مفاعل كاندو المتقدم

الموسوعة الحرة

كان مفاعل كاندو المتقدم ( ACR )، أو ACR-1000 ، تصميمًا مقترحًا لمفاعل نووي من الجيل الثالث المتقدم ، طورته هيئة الطاقة الذرية الكندية المحدودة (AECL). جمع هذا المفاعل بين خصائص مفاعلات كاندو الحالية التي تعمل بالماء الثقيل المضغوط (PHWR) وخصائص مفاعلات الماء المضغوط المبردة بالماء الخفيف (PWR). استُخدم الماء الثقيل كمهدئ في مفاعل كاندو، مما حسّن من كفاءة استخدام النيوترونات وسمح له بحرق أنواع مختلفة من الوقود. كما استُبدلت حلقة التبريد بالماء الثقيل بحلقة أخرى تحتوي على الماء الخفيف التقليدي، مما قلل التكاليف. يشير الاسم إلى قدرته التصميمية التي تبلغ حوالي 1000 ميغاواط، بينما تبلغ القدرة الأساسية حوالي 1200 ميغاواط. [ 1 ]  

طُرح مفاعل ACR-1000 كخيار أقل تكلفة مقارنةً بنسخة أكبر من مفاعل CANDU الأساسي الذي كان قيد التصميم، وهو CANDU 9. كان ACR أكبر قليلاً، لكن تكلفة بنائه وتشغيله كانت أقل. أما عيبه، فكان افتقاره لمرونة أنواع الوقود التي كان يوفرها تصميم CANDU الأصلي، وعدم قدرته على العمل باليورانيوم النقي غير المخصب. لكن هذا كان ثمناً زهيداً بالنظر إلى انخفاض تكلفة خدمات التخصيب والوقود عموماً.

قدمت شركة الطاقة الذرية الكندية (AECL) عروضًا لمفاعل ACR-1000 في عدة مناقصات حول العالم، لكنها لم تفز بأي منها. وكان آخر عرض جاد هو توسيع محطة دارلينجتون لتوليد الطاقة النووية بمفاعلين ، إلا أن هذا المشروع أُلغي عام 2009 عندما قُدِّرت تكلفته بثلاثة أضعاف الميزانية الحكومية المخصصة له. ونظرًا لعدم وجود فرص بيع أخرى، بيع قسم تصميم المفاعلات التابع لشركة AECL عام 2011 إلى شركة SNC-Lavalin لتقديم خدماته لأسطول مفاعلات كاندو الحالي. وانتهى تطوير مفاعل ACR. [ 2 ]

تصميم

كاندو

استخدم تصميم مفاعل كاندو الأصلي الماء الثقيل كمُهدئ للنيوترونات ومُبرد لدائرة التبريد الرئيسية. كان يُعتقد أن هذا التصميم سيؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل الإجمالية نظرًا لقدرته على استخدام اليورانيوم الطبيعي كوقود، مما يُغني عن الحاجة إلى التخصيب. في ذلك الوقت، كان يُعتقد أنه سيكون هناك مئات، وربما آلاف، من المفاعلات النووية قيد التشغيل بحلول ثمانينيات القرن العشرين، وفي هذه الحالة ستصبح تكلفة التخصيب باهظة.

علاوة على ذلك، استخدم التصميم أقسامًا مضغوطة وغير مضغوطة، تُعرف الأخيرة باسم "الكالاندريا"، وكان يُعتقد أن ذلك سيُخفّض تكاليف الإنشاء مقارنةً بالتصاميم التي تستخدم قلبًا مضغوطًا للغاية. وعلى عكس تصاميم الماء الخفيف التقليدية، لم تتطلب وحدة كاندو وعاء ضغط كبيرًا واحدًا، والذي كان من بين الأجزاء الأكثر تعقيدًا في التصاميم الأخرى. كما سمح هذا التصميم بإعادة تزويدها بالوقود أثناء التشغيل، مما حسّن عامل السعة ، وهو مقياس رئيسي في الأداء العام.

