تم تحميل مفاعل BN-800 في محطة بيلويارسك للطاقة النووية بوقود موكس الذي يحتوي على الأمريسيوم والنبتونيوم
خلال عملية إعادة التزود بالوقود المقررة في الوحدة ٤ في محطة بيلويارسك للطاقة النووية في مدينة بيلويارسك، تم لأول مرة تحميل مفاعلها النيوتروني السريع BN-800 بمجموعات اختبارية من وقود موكس من اليورانيوم والبلوتونيوم تحتوي أيضًا على ما يسمى بالأكتينيدات الثانوية، وهي أكثر المكونات ذات سمية إشعاعية وطويلة العمر من الوقود النووي المشعع.
وقد تمت الموافقة على تحميل الوقود المبتكر في قلب المفاعل من قبل الجهة الرقابية الروسية المخولة روستيخنادزور (الخدمة الفيدرالية للإشراف البيئي والتكنولوجي والنووي)، والتي أكدت تشغيله الآمن. وقد استؤنف تشغيل وحدة الطاقة بعد إعادة التزود بالوقود.
وقد تم تصنيع حزم موكس الاختبارية الثلاث التي تحتوي على الأمريسيوم-241 والنبتونيوم-237 في مجمع التعدين والكيميائيات التابع لروساتوم في أواخر عام 2023. وسيخضعون للتشغيل التجريبي في مركز BN-800 خلال ثلاث حملات مصغرة (خلال حوالي عام ونصف).
ومن جانبه أوضح إيفان سيدوروف، مدير محطة الطاقة النووية في بيلويارسك:"يجب أن تؤكد الحملة المصغرة التالية لمفاعل BN-800 تجريبياً إمكانية استخدام الأكتينيدات الثانوية للاغراض الصناعية. إن إمكانية التخلص من الأكتينيدات الثانوية هي ميزة المفاعلات النيوترونية السريعة، والتي تسمح بتقليل حجم النفايات المشعة من البنية التحتية الكاملة لدورة الوقود النووي لتشغيل محطة الطاقة النووية".
ووفقًا لتقديرات العلماء، فإن الحرق اللاحق للأكتينيدات الثانوية في دورة الوقود النووي المغلقة سيمكن من عزل المعادل الإشعاعي للمادة الأولية لليورانيوم والنفايات النووية في غضون 300 سنة فقط، أي أسرع بـ 2300 مرة (حوالي 700 ألف سنة في دورة الوقود النووي المفتوحة).
وقد تم تطوير تكنولوجيا تصنيع وقود موكس، بما في ذلك الحزم ذات الأكتينيدات الثانوية، من قبل قسم الوقود في روساتوم (الذي تديره شركة TVEL JSC). وقد قام مهندسو روساتوم بالتحقق من 38 تقنية للتحكم التحليلي في خصائص الوقود النووي والتحقق من صحتها من أجل مشروع تصنيع حزم وقود موكس مع الأكتينيدات الثانوية باستخدام التكنولوجيا الداخلية الشائعة والمعدات الصناعية العادية.
"إن حزم وقود موكس مع الأكتينيدات الثانوية، المصنعة لمفاعل سريع تجاري واسع النطاق، فريدة من نوعها تماماً. وهذا يدلّ على الإمكانية التكنولوجية الأساسية لإنجاز أهم مكوّن من مكوّنات الجيل الرابع من أنظمة القوى النووية. وتعد خدمة حرق الأكتينيدات الثانوية بعد الاحتراق في الوقود النووي للمفاعلات السريعة منتجاً جديداً تماماً بالنسبة للصناعة النووية العالمية. ويسمح وقود اليورانيوم-البلوتونيوم نفسه بتوسيع قاعدة الوقود المخزن المخصص لتغذية صناعة الطاقة النووية، وإعادة تدوير الوقود النووي المستنفد بدلاً من تخزينه، وتقليل حجم النفايات النووية. وعلاوة على ذلك، فإن استخدام الأكتينيدات الثانوية هو أيضاً فرصة لتقليل النشاط الإشعاعي للنفايات بشكل كبير، مما سيمكن في المستقبل من التخلي عن دفنها العميق المعقد والمكلف".
تعد روسيا الآن الدولة الوحيدة التي تطور نظام طاقة كامل من الجيل الرابع يعتمد على تقنيات دورة الوقود النووي المغلقة. في سيفيرسك، غرب سيبيريا، تقوم روساتوم ببناء مجمع الطاقة التجريبية، بما في ذلك وحدة الطاقة مع المفاعل السريع BREST-OD-300، ووحدة تصنيع / إعادة تصنيع الوقود النووي، ووحدة إعادة تدوير الوقود المشعع.
يمكن تزويد مفاعلات النيوترونات السريعة بالوقود ليس فقط باليورانيوم المخصب، ولكن أيضًا بالمنتجات الثانوية لدورة الوقود النووي، مثل اليورانيوم المنضب والبلوتونيوم المستخرج من الوقود النووي المستهلك. إن ما يسمى بالحرق اللاحق للأكتينيدات الصغيرة في مفاعل سريع هو الخطوة التالية للصناعة النووية الروسية في إغلاق دورة الوقود النووي. وتحت تأثير النيوترونات السريعة، سيتم تقسيمها إلى عناصر أقل خطراً.
