المحطات النووية المدمجة: الإمكانات هائلة
من غير المرجح أن تكون المفاعلات ذات الطاقة الكبيرة، على سبيل المثال VVER-1200، محلية في البلدان الصغيرة أو في المناطق التي لا يتمتع فيها المستهلكون بحمولة كافية. تتميز مفاعلات VVER ذات الطاقة المنخفضة بتكلفة أعلى لكل وحدة طاقة. إن المفاعلات الصغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة، والتي تتمتع بأداء اقتصادي جيد ويتم بناؤها بسرعة وسهولة (على سبيل المثال، في الإنتاج الضخم)، سوف تحظى بطلب جيد في السوق.
وبحسب تعريف الوكالة الدولية للطاقة الذرية فإن المفاعلات الصغيرة هي تلك التي تصل قدرتها إلى 300 ميغاواط وتتكون من وحدات يتم تصنيعها في المصنع قبل تسليمها وتركيبها في الموقع. ومن بينها المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs).
يوجد الآن في العالم أكثر من 70 مشروعًا لمفاعلات مدمجة متعددة الأغراض من مختلف الأنواع والتصميمات. ووفقا لتقديرات المختبر النووي الوطني في المملكة المتحدة، فإن السوق العالمية للمفاعلات الصغيرة والمتوسطة بحلول عام 2035 يمكن أن تصل إلى 65-85 غيغاواط، وتقدر بنحو 250-400 مليار جنيه استرليني (300-500 مليار دولار).
ويمكن بناء محطات صغيرة الحجم لتزويد المناطق النائية في العالم النامي بالكهرباء، وفي أقصى الشمال، وفي الصحراء. وعلى أساسها يمكن بناء المصانع ومنصات النفط وقواعد الجيش ومناجم الإمداد.
Floating NPP – محطة الطاقة النووية “العائمة”.
وهنا لدى روساتوم تطورات واعدة - محطات الطاقة الحرارية النووية العائمة (FNPP). تم إطلاق أول محطة للطاقة النووية من هذا النوع، "أكاديميك لومونوسوف"، في عام 2020 في ميناء بيفيك (منطقة تشونسكي، منطقة تشوكوتكا ذاتية الحكم في أوكروغ) وستحل محل محطة بيليبينو للطاقة النووية في المستقبل. تتكون المحطة من وحدة طاقة عائمة (FPU)، وموقع بري مزود بهياكل، بالإضافة إلى هياكل هيدروليكية تضمن الوقوف الآمن لوحدة الطاقة العائمة في المنطقة المائية.
تم تنفيذ المشروع منذ عام 2007. في الوضع الاسمي، يوفر Akademik Lomonosov 60 ميجاوات من الكهرباء و50 جيجا كالوري/ساعة من الحرارة إلى الشاطئ. وتتمثل الوظيفة الإضافية لمحطة الطاقة النووية العائمة في تحلية مياه البحر - من 40 إلى 240 ألف متر مكعب من المياه العذبة يوميًا.
RITM-200
RITM-200 هو مفاعل نووي روسي يعمل بالماء المضغوط تم تطويره بواسطة شركة OKBM im. أفريكانتوف، مصنوع وفقًا لمخطط الدائرة المزدوجة. مصممة للتركيب على كاسحات الجليد النووية ومحطات الطاقة النووية العائمة التي تنتجها شركة ZiO-Podolsk ومحطات الطاقة النووية منخفضة الطاقة. تم تسليم أول محطة طاقة بمفاعلين لأول كاسحة جليد نووية من مشروع 22220 من نوع "Arktika" (LK-60Ya) في عام 2016. تم تشغيل كاسحة الجليد في عام 2020.
RITM-200
التطورات الامريكية
مفاعل نوسكيل المعياري
أعلنت اللجنة التنظيمية النووية الأمريكية (NRC) عن الانتهاء من عملية إصدار الشهادات لأول مفاعل نووي طورته شركة NuScale الخاصة. رئيس الجامعة معياري، مما يسمح لك بتجميع الكتل منها. ويتم الإنتاج باستخدام طريقة الناقل في المصنع، حيث يتم تسليم المفاعل جاهزًا تمامًا للتشغيل إلى العميل في موقع التشغيل.
