الطاقة المتجددةالفيزياء التطبيقية

النقاد يتساءلون عمّا إذا كان المفاعل الجديد “آمنًا”

الموافقة على تصميم مفاعلات الوحدات الصغيرة لشركة NuScale Power وشيكة، لكن خطط التفعيل قد تتأخر لمدة ثلاث سنوات

بقلم:     أدريان تشو

ترجمة: مي بورسلي

المهندسون في شركة NuScale Power يعتقدون أن بإمكانهم إحياء الصناعة النووية الأمريكية المحتضرة من خلال التفكير على نطاق صغير. ففي عام 2007 انبثقت الشركة من جامعة ولاية أوريغون Oregon State University وتسعى جاهدة إلى الحصول على موافقة من هيئة التنظيم النووي الأمريكية U.S. Nuclear Regulatory Commission (اختصارا: الهيئة NRC) لتصميم جديد لمفاعل انشطار يتألف من وحدات صغيرة منفصلة Modular fission reactor مبني في المصنع من المفترض أن يكون أصغر حجمًا وأكثر أمانًا وأرخص من المفاعلات العملاقة العاملة اليوم التي تنتج الطاقة بالغيغاوات (Science, 22 February 2019, p. 806). ولكن أثناء تسارع العملية التي ستستغرق أربع سنوات، فقد اكتشف المراجعون مشكلات في التصميم، بما في ذلك مشكلة يقول النقاد إنها تقوض ادعاء الشركة NuScale: أنه في حالة الطوارئ، فإن مفاعل الوحدات الصغيرة Small modular reactor (اختصارا: المفاعل SMR) سيطفئ نفسه دون تدخل الُمشغّل.

والقضايا المثارة هي من العقبات التقليدية التي تواجه تصاميم المفاعلات الجديدة أثناء إجراءات الحصول على الموافقة، كما يقول مايكل كوراديني Michael Corradini، المهندس النووي من جامعة ويسكونسن University of Wisconsin في ماديسون. ويتابع قائلا: “لا أعتقد أن هذه الأشياء توقف العمل”. ومع ذلك، يقول إم. في. رامانا M. V. Ramana، الفيزيائي الذي يدرس السياسة العامة في جامعة كولومبيا البريطانية British Columbia University of في فانكوفر، والذي كان ينتقد الشركة NuScale، إن المشكلات تُبيِّن أن الشركة قد بالغت في تسويق الادعاء بأن المفاعلات SMRs “آمنة تمامًا”. ويقول رامانا: “لقد أعطوكم المعيار الذي تقيمونهم به وهم يفشلون في تحقيق ذلك المعيار”.

غير أن النقاد يتوقعون أن تصدر الهيئة NRC في سبتمبر 2020 تقرير تقييم السلامة بالموافقة على تصميم الشركة NuScale، والذي سيكون خطوة كبيرة، كما يقول خوسيه رييس Jose Reyes، المؤسس المشارك لشركة NuScale وكبير مسؤولي التكنولوجيا. “هذه هي الوثيقة التي تقول ” هذا التصميم آمن “، كما يقول رييس الذي وضع فكرة المفاعل في عام 1999. ويضيف أن الشركة NuScale ستحل المشكلات الفنية العالقة قبل بناء أي شيء، كما يقول.

ومع ذلك، فقد أخّر أول عميل محتمل لشركة NuScale ، إدارة أنظمة الطاقة في بلدية يوتاه Utah Associated Municipal Power Systems (اختصارا: الإدارة UAMPS)، خططا لبناء محطة طاقة من محطات NuScale، والذي سيشمل عشرات المفاعلات، في مختبر أيداهو الوطني Idaho National Laboratory التابع لوزارة الطاقة Department of Energy (اختصارا: الوزارة DOE). وبحلول عام 2030 سيحين موعد الانتهاء من المصنع الذي تبلغ تكلفته 6.1 بليون دولار، أي بعد ثلاث سنوات مما كان مخططًا له سابقًا، كما يقول المتحدث باسم الإدارة UAMPS لافار ويب LaVarr Webb. ويقول ويب: “لا تزال الإدارة UAMPS ملتزمة جدًا بالمشروع”. “يريد عملاؤنا حقًا إزالة الكربون Decarbonize من إمداداتهم الكهربائية واستبدال الطاقة المولدة من الفحم”. ويقول ويب إن التأخير سيمنح الإدارة UAMPS مزيدًا من الوقت لتطوير طلبها المقدم للحصول على ترخيص الهيئة NRC لبناء محطة الطاقة وتشغيلها. ويضيف أن الصفقة تعتمد على مساهمة الوزارة DOE بمبلغ 1.4 بليون دولار من تكلفة محطة الطاقة.

