قبل انعقاد مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ (COP28)، أصدرت الوكالة الدولية للطاقة الذرية تقريرها الخاص بمراجعة التكنولوجيا النووية لعام 2023 والذي يغطي الأحداث الرئيسة لعام 2022 والاتجاهات التي يعتقد خبراء الوكالة أنها ستشكل مستقبل الصناعة النووية العالمية.

تحدد المراجعة 26 جانبًا حول أحدث تطورات الصناعة واتجاهاتها. سننظر في أهمها وأكثرها إثارة للاهتمام أدناه.

إضافات الطاقة النووية

قامت الوكالة الدولية للطاقة الذرية بمراجعة توقعاتها فيما يتعلق بالتوليد النووي العالمي صعودًا للعام الثاني على التوالي. يمكن أن ترتفع الطاقة النووية المركبة إلى 873 غيغاواط بحلول عام 2050 في سيناريو الحالة المرتفعة، بزيادة 10٪ عن توقعات الحالة العالية في العام السابق. وبالتالي فإن حصة الطاقة النووية يمكن أن تنمو من الرقم الحالي البالغ 9.8% إلى 14% من مزيج الكهرباء العالمي. لكي يتحقق هذا السيناريو، سيكون هناك حاجة إلى انتقال نظامي إلى التشغيل طويل المدى من خلال تمديد العمر عبر الأسطول الحالي وسيلزم بناء ما يقرب من 600 غيغاواط من الطاقة الجديدة في الثلاثين عامًا القادمة.

وتقدم روساتوم مساهمة كبيرة في تحقيق هذا الهدف. وتقوم الشركة النووية الروسية ببناء 22 وحدة طاقة في سبع دول، مع إجمالي 33 وحدة في 11 دولة قيد التنفيذ. على مدار 18 عامًا منذ تأسيسها، قامت روساتوم ببناء 18 وحدة طاقة كبيرة، بما في ذلك تسعة مفاعلات خارج روسيا. وقد تم تسليم الوقود النووي الطازج إلى محطة أكويو للطاقة النووية في تركيا ومحطة روبور للطاقة النووية في بنغلاديش خلال هذا العام.

ووفقا للتقرير، يظل تمويل القدرات النووية الجديدة يشكل تحديًا، على الرغم من بعض التطورات الإيجابية في الطريق: في عام 2022، أدرجت الطاقة النووية في تصنيف التمويل المستدام للاتحاد الأوروبي، وكذلك في تصنيفات أخرى في جميع أنحاء العالم. وبشكل عام، تلاحظ الوكالة الدولية للطاقة الذرية تحسنًا في مواقف صناع السياسات تجاه الطاقة النووية بسبب مدخلاتها في إمدادات موثوقة من الكهرباء منخفضة الكربون. وقد أدرجت تركيا ومصر، حيث تقوم شركة روساتوم ببناء محطات الطاقة النووية، الطاقة النووية ضمن مساهماتها الوطنية من أجل مستقبل خالٍ من الكربون بموجب اتفاقية باريس.

مفاعلات معيارية صغيرة

يُعدّ الاهتمام بالتوليد النووي على نطاق صغير أحد أحدث الاتجاهات التي حددتها الوكالة الدولية للطاقة الذرية. ويقول التقرير: “إلى جانب المفاعلات الكبيرة المتقدمة المبردة بالماء، من المتوقع أن تشكل المفاعلات الصغيرة والمتوسطة الحجم الجزء الأكبر من الإضافات في القدرات على مدى العقود الثلاثة المقبلة“.

كانت روساتوم هي الأولى في العالم التي قامت بتشغيل محطة طاقة نووية عائمة، أكاديميك لومونوسوف، وشرعت في ثلاثة مشاريع أخرى للمفاعلات الصغيرة والمتوسطة. أولها بناء أربعة مفاعلات طاقة بحرية لتزويد موقع التعدين “بايمسكي غوك” (Baimsky GOK) بالكهرباء. والثاني هو محطة طاقة نووية برية صغيرة الحجم في ياقوتيا. سيستخدم هذان المشروعان تقنية مفاعل RITM-200 في تعديلات مختلفة. علاوة على ذلك، تعمل روساتوم على بناء محطة طاقة نووية صغيرة مزودة بمفاعل Shelf-M، والذي سيوفر الطاقة لمستودع سوفينوي وحقول الخام المجاورة. وبشكل عام، تعمل شركة روساتوم على تطوير حوالي عشرة تصميمات لمفاعلات لمحطات الطاقة النووية صغيرة الحجم. وتجري المناقشات بين روساتوم وحكومات البلدان الأخرى، وخاصة منغوليا وميانمار، بشأن بناء مفاعلات معيارية صغيرة.