وتم إنشاء نسختين من المفاعل النموذجي الصغير بقدرة 50 ميجاوات و60 ميجاوات. يحتوي كلا المنشأتين على هيكل فولاذي يبلغ طوله 23 مترًا وعرضه 4,5 مترًا. وتخضع النسخة الأولى للشهادة في تكوين مكون من 12 وحدة، مما يوفر إجمالي 600 ميجاوات تقريبًا من الكهرباء. هذه الوحدة قادرة على إنتاج ما يقرب من 50 طنًا من وقود الهيدروجين يوميًا من الماء.
مفاعل نوسكيل المعياري
مفاعل ايفينشي الصغير
مشروع آخر هو مفاعل eVinci الدقيق لشركة Westinghouse.
وتتراوح طاقة eVinci بين 200 كيلووات و15 ميجاوات. ويخططون لاستخدام كريات اليورانيوم المخصب بنسبة 19,75% كوقود. وتستمر حملة الوقود لمدة 10 سنوات، ثم يتم إرسال المفاعل إلى الشركة المصنعة لإعادة تحميله.
وتتوقع شركة Westinghouse بناء أول سيارة eVinci في عام 2024.
الصين
مفاعل ACP-100 (Longxing) هو مشروع يتم تطويره من قبل الشركة الصينية CNNC.
مفاعل الماء المضغوط المعياري المتكامل المصمم وفقًا لتقنيات PWR الحالية باستخدام أنظمة السلامة السلبية. تبلغ الطاقة الكهربائية حوالي 100 ميجاوات، وعمر الخدمة 60 عامًا، ويتم إعادة التحميل الجزئي كل عامين.
الأرجنتين
تشمل مشاريع SMR الأخرى في المراحل النهائية من البناء مفاعل CAREM بقدرة 30 ميجاوات في الأرجنتين.
مفاعل CAREM-25 (Central Argentina de Elementos Modulares) هو مفاعل نموذجي منخفض الطاقة. وتم تصنيع وعاء المفاعل CAREM، الذي يبلغ قطره 3,2 مترا وارتفاعه 11 مترا، من قبل شركة IMPSA الأرجنتينية. يضم 12 مولد بخار عموديًا ينتج بخارًا شديد السخونة.
حملة الوقود – 510 eff. أيام عند الحمل الزائد الأساسي بنسبة خمسين بالمائة.
محطات الطاقة النووية الصغيرة (MPs)
وفقًا للوكالة الدولية للطاقة الذرية، يمثل النواب محطات طاقة نووية مدمجة للغاية يمكن تجميعها على الفور في المصنع وتسليمها إلى الموقع بواسطة شاحنة واحدة.
يجب أن تحتوي هذه المحطات على أنظمة أمان سلبية ذاتية التنظيم ولا تتطلب عددًا كبيرًا من موظفي الصيانة. ولا يمكن ربطها بالشبكة الكهربائية، ويمكن نقلها من مكان إلى آخر واستخدامها في ظروف مختلفة.
الطاقة - حوالي 10 ميجاوات (هـ) مع فترة تحميل وقود لا تقل عن 10 سنوات أو أكثر على مدار الساعة وبشكل مستمر توفر الكهرباء لأكثر من 5 منزل.
حاليًا، تعمل الشركات الخاصة ومجموعات البحث في مختلف دول العالم على تطوير أكثر من عشرة مشاريع للواقع المختلط.
روسيا: مشاريع المفاعلات الدقيقة
مشروع "الجرف-M"
تخطط روساتوم لبناء أول مفاعل صغير في العالم بقدرة 10 ميجاوات Shelf-M في تشوكوتكا بحلول عام 2030. يتم تطوير الرف بواسطة NIKIET.
مشروع SVET-M
تعمل شركة "Gidropress" على تطوير مفاعل من الجيل الرابع لمحطات الطاقة النووية منخفضة الطاقة (LNP) "SVET-M" (مفاعل الرصاص والبزموت مع دوران سائل التبريد الطبيعي - معياري).
وفقًا لرئيس قسم Gidropress، سيرجي لياكيشيف، يتم تطوير الخيارات في مجموعة واسعة من الطاقة الكهربائية: من 1 إلى 50 ميجاوات. التصميم الأكثر تطوراً هو 10 ميجاوات.
