حققت وحدة الوقود في روساتوم، والمعروفة باسم “TVEL”، تقدمًا ملحوظًا في تطوير أنواع جديدة من الوقود، حيث تم تعزيز مستويات الأمان وتقديم هذه الأنواع للعملاء. يتميز الوقود الجديد بكونه أكثر أمانًا وفعالية من حيث التكلفة، ويسهم بشكل كبير في إغلاق دورة الوقود.

الأمان مؤكد

بدأت الجولة الثالثة والأخيرة من اختبارات التشغيل التي تستمر لمدة 18 شهرًا على مجموعات وقود REMIX في وحدة بالاكوفو 1 التابعة لروساتوم. وقد صُمم وقود REMIX من قبل مهندسين نوويين روسيين ليُستخدم في المفاعلات ذات المياه الخفيفة، ويتكون من مزيج من اليورانيوم المُعالج والبلوتونيوم مع إضافة يورانيوم مُخصب، حيث تقل نسبة البلوتونيوم في هذا الوقود عن 5%. يتمتع طيف نيوتروناته بخصائص مشابهة لطيف الوقود اليورانيومي العادي، مما يعني أن سلوك الوقود الجديد داخل المفاعل وكمية البلوتونيوم المنتجة لا تختلف كثيرًا عن نظيره التقليدي. تجعل هذه الميزات من الممكن استخدام وقود REMIX دون الحاجة إلى تغييرات كبيرة في أنظمة أمان المنشآت.

خلال الجولة الأولى من الاختبارات، تم تحميل ست مجموعات وقود REMIX في مفاعل  VVER-1000 في وحدة بالاكوفو 1 في أواخر عام 2021. تعادل كل واحدة من جولات الاختبار الثلاث فترة إعادة تزويد عادية تبلغ 18 شهرًا. وقد تلت الجولتين المكتملتين عملية فحص دقيقة لحبيبات الوقود والعناصر الهيكلية للمجموعات الاختبارية في الخلية الساخنة، ولم يتم تحديد أي عوائق أمام استمرار العملية.

من المتوقع أن تكتمل الجولة الثالثة في النصف الأول من عام 2026. خلال الصيانة المقررة، سيتم أولاً وضع المجموعات الاختبارية في حوض الوقود المستنفد، ثم إرسالها للفحص بعد الإشعاع. وأوضح ألكسندر أوغريوموف، نائب الرئيس الأول للبحث والتطوير في TVEL، أنه “بعد انتهاء برنامج اختبار REMIX والدراسات بعد الإشعاع، سيكون لدى روساتوم ما يكفي من الأدلة العلمية لتقديم منتج جديد بثقة ضمن مفهوم دورة الوقود المتوازنة لدينا.” كخطوة تالية، تخطط TVEL لتحويل أحد المفاعلات الكبيرة تدريجيًا إلى وقود REMIX.

استمرار التخصيب

تم تحميل مجموعة تجريبية مكونة من 12 قضيب وقود تحتوي على وقود يورانيوم مُشبع بالأربيوم في مفاعل MIR.M1، وهو مفاعل بحثي تابع للمعهد البحثي للمفاعلات النووية (RIAR) ضمن قسم البحث والتطوير في روساتوم. يُخصب اليورانيوم في كل قضيب وقود بنحو 5%.

تعتبر عملية إشعاع مجموعة الوقود التجريبية الجزء الأول من البرنامج الاختباري الذي يهدف إلى زيادة تخصيب اليورانيوم تدريجيًا إلى أكثر من 5%. وأوضح ألكسندر أوغريوموف أن “الأداء العام للمفاعل قد تحسن حتى الآن بفضل إدخال تصميمات جديدة وتعديلات على مجموعات الوقود. وقد تركزت معظم الابتكارات حول زيادة الحجم الفيزيائي لليورانيوم المُخصب في قضيب الوقود للحصول على مزيد من الطاقة من مجموعة وقود واحدة. يبدو الآن أن المفتاح لتحسين الاقتصاديات للمنشآت يكمن في تجاوز عتبة تخصيب اليورانيوم بنسبة 5% للمفاعلات الحرارية الكبيرة. إذ تحتوي مفاعلات VVER الحالية على 163 مجموعة وقود، وكل منها تحتوي على أكثر من 500 كغم من اليورانيوم، مما يعني أن تأثير زيادة التخصيب بنسبة 1% فقط سيكون له تأثير كبير.”

