اتخذت شركة newcleo المتخصصة في التقنيات النووية أول خطوة رسمية نحو إنشاء مصنع تجاري لإعادة تدوير الوقود النووي في الولايات المتحدة، بعد تقديم خطة التفاعل التنظيمي (Regulatory Engagement Plan) إلى هيئة التنظيم النووي الأمريكية (NRC).
وتمثل هذه الخطوة بداية مرحلة مراجعة مبكرة تتيح لمفتشي الهيئة والمهندسين تقييم معايير السلامة والتصميمات الفنية قبل بدء إجراءات الترخيص الرسمية، في إطار مشروع يهدف إلى إنشاء دورة متكاملة للوقود النووي داخل أمريكا الشمالية.
تطوير المفاعل والمصنع بالتوازي
يتزامن هذا الطلب مع مراجعة تنظيمية جارية بالفعل للمفاعل النووي السريع المبرد بالرصاص LFR-AS-200 الذي تطوره الشركة.
وتسعى newcleo إلى ترخيص تصميم المفاعل ومصنع الوقود في الوقت نفسه، بما يضمن إنتاج الوقود وتشغيل المفاعل ضمن منظومة واحدة تعتمد على إعادة تدوير الوقود النووي المستهلك.
لماذا تختلف المفاعلات السريعة؟
تعتمد معظم محطات الطاقة النووية التجارية الحالية على مفاعلات الماء الخفيف، التي تستخدم الماء لإبطاء حركة النيوترونات أثناء التفاعل النووي.
ورغم موثوقية هذه التقنية في إنتاج الكهرباء، فإنها تترك وراءها وقودا مستهلكا يحتوي على كميات كبيرة من الطاقة غير المستغلة، إضافة إلى عناصر مشعة ثقيلة.
أما المفاعلات ذات الطيف السريع فلا تستخدم الماء لإبطاء النيوترونات، بل تعتمد على نيوترونات عالية الطاقة قادرة على شطر العناصر الثقيلة العابرة لليورانيوم، مثل نظائر البلوتونيوم والأكتينيدات الثانوية، وهي عناصر يصعب على المفاعلات التقليدية معالجتها بكفاءة.
مصنع لإنتاج وقود MOX
سيخصص المصنع المزمع إنشاؤه في الولايات المتحدة لإنتاج وقود الأكسيد المختلط (MOX).
ويصنع هذا الوقود من خلال خلط البلوتونيوم المستخرج من الوقود النووي المستهلك مع مخزونات اليورانيوم المنضب، ما يسمح بإعادة استخدام المواد المشعة بدلا من التخلص منها كنفايات.
ويرى الخبراء أن هذه العملية تغير طريقة إدارة النفايات النووية طويلة العمر، إذ تعيد تدوير العناصر المشعة وتحولها إلى وقود جديد صالح للاستخدام.
تقليل النفايات المشعة
عند استخدام وقود MOX داخل مفاعلات الطيف السريع، يتم استهلاك العناصر الثقيلة العابرة لليورانيوم، وهو ما يؤدي إلى انخفاض مستوى النشاط الإشعاعي للنفايات خلال مئات السنين فقط، بدلا من بقائها خطرة لمئات الآلاف من السنين كما هو الحال في الوقود التقليدي.
كما تقلل هذه التقنية الحاجة إلى استخراج اليورانيوم الجديد أو إجراء عمليات تخصيب لكل دفعة وقود جديدة.
مفاعل صغير مبرد بالرصاص
سيزود المصنع مفاعل LFR-AS-200 بالوقود، وهو مفاعل معياري صغير مصمم لإنتاج 200 ميغاواط من الكهرباء.
ويختلف هذا المفاعل عن المفاعلات التقليدية باستخدام الرصاص السائل النقي كمبرد أساسي بدلا من الماء المضغوط.
ويتميز الرصاص السائل بدرجة غليان تتجاوز 1700 درجة مئوية، ما يسمح بتشغيل نظام التبريد عند الضغط الجوي العادي دون الحاجة إلى أوعية احتواء ضخمة وعالية الضغط.
كما أن الرصاص لا يشتعل عند ملامسته للهواء أو الماء، وهو ما يعزز مستوى السلامة التشغيلية.
حماية المفاعل من التآكل
يتكون قلب المفاعل من قضبان فولاذية تحتوي على وقود MOX مرتبة في نمط سداسي متقارب.
ونظرا لأن الرصاص السائل قد يسبب تآكل الفولاذ عند درجة التشغيل البالغة نحو 530 درجة مئوية (نحو 986 درجة فهرنهايت)، طور المهندسون طبقة دقيقة من أكسيد الألومنيوم (الألومينا) توضع على الغلاف الفولاذي باستخدام تقنية الليزر، بهدف حماية المكونات من التآكل وإطالة عمرها التشغيلي.
كما يعتمد تصميم قلب المفاعل على توزيع تركيزات مختلفة من البلوتونيوم بين المناطق المركزية والخارجية، بنسبة تتراوح بين 14.6% و23.2%، للحفاظ على توزيع متوازن للطاقة داخل قلب المفاعل.
أعمال الترخيص مستمرة في أوروبا
يمثل الطلب المقدم في الولايات المتحدة امتدادا لجهود الترخيص التي بدأت في أوروبا، حيث وافقت السلطات النووية الفرنسية مؤخرا على ملف خيارات السلامة الأولي لمصنع مماثل لإنتاج وقود MOX تعتزم newcleo إنشاؤه في فرنسا.
اختبارات باستخدام روبوتات قبل التشغيل
وبسبب انبعاث إشعاعات ألفا من البلوتونيوم، لا يمكن للعاملين التعامل معه مباشرة، لذلك ستجرى جميع العمليات داخل صناديق محكمة الإغلاق باستخدام أنظمة آلية وروبوتات.
ولهذا الغرض أنشأت الشركة مركز اختبار غير إشعاعي يحمل اسم FASTER في مدينة شوسكلان الفرنسية.
ويستخدم المركز نماذج ميكانيكية بالحجم الكامل، وأذرعا روبوتية، وأنظمة تحكم افتراضية لاختبار مكابس تصنيع أقراص الوقود، وآلات لحام القضبان، وأنظمة الفحص الآلي، ما يسمح باكتشاف المشكلات الميكانيكية ومعالجتها قبل تشغيل المعدات في المنشآت التجارية.