اتخذت روساتوم خطوة أخرى نحو إغلاق دورة الوقود النووي، حيث تم تحميل المزيد من مجموعات وقود موكس (MOX) في المنطقة النشطة للمفاعل BN-800 في وحدة الطاقة رقم 4 في محطة بيلويارسك أثناء عمليات الصيانة المجدولة. يشغل وقود موكس الآن 60٪ من الحجم الكلي للمنطقة النشطة. تمت في أواخر كانون الثاني/يناير 2022، إعادة وحدة المفاعل إلى استطاعتها الكاملة.

كانت روسيا أول دولة، وما زالت، تبذل عملاً مكثفًا “لإغلاق” دورة الوقود النووي باستخدام مفاعلات نيوترونية سريعة. يشير الاختصار الروسي BN-800 إلى مفاعل عامل على النيوترونات السريعة “باستطاعة 800 ميغاواط مبرّد بوساطة الصوديوم”. تم إطلاق المفاعل في كانون أول/ديسمبر 2015، واكتسب خبرة واسعة في استخدام وقود موكس، وكذلك في التعامل مع التجميعات المشععة المحتوية على نفس نوع الوقود النووي ومعالجتها.

موكس يعني “أكسيد مختلط -‘mixed oxide’”. إن أكسيد البلوتونيوم هو المكوّن الأول لمزيج الوقود. يتكون وقود موكس من بلوتونيوم منخفض مستوى التخصيب، يتم الحصول عليه عن طريق إعادة معالجة الوقود النووي المنضب من مفاعلات نيوترونية سريعة مبردة بوساطة الصوديوم والبلوتونيوم عالي مستوى التخصيب المستخرج من الوقود النووي المشع في مفاعلات طاقة من من طراز VVER. يختلف البلوتونيوم عالي مستوى التخصيب عن مثيله منخفض المستوى بمحتواه النظائري. فعلى سبيل المثال، يحتوي البلوتونيوم عالي مستوى التخصيب على نصيب أكبر من النظائر ذات الأرقام الزوجية، والتي تتكون في مفاعلات الطاقة (مفاعلات VVER ومفاعلات الطاقة الكبيرة متعددة القنوات) ويمكن حرقها في مفاعلات عاملة على النيوترونات السريعة.

المكوّن الثاني لمزيج الوقود هو اليورانيوم المنضب الذي يتم الحصول عليه في مرحلة التخصيب. نعم، إنه اليورانيوم الذي يعتبره الكثيرون “نفايات”. توضح شركة “النفايات” هي مادة أولية لجيل جديد من الوقود.

تم إنتاج المجموعات التجريبية التي تحتوي على وقود موكس في معهد البحوث العلمية للمفاعلات الذرية (هو جزء من شركة روساتوم) وتم تحميلها في المفاعل أثناء التزويد الأول بالوقود في العام 2015. بدأ التصنيع التجاري لوقود موكس في أواخر العام 2018؛ تم تحميل الدفعة الأولى من مجموعات وقود موكس التسلسلية في المنطقة النشطة للمفاعل BN-800 في مطلع العام 2020. صنفت إحدى أكثر وسائل الإعلام شهرة في الصناعة، مجلة POWER، هذا الحدث بين أفضل 12 حدثًا لهذا العام. تم، أثناء إجراء أعمال الصيانة المجدولة في بداية العام 2021، تزويد المفاعل للمرة الأولى بوقود موكس فقط، مع 160 مجموعة من تجميعات موكس تم تحميلها في المنطقة النشطة للمفاعل.

عموما، يعتبر الانتقال إلى المنطقة النشطة للمفاعل التي تتكون من مجموعات وقود موكس فقط إجراءً بسيطًا للغاية.. تتم عمليات إعادة التزود بالوقود وفقًا لنمط قياسي: يتم استبدال ثلث كمية مجموعات الوقود أثناء كل انقطاع للتزود بالوقود. ومن المقرر أن يتم ملء المنطقة النشطة للمفاعل بوقود موكس فقط بحلول نهاية العام الحالي.

تعتبر عمليتا تصنيع الوقود وتشغيل المفاعل آمنتين تمامًا. تم الإقرار، بعد تقييم استقرار المفاعل من قبل المشروع الدولي للمفاعلات النووية المبتكرة ودورات الوقود في العام 2012، بأن تصميم المفاعل BN-800 العامل بوقود MOX ملب لجميع متطلبات مفاعلات الجيل 3+. إن جميع عمليات تصنيع الوقود التي تشمل البلوتونيوم عالي مستوى التخصيب مؤتمتة بالكامل. كما أن آليات إعادة التزود بالوقود في المفاعل BN-800 مؤتمتة أيضًا، حيث تم خفض العمليات اليدوية إلى الحد الأدنى.