تقنية جديدة

تدرس عديد من البلدان بشكل متزايد إصدارات متقدمة من المفاعلات الحالية المبردة بالماء من أجل النشر التدريجي لدورات الوقود المتقدمة والأكثر كفاءة جزئيًا أو كليًا حسب ما جاء في التقرير: “في الاتحاد الروسي، تُجرى دراسات مفاهيمية حول تبريد المياه التجديدي ولا تزال مفاعلات الطاقة المبردة والمهدئة بالماء ذات الضغط فوق الحرج مستمرة، بما في ذلك إمكانية وجود نواة سريعة الطيف. وتركز التصاميم الأخيرة على الإصدارات المعيارية الصغيرة […]، مع التركيز على تعزيز السلامة والأمن والاقتصاد والاستدامة“. إضافة إلى ذلك، دخلت روساتوم مرحلة تطوير متقدمة بمفاعل التحكم في التحول الطيفي VVER-S (كتبنا عنه في عددنا الأخير).

كما أُشير إلى مفاعلات الملح المنصهر في التقرير ضمن تقنيات التبريد الواعدة. وتسعى روساتوم أيضًا إلى استخدام هذه التكنولوجيا، ولكن ليس لأغراض توليد الطاقة. إذ يهدف مفاعل الأبحاث الذي يستخدم الملح المنصهر كمبرد إلى تجربة تقنية تحويل الأكتينيدات البسيطة للحصول على منتجات انشطارية أقل إشعاعًا. ومن المقرر أن يصبح المفاعل حرجًا في عام 2030.

خُصص قسم منفصل من التقرير لمفاعلات النيوترونات السريعة. هناك خمسة مفاعلات نيوترونية سريعة مبردة بالصوديوم قيد التشغيل في جميع أنحاء العالم: واحد في كل من الصين والهند، وثلاثة في روسيا. وتخطط روساتوم لبناء مفاعل سريع آخر مبرد بالصوديوم، BN-1200، باستطاعة 1200 ميغاواط. ومن المقرر أن يتم صب الخرسانة الأولى للمفاعل في عام 2027. ويتم، حاليًا، بناء وحدة نيوترونات سريعة أخرى مبردة بالصوديوم ــ مفاعل بحثي متعدد الأغراض بقدرة 150 ميغاواط MBIR ــ قيد الإنشاء.

تجذب التقنيات التي تستخدم المعدن السائل الثقيل كمبرد اهتمامًا متزايدًا. كما تتصدر روساتوم هذا الاتجاه أيضًا، حيث إنها الأولى في العالم التي تقوم ببناء مفاعل نيوتروني سريع تجريبي مبرد بالرصاص، BREST-OD-300، باستطاعة 300 ميغاواط.

التطبيقات غير الكهربائية للطاقة النووية

تحدد مراجعة التكنولوجيا النووية توليد الحرارة (بشكل مستقل أو بالتوليد المشترك مع الكهرباء) لتدفئة المناطق أو للأغراض التجارية، وتحلية المياه وإنتاج الهيدروجين باعتبارها أكثر التطبيقات غير الكهربائية الواعدة للطاقة النووية. وتنشط شركة روساتوم في جميع هذه المجالات أيضًا. على سبيل المثال، تقوم شركة أكاديميك لومونسوف Akademik Lomonosov في تشوكوتكا بتزويد مدينة بيفيك القريبة بالتدفئة. ويجري تركيب محطة لتحلية المياه صممتها وصنعتها روساتوم في آكويو لتوفير المياه للمفاعلات واحتياجات الصرف الصحي والشرب ومكافحة الحرائق. تخطط محطة كولا للطاقة النووية لإطلاق منشأة اختبارية لإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي. علاوة على ذلك، تعمل روساتوم على تصميم مفاعل مبرد بالغاز باستطاعة 200 ميغاواط، إضافة إلى محطة لإنتاج الهيدروجين باستطاعة سنوية تبلغ حوالي 110 آلاف طن. ويتوقع أن تُبنى الوحدة الأولى في العام 2032.

اليورانيوم الطبيعي

نقل خبراء الوكالة الدولية للطاقة الذرية في مراجعتهم توقعات عالمية تشير إلى أن الطلب على اليورانيوم خلال السنوات الخمس المقبلة سيرتفع من نحو 160 مليون رطل من U3O8 سنويا إلى نحو 190 مليون رطل. “تحسبًا لمزيد من الزيادات في السعر الفوري لليورانيوم، يُتوقع أن تتطلع إدارات المشتريات في محطات الطاقة النووية إلى شراء مركز خام اليورانيوم مسبقًا وتطوير عقود طويلة الأمد مرة أخرى مع موردي اليورانيوم. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى زيادة السعر الفوري لليورانيوم، والذي من المتوقع أن يرتفع من حوالي 52.00 دولارًا أمريكيًا/رطل U3O8 إلى حوالي 65.00 دولارًا أمريكيًا/رطل U3O8 بحلول عام 2027“. لقد فاق الواقع التوقعات في الوقت الحالي: فقد كان السعر الفوري اعتبارًا من 4 ديسمبر/ كانون الأول 2023 هو 81.45 دولارًا أمريكيًا للرطل.

ويتوقع خبراء الوكالة الدولية للطاقة الذرية: “أن تُفتتح مناجم جديدة لليورانيوم خلال السنوات الخمس إلى العشر المقبلة، في أستراليا والبرازيل وكندا وموريتانيا وناميبيا. ومع ذلك، لن يكون الإنتاج المتوقع من هذه العمليات الجديدة كافيًا لتعويض فجوة العرض المملوءة حاليًا بالمصادر الثانوية. وعلى هذا النحو، من المتوقع أن يزداد نشاط استكشاف اليورانيوم في السنوات المقبلة، بما في ذلك أنواع الرواسب التقليدية وغير التقليدية“.

