إن دفعة عالمية نحو انبعاثات الكربون الصافية الصفرية بحلول منتصف القرن يتطلب تحولا أساسيا في نظم الطاقة لدينا، ففي حين أن الرياح والطاقة الشمسية والهيدروكية قد استولت على الكثير من المخيل العامة، فإن النطاق الأوفر لتطهير الكربون يتطلب كل تكنولوجيا منخفضة الكربون تحت تصرفنا، ومن بين هذه التحديات، فإن الطاقة النووية تبرز قدرتها على توفير الطاقة الموثوقة، على مدار الساعة، دون انبعاثات غازات الدفيئة.

ما هي المفاعلات السريعة؟

ومفاعل التوليد السريع هو نوع من المفاعلات النووية التي تستخدم النيوترونات السريعة غير المتحركة للحفاظ على تفاعل سلسلة الانشطار، وفي مفاعلات المياه الخفيفة التقليدية، تباطأ النيوترونات في أسفل أو " مزودة بموجات متحركة " ، بحيث تزيد احتمالات أن يصب اليورانيوم - 235، وتعتمد المواد البيرفلورية، على سبيل الميزة السريعة، باستخدام السائل المميتوم.

١-٢- الفيزياء الكامنة وراء التوالد هي: عندما يضرب النيوترونات بسرعة نواة اليورانيوم - ٨٣٢، يمكن للنواة أن تلتقط النيوترونات لتصبح اليورانيوم - ٩٣٢، وقد تحقق هذا النظير بسرعة من خلال الانبعاثات الفوقية إلى النيبتونيوم - ٩٣٢، ثم تصل نسبة البلوتونيوم - ٩٣ إلى التكاثر السريع

وهذه القدرة على الوقود " المبتذل " لها آثار عميقة، فاليورانيوم الطبيعي لا يتكون إلا من ٠,٧ في المائة من اليورانيوم - ٢٣٥؛ أما بقية المفاعلات التقليدية التي لا يمكن استخدامها بفعالية، فعمليات القاذورات التي تفكك هذا المورد الواسع، مما قد يزيد من الطاقة المستخرجة من كل طن من اليورانيوم الملغوم بعامل يبلغ ٦٠ أو أكثر، وهذا يعني عمليا أن احتياطيات اليورانيوم المعروفة ستدوم ][ ]ميغافولطامتر - رات - رشاشة[

دور القوات المسلحة الرواندية في تحقيق انبعاثات الكربون الصافية - الزيرو

وبالنسبة لقطاع الطاقة - أكبر مصدر لانبعاثات غازات الدفيئة العالمية - نشر مفاعلات التوليد السريع - يقدم عدة مساهمات ملموسة في مستقبل صافي الصفر، وتوضح الفروع التالية أهم المزايا.

استخدام الوقود وأمن الموارد

وسيتطلب تحقيق صافي الـ (الزيرو) كميات هائلة من الكهرباء النظيفة والوقود النظيف، بل إن سيناريو النمو التفاؤل بالنسبة للمتجددات لا يزال يعتمد على طاقة ثابتة يمكن إرسالها للموثوقية، كما أن الطاقة النووية، بما في ذلك مركبات الإيزومر المفلورة، توفر هذه القاعدة الثابتة، حيث تحول اليورانيوم - 238 إلى وقود قابل للاستخدام، فإن هذه المركبات تزيد من إمكانات الطاقة لكل وحدة من وحدات اليورانيوم الملغوم، مما يقلل من الضغط على استخراج الموارد الأولية والانبعاثات الكربونية المرتبطة بها.

خفض النفايات الدرامية

ومن أكثر الحجج البيئية إلحاحاً بالنسبة للمركبات الفلورية قدرتها على التقليل من النفايات المشعة التي طال أمدها ، وفي حالة وجود كميات كبيرة من الألياف المستنفدة في إطار المواد الانشطارية ذات المستويات العالية من البلوتونيوم وغيرها من العناصر العابرة للوراني (مثل الأمريكيوم والكروم) التي لا تزال شديدة التصريف لعشرات من السنوات.

استكمال الطاقة المتجددة المتقطعة

ولا يمكن أن تُستخدم تكنولوجيا واحدة لتوليد شبكة كاملة من الكربون وحدها، فالريح والشمس رخيصة ولكنها متغيرة؛ ولا تنتج الكهرباء إلا عندما تهب الرياح أو تشرق الشمس، فمع تزايد تغلغلها، تصبح الحاجة إلى دعم موثوق به أمرا بالغ الأهمية، فالتصدي للبطاقات والطلب يمكن أن يؤدي إلى تذبذب الشبكات القصيرة الأجل، ولكن الثغرات المتعددة الأيام أو الموسمية لا تزال تحد، كما أن جميع المفاعلات الكهربائية تعمل بنسبة 90 في المائة من عوامل الإنتاج.