وفقًا لتقديرات باحثي TVEL، فإن استخدام الأربيوم بدلاً من الغادولينيوم التقليدي كممتص للنيوترونات بالتزامن مع يورانيوم مُخصب لأكثر من 5% سيمكن من الانتقال من فترات إعادة تزويد الوقود التي تتراوح بين 12 و18 شهرًا إلى فترات تبلغ 24 شهرًا. ستساهم فترات إعادة التزويد الأطول في زيادة إنتاج الطاقة وبالتالي الإيرادات والاقتصاد العام لمحطة الطاقة النووية.

يوفر البرنامج الاختباري أربعة جولات إشعاع سنوية. وستساعد نتائج الاختبارات في تطوير تقنية تجارية لإنتاج وقود اليورانيوم-الأربيوم لمفاعلات VVER وتقديم دليل سلامة لاستخدامه في محطات الطاقة النووية المصممة وفق المعايير الروسية.

الوقود للمفاعلات السريعة

حقق الباحثون في شركة روساتوم نتائج هامة تدعم جدوى تعديلين رئيسيين لمفاعلات النيوترونات السريعة من الجيل الرابع. تم تصنيع مجموعة OS-4 باستخدام وقود نيتريد اليورانيوم والبلوتونيوم المختلط (MUPN) لاختبارها في المفاعل السريع BN-600 في محطة بيلويارسك النووية. ومن المتوقع أن تؤكد إشعاعات هذه المجموعة تقديرات زيادة حرق الوقود، حيث يتضمن تصميمها حلولًا تضمن سلامة الاختبارات.

كما تم تصنيع ثلاث مجموعات تجريبية بحجم BN-1200 تعرف باسم KTEVS-MAK، تحتوي على وقود أكسيد مختلط (MOX) مع تفريغ محوري. وتتضمن قضبان الوقود الخاصة بها قطعًا من مادة خصبة (يورانيوم مُستنفد). داخل المفاعل، ستشكل هذه القطع معًا طبقة أفقية تفصل قلب المفاعل، يُفترض أن تقلل من الضرر الإشعاعي على تغليف الوقود مع الحفاظ على العمق المطلوب لحرق الوقود. وقد تم الحصول على أدلة تدعم جدوى هذا الحل في عدة دول، لكن روسيا قد تكون الأولى في تجربة هذا النظام في مفاعل BN-1200.

تم تصنيع نوعي مجموعات الوقود في مصنع سيبيريا الكيميائي التابع لشركة TVEL، ومن المخطط تحميلها للاختبار في قلب مفاعل BN-600 في عام 2025. ستساعد الاختبارات داخل المفاعل والتحليل بعد الإشعاع الباحثين في دراسة العمليات التي تحدث في أنواع جديدة من قضبان الوقود وترخيصها لمفاعل BN-1200، الذي يُعتبر أكبر مفاعل سريع تجاري في العالم. يُفترض أنه يمكن استخدام كل من وقودي MOX وSNUP في هذا المفاعل، ومن المقرر أن يبدأ بناء وحدة BN-1200 في محطة بيلويارسكا النووية في عام 2027.

تُعد الدورة النووية المتوازنة منتجًا من إنتاج روساتوم، حيث تجمع بين تقنيات الدورة النووية المغلقة، مما يمكّن من إعادة معالجة فعالة واستخدام الوقود النووي المستهلك.