يبلغ ارتفاع المفاعل حوالي 5 أمتار، مما يسمح بتوصيل المفاعل بأي نوع من وسائل النقل. المبرد عبارة عن سبيكة سهلة الانصهار من الرصاص والبزموت. الجسم عبارة عن كتلة واحدة توجد فيها مولدات القلب والبخار. يدخل الماء إلى السكن ويخرج البخار الساخن. يعمل المفاعل بالتدوير الطبيعي، ولا توجد مضخات في الدائرة الأولية. لا يتم تحميل السكن بالضغط وله تبريد سلبي للنواة.
توجد سبيكة الرصاص-البزموت في وعاء المفاعل عند الضغط الجوي، ولا تتفاعل كيميائيًا مع الهواء الجوي أو الماء.
ينتمي SVET-M إلى الجيل الرابع من مفاعلات الأمان.
مفاعل أورورا (الولايات المتحدة الأمريكية)
أحد المشاريع التي شارفت على الانتهاء هو مفاعل أورورا ذو الطيف السريع بقدرة 1,5 ميجاوات، والذي يتم تطويره بواسطة شركة أوكلو.
تم تصميم المفاعل على مبدأ التشغيل والتنظيم الذاتي ويرجع ذلك في المقام الأول إلى العمليات الفيزيائية الطبيعية، مما يعني استخدام عدد صغير جدًا من العناصر المتحركة فيه - من أجل زيادة السلامة. وستستخدم وقودًا مُعاد معالجته يحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم منخفض التخصيب (HALEU)، وستكون محطة الطاقة النووية قادرة على العمل لعقود من الزمن دون الحاجة إلى التزود بالوقود.
هناك منطقة أخرى محددة من AE - للاحتياجات العسكرية. ينعكس هذا الاتجاه في المادة الموجودة في VO: "الخيار العسكري: محطات الطاقة النووية منخفضة الطاقة".
مشاكل دورة الوقود النووي التقليدية (المفتوحة): نقص اليورانيوم 235
تعمل معظم محطات الطاقة النووية الحالية بالنيوترونات الحرارية (أو البطيئة) باستخدام الماء كمبرد.
الوقود المستخدم هو اليورانيوم 235 وهو نادر في الطبيعة (أقل من 1%)، وينشطر تحت تأثير النيوترونات الحرارية. لا يمكن لليورانيوم 238 الأكثر شيوعًا أن يدعم التفاعل المتسلسل لأنه عندما ينشطر، سيظهر عدد أقل من النيوترونات مع كل جيل مقارنة بالماضي: سوف يموت التفاعل.
يظهر الشكل التالي مخططًا لدورة نووية مفتوحة نموذجية:
يوجد حاليا نقص في اليورانيوم المستخرج في العالم. وفقًا للكتاب الأحمر 2020 (الكتاب الأحمر، أحد منشورات وكالة الطاقة النووية - NEA - والوكالة الدولية للطاقة الذرية)، اعتبارًا من 1 يناير 2019، وفر استخراج اليورانيوم من المناجم 90٪ من احتياجات العالم من الطاقة النووية. وفي عام 2021، تم استخراج 48,3 ألف طن من اليورانيوم، فيما بلغ الطلب على تشغيل محطات الطاقة النووية 62,4 ألف طن بنسبة 77,4%.
ويتم تغطية العجز باليورانيوم من احتياطيات الدولة والشركات، من خلال إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك؛ اليورانيوم منخفض التخصيب الذي يتم إنتاجه عن طريق تخفيف اليورانيوم عالي التخصيب، وكذلك اليورانيوم الناتج عن ذيول إعادة التخصيب. ذيول اليورانيوم - سداسي فلوريد اليورانيوم المنضب - هي منتج ثانوي لمعالجة سداسي فلوريد اليورانيوم إلى يورانيوم مخصب.
وكانت تقنية نشر الغاز المستخدمة سابقاً لفصل اليورانيوم 235 أقل كفاءة مقارنة بتقنية الطرد المركزي الغازي الحديثة. لذلك، بقي ما يصل إلى نصف حجمه الطبيعي في ذيول اليورانيوم.