مع ذلك، فإن استخدام اليورانيوم الطبيعي يعني أيضاً أن قلب المفاعل كان أقل كثافة بكثير مقارنةً بالتصاميم الأخرى، وأكبر حجماً بشكل عام. وكان من المتوقع أن تُعوَّض هذه التكلفة الإضافية بانخفاض التكاليف الرأسمالية على بنود أخرى، فضلاً عن انخفاض تكاليف التشغيل. أما المقايضة الرئيسية فكانت تكلفة الوقود، في حقبة كان فيها وقود اليورانيوم المخصب محدوداً وباهظ الثمن، وكان من المتوقع أن يرتفع سعره بشكل كبير بحلول ثمانينيات القرن العشرين.

في الواقع، لم تتحقق هذه المزايا. لم تصل تكاليف الوقود المرتفعة المتوقعة إلى مستوياتها الحقيقية؛ فعندما توقف بناء المفاعلات عند حوالي 200 وحدة على مستوى العالم، بدلاً من الآلاف المتوقعة، ظلت تكاليف الوقود ثابتة لوجود قدرة تخصيب كافية لكمية الوقود المستخدمة. هذا الأمر وضع مشروع كاندو في موقف غير متوقع، حيث اضطر إلى الترويج لنفسه بشكل أساسي على أساس عدم الحاجة إلى التخصيب، واحتمالية أن يُشكل ذلك خطراً أقل لانتشار الأسلحة النووية .

ACR

تُعالج تقنية التبريد المعزز (ACR) التكاليف الرأسمالية المرتفعة لتصميم مفاعل كاندو بشكل أساسي باستخدام وقود اليورانيوم منخفض التخصيب (LEU). يسمح هذا ببناء قلب المفاعل بشكل أكثر إحكامًا، أي ما يقارب نصف حجم قلب مفاعل كاندو ذي القدرة نفسها. إضافةً إلى ذلك، تستبدل هذه التقنية الماء الثقيل المستخدم كمبرد في قسم الضغط العالي من الكالاندريا بالماء الخفيف. يُقلل هذا بشكل كبير من كمية الماء الثقيل المطلوبة، وتكلفة دائرة التبريد الرئيسية. يبقى الماء الثقيل في قسم الضغط المنخفض من الكالاندريا، حيث يكون ثابتًا تقريبًا ويُستخدم فقط كمُهدئ.

تقع أجهزة تنظيم التفاعلية والسلامة داخل المهدئ منخفض الضغط. كما يشتمل مفاعل ACR على خصائص تصميم مفاعل CANDU، بما في ذلك إعادة التزود بالوقود أثناء التشغيل باستخدام وقود CANFLEX ؛ وعمر طويل للنيوترونات الفورية ؛ وانخفاض مستوى التفاعلية؛ ونظامي إيقاف تشغيل سريعين ومستقلين للسلامة؛ ونظام تبريد طارئ للقلب.

تُعدّ حزمة الوقود هذه نسخةً معدّلة من تصميم كانفلكس ذي 43 عنصرًا (كانفلكس-أيه سي آر). يسمح استخدام وقود اليورانيوم منخفض التخصيب مع عنصر مركزي ماص للنيوترونات بتقليل معامل تفاعل فراغات المبرد إلى قيمة سالبة صغيرة جدًا. كما ينتج عنه تشغيل بمعدل احتراق أعلى من تصاميم كاندو التقليدية.

أنظمة السلامة

يتطلب تصميم مفاعل ACR-1000 حاليًا مجموعة متنوعة من أنظمة السلامة، معظمها مشتقات تطويرية للأنظمة المستخدمة في تصميم مفاعل CANDU 6. ويتطلب كل مفاعل ACR أن يكون كل من نظامي SDS1 وSDS2 متصلين بالشبكة ويعملان بكامل طاقتهما قبل تشغيلهما بأي مستوى طاقة. [ 3 ]

نظام الإيقاف الآمن 1 (SDS1): صُمم نظام SDS1 لإيقاف تشغيل المفاعل بسرعة وبشكل تلقائي. تُخزّن قضبان امتصاص النيوترونات (قضبان التحكم التي تُوقف التفاعل النووي المتسلسل ) داخل قنوات معزولة تقع مباشرةً فوق وعاء المفاعل (الكالاندريا)، ويتم التحكم بها عبر دائرة منطقية ثلاثية القنوات. عند تنشيط أي مسارين من مسارات الدائرة الثلاثة (نتيجة استشعار الحاجة إلى إيقاف تشغيل المفاعل في حالات الطوارئ)، يتم فصل الطاقة عن القوابض التي تعمل بالتيار المستمر والتي تُبقي كل قضيب تحكم في وضع التخزين. والنتيجة هي إدخال كل قضيب تحكم في الكالاندريا، وانخفاض ناتج حرارة المفاعل بنسبة 90% خلال ثانيتين.