تجدر الإشارة إلى أن شركة روساتوم تعمل على تطوير الرواسب وإجراء عمليات الاستكشاف في روسيا وكازاخستان، ولديها مشاريع تعدين في تنزانيا وناميبيا.

وقود

حدد خبراء الوكالة الدولية للطاقة الذرية في قطاع الوقود الاتجاهات التالية: تحسين سلامة الوقود في المفاعلات القائمة واسعة النطاق، وتطوير أنواع وقود تتحمل الحوادث، وزيادة الحرق والتخصيب، وتمديد دورات الوقود من خلال زيادة متوسط الاحتراق.

علاوة على ذلك، تتطلب تصميمات المفاعلات الجديدة تطوير أنواع وقود متقدمة. وجاء في التقرير: “[…] ستكون هناك حاجة إلى هاليو (اليورانيوم منخفض التخصيب عالي التخصيب بنسبة تصل إلى 20% في U-235 – RN) لتصنيع عدد من مفاهيم الوقود النووي المبتكرة“. تخطط الولايات المتحدة لإنشاء بنية تحتية لوقود هاليو للمفاعلات المتقدمة، ولكن في الوقت الحالي لا يوجد سلسة توريد متكاملة لإنتاج وقود هاليو إلا في الاتحاد الروسي.

تعمل روساتوم بشكل منهجي على تطوير تركيبات وقود جديدة ومواد هيكلية ليصبح الوقود النووي أكثر أمانًا وأكثر فاعلية من حيث التكلفة. إذ تُدرس تقنيات تصنيع مواد العزل الجديدة – المركبة على وجه الخصوص – لتحسين أداء الوقود. على سبيل المثال، اجتازت عينات العزل المركبة من كربيد السيليكون المرحلة الأولى من اختبارات الأكوام في مفاعل الأبحاث BOR-60 في وقت سابق من هذا العام.

كما تتزايد أهمية تطوير أساليب جديدة لإدارة الوقود النووي المستهلك والتخلص منه. تغطي أنشطة روساتوم عدة مجالات في هذا المجال، أولها هو تصنيع أنواع وقود جديدة من الوقود النووي المستهلك، منها أكسيد اليورانيوم المختلط- موكس (MOX) ووقود اليورانيوم والبلوتونيوم. على سبيل المثال، يعمل المفاعل BN-800 منذ عام الآن بنواة مفاعلة محملة بالكامل تقريبًا بوقود موكس. كما تعمل روساتوم على الحصول على كميات تجارية من وقود نيتريد اليورانيوم والبلوتونيوم المختلط (MUPN).

ثانياً، تعمل الشركة النووية الروسية على تطوير مفهوم دورة الوقود النووي المتوازنة، والتي تنص على إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك، واستخراج المكونات القيّمة منه ومن ثم التحويل للعناصر الأكثر إشعاعاً (الأكتينيدات الثانوية). وقد وصل مفهوم التحويل إلى مرحلة الاختبار داخل الكومة. وفي ديسمبر/كانون الأول، اجتازت مجمعات الوقود الثلاثة الأولى التي تحتوي على وقود موكس المتضمن أكتينيدات ثانوية، الأمريسيوم-241 والنبتونيوم-237، اختبارات القبول في مصنع التعدين والكيماويات (جزء من قسم الوقود في روساتوم). ستُحمّل مجمعات الوقود في مفاعل BN-800 في محطة بيلويارسك للطاقة النووية في ربيع عام 2024. وكما توقع الباحثون، سيُقذف الأمريسيوم والنبتونيوم بالنيوترونات السريعة ويتحللان إلى عناصر أخف وزنًا، والتي سيكون لها نشاط إشعاعي أقل ونصف عمرها أقل من النظائر الأصلية.

ثالثًا، تعمل روساتوم على تطوير أساليب وأدوات وتقنيات للإدارة الآمنة لمختلف أنواع الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة، وتطبيقها بشكل فاعل في إدارة الإرث النووي. لقد نُفّذت هذه الجهود بنجاح لسنوات عديدة، على سبيل المثال، في شمال غرب القطب الشمالي الروسي.

رابعاً، تقوم روساتوم بنشر البنية التحتية للتخلص النهائي من الوقود النووي المستهلك والنفايات المشعة. وأخيرًا، تشارك روساتوم في عدد من مبادرات إعادة التأهيل في مواقع التعدين السابقة. وتم الانتهاء من إحدى هذه المبادرات هذا الخريف في منجم طابوشار السابق لليورانيوم في أوزبكستان، وهو الأول من نوعه في الاتحاد السوفييتي، حيث بدأت عمليات التعدين في منتصف القرن الماضي.

تلخيصًا لما سبق، لا تتماشى أنشطة روساتوم مع اتجاهات الصناعة النووية فحسب، ولكنها تأتي في طليعة هذه الاتجاهات في كثير من الحالات.