المفاعل النووي هو في الأساس غلاية Boiler. وتنشطر ذرات اليورانيوم Uranium في مركزها؛ مما يطلق الحرارة والنيوترونات Nuetrons، التي تشطر بدورها ذرات اليورانيوم الأخرى في تفاعل متسلسل Chain reaction. ويدور ماء التبريد ذو الضغط المرتفع عبر لب المفاعل ويحمل الحرارة إلى مولد البخار، حيث يغلي الماء في دائرة منفصلة لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء. ومياه التبريد تعمل أيضًا على إبطاء حركة النيوترونات المسرعة، مما يزيد من احتمال شطر ذرات اليورانيوم.

وقد أدت مخاوف النفقات والسلامة إلى توقف محطات الطاقة النووية على الرغم من زيادة الطلب على الكهرباء الخالية من الكربون. وجاء الحل من الشركة NuScale بتقديم تصميم جديد تمامًا. إذ يعتمد المفاعل التقليدي على مضخات وأنابيب ضخمة لدفع مياه التبريد عبر مركزها وحملها إلى مولد البخار. أما مفاعل NuScale  الذي سيكون ارتفاعه أقل من 25 مترًا، فيحتوي على ثُمن كمية الوقود النووي مقارنة بالمفاعل ذي الطاقة الكبيرة، ويولد أقل من عُشر الطاقة الكهربائية التي تعتمد على الحمل الحراري Convection الطبيعي لتدوير الماء (انظر: الشكل).

كما أنه مصمم ليطفئ نفسه عند الضرورة. وكل مفاعل يوضع داخل وعاء احتواء فولاذي في حوض من الماء يحوي ما يصل إلى اثنتي عشرة وِحدة مستقلة. وعادة، تظل المساحة بين المفاعل ووعاء الاحتواء فارغة، مثل الفراغ في زجاجة الترمس. وفي حالة ارتفاع درجة حرارة اللب أو حدوث تسرب في المفاعل، تطلق صمامات التنفيس البخار في المساحة المفرغة، فتصل الحرارة إلى حوض الماء وتتكثف في قاع وعاء الاحتواء. عندما تتراكم كمية كبيرة من الماء، ستتدفق عائدة إلى المفاعل لإبقاء اللب مغمورًا بأمان. فالشركة NuScale واثقة جدًا من التصميم لدرجة أنها طلبت إلى الهيئة NRC السماح بإنشاء محطاتها من دون أن يحيط بها حزام منطقة الطوارئ القياسية التي يبلغ عرضها 32 كيلومترًا.

أما في مارس 2020 ؛ فقد وجدت لجنة من الخبراء المستقلين ثغرة محتملة في هذا المخطط. فللمساعدة على التحكم في التفاعل المتسلسل، تحتوي مياه تبريد المفاعل على عنصر البورون Boron الذي يمتص النيوترونات على عكس الماء. ولكن البخار يخلف هذا البورون، لذلك سينخفض تركيز العنصر ماء التكثيف في المفاعل ووعاء الاحتواء، كما أشارت اللجنة الاستشارية لضمانات المفاعل Advisory Committee on Reactor Safeguards (اختصارا: اللجنة ACRS) التابعة للهيئة NRC. وعندما تدخل المياه قليلة البورون إلى لب المفاعل، يمكن تصور إعادة إحياء التفاعل المتسلسل وربما تذويب اللب، وهذا ما خلصت إليه اللجنة ACRS في تقرير عن اجتماعها في 5-6 مارس 2020.

وعليه، فقد عدلت الشركة NuScale تصميمها لضمان وجود المزيد من البورون في المياه الراجعة. ويقول رييس إن التغييرات الصغيرة قضت على أي مشكلة محتملة. ومع ذلك، في اجتماع عقد في 21 يوليو 2020، خلصت اللجنة ACRS إلى أن المشغلين لا يزالون يدفعون عن غير قصد المياه منخفضة البورون إلى اللب عند محاولة التعافي من حادث. وقال خوسيه مارش ليوبا Jose March-Leuba، عضو اللجنة ACRS، وفقًا لمحضر الاجتماع: “لا أقول إن هذا [السيناريو] سيحدث… لكن لا أرى حسابات تثبت عكس ذلك”.

