المفاعل النووي الصغير
تصميم

تم تصميم هذه المفاعلات لتلبية احتياجات الطاقة في المناطق الصغيرة، حيث يكون إنشاء محطة طاقة أكبر غير فعال، ولكن لا تزال هناك حاجة لتوليد طاقة تفوق ما تقدمه المولدات التقليدية. تُعتبر المفاعلات النووية الدقيقة، وهي فئة فرعية من المفاعلات الصغيرة المعيارية (SMRs)، نوعًا متقدمًا من محطات الطاقة النووية المصممة لتوليد الكهرباء على نطاق أصغر مقارنةً بالمفاعلات النووية التقليدية. عادةً ما تتراوح سعة هذه المفاعلات الدقيقة حول 20 ميغاواط أو أقل، وهي مصممة لتكون معيارية وقابلة للنقل، مما يجعلها مثالية لتزويد المجتمعات الصغيرة والمناطق النائية، فضلاً عن دعم صناعات مثل تحلية المياه وإنتاج وقود الهيدروجين.
تُعدّ أحد المزايا الرئيسية للمفاعلات النووية الدقيقة هي أن تأثيرها البيئي أقل بكثير مقارنة بالوقود الأحفوري، حيث إنها لا تُصدر غازات دفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والميثان. ومع ذلك، تنتج هذه المفاعلات نفايات مشعة، مما يخلق تحديات كبيرة فيما يتعلق بطرق التعامل معها والتخلص منها بشكل آمن. من بين الحلول المتاحة حاليًا للتخلص من هذه النفايات، يتم دفنها في مرافق تخزين عميقة تحت الأرض، مثل منشأة "أونكالو" في فنلندا، التي صُممت خصيصًا لضمان سلامة تخزين النفايات المشعة على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، فإنها يمكن أن تعمل بشكل مستمر لمدة تصل إلى 10 سنوات دون الحاجة إلى إعادة التزود بالوقود.
تستخدم المفاعلات الدقيقة عملية الانشطار النووي لتوليد الحرارة، التي تُستخدم لاحقًا لإنتاج الكهرباء عبر توربين بخاري. يحيط بقلب المفاعل درع سميك يهدف إلى حماية العمال والبيئة من الإشعاع. يحتوي القلب أيضًا على قضبان وقود تحتوي على اليورانيوم أو مواد انشطارية أخرى. عند تعرض الوقود لعملية الانشطار، يتم إطلاق الطاقة على شكل حرارة، التي تنتقل بعد ذلك إلى سائل تبريد يتدفق عبر المفاعل. عادةً ما يكون المبرد عبارة عن ماء أو معدن سائل، مثل الصوديوم أو الرصاص، والذي يمتص الحرارة وينقلها إلى مبادل حراري. يقوم المبادل الحراري بعد ذلك بنقل الحرارة إلى مبرد ثانوي، الذي يُستخدم لتوليد البخار وإنتاج الكهرباء.
تعكس المفاعلات الدقيقة والمفاعلات النووية الصغيرة مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك مفاعلات الماء الخفيف (LWRs)، ومفاعرات الغاز ذات درجة الحرارة العالية (HTGRs)، وتصميمات المفاعلات المتقدمة مثل المفاعلات السريعة بالمعادن السائلة (FRs)، ومفاعلات الملح المنصهر (MSRs)، ومفاعلات الأنابيب الحرارية (HP). يمكن أن تختلف التصميمات بناءً على نوع الوقود والمواد المستخدمة، وكذلك على نظام التبريد والعاكسات، بالإضافة إلى تقنيات التصنيع مثل التصنيع الإضافي والمبادلات الحرارية.
يُعتبر تصميم مفاعل الأنابيب الحرارية أبسط أنواع المفاعلات الصغيرة، حيث يُحسن من نقل الطاقة ويتجنب الحاجة لاستخدام المضخات لتدوير سائل التبريد. تعتمد المفاعلات الدقيقة، التي تستخدم تقنية المفاعل الحراري عالي الحرارة، على وقود متساوي الخواص ثلاثي الهياكل (TRISO)، وهو نفس نوع الوقود المستخدم في تصميمات المفاعل الحراري عالي الحرارة الأكبر حجمًا. أما بالنسبة لتقنيات المفاعلات السريعة (FR)، التي تركز على الكفاءة والاكتناز في استخدام الطاقة، فإنها تتضمن استخدام وقود أكسيد مثبت، بالإضافة إلى مواد تجريبية أخرى مثل وقود النيتريد. يُتوقع أن يكون الوقود التجريبي أكثر كفاءة في المفاعلات الدقيقة، نظرًا لأن وقت بقاء الوقود في قلب المفاعل يكون أطول بكثير مقارنةً بالمفاعلات التقليدية، مما يزيد من التعرض للإشعاع.
أتُعدّ إحدى السمات الرئيسية للمفاعلات النووية الصغيرة هي حجمها الصغير وتعدد وحداتها. يمكن تصنيع هذه المفاعلات في المصانع وشحنها إلى وجهتها النهائية، مما يقلل من تكاليف البناء ومدة التنفيذ. يمكن تركيبها تحت الأرض، أو تحت الماء، أو في مناطق نائية أخرى، مما يجعلها مثالية لتلبية احتياجات الطاقة في المجتمعات الصغيرة، والمواقع الصناعية، والمنشآت العسكرية، وغيرها من المواقع المتخصصة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح التصميم المعياري بسهولة التوسع، حيث يمكن إضافة مفاعلات دقيقة إضافية لزيادة إنتاج الطاقة وفقًا للاحتياجات.
أدى التأثير البيئي الناتج عن تقليل الغازات المسببة للاحتباس الحراري، بالإضافة إلى القدرة على إنتاج طاقات منخفضة تقل عن 100 ميغاواط حراري، إلى زيادة الاهتمام العالمي بالمفاعلات النووية الدقيقة، والتي يمكن أن تلبي احتياجات الشركات ذات متطلبات التحكم الأقل. تشمل الفوائد الإضافية لهذه المفاعلات القدرة على التكيف بشكل أكبر مع مختلف المواقع، وتحقيق مستوى متقدم من الأمان، فضلاً عن أوقات التطوير القصيرة ومتطلبات الاستثمار المباشر المنخفضة.