Table of Contents
وتشهد الساحة العالمية للطاقة تحولا عميقا حيث تسعى الدول إلى تحقيق التوازن بين الطلب على الكهرباء والأهداف الطموحة لتطهير الكربون، وتواجه الطاقة النووية، التي تشكل حجر الزاوية لتوليد الحمولة المنخفضة الكربون، تحدياتها الخاصة فيما يتعلق بتوافر الوقود وإدارة النفايات والتصور العام، وتشكل المواد ذات الصبغة الفوقية السريعة تكنولوجيا تحول يمكن أن تتصدى لهذه التحديات عن طريق تغيير دورة الوقود النووي بصورة أساسية.
ما هي المفاعلات السريعة؟
المادة 23 من اليورانيوم المحتوي على مادة النيتروز ذات النيترونات السريعة التي تحافظ على طاقة حركية عالية دون أن تبطئ بواسطة موصلات موصلية مثل الماء أو الغرافيت، وعدم وجود مفاعل متحول يسمح باستخدام طيف النيوترونات السريع، الذي يكون أكثر كفاءة في تحويل النظائر الحديدية مثل اليورانيوم-238 وثاني أكسيد الكربون
وقد تم وضع خيارين رئيسيين للتبريد بالنسبة للمركبات الفلورية: الصوديوم السائل، وأقل شيوعا، وبطيء الرصاص أو الرصاص، وكلا المفاعلات السريعة المحتوية على الفول السوداني هي أكثر المفاعلات نموا، حيث توجد عدة وحدات نموذجية وتقنية على مدى العقود الستة الماضية، وتعطي المفاعلات السريعة المحتوية على الرصاص مزايا محتملة مثل درجة الحرارة العالية ودرجة الحرارة المنخفضة.
مفاعلات بريدر العلمية خلفها
نسبة النوترون سبكتروم وبرودينج
وفي مفاعلات المياه الخفيفة التقليدية، تباطأ النيوترونات بسبب التحلل الحراري للوقود (0.2 سنتات) حيث تخفض نسبة التحلل الحراري إلى ثاني أكسيد الكربون إلى أعلى من 0.25 كيلو متراً، وتتوقف نسبة التوليد النيتروز إلى ثاني أكسيد الكربون على احتمال وجود سائل قابل للتداول فوق النيتروز (وهو ما يزيد عن 99.3 في المائة من اليورانيوم الطبيعي).
دورة الوقود وإعادة المعالجة
كما أن دورة الوقود المغلقة هي سمة مميزة لتكنولوجيات FBR، حيث أن الوقود المستهلك المستخرج من مفاعل FBR يحتوي على مزيج من البلوتونيوم واليورانيوم ومنتجات الأنشطة، ومن خلال إعادة المعالجة (التي تستخدم عادة عملية PUREX أو الأساليب الكيميائية المتقدمة)، فإن المفاعلات ذات الحجم الطويل واليورانيوم تُسترجع وتُصنع في عناصر جديدة من الوقود، وتُفصل منتجات الإهلاك.
مزايا المفاعلات السريعة
كفاءة استخدام الموارد وأمن الوقود
أما الفائدة الأكثر شيوعاً من مركبات الكربون الكلورية فلورية فهي قدرتها على استخراج طاقة من اليورانيوم تزيد بنسبة 60 إلى 100 مرة عن المفاعلات الحرارية، حيث إن اليورانيوم الطبيعي يتألف كلياً تقريباً من اليورانيوم - 238، وهو خصبة ولكن ليس إنتاجياً في المفاعلات الحرارية، ولا تستخدم هذه المركبات إلا نحو 0.5 إلى 1 في المائة من الطاقة المحتملة لليورانيوم الملغوم.
تخفيض النفايات الطويلة العمر
ويمكن أن تؤدي عمليات إعادة تصنيع المواد الانشطارية التي تعمل في دورة الوقود المغلقة إلى خفض كبير في حجم النفايات النووية وسمية استخدامها في الإذاعة، وفي دورة الوقود التي كانت تدور مرة واحدة، يحتوي الوقود المستهلك على البلوتونيوم والنشاطات الصغيرة التي لا تزال خطرة لمئات الآلاف من السنوات، وبإعادة تدوير هذه المواد، يمكن أن تُخزِّن أجهزة القاذورات معظم العناصر العابرة للوراني، مع تحويلها إلى منتجات ذات قدرة على إحداثيات أقل.