وتقدر الوكالة الدولية للطاقة الذرية أنه بحلول عام 2040، اعتمادًا على وتيرة تطوير الطاقة النووية، يمكن أن يتراوح الطلب العالمي على اليورانيوم من 56 طنًا من اليورانيوم سنويًا في سيناريو الطلب المنخفض إلى 640 طنًا من اليورانيوم سنويًا في سيناريو الطلب المرتفع.
اعتبارًا من 1 يناير 2019، بلغت الاحتياطيات المؤكدة من اليورانيوم في جميع أنحاء العالم 8 طن. الخلاصة: في المستقبل المنظور، ستكون احتياطيات اليورانيوم في العالم كافية لتطوير الطاقة النووية العالمية.
وفي الوقت نفسه، واجه إحياء الطاقة النووية الآن مشكلة نقص اليورانيوم المحلي. وفي عام 2023، قفزت أسعار اليورانيوم بنسبة 30% إلى حوالي 62 دولارًا للرطل، مما يجعل اليورانيوم أصلًا جذابًا. كما كتب profinance.ru:
"لقد حدث نقص في اليورانيوم على مستوى العالم، لكنه ملحوظ بشكل خاص في الدول الغربية".
"الآن يحتاج السوق مرة أخرى إلى زيادة الإنتاج، لكن هذا لن يتم بسرعة أو بسهولة."
معالجة النفايات ووقود اليورانيوم والبلوتونيوم المختلط (وقود MOX)
يتراكم الوقود النووي المستهلك في منشآت تخزين خاصة لعقود من الزمن ولا تتم إعادة معالجته إلا جزئيًا.
فقط عدد قليل من البلدان في العالم تقوم بإعادة معالجة الوقود المستهلك (RAW) على نطاق صناعي - روسيا وفرنسا وبريطانيا العظمى والهند وعدد من البلدان أتقنت هذه التقنيات.
مصنع إعادة معالجة ماياك SNF (روسيا)
وتتمثل المهمة الرئيسية للطاقة النووية في استخدام اليورانيوم 238، الذي يشكل أكثر من 99% من اليورانيوم الطبيعي، في دورة الوقود من خلال إنتاج البلوتونيوم منه.
تم تصميم مفاعلات النيوترونات السريعة لهذا الغرض، حيث، بالإضافة إلى اليورانيوم 235، يمكن أيضًا استخدام اليورانيوم 238، والذي يتحول عند انشطاره إلى نظير انشطاري من البلوتونيوم، ومناسب كوقود لكل من المفاعلات الحرارية والسريعة. ولكن يوجد عدد قليل من هذه المفاعلات في العالم (انظر أدناه).
مخطط تكوين البلوتونيوم 239 من اليورانيوم 238
هناك طريقة أخرى لاستخدام اليورانيوم 238 وهي وقود MOX (وقود الأكسيد المختلط)، والذي لم يعد يستخدم اليورانيوم 235 النادر. ويتكون من خليط من عدة أنواع من أكاسيد المواد الانشطارية، وبشكل رئيسي خليط من أكاسيد البلوتونيوم واليورانيوم الطبيعي، واليورانيوم المخصب أو اليورانيوم المنضب - (U، Pu) O2. يمكن أن يختلف محتوى PuO2 من 1,5 بالوزن. % حتى 25-30 بالوزن. % حسب نوع المفاعل النووي.
المادة الخام لإنتاج كريات وقود MOX هي ثاني أكسيد البلوتونيوم، الذي يتم الحصول عليه أثناء معالجة الوقود النووي المستهلك (الوقود النووي المشعع)، وأكسيد اليورانيوم 238، الناتج من "ذيول" ثانوية لإنتاج التخصيب.
يمكن استخدام موكس كوقود إضافي لمفاعلات النيوترونات الحرارية التقليدية التي تعمل بالماء الخفيف، لكن استخدامه أكثر فعالية في مفاعلات النيوترونات السريعة (BN)، التي تمتلك روسيا فيها الرصاص بلا منازع.
يضمن MOX "حرق" البلوتونيوم ونفايات الوقود المستهلك، واستخدام النفايات النووية وتوسيع قاعدة الوقود (توفير خام اليورانيوم).
