تواصل وحدة الوقود التابعة لشركة روساتوم (TVEL) العمل على تحسين وقودها لتعزيز الأمان، حيث تقدم بحوثًا وتطويرًا لإنشاء دورة مغلقة للوقود النووي وتعظيم استخدام الطاقة الموجودة في اليورانيوم الطبيعي. إليكم لمحة عن الإنجازات الأخيرة في هذا المجال.
أنجزت الوحدة الثانية من محطة روستوف للطاقة النووية النسخة الأخيرة من تجربة الوقود المقاوم للحوادث (ATF). “مقاوم” يعني أن الوقود قد صُمم ليكون أكثر مقاومة للحوادث الخطيرة التي تتجاوز حدود التصميم. وتم تحميل مجموعات الوقود في مفاعل VVER-1000 في عام 2021، وأكملت دورة تشغيل كاملة تضمنت ثلاث فترات تعبئة وقود كل منها مدتها 18 شهرًا. اشتملت العملية التجريبية على ثلاث مجموعات من TVS-2M، تحتوي كل منها على 12 قضيب وقود. استخدم ستة من هذه القضبان سبيكة 42CrNiMo، بينما كانت تغليفات البقية مصنوعة من سبيكة الزركونيوم المطلية بالكروم. في حال حدوث طارئ، ستقوم هذه المواد الجديدة إما بإلغاء التفاعل بين البخار والزركونيوم تمامًا أو بتقليل تطوره بشكل كبير داخل قلب المفاعل.
“بالنظر إلى جميع العوامل – الاقتصادية، والتكنولوجية، والتنظيمية، والإجرائية – نجد أن الخيار الأمثل للتطبيق التجاري هو التغليف المصنوع من سبيكة الزركونيوم المطلية بالكروم التقليدية. لقد أسفر برنامج تطوير ATF عن نتيجة أخرى ضرورية لإغلاق دورة الوقود النووي. حيث تلغي خصائص السطح المطلي بالكروم العديد من العمليات اليدوية أثناء تصنيع الوقود النووي لمفاعلات VVER. كما تعتبر عملية التصنيع الآلي بالكامل شرطًا أساسيًا للإنتاج التجاري للوقود الذي يحتوي على اليورانيوم والبلوتونيوم المعاد معالجته”، أوضح ألكسندر أوغريوموف، نائب الرئيس الأول للبحث والتطوير في TVEL.
أنهت الوحدة الأولى من محطة بالاكوفو للطاقة النووية الفترة الثالثة لتشغيل الوقود التجريبي لمدة 18 شهرًا، والتي تضم وقود REMIX، وهو مزيج من اليورانيوم المعاد معالجته والبلوتونيوم المستعاد من الوقود النووي المستنفد لمفاعلات VVER. من المتوقع استخدام REMIX في المفاعلات الحرارية ذات الماء الخفيف، مما يدمجها في دورة الوقود النووي المغلقة (CNFC).
تم إدخال ست مجموعات من الوقود المحملة بالكامل بقضبان الوقود المبتكرة إلى مفاعل VVER-1000 في أواخر عام 2021. ولم يتم اكتشاف أي انحرافات خلال التشغيل؛ وظلت الأداء النيوتروني ومعايير العمر الافتراضي ضمن الحدود التصميمية. وقد تم استخراج الثلاثة الأخيرة من هذه المجموعات الست من قلب المفاعل في مارس 2026، حيث نجحت أيضًا في اجتياز ثلاث فترات تعبئة وقود مدتها 18 شهرًا. بعد استخراجها من قلب المفاعل، تم وضع مجموعة الوقود المشع في حوض الوقود المستنفد. وحاليًا، توجد ثلاث مجموعات تم استخراجها في عام 2024، بعد انتهاء فترة التعبئة الثانية هناك. وسيتم إرسال المجموعات المبردة إلى المعهد البحثي في ديميتروفغراد لإجراء الفحوصات ما بعد الإشعاعية.
“بالنظر إلى تشغيل قضبان الوقود التجريبية، ومن ثم مجموعات الوقود القياسية، فقد جمعنا خبرة تقارب 10 سنوات في إشعاع وقود REMIX في مفاعل تجاري كبير السعة.”
بعد الانتهاء من الفحوصات الإشعاعية لعمود الوقود المستنفد، سنكون قادرين على تأهيل وقود اليورانيوم-البلوتونيوم لمفاعلات VVER وتقديمه إلى السوق لأول مرة على مستوى العالم. الخطوة التالية ستكون تحميل مفاعل VVER بتركيبات وقود اليورانيوم-البلوتونيوم التي تحتوي على يورانيوم مستنفد وبلوتونيوم بنسبة تصل إلى 5%. وبذلك، نحن بصدد تطوير خط كامل من المنتجات والحلول لمفهوم دورة الوقود النووي المتوازن، بدءًا من اليورانيوم المعاد معالجته وصولاً إلى تركيبات متنوعة من اليورانيوم والبلوتونيوم، كما صرح ألكسندر أوجريوموف.
قام علماء من قسم الوقود بتطوير طريقة تجارية لإنتاج نظير النيتروجين-15، الذي سيتم استخدامه في تصنيع الجيل التالي من وقود النيتريد المختلط من اليورانيوم-البلوتونيوم (MUPN). ومن المقرر استخدام هذا الوقود في مفاعل BREST-OD-300 السريع ضمن مشروع “اختراق”.
نظرًا لأن النيتروجين-15 لا يمتص تقريبًا أي نيوترونات، فإن عددًا أكبر منها سيظل موجودًا في قلب المفاعل. وبالتالي، فإن استخدام النيتروجين-15 يسمح نظريًا بتقليل كمية المواد الوقودية المستخدمة في المفاعل. بالإضافة إلى ذلك، سيساهم النيتروجين-15 في تقليل توليد الكربون-14 غير المرغوب فيه. جميع هذه العوامل ستساهم في تحسين الأداء الاقتصادي والتشغيلي للمفاعل.
لتصنيع النيتروجين-15 في أنظمة الغاز السائل ثنائية الطور، تم إنشاء منشأة مختبرية تجريبية في معهد بوتشيفار (VNIINM). وقد تم اختبار وتحسين العمليات التكنولوجية للحصول على النظير عالي التخصيب، وتم إنتاج الدفعة الأولى من المنتج.
“تشمل أبحاثنا حول الوقود لمفاعلات السرعة كلاً من الوقود المتقدم ومواد الهيكل، وتقنيات تصنيع وقود اليورانيوم-البلوتونيوم، وحلول إعادة معالجته. تهدف جميع هذه التطورات إلى ضمان الأمن الطاقي والسلامة البيئية ضمن إطار الاستدامة، وتوسيع قاعدة الموارد لمحطات الطاقة النووية بأقصى قدر ممكن، مع تقليل النفايات المشعة والوقود المُشع”، كما اختتم ألكسندر أوغريوموف.