أمن الطاقة والحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري
ويمكن لمفاعلات الصدر السريعة أن تسهم في أمن الطاقة بطرق عدة، أولا، عن طريق استخدام موارد اليورانيوم والثوريوم على نحو أفضل بكثير، فإنها تقلل من ضعف البلدان المستوردة للطاقة إزاء ارتفاع الأسعار أو تعطيل الإمدادات، وثانيا، يمكن تصميم وحدات الفلور على العمل على البلوتونيوم المعاد تدويره من المخزونات العسكرية، مما يوفر فوائد لعدم الانتشار عن طريق استهلاك مواد ذات آثار حرارة أقل من 40 في المائة.
التحديات والاهتمامات
التكاليف الرأسمالية العالية والقابلية للتأثر الاقتصادي
وبالإضافة إلى ذلك، فإن أهم حاجز أمام انتشار القوات المسلحة الرواندية هو الاقتصاد، إذ أن المشاريع التاريخية، مثل شركة سوبرنكس الفرنسية (1200 ميغاواط) ومفاعلات النفط في الولايات المتحدة، قد تُلبى بسبب تجاوز التكاليف والمسائل التشغيلية، وتستهدف التصميمات الحديثة إنشاء وحدات نموذجية أصغر حجما (100-300 ميغاواط) للحد من الاستثمار المباشر، ولكن تكاليف نظم التجهيز الوسيطة
السلامة والتحديات التشغيلية
وفي حين تعمل عمليات الحرق الفاسد في ضغط منخفض (مثل عمليات الغسل غير الملوث)، فإنها تنطوي على شواغل أمنية فريدة، كما أن الصوديوم السائل، والمبرد المفضل، يتفاعل عنيفاً مع المياه والهواء، ويتسبب في مخاطر الحريق والتفجير، ويجب أن تظل الدوائر المبردة ذات طيف مبرد جافّض ومتحررة من الأكسجين، كما أن هناك حواجز متعددة تحول دون الاتصال بين الارتداد والماء المحتوي على كميات من الغازات المحتوية على كميات من الغازات.
مخاطر الانتشار
ومع ذلك، فإن الممتلكات التي تجعل من القوات المسلحة الرواندية قدرة على إنتاج البلوتونيوم - تثير أيضاً شواغل تتعلق بالانتشار، فالبلوتونيوم الذي ينتج في أغطية القوات المسلحة الرواندية هو عادة ذو جودة عالية (مع نسبة عالية من البلوتونيوم - 239) وهو ما يناسب الأسلحة، كما أن مرافق إعادة المعالجة اللازمة لفصل هذا البلوتونيوم عن الوقود المستهلك هي تكنولوجيات ذات استخدام مزدوج يمكن إساءة استخدامها في برامج التجهيز السري للأسلحة.
Global Status and Development Programs
روسيا: القائد العالمي
() إن روسيا لديها أكثر برامج إنتاجية متطورة، حيث تكتسب خبرة عملية منذ عقود من فترة السنتين (في كازاخستان، التي توقفت الآن عن العمل)، وخطتها (BN-600)، و(BN-800) وجميعها مصممة على أساس الصوديوم، وقد تم ربطها في بليارسك (789 ميغاواط) بالشبكة منذ عام 2016، وهي تستخدم في إثبات إعادة تدوير البلوتونيوم من مفاعل VVER000.
الهند: متابعة مسار ثوريوم وبريتدر
وتعتمد الهند على مركبات الكربون الفلورية في المرحلة الثانية، وتستخدم المرحلة الأولى مفاعلات المياه الثقيلة المشتعلة في اليورانيوم الطبيعي، أما المرحلة الثانية فتشمل مركبات الفلورية التي تحوّل الوقود المستهلك من طراز PHWR إلى أكثر وقودا، وتنتقل في نهاية المطاف إلى مرحلة ثالثة من مبيد اليورانيوم - 232.
الصين: خطط التوسع السريع
وتنظر الصين، في سياق السعي إلى بناء نووي عدواني، إلى أن مركبات الكربون الكلورية فلورية أداة لتحقيق أقصى قدر من استخدام اليورانيوم المستورد والحد من النفايات، وتنشط المفاعل التجريبي الصيني (CEFR, 20 MWe) منذ عام 2011، كما يجري بناء مفاعل تجريبي أكبر، وهو CFR-600 (600 MWe) ويتوقع أن يبدأ تشغيله في وقت لاحق من هذا العقد.