اليوم، تقوم محطة بيلويارسك للطاقة النووية باختبار عناصر التكنولوجيا المستقبلية، حيث يجري تصميم مفاعل سريع جديد ذو سعة عالية.
وفي هذا الصدد علق ألكسندر شوتيكوف، المدير العام لقسم الطاقة في روساتوم: "استنادًا إلى تجربة تشغيل وحدات الطاقة الفريدة من نوعها في محطة بيلويارسك للطاقة النووية التي تعمل بمفاعلي BN-600 و BN-800 السريع، يجري اليوم تطوير وحدة طاقة متسلسلة بمفاعل سريع. كما سيتم بناء أول وحدة من هذا النوع مع مفاعل BN-1200M في محطة بيلويارسك للطاقة النووية أيضًا. وستمكننا الحلول التكنولوجية الجديدة من الاستفادة الكاملة من إمكانات الطاقة الكامنة في مخزون اليورانيوم المغذي، وكذلك الوصول الى مستوى جديد من الأمان".
مرجع
الأكتينيدات الثانوية هي عناصر تتشكل في الوقود النووي المشتق من اليورانيوم (بالإضافة إلى البلوتونيوم) أثناء التشغيل في أي مفاعل. تعتبر نظائر النبتونيوم والأمريسيوم والكوريوم ذات أهمية خاصة، لأنها تجعل إعادة معالجة الوقود النووي المشعع وإدارة النفايات المشعة معقدة بشكل خاص. هذه العناصر مشعة وسامة للغاية، وتبعث الكثير من الحرارة، ولها نصف عمر طويل، وهي أخطر مكونات النفايات النووية. كل هذا يتطلب شروط خاصة للنقل والتخزين والعزل النهائي.
إدارة الأكتينيدات الثانوية
تهدف الصناعة النووية التقليدية إلى التخزين على المدى الطويل والتخلص النهائي من نفايات إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك دون استعادة الأكتينيدات الثانوية. تتطلب هذه الطريقة ضمان سلامة المرافق لنحو مليون سنة وتكاليف كبيرة للتخلص منها. لم يتم بعد تنفيذ ممارسات التخلص الجيولوجي العميق بشكل كامل في أي مكان في العالم. إن خلط الأكتينيدات الثانوية في وقود المفاعلات السريعة سيمكن من حرق الأمريسيوم والنبتونيوم، وتقليل حجم النفايات الموجهة للتخلص العميق بشكل كبير، وسيجعل التخلص من النفايات بالقرب من السطح أمرا محتملا في المستقبل.
وقود MOX للمفاعلات السريعة
تختلف كريات وقود MOX عن الوقود النووي التقليدي الذي يحتوي على اليورانيوم المخصب، وتعتمد على مزيج من مشتقات دورة الوقود النووي، مثل أكسيد البلوتونيوم المولد في المفاعلات التجارية، وأكسيد اليورانيوم المنضب الذي يأتي من إزالة فلورة سادس فلوريد اليورانيوم المنضب (UF6). ) ما يسمى بالمخلفات الثانوية لمنشآت تخصيب اليورانيوم.
تم تحميل الدفعة التسلسلية الأولى من وقود MOX في قلب مفاعل BN-800 في يناير 2020. وبعد مرور عام، خضعت المنشأة لأول عملية تزود كاملة بالوقود MOX. لاحقًا، بعد انجاز عمليتين كاملتين للتزود بالوقود، تم استبدال جميع حزم وقود اليورانيوم بوقود MOX المبتكر.
تستخدم مفاعلات النيوترونات الحرارية، التي تشكل جوهر صناعة الطاقة النووية الحديثة، حوالي 1% من اليورانيوم الطبيعي، أما الـ 99% المتبقية في الواقع يتم إرسالها للتخزين المؤقت أو التخلص منها كنفايات مشعة. تنتج المفاعلات السريعة، التي تستخدم خليطًا من أكاسيد اليورانيوم والبلوتونيوم كوقود، ما يكفي من البلوتونيوم لدعم تطوير صناعة الطاقة النووية.
تعد دورة الوقود النووي المتوازنة (NFC) منتجًا معقدًا لشركة روساتوم وهو يعتمد على حلول عملية مبتكرة لإغلاق دورة الوقود النووي، والتي تمكن من إعادة المعالجة الفعالة للوقود النووي المشعع وتضمن الإدارة الرشيدة للمنتجات بعد المعالجة، سواء المفيدة (اليورانيوم والبلوتونيوم) أو التي تم التخلص منها (المنتجات الانشطارية).
يهدف NFC المتوازن بشكل أساسي إلى التخفيض الرئيسي لحجم وتأثير النفايات المشعة التي يتم التخلص منها.
دورة الوقود النووي المتوازنة:
- تحسين سلامة إدارة النفايات النووية والحد من المخاطر البيئية.
- يعالج مشكلة الأجيال القادمة ويعطي نمطاً للاستهلاك والإنتاج المستدامين.
- تقليل حجم ومستوى خطورة النفايات التي يتم التخلص منها إلى الحد الأدنى.
- إعادة استخدام المواد الخام القيمة في دورة الوقود النووي المتوازنة أي إعادة تدوير المواد النووية.