لمشروع خطوات العلوم الكبرى نحو الأمام في روسيا من الاكتمال. في 8 فبراير/ شباط، تم أخيراً إطلاق الطاقة لمفاعل الأبحاث PIK. بعد يومين، في 10 فبراير، أصدرت الوكالة الروسية للرقابة النووية (روستيخنادزور) رخصة بناء لوحدة طاقة تجريبية بمفاعل النيوترون السريع BREST-OD-300. كلا المشروعين فريدان من نوعهما.

PIK

PIK هو اختصار باللغة الروسية لــ«مفاعل أبحاث عالي التدفق». تتمثل الوظيفة الرئيسية لمفاعل PIK، كما يوحي اسمه، في توليد حزم نيوترونية عالية التدفق.

يتم استخدام تدفق النيوترونات في العديد من التخصصات، بما في ذلك علم الأحياء، والطب، وعلوم المواد وعلم  الآثار كوسيلة متعددة الأغراض لعمليات البحث. وتساعد طريقة التشتت النيوتروني في الحصول على معلومات  مفصلة حول الأنظمة الدقيقة والنانوية. كما أن استخدام  النيوترونات الباردة، أي النيوترونات ذات الطاقات المنخفضة، وتقنيات التشتت بزاوية صغيرة والقياس  الانعكاسي، تمكّن الباحثين من إلقاء نظرة أعمق على  فيزياء البوليمرات، والتشتت النانوي وغيرها من الهياكل  المضطربة الطويلة.

للمفاعل تاريخ طويل وصعب. بدأ تشييده في أوائل سبعينات القرن الماضي، «العصر الذهبي» للتكنولوجيا النووية السوفيتية. بحلول عام 1986، كان تشييد PIK قد اكتمل بنسبة 70%  تقريبًا، ولكن بعد كارثة تشيرنوبيل، كان لابد من تعديل بعض أنظمة المفاعلات، يليها تركيب أنظمة أمان إضافية وإنشاء مبانٍ وهياكل جديدة. وفقط في 8 فبراير عام 2021، تم أخيراً إطلاق المفاعل.

قال ميخائيل كوفالتشيوك، رئيس معهد كورتشاتوف، حيث يقع PIK، خلال مراسم الإطلاق: «إنه نجاحنا المشترك – نجاح المجتمع الأكاديمي، نجاح مؤسسة روساتوم وبالطبع معهد كورتشاتوف. إن النتيجة التي تم تحقيقها لم تتحقق إلا بفضل تعاوننا الوثيق والفعال».

PIK هو مشروع دولي: تم تطويره بمساعدة باحثين ألمانيين، كما تم تصنيع جزء من معداته في ألمانيا. وقع معهد كورتشاتوف بالفعل اتفاقية مع فرق بحث أجنبية. قال ميخائيل كوفالتشوك: «لقد وقعنا اتفاقية مع زملائنا البيلاروسيين قبل يومين فقط… وهي تنص على مشاركتهم في إجراء التجارب باستخدام PIK». ووفقًا له، هناك باحثون من دول مختلفة يعربون عن اهتمامهم بالتعاون.

سوف تواصل روسيا بناء وإطلاق مفاعلات الأبحاث. قال أليكسي ليخاتشيوف، المدير العام لمؤسسة روساتوم:  «مشروع آخر في هذا المجال ينفذه المعهد المشترك للأبحاث النووية في دوبنا ومعهد أبحاث المفاعلات الذرية في ديميتروفغراد. إنها MBIR، وهي منشأة بحثية بها مفاعل نيوتروني سريع متعدد الأغراض. بفضل هذين المفاعلين، سنلبي بالفعل إجمالي الطلب العالمي للأبحاث حول النيوترونات. إن هذا الأمر مهم من حيث العلوم الأساسية وتطوير الطاقة النووية، ولاسيما الانتقال إلى الجيل الرابع من المفاعلات النووية».

من المتوقع أن يتم تشغيل PIK بالكامل في عام 2022.

مفاعل BREST

يرمز BREST-OD-300 إلى «مفاعل نيتروني سريع بتبريد الرصاص». قدرته الكهربائية 300 ميغاواط. يحتوي المفاعل على نظام متكامل: يتم وضع مولدات البخار داخل برميل من الصلب المتعدد الطبقات وخرسانة أساسية

إن استخدام مبرد الرصاص بنقطة غليان عالية نسبيًا (حوالي 1700 درجة مئوية) ووقود أحادي النيتريد عالي الكثافة مع درجة حرارة انصهار تزيد عن 2800 درجة مئوية، وإزالة الحرارة المتبقية السلبية، وإمكانية دوران سائل التبريد حتى مع إيقاف المضخات، انه يعد من أنظمة السلامة الطبيعية لمنع الحوادث الخطيرة.

مع إصدار الترخيص النظامي، يُسمح لمؤسسة روساتوم بالبدء في بناء المفاعل.

يعتبر BREST-OD-300 جزءًا من مركز الأبحاث التجريبي (ODEK)، والذي يتم بناؤه حاليًا في سيفيرسك (منطقة تومسك). سيضم المركز أيضًا منشأة لتصنيع الوقود /إعادة تصنيعه، ومنشأة لمعالجة الوقود المستهلك. إن مرفق التصنيع/ إعادة التصنيع قيد الإنشاء بالفعل.

أشارت نتاليا نيكيبيلوفا، رئيسة شركة TVEL (تفيل للوقود النووي في مؤسسة روساتوم) إلى أن «جميع الأنظمة والمعدات الرئيسية لمفاعل BREST ومنشآت التصنيع /إعادة التصنيع ومعالجة الوقود المستهلك لا مثيل لها على الإطلاق. يتعين على فريق مشروع (بروريف) حل المهام غير الروتينية في كل من إدارة الإنشاءات وبرنامج مكثف للأبحاث اللازمة للجزء الفني من تصميم المفاعل».

على مدار ثمانية أعوام حتى الآن، شاركت تفيل وشركتها الفرعية مصنع سيبيريا للمواد الكيميائية (SCP) في مشروع BREST. أنتج المصنع أكثر من ألف من مجمعات الوقود التجريبية التي تحتوي على وقود مختلط من نيتريد البلوتونيوم من اليورانيوم (MUPN). قام مصنع SCP بتجربة تصميمات ومواد إنشائية مختلفة لإيجاد الحل الأمثل للمفاعل. تم تحميل الدفعة الأولى من قضبان الوقود التجريبية في مفاعل BN-600 التابع لمحطة الطاقة النووية بيلويارسك في عام 2014. وفي عام 2016، تم إخراجها ودراستها بدقة. وأظهرت الدراسة أن القضبان حافظت على أبعادها، دون أي عيوب تذكر في أجزائها الهيكلية. تم تحميل عدة مجموعات أخرى، كل منها تحتوي على 61 قضيب وقود، في المفاعل في ربيع عام 2020. تم تطوير التصميم الهندسي لقضبان الوقود لاستخدامها في التشغيل التجاري للمفاعل في معهد بوتشفار الروسي للبحث العلمي للمواد غير العضوية (VNIINM).

من المقرر أن يكون مشروع BREST حاسمًا في عام 2026. وسيؤدي إطلاق مركز ODEK إلى دفع الصناعة إلى الأمام، في طريقها لإغلاق دورة الوقود النووي وزيادة استخدام الطاقة الموجودة في اليورانيوم الطبيعي وتقليل النفايات المشعة.