چین اولین رآکتور هسته‌ای بدون خطر ذوب با ظرفیت ۱۰۵ مگاوات را رونمایی کرد
محققان دانشگاه تسینگ‌هوا در چین اولین رآکتور شکافت هسته‌ای بدون خطر ذوب را با موفقیت به نمایش گذاشتند. این طراحی دوگانه می‌تواند هر یک ۱۰۵ مگاوات توان تولید کند و از سال ۲۰۱۶ در دست توسعه بوده است. این فناوری برای صنعت انرژی هسته‌ای پس از فاجعه ذوب در فوکوشیما در ژاپن بیش از یک دهه پیش، یک گام خوشایند است.
در طی شکافت هسته‌ای، مقدار زیادی انرژی حرارتی تولید می‌شود که برای تولید برق مفید است اما همچنین خطراتی برای واکنش ایجاد می‌کند. رآکتورهای هسته‌ای با مکانیزم‌های سرمایش داخلی طراحی شده‌اند که حرارت را از واکنش دور می‌کنند و در غیر اینصورت رآکتور می‌تواند بیش از حد گرم شود یا حتی منفجر شود.
معمولاً مکانیزم‌های سرمایش از آب یا کربن به عنوان عوامل سرمایشی استفاده می‌کنند و توسط منابع تغذیه خارجی پشتیبانی می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که دمای رآکتور تحت کنترل باقی می‌ماند. در سال ۲۰۱۱، رآکتور هسته‌ای فوکوشیما حادثه نادری را تجربه کرد که در آن هم تغذیه استاندارد و هم تغذیه اضطراری به مکانیزم سرمایش شکست خورد و منجر به ذوب شد.
محققان از آن زمان به طراحی یک رآکتور هسته‌ای که به صورت طبیعی خنک شود و از روش‌های سرمایشی طبیعی استفاده کند پرداخته‌اند. یکی از این طراحی‌ها رآکتور دمای بالای با ماژول بستر سنگریزه‌ای (HTR—PM) است.
رآکتور هسته‌ای با ماژول بستر سنگریزه‌ای چیست؟
رآکتورهای هسته‌ای معمولی از میله‌های سوختی که انرژی بالایی دارند و حاوی مقدار زیادی اورانیوم با مقادیر کمتر گرافیت هستند استفاده می‌کنند. در طراحی رآکتور HTR-PM، میله سوخت معکوس شده و مقدار زیادی گرافیت در آن استفاده می‌شود که اورانیوم درون آن محاط شده است. این باعث می‌شود چگالی انرژی سوخت بسیار کمتر باشد، تقریباً مانند سنگریزه‌ها در یک بدنه آب بزرگتر.
این روش دو مزیت عمده دارد. اولین اینکه واکنش شکافت هسته‌ای بسیار کندتر از رآکتور معمولی اتفاق می‌افتد و می‌تواند دمای بالاتری را برای مدت طولانی‌تری تحمل کند. دومین مزیت این است که حرارت اضافی تولید شده از طریق فرآیند در یک ناحیه سوخت بزرگتر پراکنده شده و می‌تواند از روش‌های سرمایشی غیر-انرژی‌بر مانند رسانش و همرفت خنک شود.
این روش قبلاً در رآکتورهای نمونه‌سازی شده در آلمان و چین به نمایش گذاشته شده بود اما هنوز یک رآکتور HTR-PM در مقیاس کامل تلاش نشده بود.
تلاش بلندپروازانه چین
Interesting Engineering قبلاً گزارش داده است که چین از روندهای قوی برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و استفاده از نیروگاه‌های هسته‌ای پیروی می‌کند. این کشور آسیایی در حال ساخت رآکتورهای هسته‌ای در مقیاس بی‌سابقه‌ای است، اما تلاش برای ساخت یک رآکتور هسته‌ای تجاری برای یک فناوری جدید اولین بار است.
موفقیت نیز آسان بدست نیامد. موسسه فناوری‌های نوین هسته‌ای و انرژی جدید در سال ۲۰۱۶ در تأسیساتی در شاندونگ ساخت رآکتور HTR-PM تجاری را آغاز کرد، به امید اینکه سایت برای آزمایش یک سال بعد آماده باشد.
رآکتور فقط در دسامبر ۲۰۲۳ به بهره‌برداری تجاری رسید. برای نشان دادن اینکه می‌تواند بدون منبع خارجی خنک شود، تیم دو ماژول را در حالی که با قدرت کامل کار می‌کردند خاموش کردند و شروع به دنبال کردن حرکت دما داخل رآکتور کردند.
همان‌طور که انتظار می‌رفت، رآکتورها به طور طبیعی خنک شدند و ۳۵ ساعت پس از خاموش شدن به دمای پایدار رسیدند.
نکته منفی این فناوری این است که نمی‌توان آن را بر روی رآکتورهای هسته‌ای موجود نصب کرد. برای ساخت آینده‌ای که رآکتورهای هسته‌ای بدون خطر ذوب باشند، صنعت انرژی هسته‌ای باید ابتدا رآکتورهای HTR-PM را بسازد.
خوشبختانه، این رآکتورها نیازی به ساخت در محل ندارند و می‌توانند به سرعت در سرتاسر جهان استفاده شوند.
یافته‌های تحقیقاتی در مجله Joule منتشر شده است.