إنتاج حر من مركبات الكربون والهيدروجين

ولا يشكل كهربة النقل والمباني إلا جزءاً من اللغز الصافي للزراعة، ومن الأصعب إزالة الكربون في القطاعات الصناعة الثقيلة (السل، والاسمنت، والمواد الكيميائية) وإنتاج الهيدروجين الأخضر، حيث تعمل مفاعلات توليد الطاقة بسرعة أعلى من تصميمات الغازات المحتوية على حرارة منخفضة المدى، مما يجعل درجة حرارة المنافذ 550 درجة مئوية أو أكثر، ويمكن استخدام هذه الحرارة مباشرة في العمليات الصناعية، أو لتوليد الطاقة الحرارية.

حالة التنمية العالمية والنشر

وبدأ تطوير مفاعلات التكاثر السريع في الخمسينات، حيث كانت حفنة من مفاعلات الاختبار في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وفرنسا وروسيا واليابان، وبينما كان النشر التجاري أبطأ من المحمسات المبكرة المتوقعة، ما زالت عدة بلدان تعمل وتبني عمليات الفرز المتراكمة للتوترات الرجعية اليوم.

  • Russia] operates the BN‐600 and BN -800 sodium-cooled fast reactors at Beloyarsk. The BN —800, commissioned in 2015, is the world’s largest operating FBR at 880 MW(e). Russia plans to move to lead-cooled BREST-300 and nuclear cycle
  • India] has a long-term strategy to “breed” plutonium from its thorium reserves. The Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR), a 500 MW(e) sodium-cooled unit, is in the final stages of commissioning near Kalpakkam. India also operates a fast breeder (e).
  • China] started up its China Experimental Fast Reactor (CEFR) in 2010 and is developing the CFR —600 demonstration reactor. China views fast reactors as central to its future nuclear fuel cycle and eventual thorium utilization.
  • Japan] operated the Monju reactor from 1994 until its 2016 closure. Japan continues research on sodium-cooled and other fast reactor concepts, though no new commercial builds are imminent.
  • France] ran the Phénix (250 MW(e))) and Superphénix (1240 MW(e)))) reactors, but both are now shut down. French industry interest has shifted toward Generation —IV sodiumcooled designs (e.g., ASTRID), though the project has been paused.

وتظهر هذه البرامج مجتمعة أن تكنولوجيا FBR ناضجة تقنيا، ولكن العوامل الاقتصادية والسياسية قد حدت من الاعتماد الواسع النطاق، إذ أن القدرة العالمية على تركيب المفاعلات السريعة لا تتجاوز 2.5 جي ويب، ولكن عدة مشاريع مقررة يمكن أن تدفع هذا العدد إلى أعلى بكثير بحلول عام 2050.

التحديات والمناقشات

وعلى الرغم من وعدهم، تواجه مفاعلات التوليد السريعة عقبات يجب التغلب عليها قبل أن تسهم إسهاماً مجدياً في تحقيق أهداف صافية الحد الأقصى.

التكاليف الرأسمالية العالية والمخاطر الاقتصادية

فعمليات إعادة البناء ذات الصلة بالفلور أكثر تعقيداً من عمليات إعادة الإمداد بالوقود التقليدية، إذ إن استخدام مبرد الصوديوم السائل، الذي يتفاعل كيميائياً مع المياه والهواء، يضيف طبقات من نظم الأمان، وبروتوكولات تشغيلية صارمة، كما أن الحاجة إلى مرافق إعادة معالجة الوقود في الموقع تزيد من زيادة الاستثمار المباشر، كما أن المشاريع التاريخية، مثل شركة سوبرفينكس، قد تعاني من تجاوزات كبيرة في التكاليف ومن فترات انقطاع في الطاقة.

السلامة والقابلية للاعتماد

أما مراكز الأمان في المفاعلات السريعة في معالجة مبردات الصوديوم، فقد تذوب الصوديوم عند حوالي 98 درجة مئوية وغليات عند 883 درجة مئوية، مما يوفر نطاقاً سائلاً واسعاً عند ضغط منخفض، مما يقلل من خطر فقدان المبردات، غير أن الحرق المستمر للذاكرة في الهواء، ويتفاعل عنيفاً مع المياه.() وتشتمل تصميمات متطورة على حواجز مادية متعددة، وغازات للتدفئة حرارية مضافة.

الشواغل المتعلقة بالانتشار النووي

كما أن نفس السمة التي تجعل من قدرة القوات المسلحة الرواندية على إنتاج البلوتونيوم بكفاءة الوقود تزيد أيضاً من مخاطر الانتشار، كما أن البلوتونيوم المرشَّح في جمهورية صربسكا هو عادة مفاعل متطور وليس مركب أسلحة، ولكن يمكن تحويله نظرياً إلى برنامج للأسلحة إذا كانت الضمانات ضعيفة، كما أن إعادة تجهيز الوقود المستهلك المنفصلة من البلوتونيوم، مما يخلق مساراً محتملاً لإساءة الاستخدام، فإن الضمانات الدولية تطبق على نحو صارم.