بلدان أخرى: فرنسا واليابان والتعاون الدولي
وقد عملت فرنسا على تشغيل مفاعل " جينكس " (الصندوق الدولي للزجاجات (الفرنكات) (الفرنكات) (الفرنكات السويسرية) (المفاعلات التكنولوجية المتقدمة (Se-Fereco) (Sereco) (Senrod) (Streco) (Streco) (Streco) (Fact))
دور عمليات التطهير من مخلفات الحرب في إزالة الكربون وأمن الطاقة
ومع انتقال العالم نحو انبعاثات صافية من الطاقة النووية بحلول منتصف القرن، يزداد الاعتراف بالطاقة النووية بوصفها مكملاً ضرورياً للمتغيرات المتجددة، إذ أن مفاعلات التوليد السريع توفر مزايا فريدة في هذا السياق: فهي توفر طاقة ثابتة وقابلة للإرسال وذاتية الكربون تنطوي على إمكانية تخفيض استهلاك الوقود والنفايات بدرجة كبيرة، كما أن البلدان مثل الهند والصين وروسيا، التي ينمو فيها الطلب على الطاقة بسرعة، كما أن الواردات من الوقود الأحفوري تساعد على سد مسارات الوقود.
كما تؤدي القوات المسلحة الرواندية دورا في نزع السلاح النووي وعدم الانتشار النووي عن طريق توفير استخدام البلوتونيوم الفائض من درجة الأسلحة، وقد تابعت الولايات المتحدة وروسيا برامج الوقود المختلطة للمفاعلات القائمة، ولكن المفاعلات السريعة يمكنها أن تستهلك البلوتونيوم بمزيد من الكفاءة، وفي المستقبل الذي يحدث فيه التوسع النووي على نطاق واسع، يمكن أن تكون القوات المسلحة الرواندية بمثابة مفاعلات لحرق النفايات التي تزيل النفايات العابرة للوراني، مما يقلل من النفايات.
التوقعات المستقبلية والتعاون الدولي
ويعتمد مستقبل مفاعلات الصدر السريع على عدة عوامل: تكلفة اليورانيوم، وتوافر إمدادات الوقود المخصبة، وخطورة سياسات الكربون، والتقدم في تكنولوجيا المفاعلات، ونظرا لاستنفاد أسعار اليورانيوم والودائع ذات الرتب العالية، فإن الحافز الاقتصادي على التوالد يصبح أقوى، ويعتقد العديد من الخبراء أن الفلورية ستصبح في نهاية المطاف قادرة على المنافسة الاقتصادية؛ والسؤال هو متى يكون الانتشار الأدنى المدى بقيادة روسيا والهند.
ويُعد التعاون الدولي أساسياً لتقاسم تكاليف التنمية العالية ولمواءمة معايير السلامة ومكافحة الانتشار، وينسق المنتدى الدولي للجيل الرابع البحوث المتعلقة بستة تصميمات للمفاعلات، بما في ذلك المفاعل السريع المحتوي على الصوديوم، والمفاعل السريع المزود بالرصاص، والمفاعل السريع المكسور الغازي (GFR).
وعلى المدى الطويل، قد تصبح أجهزة إعادة تصنيع أجهزة الاستنشاق العمود الفقري العمود الفقري لدورة الوقود النووي المستدام، حيث تستخدم موارد اليورانيوم والثوريوم في كامل إمكاناتها، وتخفض النفايات إلى أدنى حد، وتدار مخاطر الانتشار عن طريق تحديد الأسلحة والرقابة الدولية، ولا يزال الجدول الزمني لنشرها تجاريا غير مؤكد - أي ما يعادل 20 إلى 40 سنة - ولكن وعد التكنولوجيا يبرر استمرار الاستثمار في البحوث والعرض والتعاون الدولي.
وباختصار، فإن أجهزة إعادة تصنيع أجهزة الاستنشاق السريع ليست حلا قريبا الأجل بالنسبة لمعظم البلدان، بل بالنسبة للملتزمين بالطاقة النووية كأداة طويلة الأجل لأمن المناخ والطاقة، فإنها توفر قدرة غير متجانسة على إغلاق دورة الوقود وتضاعف الطاقة من اليورانيوم، ويجب التصدي لتحدي التكلفة والسلامة والانتشار من خلال الابتكار المستدام، والتنظيم الصارم، والشراكات العالمية، إذا أمكن التغلب على هذه العقبات في المستقبل، فإن هذه الهياكل ستؤدي دورا في مجالات الطاقة النووية.