بروتوكول النفايات النووية وحدوده
تنتج محطات الطاقة النووية في العالم حوالي 10,000 طن من نفايات الوقود المستنفذ سنويًا بينما تولد حوالي 10 في المائة من الكهرباء العالمية. على مدى سبعة عقود، طورت الصناعة نظام معالجة مفهوما جيدًا: يذهب الوقود المستنفذ من المفاعل إلى حمامات التبريد، ثم إلى أسطوانات جافة، وأخيرًا إلى مستودعات جيولوجية عميقة. تتقدم فنلندا أكثر من غيرها في بناء مثل هذه المنشأة؛ يتوقع أن يصبح موقع Onkalo على الساحل الجنوبي الغربي عمليًا هذا العام. الولايات المتحدة، من جهتها، لم تتمكن أبدًا من تقديم مستودع Yucca Mountain المعين لها بسبب المعارضة السياسية.
الآن يقترب جيل جديد من تصاميم المفاعلات من التسويق، ويحذر الخبراء من أنها ستتطلب تعديلات — في بعض الحالات كبيرة جدًا — على كل من البنية التحتية المادية للتعامل مع النفايات والأطر التنظيمية التي تحكمها.
وقود جديد، مشاكل جديدة
مفاعلات الغاز عالية درجة الحرارة المبردة، مثل تلك التي تطورها X-energy، تستخدم وقود TRISO — نوى اليورانيوم محاطة بطبقات حماية متعددة مدمجة في كرات الجرافيت. الجرافيت، الملوث أثناء التشغيل، لا يمكن فصله بسهولة عن المادة التي تحتوي على اليورانيوم. يجب معاملة المجموعة بأكملها كنفايات ذات مستوى عالي، مما يجعل تيار النفايات أكبر بكثير من المفاعل المكافئ بالماء الخفيف. تلاحظ X-energy أن الطبقات الحماية في TRISO تلغي الحاجة للتخزين الرطب — يمكن للوقود أن يذهب مباشرة للتخزين الجاف — لكن تحديات المناولة الضخمة تبقى حقيقية.
مفاعلات الملح المنصهر تقدم مشكلة مختلفة. يتم حل الوقود النووي مباشرة في ملح منصهر يخدم أيضًا كمبرد. هذا يعني أن الحجم الكامل للملح المنصهر يعتبر فعليًا نفايات ذات مستوى عالي عند إيقاف المفاعل، أكثر بكثير من التصاميم التقليدية حيث تكون فقط مجموعات الوقود نفايات ذات مستوى عالي.
المفاعلات السريعة ومشكلة الحرارة
مفاعلات الصوديوم المبردة السريعة، ممثلة بتصميم Natrium من TerraPower (الذي حصل على تصريح البناء من NRC في أوائل مارس)، تحرق الوقود بشكل أكثر كفاءة وتستخرج طاقة أكثر لكل وحدة مادة. لكن الوقود المستنفذ من المفاعلات السريعة يحتوي على تركيز أعلى من منتجات الانشطار ويولد حرارة أكثر بكثير لكل وحدة كتلة.
الحرارة هي القيد الهندسي الأساسي في تصميم المستودع. يجب على المستودعات العميقة ضمان عدم تسخين الوقود المستنفذ للصخور المحيطة إلى درجة تعرضها للضرر الهيكلي أو تغييرات في كيمياء المياه الجوفية. يعني الإنتاج العالي للحرارة من وقود المفاعل السريع أن المستودعات تحتاج إلى تباعد أكبر بكثير بين حزم النفايات أو تبريد نشط لفترات أطول قبل الوضع الدائم — كلاهما يؤثر على السعة والتكلفة.
مبرد الصوديوم يقدم أيضًا تعقيدًا كيميائيًا: الصوديوم يتفاعل بعنف مع الماء، لذا لا يمكن ببساطة وضع الوقود الملوث بالصوديوم في حمامات التبريد المائية. قامت TerraPower بتصميم عملية نفخ النيتروجين لإزالة الصوديوم المتبقي أولاً، مما يضيف خطوة معالجة بمتطلبات أمان خاصة بها.
ما تفعله الصناعة بشأن ذلك
نشرت Nuclear Innovation Alliance تقريرًا شاملاً لعام 2024 يفحص مسارات التخلص من كل نوع مفاعل متقدم رئيسي. يتفق معظم الخبراء على أن الأطر المؤسسية الموجودة يمكنها استيعاب أنواع نفايات جديدة بتعديلات هندسية، حتى لو ظلت نطاق تلك التعديلات غير مؤكد حتى تكون المفاعلات تعمل فعليًا. كما يلخص الباحث Allison MacFarlane: "هذه المفاعلات لم تكن موجودة بعد، لذا نحن فعلاً لا نعرف الكثير، بالتفاصيل الدقيقة، عن النفايات التي سوف تنتجها."
هذا المقال يستند إلى تقارير من MIT Technology Review. اقرأ المقال الأصلي.
