تزامنًا مع تجهيز محطة الضبعة.. «روساتوم» تكشف أنواع الوقود النووي

على الرغم من تنوع مصادر الطاقة إلا أن الطاقة النووية المستخدمة لإنتاج الكهرباء تبقى أحد الإنجازات الرئيسية في عصرنا، ذلك لأن هذا المصدر يضمن إمدادات طاقة مستقرة تتمتع بجدوى اقتصادية فعالة من حيث التكلفة دون أن تتعرض البيئة للتلوث ولا يسبب في زيادة انبعاث ثاني أكسيد الكربون، ولهذا السبب تتسم الطاقة النووية أهمية خاصة بالنسبة للبلدان النامية والبلدان ذات الاقتصادات النامية، وبالتالي بالنسبة لهذه البلدان فإن هذا المصدر عبارة عن أداة رئيسية لضمان مكانتهم على خريطة العالم المتقدم في السنوات المقبلة.
هناك ثلاثة أنواع من الوقود النووي - البلوتونيوم والثوريوم واليورانيوم، حيث يعتبر الأخير المصدر الرئيسي للوقود النووي في المفاعلات النووية، في الوقت نفسه يتم استخدام خاصيته الفريدة المتمثلة في الانشطار من خلال تفاعل متسلسل نووي متحكم فيه - تقسيم النواة إلى جزأين، اليورانيوم هو عنصر كيميائي، يرمز له بالحرف "U"، أبيض-فضي اللون، يشبه الفضة أو الفولاذ، يتمتع بكثافة عالية وقادر على إنتاج كمية هائلة من الطاقة مقارنة بالمصادر التقليدية، وللمقارنة فإن 1 كجم من اليورانيوم منخفض التخصيب ينتج طاقة تعادل حرق 100 طن من الفحم عالي الجودة أو 60 طناً من النفط.
ويعمل اليورانيوم كمحرك رئيسي للمفاعلات النووية العاملة في مختلف أنحاء كوكب الأرض. ويتراوح الإنتاج السنوي لليورانيوم الطبيعي في السوق العالمية من 55 ألف إلى 65 ألف طن.
الطريقة المفضلة اليوم لاستخراج اليورانيوم هي طريقة الترشيح، للقيام بذلك يتم حفر الآبار في الصخر، حيث يتم ضخ كاشف كيميائي يعتمد على حمض الكبريتيك. يذوب هذا الكاشف في الأعماق ويصبح مشبعًا باليورانيوم، وبعد ذلك يتم استخراجه من أجل التخصيب، ثم يتم الحصول على مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم أو أنهيدريد اليورانيوم من اليورانيوم، الذي يعمل كوقود نووي بعد التعرض للتنقية الكيميائية، وعلى عكس معدن اليورانيوم النقي، الذي نادراً ما يستخدم بسبب عيوبه، فإن ثاني أكسيد اليورانيوم مستقر، ولا يمر بتحولات طورية، وأقل عرضة للتمدد.
بفضل ثاني أكسيد اليورانيوم يتم تصنيع أقراص مستديرة يتم وضعها في الفرن، بعد ذلك يتم وضع الأقراص في أنابيب الزركونيوم ويتم إغلاق الأطراف، في هذا الشكل لدى هذه الأقراص إشعاع خلفي منخفض، يتم تخزين عناصر الوقود المستهلك لمدة 3-4 سنوات في أحواض ذات نظام درجة حرارة معينة لحماية العاملين من الإشعاع الناتج عن منتجات اضمحلال اليورانيوم.
هنا لا بد من الاشارة إلى إنه سيتم تجهيز محطة الضبعة النووية، التي تقوم شركة روساتوم بتشييدها، بمفاعلات الجيل الثالث الحديثة VVER-1200، ومن المتوقع أن يتم توريد الوقود النووي لمحطة الضبعة من خلال شركة TVEL للوقود التابعة لشركة روساتوم الحكومية، مع العلم أن شركة TVEL تقوم بتزويد الوقود النووي ل 75 مفاعلاً للطاقة في 15 دولة، ناهيك عن تزويد الوقود النووي لمفاعلات البحوث النووية في 9 دول، بالإضافة إلى ذلك تعتبر شركة TVEL أكبر منتج لليورانيوم المخصب لكاسحات الجليد النووية وتحتل مكانة رائدة في إنتاج النظائر المستقرة في السوق العالمية.
