الطاقة النووية، الثورة الصامتة: وقود الثوريوم الجديد الذي يجعل المفاعلات تدوم ثمانية أضعاف المدة

يُعدّ استبدال الوقود النووي في المفاعلات النووية عملية معقدة ومكلفة ومحفوفة بالمخاطر، لدرجة أن العديد من المفاعلات الصغيرة تتمتع بعمر افتراضي يُعادل عمرها التشغيلي. والآن، يجري البحث عن حل بديل. ما السرّ؟ ليس تغيير الوقود فحسب، بل ابتكار وقود أفضل منه بكثير.

هذا بالضبط ما فعلته شركة "كلين كور ثوريوم إنرجي" (CCTE) التي تتخذ من شيكاغو مقرًا لها. فقد حققت مؤخرًا إنجازًا هامًا في مفاعل الاختبار المتقدم التابع لمختبر أيداهو الوطني (INL). اجتاز وقودها النووي الجديد، المسمى "أنيل" (ANEEL )، اختبارًا إشعاعيًا استمر لسنوات عديدة، مُظهرًا قدرة احتراق تتجاوز 60 جيجاواط يوم/طن متري من اليورانيوم. وللتوضيح، هذا يعني أن هذا الوقود يدوم لأكثر من ثمانية أضعاف مدة الوقود المستخدم تقليديًا في مفاعلات الماء الثقيل.

ما هو وقود ANEEL ولماذا يُعدّ نقلة نوعية؟

يدرك قطاع الطاقة النووية أن الثوريوم بديل ممتاز لليورانيوم، فهو أكثر وفرة في الطبيعة وينتج نفايات مشعة أقل بكثير على المدى الطويل. مع ذلك، يتطلب بناء مفاعلات مصممة خصيصاً للعمل بالثوريوم استثمارات ضخمة وعقوداً من إجراءات الترخيص.

تكمن براعة حل ANEEL في سهولة استخدامه الفورية. فهو مزيج خاص من الثوريوم واليورانيوم المخصب ( HALEU ) . ويكمن سرّ الهندسة في احتفاظ قضبان الوقود هذه بنفس الشكل الهندسي والأبعاد الدقيقة (مثل تصميمات الأنابيب ذات 19 و37 أنبوبًا) لتلك المستخدمة حاليًا في المفاعلات النووية، ولا سيما تصميمات الماء الثقيل المضغوط (PHWR) ومفاعلات كاندو الكندية الشهيرة، والتي تمتلك إيطاليا أيضًا بعض الاهتمام والمعرفة بها.

باختصار، يمكن إفراغ قلب المفاعل من الوقود القديم وإدخال الوقود الجديد، دون الحاجة إلى تغيير تصميم المفاعل أو أنظمة التبريد الخاصة به ولو قيد أنملة.

فوائد الطاقة: السلامة والكفاءة

لماذا يُعد هذا الوقود الجديد بالغ الأهمية من منظور تشغيلي وطاقي بحت؟ تكمن المزايا في ثلاثة مجالات رئيسية:

• الكفاءة القصوى (الاحتراق العالي): يقيس الاحتراق كمية الطاقة التي يمكن استخلاصها من كتلة معينة من الوقود قبل الحاجة إلى استبدالها. الوصول إلى 60 جيجاواط يوم/طن متري من الوقود يعني أن شركات الطاقة ستضطر إلى إيقاف المفاعلات للتزود بالوقود بوتيرة أقل بكثير. انخفاض فترات التوقف يعني زيادة إنتاج الكهرباء الأساسي في حالة التشغيل المستقر، مما يحسن اقتصاديات المحطة.

• السلامة وإدارة النفايات: تُظهر اختبارات ما بعد التشعيع أن وقود ANEEL يحافظ على سلامة هيكلية ممتازة حتى في ظل الظروف القاسية، ويحتفظ بغازات الانشطار بشكل أفضل من ثاني أكسيد اليورانيوم التقليدي. علاوة على ذلك، يقلل استخدام الثوريوم بشكل كبير من حجم النفايات النووية المنتجة لكل وحدة طاقة، ويقلل من وجود النظائر المشعة طويلة العمر. باختصار، نفايات أقل ومخاطر أقل.

• مقاومة الانتشار: ينتج عن دورة وقود الثوريوم نفايات يصعب، إن لم يستحيل، إعادة استخدامها لأغراض التسلح. وهذا ما يجعل هذه التقنية آمنة للتصدير حتى إلى الدول النامية ذات الاحتياجات المتزايدة من الطاقة. ويمكن بيع المفاعلات والوقود لأغراض سلمية واضحة.

هل هذا هو "مفاعل الثوريوم" الشهير في المستقبل؟

من الضروري توضيح سوء فهم شائع. عندما نسمع عن "طاقة المستقبل" المرتبطة بالثوريوم، فإننا غالبًا ما نشير إلى مفاعلات الملح المنصهر (LFTRs) . هذه تقنيات رائعة، حيث يكون الوقود سائلاً، والأمان السلبي فيها مطلق، وكفاءتها الحرارية عالية للغاية. مع ذلك، لا تزال هذه التقنيات في مرحلة النموذج الأولي أو التجريبي، ولن يكون تطبيقها التجاري على نطاق واسع ممكنًا لسنوات عديدة.

يختلف مشروع CCTE: فهو حل انتقالي فوري. إنه ليس "مفاعل المستقبل"، بل هو الوقود الذي يسمح للمفاعلات الحالية بنقلنا إلى المستقبل. إنه يحوّل أساطيل مفاعلات الماء الثقيل الحالية (المستخدمة على نطاق واسع في دول مثل كندا والهند ورومانيا) إلى آلات أكثر أمانًا ونظافةً وذات أداء أعلى بكثير، مما يزيد من قيمة الاستثمارات التي تم ضخها بالفعل في العقود الأخيرة .

الخطوة التالية؟ بعد فحص البنية المجهرية للقضبان المستخرجة حديثًا من مختبر أيداهو الوطني، يهدف مركز CCTE إلى إجراء تجربة عملية في مفاعل تجاري متكامل. إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، فقد لا تكمن الثورة النووية الحقيقية في بناء محطات طاقة جديدة، بل في تجديد المحطات الموجودة لدينا بشكل جذري.

المقال بعنوان "الثورة النووية الصامتة: وقود الثوريوم الجديد الذي يجعل المفاعلات تدوم 8 مرات أطول" مأخوذ من موقع Scenari Economici .