق على أساس معدل توالد قريب من واحد (أي إنتاج ما يقارب كمية المواد الانشطارية التي تستهلكها) أو حتى أقل من مادة ( " مدفأة " أو " متعهدة " ) وفي تشكيلة المحرقة، يستهلك المفاعل البلوتونيوم أكثر مما ينتجه، وهو أمر مفيد لخفض المخزونات، وبالتالي يمكن تكييف استراتيجيات دورة الوقود المرنة مع أهداف محددة لعدم الانتشار.

مقاومة الانتشار عن طريق تركيب الوقود

ولا يُعد البلوتونيوم الذي يُنتج في مفاعلات التوليد السريعة بالضرورة من نوعية مثالية للأسلحة، ففي حين أن المفاعلات الحرارية تولد البلوتونيوم الذي يُعتبر فيه جزءاً كبيراً من البلوتونيوم - 239 (يتجاوز عادة 70 في المائة من الوقود المنخفض الحرق)، فإن المفاعلات السريعة تنتج البلوتونيوم الذي يحتوي على نسبة أكبر من النظائر المشعة مثل البلوتونيوم - 241، والفلورونيوم - 2

حرق الأحداث والحد من التسمية الطويلة الأجل

ومن أكثر مزايا عدم الانتشار الواعدة لمفاعلات التوليد السريعة قدرتها على تحويل مسارات المواد الخاملة مثل النبتونيوم والأمريكيوم والسيليوم الموجود في الوقود النووي المستهلك، وهذه العناصر مسؤولة عن معظم السمية الإشعاعية الطويلة الأجل للنفايات العالية المستوى، وفي الطيف النيوترونات السريعة يمكن أن تؤدي هذه المواد إلى اختلال مباشر، مما يحولها إلى مواد مختلطة.

الضمانات المتقدمة وتكنولوجيات الرصد

إن دورات الوقود المغلقة المرتبطة بمفاعلات التوليد السريعة - التي تشمل إعادة المعالجة وتلفيق الوقود - تتطلب ضمانات دولية قوية لمنع التحويل، فتقنيات الضمانات الحديثة، مثل نظام المطياف المستخرج بالليزر، وأجهزة الاستنشاق غير المدرة، واستخدام أجهزة الكشف عن النيوترونات وغاما، ورصد العمليات المتقدمة، لا يمكن أن تدمج مباشرة في مرافق إعادة المعالجة، بالإضافة إلى ذلك، تصميم خصائص مفاعلات الوقود غير القابلة للتداولة.

التحديات والشواغل المستمرة المتعلقة بالانتشار

Plutonium Separation and the closed Fuel Cycle

وعلى الرغم من المزايا، فإن وجود دورة الوقود المغلقة ينطوي على مخاطر الانتشار، إذ إن خطوة إعادة المعالجة التي تفصل البلوتونيوم عن الوقود المستهلك لمفاعل سريع متطابقة من حيث المبدأ مع العملية المستخدمة للحصول على البلوتونيوم - الأعلى، ويمكن إساءة استخدام محطات إعادة المعالجة المدنية، أو يمكن نقل المعرفة والهياكل الأساسية إلى البرامج العسكرية، وحتى إذا كان البلوتونيوم ذو جودة عالية من الأسلحة، وهو ما يُحدد على أنه لا يزال من الممكن أن يؤدي إلى وجود مواد متطورة في مجال الرقابة النووية.

الأمثلة التاريخية والدروس المستفادة

وقد سعت بلدان عديدة إلى تحقيق مفاعلات سريعة للتوليد مع نتائج مختلطة لعدم الانتشار، وقامت فرنسا بتشغيل مفاعل " سوبرفينيكس " (وهو مفاعل سريع الصنع تابع لمعاهدة عدم الانتشار) في الفترة من 1985 إلى 1997؛ وأظهرت هذه المعاهدة في نهاية المطاف أن هناك صعوبات في إنتاج المواد ذات الاستخدام السريع في إطار معاهدة عدم الانتشار، كما أن مفاعل مونجو (وهو نموذج أولي من نوع SFR) لم يُشغل إلا في عام 2016.

