مستقبل مفاعلات كاندو في سياق تطويرات الوقود النووي

مبادئ التصميم الدائم للمفاعلين

إن مفاعل CANDU، الذي وضعته شركة الطاقة الذرية في كندا المحدودة في الخمسينات والستينات، يمثل فلسفة مميزة في هندسة الانشطار النووي، والخيار المحدد هو استخدام المياه الثقيلة (أكسيد الديوتروم، D2O) كعامل مهيدي ومبرد، مما يوفر اقتصاداً استثنائياً يُتيح للركيزة الحفاظ على تفاعل سلاسل متحكمية باستخدام أكسيد اليورانيوم - الذي لا يتجاوز 0.71 في المائة من اليورانيوم - 2

ويعزز التصميم الأساسي هذه المرونة، إذ يستخدم تصميم وحدة مكافحة التخصيب في شكل أفقي، كما أن خزاناً كبيراً من أجهزة الإسطوانات ذات الضغط المنخفض، يُطلق عليه اسم الكالاندريا، يُحمل موصلاً للمدارس ذات المياه الثقيلة، ويُستخدم فيه مئات الأنابيب ذات الضغط الأفقي، ويحتوي كل منها على 12 مجموعة من أنواع الوقود القصيرة، ويتدفق جهاز التبريد (الماء الثقيل عند ضغط عال) من خلال هذه الأنابيب، وينقل الحرارة من الوقود.

في الواقع، تصميم التمارين الضغطية يتيح إعادة التزود بالوقود عبر الإنترنت، آلتان آليتان لإعادة الوقود، واحدة في كل نهاية قناة الوقود، في وقت واحد، إدخال الحزم الجديدة على وجه واحد، مع دفع الحزم المنفقة إلى أقصى حد في كامل طاقة المفاعلات، وهذا يزيل الكم الهائل من المفاعلات التي تحتاجها مفاعلات الماء الخفيف كل 12-24 شهراً، ونتيجة لذلك، فإن وحدات البرمجيات المزودة تبلغ 80%

كما أن وقود اليورانيوم الطبيعي يولد تصميما فريدا من أنواع الوقود، وكل مجموعة من هذه الحزم هي مجموعة مدمجة تضم 37 عنصرا من عناصر وقود الزركونيوم - كلوي، مرتبة في حلقات مركزية، ويعني قياس هندسة المستودع واستخدام اليورانيوم الطبيعي أن الوقود يحقق نقطة حرارة منخفضة نسبيا - نحو 7-8 ميغاواط - ميغاواط - كغم من اليورانيوم، مقارنة بسياق توليد النفايات من 40 إلى 50 ميغاواط/ك.

الأسطول العالمي للسندات: التجديدات والتوقف في المباني الجديدة

اليوم يعمل حوالي 30 مفاعلاً من مفاعلات المياه الثقيلة التي تستخدمها كندا ورومانيا في سبعة دول، وتستضيف كندا ورومانيا أكبر الأسطول، مع وحدات إضافية في الصين وكوريا الجنوبية والأرجنتين وباكستان والهند، ومفاعلات الهند المزروعة والماء الثقيل ليست موجهة للصادرات الكندية ولكنها تشترك في نفس تراث التصميم، ويضم الأسطول الكندي محطات متعددة الوحدات في بروس (8 وحدات)، ودارلينغتون (4 وحدات)، بالإضافة إلى وحدات مقفلة من طراز CANDU-6 في بويند ليبريك.

إنّ (أونتاريو) يُعيد تشغيل كلّ وحدات (دارلنجتون) الأربع، مشروع سيوسع حياتهم التشغيلية المرخصة إلى ما يقرب من 2055 إلى 2065، ويحلّ العمل محلّ المكونات الأساسية للمفاعلات: جميع قنوات الوقود الـ480، الأنابيب المُتَصَلَقة، الأنابيب الخفية، ومنظومات الأمان الرئيسية.

وعلى الصعيد الدولي، تعمل محطة كرنافودو رومانيا على وحدتين من وحداتها من طراز CANDU-6، وقد اكتملت الوحدة 1 لتجديدها في عام 2019؛ ومن المقرر أن تقوم الوحدة 2 بعمل مماثل في عام 2020، وتقوم رومانيا بنشاط بتقييم بناء الوحدات 3 و 4 مع شركاء دوليين، وهو مشروع قيد المناقشة منذ سنوات ولكنه يتوقف على التمويل والإرادة السياسية، ولم يبدأ بناء أي مفاعل تجاري متجه نحو خضراء في إطار وحدة المياه المضافة لعام 2007.

الدمج النووي: وعد تحويلي مع خط زمني طويل

وتولد الدمج النووي الطاقة عن طريق صمامات الطاقة الذرية الخفيفة، والنحية الوبائية، والهيليوم الثلاثي، وتوليد الطاقة عن طريق التحويل الجماعي، وتستلزم إعادة تهيئة الظروف التي توجد في إطار مشروع " غسيل الماء " ، وتصل إلى درجة الحرارة إلى 100 مليون درجة مئوية، ويُعتبر المقياس الرئيسي هو العزل المغنطيفي في طبقة " توكاميك " ، وهو مركب مزود بمقياس للكهرباء.

(و) أنّه لا بدّ أنّه يُمكن أن يُظهر أنّه يُمكن أنّه يُمكن أن يكون هناك تضخم في النسيج،

The Critical Overlap: CANDU Operations and the Arrival of Fusion

والسؤال الاستراتيجي الرئيسي هو: هل سيصل الاندماج قريبا بما يكفي لتبريد مفاعلات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية؟ والجواب يتوقف على الجغرافيا وتكوين الشبكة، أما الوحدات الكندية التي تمر بمرحلة تمديد العمر، فتصبح مرخصة بالعمل حتى الفترة ٢٠٥٥-٢٠٦، وإذا وصلت محطات الاندماج التجاري الأولى إلى الشبكة في أوائل ٢٠٤٠ات - وهي موزعة على شكل كهرباء متفائلة - ستكون في البداية وحدات ذات نوعية عالية التكلفة ومحتملة من نوع واحد تنتج كميات صغيرة من الكربون.

وحتى في إطار جدول زمني معجّل للاندماج، ستشهد السنوات الـ 25 المقبلة محطات الانشطار الحالية التي تظل العمود الفقري للطاقة الأساسية المنخفضة الكربون في الولايات القضائية التي تستضيفها، وسيؤدي الدمج أولاً إلى تكميل، وليس بديلاً، وتوليد الانشطار، وتوفر كلتا هاتين الطاقتين قدرة ثابتة وغير متقطعة على توسيع نطاق الشبكة الحديثة بحيث تدمج حصصاً أعلى من المتجددات، وفي مناطق مثل أونتاريو، حيث تُعدّد الطاقة النووية نحو 60 في مرحلة من الطاقة الكهربائية المبكرة.

هل يمكن أن تدعم البنية التحتية لـ "كاندا" اقتصاداً للوقود؟

وبدلاً من أن تصبح عناصر من البنية التحتية للوحدة قد تُعاد استخدامها لخدمة صناعة الدمج المتزايدة، أكثر الرابط إلحاحاً هو إمداد ثلاثي، ومصنع طاقة للدمج يستخدم وقود النيتروز يتطلب جرداً أولياً من ثلاثي، بينما المفاعلات المستقبلية مصممة لتوليد ثلاثي في بطانية الليثيوم، وحوالي الجيل الأول من محطات التبريد، وأي نقص في المفاعلات الخارجية

مفهوم أكثر مضاربة هو التنويم المغناطيسي للنسيج، و هذا يستخدم النيوترونات للدفع ببطانية من الأنسجة الخفيفة،

السلامة، النفايات، النقل البحري

إن القبول العام يؤثر دائما على السياسة النووية، فطاقة التوفير، مع خصائصها الكامنة في الأمان (لا رد فعل في سلسلة الهروب، ولا نفايات عالية المستوى تتطلب التخلص الجيولوجي) وقليلا من النفايات الطويلة الأجل (المنشطة أساساً، مع أبطال نصف عمر من العقود، وليس آلاف السنين) غالباً ما تكون مُحددة ككسر نظيف من المخاطر المتصورة للنسيج، ومع اقتراب المظاهرات في الإندماج، فإن هذا السرد قد يزيد الضغط السياسي

في إدارة النفايات، مفاعلات "كاندا" تنتج وقوداً أكثر نفقاً لكل وحدة من مفاعلات المياه الخفيفة لأن وقود اليورانيوم الطبيعي يحقق حرقاً أقل،

فالنتيجة المقابلة لها هي اقتصادية وعملية، إذ إن الشبكة التي تفقد 15 جيغاواط من الناتج النووي الثابت قبل الاندماج جاهزة ستواجه توسعاً هائلاً في الغاز أو مصادر الطاقة المتجددة، مما يؤدي إلى ارتفاع الانبعاثات وتكاليف المستهلكين على السواء، وتشمل استراتيجية مسؤولة الإبلاغ بوضوح عن سوء الجدول الزمني، والاستثمار في توسيع الشبكة العمرية، والسماح بدمجها تجارياً قبل فصل مصنع وحيد للأنشطة.

السياسات والاقتصاد وقطع الأراضي التنافسية

التزام كندا بانبعاثات صافية صفر بحلول عام 2050 يشكل البيئة التي تعمل فيها مفاعلات الكوندو، وترى الحكومات الاتحادية وحكومات المقاطعات أن الأصول النووية الموجودة لا غنى عنها لتحقيق أهداف مناخية مؤقتة، وتقوية دارلينغتون من خلال التمويل المؤاتي، والعقود الثلاثية الأجل للكهرباء التي تعترف بقيمة الأصول المعروفة المنخفضة الكربون، وفي الوقت نفسه، تستثمر كندا في بحوث الصمامات من خلال برنامج المصانع النووية الكندي

وعلى الصعيد الدولي، يواجه مستعملو هذه الأراضي ضغوطاً مختلفة، وترى رومانيا أن وحداتها من وحدات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأنفسها هي ركيزة من أركان أمن الطاقة، وهي تسعى بنشاط إلى بناء هياكل جديدة، على أن يكون مفهوماً أن الاندماج لن يكون متاحاً لبلد عادي من البلدان المتوسطة الدخل، وأن الصين تعمل على إنشاء مفاعلين بعيدين من طراز CANDU-6 في كينشان، باستخدام الخبرة في تعزيز بحوثها الأوسع نطاقاً في مجال المياه الثقيلة، بينما تركز الصين على الانتشار السريع لبرنامج " PWRs " ، وهو " SMRs، في الأرجنتين " .

الطرق التقنية المؤدية إلى تحقيق تقدم في مجال مكافحة المخدرات

وحتى في المستقبل الذي يبدأ فيه الاندماج في المساهمة بقدر كبير من الطاقة، فإن التشكيلات المتقدمة من وحدات البرمجيات الكندية يمكن أن تؤدي أدوارا محددة، وقد درس الباحثون الكنديون المفاعل المتقدم من طراز CANDU 1000 (ACR-1000) الذي يستخدم اليورانيوم المثرى قليلا (1.5-2 في المائة من اليورانيوم-235)، ومبردات المياه الخفيفة مع الاحتفاظ بمدير المياه الثقيلة، ويخفض هذا التصميم من مخزونات المياه الثقيلة ويستخدم قاعدة مدمجة من الوقود تبلغ 520 قناة من الوقود.

كما أن دورة الوقود المرنة في كندا تجعل من المناسب استهلاك فائض البلوتونيوم أو حرق العمل في سيناريو ترغب فيه الدول في تخفيض المخزونات من المواد الانشطارية، إذ إن نضجت هذه النظم من حيث القدرة على إنتاج المواد الهيدروجينية العالية، قد يُعتمد على بطانية من النسيج دون الحرجة يمكن أن تستند إلى تراكمات المياه الحرارية الثقيلة.

رأس المال البشري من أجل مستقبل نووي

ومن الأبعاد الحاسمة التي كثيرا ما تغفلها القوى العاملة النووية، إذ أن المهندسين المهرة والمشغلين والتقنيين الذين يديرون ويحافظون على مفاعلات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأندو تمثل اليوم مستودعا للخبرات التشغيلية، والمعرفة التنظيمية، وثقافة السلامة التي ستكون قيمة لها بوصفها تكنولوجيات نووية جديدة - بما في ذلك الاندماج - الانتقال، وتستخدم الصناعة ما يزيد على 000 30 شخص بصورة مباشرة وتدعم عشرات الآلاف من الناس.

وعلى النقيض من ذلك، فإن الاستراتيجية المتعمدة التي تدعم عمليات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأندو في عام 2050 وما بعده تكفل وجود مجموعة من المهنيين المستعدين لتصميمها وبناءها وتشغيلها، ولن يتم بناء النسيج في فراغ، بل يتطلب نفس ثقافة السلامة الدقيقة، والخبرة العلمية للمواد، وتخصص إدارة المشاريع الذي تم تكريسه في صناعة النسيج، ويمكن لأسطول البرنامج أن يكون بمثابة أرضية للتدريب على السلامة والتكنولوجيا.

الاستنتاج: الانتقال المنظم

ومستقبل مفاعلات الشركة في سياق الاندماج ليس خياراً ثنائياً بين الانشطار والاندماج، بل هو تحول مدار على مدى عدة عقود، كما أن مشاريع الاستهلاك الذاتي التي تستهلك طاقة ممتدة من حيث الاستهلاك هي استثمارات سليمة تكفل قدرة منخفضة الكربون على التراكم من خلال النافذة الحرجة التي لا تزال تكنولوجيا الاندماج في طور الازدهار، وفي الوقت نفسه، توفر البنية التحتية للمياه الثقيلة إنتاجاً فريداً من الأصول - دورات الوقود المرنة، والدعم المبكر الذي يمكن أن تتوفر فيه المهارات.