في المحصلة، يجب على أي شخص يتقدم للحصول على ترخيص لبناء وتشغيل محطة طاقة بمفاعلات الشركة NuScale – مثلا لصالح الإدارة UAMPS – أن يبتكر إجراء تشغيل يضمن عدم حدوث مثل هذا السيناريو أبدًا. ويجب أن توفر الشركة NuScale التوجيه الضروري، كما جادلت فيسنا ديميترييفيتش Vesna Dimitrijevic ، المهندسة النووية وعضو اللجنة ACRS،  في الاجتماع. والمعضلة توضح الكيفية كيف تكون مشكلة تقنية بسيطة مشكلة مراوغة. ويقول كوراديني: “يعتقد مقدم الطلب أنه لا توجد مشكلة هنا… واللجنة ACRS ليست متأكدة تمامًا وتريد من الموظفين ومقدم الطلب التفكير في الخطوات للتأكد من أن هذه ليست مشكلة”. ويضيف أن موظفي الهيئة NRC، الذين يكتبون تقرير تقييم السلامة، يعتقدون أنه يمكن التعامل مع المشكلة في مرحلة استخراج رخصة التشغيل.

أما إدوين لايمان Edwin Lyman، الفيزيائي في اتحاد العلماء المهتمين Union of Concerned Scientists؛ فيقول إن هذه القضية توجد ثغرة في مصداقية الشركة NuScale. ويقول: “هذه حالة من الحالات التي تقود فيها العلاقات العامة العلم بدلا من أن العكس”. وتقول سارة فيلدز Sarah Fields، مديرة البرنامج في مجموعة مراقبة اليورانيوم البيئية Environmental group Uranium Watch Program، إن أسئلة السلامة المثارة تجادل ضد طلب الشركة NuScale للعمل من دون فرض منطقة تخطيط للطوارئ  حولها. “هذا شيء جنوني لتصميم مفاعل جديد تمامًا وليست لديك خبرة تشغيلية به”.

في حين يقول رييس إن تحليل الشركة يبرر هذا الطلب، فدراسات الشركة NuScale تظهر أنه في ظل أي سيناريو موثوق به، لن يتجاوز الإشعاع في محيط محطة الطاقة الحدود التي أوصت بها اللجنة NRC لحافة منطقة التخطيط للطوارئ التقليدية. ويضيف قائلا إن الإذن بالتخلي عن المنطقة العازلة قد يساعد الشركة NuScale على تسويق مصانعها، حيث تكون المساحات ضيقة.

    كما وجدت اللجنة ACRS بعض المشكلات الأخرى، بما في ذلك مشكلة مع مولد البخار الجديد من الشركة NuScale، والذي يُقام داخل وعاء المفاعل وقد يكون عرضة للاهتزازات الضارة. ومع ذلك، في 29 يوليو 2020، أوصت اللجنة ACRS بأن تصدر الهيئة NRC تقرير تقييم السلامة والموافقة على تصميم الشركة NuScale. ويقول رييس: “إذا كان هناك عيب فادح حقًا، فما كانت اللجنة ACRS لتقدم تقريرًا إيجابيًا”.

“إذا كان هناك عيب فادح حقًا، فما كانت اللجنة ACRS لتقدم تقريرًا إيجابيًا”

خوسيه رييس، الشركة NuScale Power

هذا، و تعتزم الهيئة NRC نشر تقرير تقييم السلامة في سبتمبر، وبحلول نهاية عام 2020 من المتوقع أن تصدر مسودة “قواعد” من شأنها أن توافق موافقة أساسية على التصميم. ولكن هذا لن يُنهي الأزمة التنظيمية. والتصميم الحالي يحدد ناتج مفاعل يبلغ 50 ميغاواط من الكهرباء، بينما تتطلب خطة الإدارة UAMPS  60 ميغاواط. ويقول رييس إن التغيير يتطلب موافقة منفصلة من الهيئة NRC، وخلالها ستحل الشركة NuScale المشكلات الفنية العالقة. المراجعة الإضافية لمدة عامين آخرين ستبدأ في عام 2022.

أمان غير فعال؟

عادة، يعمل الحمل الحراري على تدوير الماء؛ المُطّعم بالبورون لضبط التفاعل النووي عبر مركز المفاعل NuScale (على اليسار). ففي حالة ارتفاع درجة حرارة المفاعل، يتوقف تشغيله وتطلق الصمامات البخار في وعاء الاحتواء؛ حيث يجري توصيل الحرارة إلى الحوض المائي المحيط ويتكثف (المنتصف). يتدفق الماء مرة أخرى إلى المركز؛ مما يبقيه مغمورًا بأمان (يمين). ولكن نسبة البورون في الماء المكثف قد تكون منخفضة، ويخشى المراجعون من أن ذلك قد يتسبب في إعادة تشغيل المفاعل.

© 2020, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى