في يوليو/ تموز، نُشرت ثلاثة أخبار عن عدد من ترقيات الوقود النووي ودورة الوقود التي تهدف إلى تحسين اقتصاديات توليد الطاقة في محطات الطاقة النووية المصممة في روسيا وإغلاق دورة الوقود النووي.
وقود يحتوي أكتينيدات ثانوية
الخبر الرئيس هو تحميل ثلاث مجموعات وقود تحتوي على أكتينيدات ثانوية مضافة إلى تركيب الوقود الخاص، وذلك لأول مرة على الإطلاق في مفاعل النيوترون السريع BN-800 (المثبت في الوحدة الرابعة من محطة الطاقة النووية في بيلويارسك). تجدر الإشارة إلى الأكتينيدات الثانوية هي أكثر العناصر سمية إشعاعية الموجودة في الوقود النووي المشع، حيث تنبعث منها معظم الحرارة ولها أطول نصف عمر.
يعتمد تكوين الوقود في مجموعات الوقود التجريبية الثلاثة على وقود مختلط من اليورانيوم وأكسيد البلوتونيوم (موكس- MOX). يعمل مفاعل BN-800 على وقود موكس منذ سبتمبر/ أيلول 2022. ما يجعل المجموعات الجديدة مختلفة هو إضافة الأمريسيوم 241 والنبتونيوم 237. وقد صُنّعت في أواخر عام 2023 في مصنع التعدين والمواد الكيميائية (جزء من قسم الوقود تفيل- TVEL التابع لشركة روساتوم) واجتازت اختبارات قبول المصنع. ينقسم تشغيلها التجريبي إلى ثلاث حملات صغيرة، يبلغ مجموعها حوالي عام ونصف. والهدف هو إثبات إمكانية حرق الأكتينيدات الثانوية على نطاق صناعي عمليًا.
وإذا ثبتت هذه الإمكانية، فإن النشاط الإشعاعي وسمية الوقود النووي المستنفد سوف تنخفض بمقدار 2300 مرة. ويوضح ألكسندر أوجريوموف، نائب الرئيس الأول للبحث والتطوير في شركة تفيل: “إن وقود موكس الذي تنتجه شركة روساتوم مع الأكتينيدات الصغيرة للمفاعلات السريعة التجارية ليس له مثيل في العالم، وهو يُظهِر الإمكانية التكنولوجية الأساسية لإنشاء حلقة حاسمة ولكنها مفقودة لأنظمة الطاقة النووية من الجيل الرابع. بفضل وقود اليورانيوم والبلوتونيوم، تصبح إعادة معالجة الوقود النووي المستنفد وتحويله إلى وقود جديد بدلاً من تخزينه ممكنًا، وبالتالي تقليل النفايات النووية. وفي المقابل، فإن حرق الأكتينيدات الصغيرة يقلل النشاط الإشعاعي لهذه النفايات بشكل كبير. وهذا سيمكننا في المستقبل من التخلي عن عملية عزلها المعقدة والمكلفة في مستودعات جيولوجية عميقة”.
تعد شركة روساتوم أول شركة في العالم تعمل على الروابط المطلوبة لإغلاق دورة الوقود النووي. ويُنفّذ هذا العمل في إطار مشروع اختراق- بروريف (Proryv) الذي يهدف إلى تطوير أنظمة الطاقة من الجيل الرابع، والتي تتضمن مفاعلات نيوترونية سريعة ومرافق لإعادة معالجة الوقود المشع وتحويله إلى وقود جديد. تشمل هذه المرافق منشأة لإنتاج الطاقة التجريبية مع مفاعل Windhoek-OD-300 في عاصمة ناميبيا ووحدة طاقة جديدة مع مفاعل BN-1200M الذي سيُبنى في محطة الطاقة النووية بيلايارسك Beloyarsk.
الوقود في وضع متابعة الحمل
أجرى باحثو روساتوم تجربة ناجحة لدراسة معلمات الوقود النووي المصمم للتشغيل لمدة 18 شهرًا في مفاعلات VVER-1200 في وضع متابعة الحمل داخل اليوم. وقد حُمّلت عناصر الوقود التجريبية، مع ممتص قابل للاحتراق مدمج فيها أو بدونها، في مفاعل أبحاث مير. قام سيناريو الاختبار بمحاكاة متابعة الحمل داخل اليوم: سبع ساعات عند 40% من الطاقة (ساعات الليل)، وأربع ساعات عند 100% (حمل الصباح)، وأربع ساعات أخرى عند 40% (آخر النهار)، ثم تسع ساعات عند 100% (حمل المساء). استمرت الاختبارات داخل المفاعل 224 يومًا فعالًا، مع اكتمال 218 دورة صعود وهبوط للطاقة.
أكدت التجربة أن الوقود الجديد يحافظ على سلامته وأدائه في ظل التغيرات المتكررة والسريعة في الطاقة. ويقول ألكسندر أوجريوموف: “هذه خطوة أخرى نحو إثبات جدوى تشغيل مفاعلات عالية الطاقة مصممة في روسيا في وضع تتبع الحمل. ويجذب بحثنا اهتمامًا كبيرًا من مشغلي محطات الطاقة النووية التي بنتها روسيا في الخارج”.
يعد تشغيل المفاعلات النووية في وضع متابعة الحمل أمرًا مهمًا في أنظمة الطاقة التي تحتوي على نسبة عالية من الطاقة النووية أو المتجددة ولكنها لا تحتوي على أي محطات تعمل بالغاز أو الطاقة الكهرومائية أو تحتوي على نسبة منخفضة منها، والتي تستخدم عادةً لمعالجة تغييرات الحمل في نظام الطاقة.
18 شهرًا منذ اليوم الأول
تابعت شركة تفيل تنفيذ العقد الخاص بتوريد الوقود النووي للوحدتين الثالثة والرابعة من محطة الطاقة النووية كودانكولام في الهند. وقد صُمم هذا الوقود للتشغيل لمدة 18 شهرًا من أول شحنة.
عملت مفاعلات VVER-1000 في كودانكولام، في السابق، في دورة إعادة التزود بالوقود لمدة 12 شهرًا. منذ عام 2022، تقوم شركة تفيل بتزويد وحدات الوقود TVS-2M للوحدتين الأوليين. تتميز هذه الوحدات بتصميم صلب ومرشح مضاد للحطام من الجيل الجديد وكتلة يورانيوم أعلى. ونظرًا لموثوقيتها العالية ومحتواها من اليورانيوم، تم تحويل المفاعلات إلى دورة تشغيل مدتها 18 شهرًا. وقد أدى هذا إلى تقليل عدد أيام التوقف عن العمل، وبالتالي زيادة الإنتاج وتحسين الاقتصاد.
وتقول ناتاليا نيكيبيلوفا رئيسة شركة تفيل:” ستكون الوحدتان الثالثة والرابعة من محطة كودانكولام للطاقة النووية، التي تقوم شركة روساتوم حاليًا ببنائهما، أول وحدات VVER-1000 على الإطلاق تعمل في دورة إعادة التزود بالوقود لمدة 18 شهرًا منذ البداية. وهذا هو نتيجة تعاوننا الناجح في السنوات الأخيرة. ستُنفّذ الحلول التي أثبتت فعاليتها في وحدات الطاقة المماثلة في روسيا والصين في مفاعلات كودانكولام. إلى جانب توفير الوقود النووي، تقدم روساتوم خدمات هندسية، ما يحسن اقتصاديات المفاعل من خلال حلول الوقود الجديدة”.