ما يميز تصميم المفاعل BN-800 هو أن منطقته النشطة محاطة بمنطقة تكاثر مليئة بالمواد الخصبة (يورانيوم منضب). يتحول اليورانيوم المنضب في تلك المنطقة، عند تعرضه للإشعاع، إلى مادة نووية، يمكن تحويلها إلى وقود نووي. إن هذا هو جوهر دورة الوقود النووي “المغلقة” – خفض استخدام اليورانيوم الطبيعي إلى الحد الأدنى مع تقليل كمية النفايات. بما أن اليورانيوم الطبيعي يحتوي على أقل من 1% من اليورانيوم 235، فإن إدراج اليورانيوم المنضب في دورة الوقود النووي قد يزيد بعشرات المرات من كمية الوقود التي يتم الحصول عليها من جزء واحد من اليورانيوم الطبيعي.

تعد شركة روساتوم، بالإضافة إلى تنفيذ دورة الوقود النووي المغلقة القائمة على المفاعلات السريعة المبردة بوساطة الصوديوم، أول شركة في العالم تحاول إغلاق الدورة باستخدام مفاعلات سريعة مبردة بوساطة الرصاص. يسمى هذا المشروع بروريف (وهو ما يعني بالروسية اختراق).

قامت روساتوم، كجزء من مشروع بروريف ببناء مفاعل من نوع بريست باستطاعة 300 ميغاواط ووحدة تصنيع الوقود وإعادة تصنيعه. سيستخدم مفاعل BREST-300 وقودًا جديدًا – مزيج من نيتريدات اليورانيوم والبلوتونيوم (MUPN – هي الحروف الأولى من عبارة  mixed uranium plutonium nitride). لا يحتوي المزيج، كما يستشف من تسميته، على أكاسيد بل على نيتريدات اليورانيوم والبلوتونيوم. وقود مون أكثف من وقود موكس، لذلك فهو يحتوي على معايير أفضل لتكاثر البلوتونيوم. يختبر الباحثون الوقود الجديد ويدرسون مواصفاته.

أخيرًا، تعمل روساتوم على تصميم مفاعل نيوتروني سريع باستطاعة أكبر ومبرد بوساطة الصوديوم هو BN-1200. عقدت ثلاثة مجالس فنية اجتماعًا مشتركًا في أيلول/سبتمبر الماضي لتقييم تصميم المفاعل المحدث BN-1200M (“M” تعني “محسّن”) في ضوء مشروع بروريف. تمت الموافقة على التصميم.

إن الغرض من تصميم المفاعل BN-1200 هو جعل دورة الوقود النووي المغلقة خيارًا فعالًا من حيث التكلفة ومجديًا تجاريًا وإمكانية الانتقال إلى ما يسمى بخطة توليد الطاقة النووية المؤلفة من مكوّنين. وهي تفترض أن مفاعلين من طراز VVER والعامل على النيوترونات السريعة – مكوّنا نظام الطاقة – سيعملان في سلسلة عملية واحدة. يعمل الباحثون في الوقت الحاضر على اختيار النسبة المثلى للمفاعلين السريع والحراري.

ستجعل حلول التصميم الجديدة وأحدث التقنيات الهندسية المفاعل BN-1200 فعالاً من حيث التكلفة. يوفر التصميم الجديد للمفاعل، على وجه الخصوص، نفس حجم وعاء ضغط المفاعل مثل المفاعل BN-800، ولكن استطاعته ستكون أكبر. ستجعل خطوط الأنابيب الأقصر والمعدات التي تم تحديثها المفاعل الجديد أقل كثافة في استخدام الفولاذ، مع مزيد من التحسينات في القائمة.

لقد تم إنجاز الكثير من الأمور للمفاعل  BN-1200 أثناء إنشاء سابقه  BN-800، مثل خطوط الأنابيب الإضافية ووصلات الشبكة وحتى أجزاء تجميع  وعاء ضغط المفاعل (على النقيض من  مفاعلات VVE لا يتم استلام أوعية ضغط مفاعل النيوترونات السريعة من المصنع، بل يتم تجميعها مباشرة في موقع البناء)

سيتم بناء المفاعل الجديد، وفقًا للخدمة الصحفية لمحطة الطاقة الذرية بيلويارسك، بحلول العام 2035.