إن المفاعلات الدقيقة، إلى جانب المفاعلات المعيارية الصغيرة، هي محور اهتمام روساتوم. المفاعل SHELF-M هو الأقرب من بينها ليصبح ملموسا. إليكم قصتنا حول ميزات المفاعل وآفاق البناء.
السمات الهيكلية
استطاعة حرارية 35 ميغاواط واستطاعة كهربائية 10 ميغاواط، SHELF-M عبارة عن مفاعل ماء مضغوط، يعمل على ثاني أكسيد اليورانيوم المشتت في مصفوفة سيلومين (سبائك ألومنيوم وسيليكون). ستكون فترة التزود بالوقود ثماني سنوات. يبلغ طول وحدة المفاعل المجمعة بالكامل 11 مترًا وقطرها 8 أمتار. وهو يزن 370 طنًا، ويبلغ عمر خدمته 60 عامًا. يمكن، إذا لزم الأمر، نقل المفاعل من موقع إلى آخر، على سبيل المثال، على بارجة.
حددت مجموعات العمل التي أنشأتها روساتوم والسلطات المحلية للمجتمعات الشمالية في روسيا مواقع تركيب محتملة لوحدة SHELF-M التجريبية. يقول دينيس كوليكوف، كبير مصممي مفاعلات محطات الطاقة النووية الصغيرة في معهد دولزهال لأبحاث وتطوير هندسة الطاقة (NIKIET، جزء من روساتوم): “إننا نعمل على المفهوم والتصميم الفني الأولي لمحطة الطاقة الذرية فيما يتعلق بأحد المواقع المحتملة”.
SHELF-M هو مفاعل من نوع القناة. إن تصميم منطقته النشطة وتركيب الوقود مشابه لتلك المستخدمة في كاسحات الجليد العاملة بالطاقة النووية.
قضبان وقود المفاعل التجريبي مصنوعة من مكونات تم اختبارها والتأكد منها مسبقا. مادة الكسوة، على سبيل المثال، عبارة عن سبيكة كروم – نيكل 42KhNM ، ثبتت مصداقيتها مع الزمن، في حين أن هندسة قضيب الوقود المتصالب مشابهة لتلك المستخدمة في مفاعلات البحث SM-3 و PIK. كبير مصممي وتقنيي تعديل قضيب الوقود الأساسي هو معهد Bochvar الروسي لبحوث المواد غير العضوية (VNIINM، جزء من روساتوم).
يمكن أن يعمل المفاعل SHELF-M في وضع دوران سائل التبريد الأساسي الطبيعي بحوالي 30٪ من استطاعته المقدرة. لا ترى شركة NIKIET أي حاجة لتبريد المفاعل بالكامل عن طريق الدوران الطبيعي حيث من المبرمج أن يتم نقل المفاعل مجمّعًا بالكامل، ولهذا يجب أن تكون له أبعاد محدودة. ومع ذلك، فإن بعض أنظمة سلامة المفاعل SHELF-M تعمل وفقًا لقوانين الطبيعة وحدها: فعلى سبيل المثال، لا تتطلب أنظمة تبريد المفاعل والتهدئة في حالات الطوارئ مصدر طاقة أو مضخات لأداء وظائفها.
حلول للمستقبل
تعمل شركة NIKIET على تصميم مفهوم لوحدة المفاعل وتخطط لإنهائه بحلول نهاية هذا الصيف. سوف يشرعون بعد ذلك بتطوير المواد للأنظمة والمعدات الأولية لوحدة الطاقة.
يتم في الوقت نفسه إجراء دراسات بحثية لتقديم أدلة تجريبية للحلول التقنية المعتمدة للمفاعل. فعلى سبيل المثال، يقوم المهندسون بتحليل ما إذا كان بالإمكان استخدام مكونات معدات مصنوعة بتقنية مضافة أو مواد مركبة في المفاعل. يعلق دينيس كوليكوف قائلا: “إننا نبحث، من بين أمور أخرى، عن حل لاستبدال المواد الهيكلية لقذيفة واقية خارجية شديدة الضخامة بمواد مركبة. من شأن هذا أن يقلل وزن الوحدة بعدة عشرات من الأطنان مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية وقوة الكبسولة”.
يتم، بالإضافة إلى ذلك، إجراء بحث لتطوير نوع جديد من قضبان الوقود للمفاعلات التسلسلية. إنه قضيب وقود ثنائي المعدن تم تطويره في شركة NPO Luch (جزء من روساتوم). ستبقى بنية قلب المفاعل ونوع مجموعات الوقود وحتى هندسة قضبان الوقود كما هي. بينما تكون تركيبة الوقود عبارة عن خيوط معدنية من اليورانيوم موضوعة في سبيكة نيوبيوم. تستخدم قضبان الوقود، التي صنعت بنفس التصميم ولكن باستخدام الزركونيوم، في قلب مفاعل الأبحاث الكازاخستاني IVG.1M.
جهاز التحكم
الأتمتة الروبوتية هي مفهوم آخر تم تطويره للمفاعل الجديد. نظرًا لأن الأفراد لن يتمكنوا من الوصول إلى محتوى المفاعل أثناء التشغيل، فسيتعين تنفيذ العديد من العمليات بواسطة الروبوتات.
يقول دينيس كوليكوف: “نخطط لعمل نماذج لأنظمة روبوتية مسؤولة واختبارها في ظروف العمل. المهمة الأكثر إثارة للاهتمام، برأيي، هي تطوير نظام التحكم عن بعد. لن نكون قادرين على نشره بالكامل في محطة طاقة ذرية تجريبية – سيتم تشغيلها من لوحة تحكم تقليدية. ولكن بعد اختبار النظام في وضع الجاهزية وتأكيد موثوقيته وسلامته في وحدة تجريبية، نأمل أن نجعل جهاز التحكم عن بعد ميزة قياسية”.
ركن التسوق
توجد سوق واسعة للمفاعلات المعيارية باستطاعة تصل إلى 10 ميغاواط لكل وحدة. وستحل على المدى المتوسط محل منشآت التوليد المتقادمة، سواء كانت وقودًا نوويًا أو وقودًا أحفوريًا، وستصبح مصادر محلية للكهرباء للمنشآت الصناعية الجديدة في المناطق النائية بإمداد لامركزي بالطاقة.
خطط Shelf-M
2024 – الانتهاء من التصميم الفني للمفاعل والمعدات الرئيسية لمحطة الطاقة الذرية. بدء الأعمال في الموقع.
بحلول العام 2026 – الانتهاء من اختبارات التحمل على التركيبات الرئيسية والعناصر الهيكلية
بحلول العام 2027 – بدء تسليم المعدات إلى موقع التوزيع
2030 – الحرجية الأولى، الطاقة الأولى، والتشغيل.
2032 – بدء إنتاج وحدات الطاقة SHELF-M الثانية واللاحقة.