بالاضافة إلى ما تم ذكره فإن شركة TVEL مسؤولة أيضًا عن توريد مكونات الوقود النووي منخفض التخصيب لمفاعل ETRR-2 إلى مصر، وتشمل هذه المنتجات مكونات اليورانيوم، بالإضافة إلى المنتجات المصنوعة من سبائك الألومنيوم ومسحوق الألومنيوم، أما فيما يتعلق بمفاعل الأبحاث ذو التصميم الأرجنتيني ETRR-2، الموجود في المركز القومي للبحوث النووية المصرية في إنشاص، فهو يستخدم للبحث العلمي في مجالات فيزياء الجسيمات وعلوم المواد وإنتاج النظائر المشعة.
بدأت روساتوم في هذا العام اختبار مفاعل وقود MOX للمفاعلات من نوع VVER. وحتى الآن هناك في روسيا فقط مفاعل النيوترونات السريع BN-800 في محطة الطاقة النووية بيلويارسك (روسيا) يعمل بوقود MOX، واستنادًا إلى نتائج التشعيع ودراسات ما بعد المفاعل، يعتزم علماء روساتوم إثبات فعالية وسلامة وقود MOX لمفاعلات VVER، التي تشكل أساس الطاقة النووية في روسيا ويتم تشغيلها في محطات الطاقة النووية ذات التصميم الروسي في الدول الأخرى.
وبهدف إجراء الاختبارات قام المتخصصون من معهد بوتشفار لأبحاث التكنولوجيا الفائقة العلمي للمواد غير العضوية، والخبراء من مصنع نوفوسيبيرسك للمركزات الكيميائية والمعمل الكيميائي السيبيري، بابتكار وتصنيع 21 قضيب وقود على أساس وقود حبيبات MOX الذي يحتوي على البلوتونيوم بنسبة 5-12%. أما المجموعة التجريبية التي تم تحميلها في القناة الحلقية لمفاعل الأبحاث MIR تحتوي على 12 قضيب وقود، وعندما تصل إلى مستوى معين من الاحتراق، ستتم إزالتها للدراسات ما بعد المفاعل، وسيتم تركيب عناصر جديدة بدلاً من العناصر التي تم تفريغها.
تقوم شركة روساتوم بتعريف وقود MOX على إنه خليط من أكاسيد البلوتونيوم المشتقة من الوقود المستهلك وأكاسيد اليورانيوم المنضب، والتي تعد نتيجة جانبية لمرحلة تخصيب اليورانيوم في إنتاج الوقود النووي، من المتوقع أن يصل محتوى البلوتونيوم في وقود MOX لمفاعلات VVER إلى حوالي 5.5-7.5%، وهذا سيجعل من الممكن تحقيق قدر أكبر من المرونة والكفاءة في دورة الوقود، مع تقليل تكاليف إنتاج سواء وقود اليورانيوم أو البلوتونيوم أثناء إنتاجه بكميات كبيرة.
هنا من الضروري الاشارة إلى وقود REMIX الذي يتكون أيضًا من خليط اليورانيوم والبلوتونيوم، والذي تُشتق نظائره الانشطارية في الغالب من المواد المعاد تدويرها، ومع ذلك، فإن مكونات الخليط مختلف: يتم استخدام البلوتونيوم في وقود REMIX بكميات أقل، ولكن في خليط مع اليورانيوم 235 غير المحترق وبعض اليورانيوم المخصب الجديد، في حين أن استخدام وقود REMIX سوف يؤدي إلى تقليل استهلاك اليورانيوم الطبيعي في دورة الوقود، وهذا الوقود حالياً يخضع لعملية صناعية تجريبية في محطة بالاكوفو النووية في روسيا.
حالياً يستخدم اليورانيوم الطبيعي المخصب كوقود نووي رئيسي لمفاعلات VVER، ولكن في بعض الحالات يتم استخدام اليورانيوم المتجدد أيضًا، وفي المستقبل القريب، قد يقدم المجتمع الدولي عينات تم التحقق منها من وقود اليورانيوم والبلوتونيوم. وهذا سيفتح الباب أمام التنوع في اختيار تركيبة الوقود، بناءً على متطلبات مفاعل معين واستراتيجية مختارة لدورة الوقود، ومن شأن هذا النهج أن يعزز الجهود الرامية إلى إعادة معالجة الوقود المشع بدلاً من تخزينه على المدى الطويل، وهو ما سيساعد بدوره على تقليل حجم النفايات النووية.