وفي سبتمبر 2022، اختبرت روساتوم وقود MOX المبتكر في وحدة الطاقة رقم 4 في محطة بيلويارسك للطاقة النووية باستخدام مفاعل BN-800، ووصلت الطاقة إلى 100 بالمائة.
في نهاية عام 2022، تم تصنيع مجموعات الوقود التجريبية للمفاعل BN-600 مع قضبان الوقود من النوع BN-1200 وقبولها في المجمع الكيميائي السيبيري في سيفيرسك (JSC SCC). تحتوي مفاعلات TVEL على وقود مختلط من نيتريد اليورانيوم والبلوتونيوم الكثيف (وقود SNUP)، ومن المخطط اختبارها في عام 2023 في مفاعل BN-600 في محطة الطاقة النووية في بيلويارسك.
تستخدم فرنسا، للحد من تراكم النفايات، إعادة معالجة الوقود المستهلك وتنتج مجمعات وقود MOX، لكن هذا الوقود أغلى بكثير من الوقود المصنوع من اليورانيوم الطبيعي المخصب.
مصنع إعادة المعالجة SNF، فرنسا
تطوير تكنولوجيا مفاعلات الماء المضغوط: VVER-S وVVER-SKD (Rosatom)
من بين عيوب محطات الطاقة النووية انخفاض كفاءتها. بالنسبة لمشروع VVER-1200 تبلغ الكفاءة 36% (مشروع NPP-2006). وفي الوقت نفسه، تبلغ كفاءة المفاعل الفرنسي EPR-1600 (المفاعل الأوروبي المضغوط) 37%، والمفاعل الصيني من الجيل الرابع SHIDAO BAY (انظر أدناه) تبلغ كفاءته 4%.
كما كتب الخبير الذري:
"يمكن زيادة كفاءة المنشآت النووية الحديثة إلى 45% عن طريق التحول إلى مبرد الماء ذو المعلمات فوق الحرجة أو باستخدام الصوديوم والرصاص والبزموت والرصاص ومبرد الغاز في الدائرة الأولية، مع تسخين الماء في الدائرة الثانوية إلى المعلمات فوق الحرجة ... إن مزايا الماء على المبردات الأخرى معروفة، وبالتالي فإن احتمال تطوير مفاعل مائي أمر مغري.
تقوم روساتوم بتطوير مشاريع VVER جديدة:
1. "VVER-S" - مفاعل ذو تنظيم طيفي (تم تطويره بواسطة OKB "Gidropress"). يتم تحديد فقدان النيوترونات في الماء إلى حد كبير من خلال نسبة الحجم الذي يشغله الماء إلى الحجم الذي يشغله اليورانيوم، وهو ما يسمى نسبة الماء إلى اليورانيوم. التنظيم الطيفي (SR) هو التخلي عن تنظيم البورون السائل والتحكم في المفاعل عن طريق تغيير نسبة الماء إلى اليورانيوم في قلب المفاعل عن طريق إدخال وإزالة أدوات التشتيت هناك أثناء حملة الوقود.
يتيح SR إنشاء طيف نيوتروني أكثر صلابة في بداية الحملة واستخدام النيوترونات، التي يتم امتصاصها في VVERs التقليدية، لإنتاج مواد انشطارية جديدة. في VVER-S، بدلاً من امتصاصها في حمض البوريك، يتم امتصاص النيوترونات الزائدة في اليورانيوم 238، مما ينتج عنه البلوتونيوم، الذي يستخدم كوقود جديد، وهي خطوة نحو إنشاء "دورة مغلقة". عندما يحترق القلب، تتم إزالة أدوات الإزاحة واستبدالها بالماء. في نهاية حملة الوقود، يعمل VVER-S مثل VVER العادي.
يمكن أن يعمل VVER-S في كل من دورات الوقود المفتوحة والمغلقة. حاليًا، في مفاعلات الماء الخفيف، لا يمكن تحميل أكثر من 50% من وقود MOX في قلب المفاعلات. يسمح CP بتحميل مفاعل الماء الخفيف بنواة تتكون بالكامل من وقود MOX.