العقبات الاقتصادية والتقنية

وتظل مفاعلات التوليد السريع أكثر تكلفة بكثير من المفاعلات الحرارية التقليدية، حتى بعد عقود من التطور، وترتفع تكلفة رأس المال لنظم التبريد بالسائل، وتفريغ الوقود المتقدم، والهياكل الأساسية المرتبطة بإعادة المعالجة، تشكل عقبة رئيسية أمام الانتشار الواسع، وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون المواد الموجودة في صلب المفاعل قادرة على تحمل الإشعاعات القاسية وارتفاع درجات الحرارة، مما يؤدي إلى تحديات هندسية معقدة، وتحسن القدرة الاقتصادية للمركبات المفلورة التراكمة عند ارتفاع أسعار اليورانيوم، ولكن في العالم

الأطر الدولية والتوقعات المستقبلية

دور الوكالة الدولية للطاقة الذرية والنهج المتعددة الأطراف

ومن أجل تسخير إمكانات عدم الانتشار لمفاعلات التوليد السريعة، استطلع المجتمع الدولي عدة آليات، حيث يكتسب المشروع الدولي للوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن المفاعلات النووية المبتكرة ومركبات الوقود المنفصلة، والمنتدى الدولي للجيل الرابع، تصميمات سريعة للمفاعلات في جداول أعمال البحث التعاونية، حيث تؤكد هذه البرامج على مقاومة الانتشار كهدف تصميمي، وتشجع المطورين على إدراج حواجز في مجال التجهيز الداخلي للوقود في المراحل الأولى من مراحل التجهيز المتعدد الأطراف.

الابتكارات في تصميم دورة الوقود

وقد ركزت البحوث الأخيرة على تخفيض البصمة الواعدة للمفاعلات السريعة، ومن الاتجاهات الواعدة استخدام مفاهيم " الحرق المكثف " أو المفاعلات المسافرة، التي يمكن أن تعمل لفترات طويلة دون إعادة المعالجة، وفي حين أن هذه المفاعلات لا تزال تحقق ارتفاعا في استخدام الوقود وتخفض النفايات، وهناك نهج آخر يتمثل في التحقق من إنتاج المواد ذات القدرة على التجهيز الالكتروني للأسلحة، التي تشكل نموذجا قويا للوقود التحويل السريع في كوريا.

المبادرات الإقليمية والاتفاقات الثنائية

كما أن التعاون الثنائي يمكن أن يسهم في عدم الانتشار، إذ أن اتفاق الولايات المتحدة - روسيا لإدارة البلوتونيوم والتفكيك، وإن كان قد أوقفته روسيا حاليا، يهدف إلى التخلص من 34 طنا من كل من البلوتونيوم - جزئيا عن طريق إشعاله في مفاعلات سريعة مثل BN-800، ويمكن توسيع نطاق ترتيبات مماثلة لتشمل أنواع أخرى من المفاعلات وغيرها من الدول.

خاتمة

إن مفاعلات التوليد السريعة تعد حقا بالحد من مخاطر الانتشار النووي عن طريق التمكين من استخدام اليورانيوم على نحو أكثر كفاءة، واستهلاك مخزونات البلوتونيوم، ونقل النفايات المشعة التي تولد منذ فترة طويلة إلى أشكال أقل خطورة، كما أن طيفها الجديد الذي يتيح لها حرق المواد البعيدة التي ستظل، لولا ذلك، مسؤولية الانتشار بالنسبة لألفينيا، إلا أن هذه الفوائد ليست تلقائية، كما أن نفس الخطوات التي تتيح توليد المواد وإعادة تدويرها لا تتيح فرصا حقيقية

وللحصول على مزيد من القراءة، يرجى الرجوع إلى بوابة المعارف الخاصة بالفاعلين السريعين التابعة للوكالة الدولية للطاقة الذرية ، و] استعراض عام للرابطة النووية العالمية للمفاعلات السريعة ، و]]، والتقارير التقنية للمنتدى الدولي المعني بالتجديد الرابع ، وهذه الموارد توفر بيانات تقنية مفصلة