البنية التحتية لإدارة الوقود والنفايات

ولتحقيق فوائد خفض النفايات من جراء التراكم الأحيائي، يجب إغلاق دورة الوقود: يجب إعادة تجهيز الوقود المستهلك لاسترداد البلوتونيوم وغيره من المواد العابرة للمنطقة، التي تُصنع بعد ذلك في وقود جديد، وهذا يتطلب بنية أساسية صناعية قوية لإعادة المعالجة وإعادة الصنع لا توجد حاليا على نطاق واسع في معظم البلدان، وبناء هذه البنية التحتية هو مسعى متعدد الأبعاد من خلال التخلص من الوقود، مع فترات طويلة من التصريف.

المستقبل: التصميمات المتطورة للمفاعلات السريعة والطريق إلى الأمام

وفي المستقبل، تلتقي تنمية المفاعلات السريعة على مجموعة من التصميمات المتقدمة تحت مظلة الجيل الرابع وما بعدها، وتهدف إلى التصدي للتحديات الاقتصادية والأمنية مع الحفاظ في الوقت نفسه على مزايا كفاءة الوقود والتقليل من النفايات.

  • Sodium —-Cooled Fast Reactors (SFR)] represent the most grown technology, with decades of operating experience. next —generation SFRs, such as the BN —1200 and the Korean PGSFR, incorporate passive safety features, modular construction, and longer refueling intervals to reduce cost.
  • Lead —Cooled Fast Reactors (LFR)] use molten lead or lead —bismuth as coolant. Lead is chemically inert and has a high boiling point, which simplifies the design. Russia’s BREST —300 is under construction, and several European and US concepts are in advanced design stages.
  • (أ) تستخدم مادة الهيليوم كمبردة وتعمل في درجات حرارة عالية، مما يتيح إنتاج الهيدروجين بكفاءة، وتطبيقات حرارة العمليات، وتظل تكنولوجيا الوقود العالية الحرارة تشكل تحدياً، ولكن البحوث مستمرة في اليابان وأوروبا والولايات المتحدة.
  • Molten Salt Fast Reactors (MSFR)] dissolve the fuel in a liquid fluoride salt that also serves as coolant. This design eliminates fuel fabrication and allows online re processing, but faces materials — — —corrosion and salt-handling challenges. MSFRs are still at the conceptual and laboratory stage.

وفيما عدا المفاعل نفسه، يجري تطوير ابتكارات في إعادة تدوير الوقود - مثل تجهيزات الوقود )الفصل الكيميائي الإلكتروني( والتنبؤ المشترك بالأدوية - لتبسيط نهاية دورة الوقود في الماضي، ويمكن لهذه التكنولوجيات أن تقلل من تكلفة وتعقيد إغلاق الدورة، مما يجعل عمليات الحرق والتلفزيون أكثر جاذبية من الناحية المالية.

إن التعاون الدولي أمر حاسم في نقل المفاعلات السريعة من المظاهرات إلى الانتشار، إذ يجمع المنتدى الدولي للجيل الرابع 14 بلداً لتبادل تكاليف البحث والتطوير، وتحتفظ الوكالة الدولية للطاقة الذرية بقواعد بيانات عن تشغيل المفاعلات السريعة، وتنشر تقارير تقنية عن السلامة والوقود وعدم الانتشار، ويمكن أن تساعد هذه الجهود التعاونية على مواءمة النهج التنظيمية وتسريع منحنى التعلم، كما تستفيد صناعة الطيران التجارية من التعاون العالمي بشأن معايير السلامة.

الاستنتاج: دور عملي في صندوق تول - زيرو

ولن تتحقق انبعاثات الكربون الصافية في عام 2050 باستخدام تكنولوجيا واحدة أو رصاصة فضية بسيطة، بل ستتطلب حافظة من المصادر المنخفضة الكربون المتجددة، وتخزين الطاقة، واستخلاص الكربون، وكلها عوامل نووية متقدمة تعمل معاً في إطار شبكة وسياسية ذكية، كما أن مفاعلات توليد الطاقة السريعة توفر قدرات فريدة تكمل النهج الأخرى: فهي توسّع بشدة محتوى الطاقة في اليورانيوم، وتخفض مستويات السلامة الحالية في الكميات المزروعة إلى حد بعيد.

ويظهر السجل التاريخي أن عمليات إعادة التأهيل يمكن أن تُبنى وتُشغَّل بنجاح، كما يتبين من برنامج الاتحاد الروسي BN -600/800 وبرنامج الاتحاد الروسي للبرمجيات الحرة والمفتوحة المصدر، والسؤال ليس ما إذا كانت التكنولوجيا تعمل، ولكن ما إذا كانت المجتمعات تختار نشرها على نطاق واسع، فمع تحديد مواعيد محايد الكربون، سيكون من غير الحكمة تجاهل أي أداة يمكن أن تحقق منافع بيئية ومواردية كبيرة.

For further reading:]
]
] IAEA Fast Reactors page
— World Nuclear Association — Advanced Reactors