سيتم بناء أول مفاعل VVER-S في العالم في روسيا خارج الدائرة القطبية الشمالية ليس بعيداً عن محطة كولا للطاقة النووية الحالية بحلول عام 2035. ومن الممكن أن تقلل هذه التكنولوجيا من تكلفة بناء محطات الطاقة النووية بنسبة 15% واستهلاك الوقود بنسبة 30%. يمكن تحميل المفاعل بالكامل بوقود MOX.
2. هناك مشروع طموح بنفس القدر وهو إنشاء مفاعلات VVER ذات معلمات ضغط سائل التبريد فوق الحرج في الدائرة الأولية - وهي VVER-SKD، المصنفة على أنها مفاعلات من الجيل الرابع.
ومن بين المزايا: معامل احتراق أعلى، وتحسين استهلاك اليورانيوم الطبيعي؛ زيادة في الكفاءة تصل إلى 44−45%؛ زيادة في التسخين في القلب من 280 إلى 540 درجة مئوية، ونتيجة لذلك، انخفاض في تدفق سائل التبريد؛ تخفيض التكاليف الرأسمالية المحددة لبناء وحدة الطاقة.
المشكلة الرئيسية هي إيجاد المواد المناسبة والحلول التقنية. ويمكن أيضًا تحميل المفاعل بالكامل بوقود MOX. من المخطط إنشاء مفاعل SKD منخفض الطاقة. نظرًا لضيق المساحة، تم إجراء مراجعة للبرنامج النووي الروسي في مادة منفصلة.
طاقة نووية ثنائية المكونات مع دورة وقود نووي مغلقة (CNFC)
وفقًا لمفهوم روساتوم، ستوفر الطاقة النووية المكونة من عنصرين، جنبًا إلى جنب مع دورة الوقود النووي المغلقة (CNFC)، حلاً أساسيًا لمشكلتين رئيسيتين للطاقة النووية: التعامل مع الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة (RAW) وزيادة كفاءة الطاقة النووية. استخدام اليورانيوم الطبيعي.
لحل هذه المشكلة، تخطط روساتوم لإنشاء مجمع طاقة يتكون من نوعين من المفاعلات: مفاعلات مبردة بالماء مع التحكم الطيفي (VVER-S) ومفاعلات النيوترونات السريعة (BN): العرض التجريبي (BREST-OD-300) والطاقة ( يجري تطوير خيارين: BN-1200M مع مبرد الصوديوم وBR-1200 مع مبرد الرصاص).
سيضمن استخدام VVER-S توفير اليورانيوم الطبيعي أثناء تشغيل محطات الطاقة النووية، وستتيح مفاعلات BN الاستخدام الفعال للوقود المستهلك وإعادة معالجته وإنتاج وقود جديد (MOX، SNUP).
تم حل مهمة إنشاء CNFC من خلال مشاريع مفاعل النيوترونات السريعة لدينا في Beloyarsk NPP ومشروع Breakthrough، الذي يربط نوعين من مفاعلات النيوترونات الحرارية والسريعة (BN) في مجمع طاقة واحد.
مشروع "اختراق"
على أساس المجمع الكيميائي السيبيري، يتم بناء مجمع تجريبي للطاقة، حيث سيتم بناء مصنع لتصنيع ومعالجة الوقود ومفاعل نيوتروني سريع مبتكر فريد من نوعه مع مبرد الرصاص BREST-OD-300. ويجري أيضًا تطوير مفاعل النيوترونات السريعة الصوديوم BN-1200.
لكن كل هذه المشاريع تتطلب تطوير حلول تقنية وتصميمية جديدة ومعقدة للغاية.
دورة الوقود المغلقة – CNFC (المثل والواقع)
لا يمكن تنظيم إعادة إنتاج الوقود النووي في CNFC إلا في مفاعل نيوتروني سريع، حيث يمكن استخدام اليورانيوم 238.
إذا تم تحميل البلوتونيوم 239 في قلب المفاعل وإحاطته بمنطقة تكاثر لليورانيوم 238، فعندما يتم التقاط النيوترونات المتطايرة من القلب، يتحول اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم 239 "جديد".
