إعادة تدوير الوقود النووي بطريقة جديدة.. قد تقلل من النفايات بشكل كبير (تقرير)

يطوّر فريق بحثي تابع لوزارة الطاقة الأميركية طريقةً حديثة لإعادة تدوير الوقود النووي المُستهلَك والاستفادة منه في توليد الكهرباء النظيفة.

ووفق معلومات اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تتضمن العملية الكيميائية الجديدة، التي طوّرها مختبر أرغون الوطني، بالتعاون مع شركة "شاين تكنولوجيز" (SHINE Technologies)، معداتٍ متطورةً مثل أجهزة التلامس بالطرد المركزي لفصل المواد القيّمة عن النفايات المشعّة.

ويهدف الفريق إلى ابتكار حلٍّ فاعل من حيث التكلفة وقابلٍ للتطوير لإعادة التدوير، ومناسبٍ للاستعمال الصناعي، وفقًا لبيان صحفي صادر عن مختبر أرغون الوطني (ANL).

ويمكن أن يُقلّل هذا النهج من النفايات طويلة الأمد، ويُحسّن من استخلاص الوقود، ويدعم دورة طاقة نووية أكثر استدامةً من خلال تحويل النواتج الثانوية المشعّة إلى موارد قابلة للاستعمال.

إعادة تدوير الوقود النووي المستهلَك

تُنتج المفاعلات النووية في جميع أنحاء الولايات المتحدة وقودًا نوويًا مُستهلكًا، وما يزال أكثر من 95% من هذا الوقود يحتوي على طاقة غير مُستغلة.

ويسعى الباحثون حاليًا لتحويل هذا الإمكان إلى طريقةٍ عمليةٍ لإعادة التدوير، ويعتزمون استخلاص موارد قيّمة من الوقود المُستهلك باستعمال أساليب وتقنيات كيميائية متطورة، ما يزيد توليد الكهرباء ويُقلّل النفايات المشعّة طويلة الأمد.

وفي الوقت نفسه، تُواجه إعادة تدوير الوقود النووي صعوبات كبيرة؛ لأن الوقود مُشعّ للغاية وساخن؛ ما يستلزم تخزينًا وتبريدًا وعزلًا دقيقًا لحماية العمال والبيئة.

إضافة إلى ذلك، يجب وضع تدابير حماية صارمة لمنع الوصول غير المشروع إلى المواد النووية أو إساءة استعمالها.

لذلك، يدمج الباحثون "ضمانات التصميم" في المراحل الأولى من التطوير، مُدمجين تدابير أمنية وأنظمة مراقبة لضمان الالتزام باللوائح الوطنية والدولية، ويرون أنه إلى جانب السلامة، يجب أن تكون العملية مجدية ماليًا.

ووفقًا للفريق، يجب أن يكون هناك طلب تجاري على المواد المُستخلصة، مثل الوقود المُعاد تدويره أو النظائر المشعة المفيدة، سواءً كان ذلك للمفاعلات المتقدمة أو التشخيص الطبي أو الرحلات الفضائية.

وذكر البيان الصحفي: "يمكن للنظائر المشعّة المُستخلصة في أثناء إعادة التدوير أن تُساعد بتشغيل رحلات الفضاء أو استعمالها في الاختبارات الطبية المُنقذة للحياة".

وتابعوا: "إذا وُجد طلب تجاري على هذه المواد، فإن بناء مرافق إعادة التدوير يُصبح أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية".

احتياجات تصاميم المفاعلات المستقبلية

يُراعي العلماء احتياجات تصاميم المفاعلات المستقبلية، حيث يُخصصون إستراتيجيات إعادة التدوير لضمان استدامة الطاقة على المدى الطويل.

ويعمل العلماء على تطوير أساليب مُتطورة لإعادة تدوير الوقود النووي المُستهلك بطريقة آمنة وفعالة.

وتتمثل إحدى الصعوبات الرئيسة في فصل المواد القيّمة دون إنتاج بلوتونيوم نقي، ما ينطوي على مخاطر أمنية وتخزينية.

ولمعالجة هذه المشكلة، يعمل الباحثون على تحسين عمليات الفصل الكيميائي في ظل ظروف الإشعاع العالي، على غرار تلك الموجودة في مرافق إعادة التدوير الصناعية.

التعامل مع النشاط الإشعاعي

استعمل الفريق مُسرِّع جسيمات يُولِّد كميات صغيرة من النشاط الإشعاعي لمحاكاة تأثيرات الإشعاع في بيئة معملية مُتحكَّم فيها.

ويُمكِّن هذا الباحثين من دراسة تحلل المواد الكيميائية المُستعمَلة في إعادة تدوير الوقود بمرور الوقت، دون الحاجة إلى دروع ثقيلة، بحسب متابعة منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن) لتحديثات القطاع.

وتُوفِّر هذه الاختبارات -التي تُجرى على نطاق معملي- رؤىً ثاقبة لخيارات التصميم، وتُساعد في نقل التقنيات إلى التطبيقات الصناعية.

ومن الابتكارات المهمة نظام مُلامسات الطرد المركزي، إذ تُدوِّر هذه الأدوات الصغيرة السوائلَ المختلطة بسرعة عالية لفصلها وفقًا لكثافتها.

ويُظهِر النظامُ قدرةً عاليةً على التكيف، إذ يستعمل الباحثون الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مكونات مُخصَّصة للنماذج الأولية السريعة.

ويجري تقييم هذه النماذج الأولية في ظروف كيميائية واقعية، وينتج عنه الحدّ الأدنى من النفايات المشعّة، ما يجعلها مُناسبةً تمامًا للمراحل الأولى من التطوير.

وتُتيح هذه التقنيات أساليب إعادة تدوير قابلة للتطوير وآمنة، قادرة على استيعاب أنواع المُفاعلات المُستقبلية. وبالنظر إلى تزايد الطلب على الطاقة النظيفة، تسعى هذه التطورات إلى تقليل النفايات النووية، واستخلاص الموارد القيّمة، وترسيخ الطاقة النووية مصدر كهرباء موثوقًا في المستقبل.

وفي بيان، قال الكيميائي النووي مدير مجموعة الكيمياء الإشعاعية في قسم تقنيات دورة الوقود والكيمياء لدى مختبر أرغون الوطني، بيتر تكاك، المسؤول عن المشروع: "تُعدّ إعادة تدوير الوقود النووي المستعمل عملية معقّدة للغاية، وتعتمد بشكل كبير على نوع التقنيات السائدة وحجم الطلب على الكهرباء، وسنحتاج إلى إستراتيجية جيدة".

موضوعات متعلقة..

• الوقود المستعمل في المفاعلات النووية.. 5 مراحل لمعالجته وإعادة تدويره
• التخلص من نفايات المفاعلات النووية بتقنية رائدة
• 700 طن من النفايات النووية تصل إلى دولة أوروبية.. ووجود مكثف للشرطة

اقرأ أيضًا..

• ما بدائل مضيق هرمز.. وهل تحقق أمن الطاقة للخليج؟ أنس الحجي يجيب
• تصديقًا لتوقعات "الطاقة".. شبكة الكهرباء في العراق تفقد 15% من سعتها
• أكبر 5 صفقات طاقة متجددة في يونيو 2025.. صدارة لمصر وسوريا

المصدر:

"التقنية الأميركية قد تُعيد تدوير الوقود النووي المُستهلك لتشغيل رحلات الفضاء العميق،" من منصة إنترستينغ إنجينيرينغ