أكثر من 70 مشروعًا قيد التنفيذ في الولايات المتحدة بتصميمات جديدة من المتوقع أن تكون اقتصادية أكثر في البناء والتشغيل. سيتطلب بعضها وقودًا جديدًا، قويًا بدرجة كافية للتعامل مع درجات حرارة التشغيل المرتفعة لهذه المفاعلات المتقدمة. من ضمنها وقود TRISO – أقوى وقود نووي على وجه الأرض.
ما هو وقود TRISO؟
اسم TRISO هو اختصار لTRi-structural Isotropic particle fuel، ويعني الوقود ثلاثي التركيب من الجسيمات متحدّة الخواص۔ يتكون كل جسيم TRISO من نواة الوقود المكوّنة من اليورانيوم والكربون والأكسجين والتي يتم تغليفها بثلاث طبقات من مواد أساسها الكربون أو السيراميك والتي تمنع إطلاق نواتج الانشطار الإشعاعي. الجسيمات صغيرة جدًا (بحجم بذرة الخشخاش تقريبًا) وقوية جدًا. يمكن تصنيعها في وحدات أسطوانية أو كرات بحجم كرة البلياردو تسمى (pebbles) لاستخدامها إما في مفاعلات غازية ذات درجة حرارة عالية أو المفاعلات المبردة بالملح المنصهر.
يعتبر وقود TRISO أكثر مقاومة من الناحية الهيكلية للإشعاع النيوتروني والتآكل والأكسدة ودرجات الحرارة المرتفعة (العوامل التي تؤثر بشكل كبير على أداء الوقود) مقارنةً بوقود المفاعلات التقليدي۔ يعمل كل جسيم كنظام احتواء خاص به بفضل طبقاته الثلاثية المغلفة، مما يسمح بالاحتفاظ بمنتجات الانشطار تحت جميع ظروف المفاعل. ببساطة، لا يمكن لجسيمات TRISO أن تذوب في مفاعل ويمكن أن تتحمل درجات حرارة قصوى تتجاوز بكثير ما يمكن للوقود النووي الحالي أن يتحمّله قبل الإنصهار۔
الأبحاث حول وقود TRISO القوي:
تم تطوير وقود TRISO لأول مرة في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة في الستينيات بوقود ثاني أكسيد اليورانيوم. في عام 2002 ، ركزت وزارة الطاقة (DOE) على تحسين وقود TRISO باستخدام نوى وقود أوكسي-كربيد اليورانيوم وتعزيز أداء التشعيع وطرق التصنيع من أجل زيادة تطوير مفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية المتقدمة.
في عام 2009 ، سجل وقود TRISO المحسن رقمًا قياسيًا دوليًا من خلال تحقيق نسبة احتراق قصوى تبلغ 19٪ خلال اختبار مدته ثلاث سنوات في مختبر أيداهو الوطني (INL). هذا ما يقرب من ضعف العلامة السابقة التي حددها الألمان في الثمانينيات ، وهو ثلاثة أضعاف الاحتراق الذي يمكن أن يحققه وقود الماء الخفيف الحالي – مما يدل على على العمل لعمر أطول۔
تعرض الوقود المشع بعد ذلك لأكثر من 300 ساعة من الاختبار عند درجات حرارة تصل إلى 1800 درجة مئوية (أكثر من 3000 درجة فهرنهايت). تجاوزت هذه الاختبارات ظروف الحوادث الأسوأ المتوقعة لمفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية وأظهرت عدم وجود ضرر أدنى للجسيمات مع الاحتفاظ الكامل بنواتج الانشطار.
يجري حاليًا اختبار تأهيل وقود TRISO المستمر في INL. وقد عمل معهد أبحاث الطاقة الكهربائية مع INL وأصحاب المصلحة في الصناعة، بدعم من وزارة الطاقة، على تقديم تقرير موضعي للترخيص إلى لجنة التنظيم النووي الأمريكية (NRC) للمراجعة الرسمية. سيتم تقديم نتائج الاختبارات المستقبلية إلى NRC لترخيص بائعي وقود ومفاعلات TRISO.
ماذا بعد؟
يكتسب اختبار وقود TRISO الكثير من الاهتمام من مجتمع المفاعلات المتقدمة. يخطط بعض بائعي المفاعلات مثل X-energy و Kairos Power، جنبًا إلى جنب مع وزارة الدفاع، لاستخدام وقود TRISO في تصميماتهم، بما في ذلك بعض مفاهيم المفاعلات المعيارية الصغيرة والمفاعلات الدقيقة.
كما تدعم وزارة الطاقة جهود X-energy لتصميم وتقديم طلب ترخيص NRC لمنشأة تصنيع جديدة. سيستخدم المشروع في نهاية المطاف يورانيوم منخفض التخصيب، عالي المقايسة، لإنتاج وحدات وقود TRISO الأسطوانية والكروية من أجل مفاعلات الغاز عالية الحرارة والمفاعلات المبردّة بالملح المصهور في المستقبل.
اعرف أكثر
يتم دعم أبحاث الوقود TRISO من خلال برنامج تقنيات المفاعلات المتقدمة (ART) التابع لمكتب الطاقة النووية. ترعى ART الجهود التعاونية مع الجامعات وشركاء الصناعة لتسريع البحث في مختلف تصميمات المفاعلات المتقدمة.
المصدر: energy.gov