مخطط لاستنساخ البلوتونيوم 239 من اليورانيوم 238 في مفاعلات BN، المصدر: proatom.ru
لكن كل شيء ليس بهذه البساطة هنا.
الماء، الذي يستخدم كمبرد في المفاعلات التقليدية، غير مناسب هنا - لأنه يبطئ النيوترونات، وهناك حاجة إلى جزيئات سريعة.
يمكن أن تكون المادة التي قد تكون سائلة عند درجات الحرارة الموجودة في المفاعل ولن تمتص النيوترونات أو تعدلها هي الصوديوم السائل، والذي يستخدم عادة في مفاعلات BN كمبرد. لكن استخدام الصوديوم يعقد التكنولوجيا بشكل كبير، ويجعل البناء أكثر تكلفة، وتنشأ مشكلة الانتشار النووي. أسلحة بسبب إنتاج البلوتونيوم.
لإغلاق الدورة، من الضروري إجراء عملية معالجة وتصنيع مجمعات وقود جديدة من مجمعات الوقود المستهلك عالي الإشعاع، وهي عملية مكلفة ومعقدة للغاية (تتطلب معالجة عن بعد وآلية ومتخصصة).
وفقا لعدد من الخبراء (الأستاذ I. N. Ostretsov، S. V. Korovkin، JSC Atomenergoproekt، وما إلى ذلك)، فإن هذا المخطط لديه عدد من الصعوبات. للحصول على البلوتونيوم، هناك حاجة إليه أيضًا بكميات كبيرة في التجميع الأولي، ومعدل "توليد" البلوتونيوم الجديد منخفض جدًا. وبالتالي، فإن إنتاج البلوتونيوم محدود باحتياطياته، التي يمكن الحصول عليها إما من إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك أو من مخزونات الأسلحة.
بسبب الصعوبات، في كل مكان تقريبًا حيث تم بناء مفاعلات التوليد (التوليد)، تم إغلاقها أو لم يتم بناؤها.
روسيا هي الدولة الوحيدة في العالم التي يعمل فيها مفاعلان نيوترونيان سريعان صناعيان مزودان بمبرد الصوديوم في وقت واحد - وهما مفاعلان BN-600 وBN-800 في محطة الطاقة النووية في بيلويارسك. إلا أن تشغيل هذه المحطات، بسبب الصعوبات التقنية المذكورة، لم يكن بالسهل على الإطلاق.
بالإضافة إلى ذلك، يجري تطوير مفاعل نيوتروني سريع مبتكر مزود بمبرد الرصاص، BREST-OD-300.
فلماذا كل هذا؟
يمكن لروسيا إنشاء مثل هذا المفاعل من خلال تطوير تقنيات مبتكرة والتقدم على العديد من البلدان، لكن ليس من الواقع أنها ستكون قادرة على الانتشار على نطاق واسع.
ومع ذلك، تتبع الصين أيضًا نفس المسار المتمثل في "تطوير الابتكارات".
شيابو الطاقة النووية
محطة شيابو للطاقة النووية هي محطة للطاقة النووية يتم بناؤها في مقاطعة شيابو، مقاطعة فوجيان، الصين، في جزيرة تشانغبياو كجزء من خطة الصين لتحقيق دورة وقود نووي مغلقة. هذا مشروع توضيحي لمفاعل الجيل الرابع التابع للشركة النووية الوطنية الصينية (CNNC).
تُعرف محطة الطاقة النووية هذه أيضًا باسم مفاعلها باسم CFR-600 (المفاعل السريع الصيني 600)."المفاعل السريع الصيني 600" هو مفاعل نووي من النوع BN مع مبرد الصوديوم. وبدأ بناء المفاعل في نهاية عام 2017. وستكون قوة المفاعل 1 ميجاوات حرارية و500 ميجاوات كهربائية. وسيتم توفير الوقود من قبل شركة TVEL، وهي شركة تابعة لروساتوم، وفقًا للاتفاقية الموقعة في عام 600.
في نفس الموقع، بدأ بناء مفاعل CFR-2020 بقدرة 600 ميجاوات في ديسمبر 600، ومن المقترح بناء أربعة مفاعلات CAP4 بقدرة 1000 ميجاوات.
Shidaowan NPP – مفاعل الجيل الرابع المبتكر
ومن المفترض أن تصبح محطة شيداووان للطاقة النووية، وهي أحدث تطور لمحطات الطاقة النووية الصينية، أول محطة للطاقة النووية من الجيل الرابع في العالم. في عام 2021، تم توصيل أول وحدة طاقة لـ SHIDAO BAY بالشبكة. تعمل الوحدة بمفاعلين فريدين وتوربين واحد. تُستخدم هنا المفاعلات المبردة بالغاز HTR-PM (في تصنيفنا HTGR - المفاعلات المبردة بالغاز ذات درجة الحرارة العالية) ولأول مرة في العالم، يستخدم الهيليوم كمبرد، ويستخدم الجرافيت كمهدئ.
الوقود - تحميل 245 كرة - قضبان وقود كروية قطرها 000 سم مصنوعة من الجرافيت يتخللها وقود اليورانيوم الخزفي، تحتوي على 6 جرام من الوقود المخصب بنسبة 7%، الوقود قادر على تخزين المحتويات المشعة عند درجات حرارة تصل إلى 8,5 درجة مئوية وهي أعلى من قيم الطوارئ.
هذه وحدة تجريبية، الطاقة الإجمالية للتوربين الذي يشغل المفاعلين صغيرة - 210 ميجاوات. والميزة الرئيسية لهذه التقنية هي ارتفاع درجة حرارة سائل التبريد، حوالي 750 درجة، مما يجعل من الممكن الحصول على كفاءة أعلى لوحدة الطاقة، حوالي 44٪. يمكن استخدام الوحدة كمصدر للحرارة لتدفئة المدينة أو تحلية المياه أو لإنتاج الهيدروجين.
وفي نوفمبر 2021، أعلنت الصين الانتهاء من اختبار التفاعل المتسلسل في المفاعل الثاني بمحطة شيداوان للطاقة، وفي ديسمبر 2022، تم تشغيل كلا المفاعلين بكامل طاقتهما البالغة 240 ميجاوات.
وكما ذكر لو هوا كوان، رئيس معهد هوانينغ للأبحاث النووية:
"تتمتع مفاعلات HTR بأعلى درجات حرارة التشغيل من أي نوع مفاعل متاح، وهي أيضًا المفاعلات الوحيدة التي يمكنها إنتاج حرارة عملية عالية جدًا. وفي المستقبل القريب، يمكن استخدام مفاعلات HTR كجيل جديد من المفاعلات المتقدمة واستكمال صناعة الطاقة النووية في الصين لوحدات الطاقة النووية المعيارية الصغيرة والمتوسطة الحجم.
ويرى أن هذه المفاعلات تتمتع بإمكانات تصديرية جيدة للدول والمناطق التي تعاني من نقص المياه العذبة وللدول التي لا تناسب أنظمة الطاقة المحلية فيها محطات نووية بقدرة تزيد عن 1 ميجاوات.
بالإضافة إلى HTR-PM، تقدم الصين نسخة أكبر، HTR-PM600، مع توربين واحد بقدرة 650 ميجاوات مدعوم بستة مفاعلات صغيرة.
تشمل عيوب HTGR، وفقًا لـ atomicexpert، حجم الوقود المستهلك، وهو أمر أكبر من حجم مفاعلات الماء الخفيف، في حين أن إعادة معالجة الوقود المستهلك أمر صعب: التقنيات الصناعية لفصل الوسيط عن النوى واستخراجه. ولم يتم اختبار المواد الانشطارية. يحتوي المفاعل على كمية كبيرة من الجرافيت المشعع، وطرق التخلص منه معقدة للغاية.
ترد لمحة عامة عن حالة الطاقة النووية في العالم وآفاقها في المقال الخاص بـ VO “فوكوشيما وتشيرنوبيل، توربينات الرياح والألواح الشمسية؟ ننسى: العالم ينتظر نهضة الطاقة النووية.
تمت مناقشة الوضع في صناعة الطاقة الكهربائية بشكل عام ومشاكل تطوير مصادر الطاقة المتجددة (RES) في المقالة حول VO "الطاقة النظيفة" كاستراتيجية جيواستراتيجية: هل ستنقذ توربينات الرياح والألواح الشمسية المناخ."