نظام الإيقاف الآمن 2 (SDS2): صُمم نظام SDS2 أيضًا لإيقاف تشغيل المفاعل بسرعة وبشكل تلقائي. يُخزن محلول نترات الغادولينيوم (Gd(NO₃ ) ₃ ) ، وهو سائل ماص للنيوترونات يعمل على إيقاف التفاعل النووي المتسلسل، داخل قنوات تغذي مجموعات فوهات أفقية. تحتوي كل فوهة على صمام يتم التحكم فيه إلكترونيًا، وتُتحكم جميعها عبر دائرة منطقية ثلاثية القنوات. عند تنشيط أي مسارين من مسارات الدائرة الثلاثة (نتيجة استشعار الحاجة إلى إيقاف تشغيل المفاعل في حالات الطوارئ)، يُفتح كل صمام من هذه الصمامات ويُحقن محلول Gd(NO₃ ) ₃ عبر الفوهات ليختلط مع سائل الماء الثقيل المهدئ في وعاء المفاعل (الكالاندريا). والنتيجة هي انخفاض ناتج حرارة المفاعل بنسبة 90% خلال ثانيتين.

نظام المياه الاحتياطية (RWS): يتكون نظام المياه الاحتياطية من خزان مياه يقع في مكان مرتفع داخل مبنى المفاعل. يوفر هذا الخزان المياه اللازمة لتبريد وحدة التبريد السريع (ACR) التي تعرضت لحادث فقدان سائل التبريد (LOCA). كما يمكن لنظام المياه الاحتياطية توفير المياه في حالات الطوارئ (عن طريق التغذية بالجاذبية) لمولدات البخار، ونظام المهدئ، ونظام تبريد الدرع، أو نظام نقل الحرارة لأي وحدة تبريد سريع (ACR).

نظام إمداد الطاقة الاحتياطية (EPS): صُمم نظام إمداد الطاقة الاحتياطية لتزويد كل وحدة تكييف هواء بالطاقة الكهربائية اللازمة لأداء جميع وظائف السلامة في ظروف التشغيل وحالات الطوارئ. ويحتوي على مولدات احتياطية مقاومة للزلازل، وبطاريات، ومفاتيح توزيع كهربائية.

نظام مياه التبريد: يوفر هذا النظام جميع المياه الخفيفة اللازمة (H₂O ) لأداء جميع وظائف نظام السلامة في ظروف التشغيل العادية وظروف الحوادث. جميع أجزاء النظام المتعلقة بالسلامة مقاومة للزلازل وتحتوي على أقسام احتياطية.

التكلفة التشغيلية

يتمتع نظام التحكم النشط في درجة الحرارة (ACR) بمعامل قدرة عمري مخطط له يزيد عن 93%. ويتحقق ذلك من خلال دورة توقف مخططة مدتها ثلاث سنوات، بمدة توقف مخططة تبلغ 21 يومًا، وتوقف إجباري بنسبة 1.5% سنويًا. يتيح فصل الأرباع مرونة في الصيانة أثناء التشغيل وإدارة حالات التوقف. كما يساهم المستوى العالي من أتمتة اختبار نظام السلامة في خفض التكاليف.

التخلي

درست شركة بروس باور استخدام تقنية إعادة تدوير الهواء (ACR) في عام 2007 في غرب كندا، إما لتوليد الطاقة أو لتوليد البخار المستخدم في معالجة الرمال النفطية . وفي عام 2011، قررت بروس باور عدم المضي قدماً في هذا المشروع. [ 4 ]

في عام ٢٠٠٨، وافقت مقاطعة نيو برونزويك على مقترح لإجراء دراسة جدوى لإنشاء محطة ACR-1000 في بوينت ليبرو . أدى ذلك إلى تقديم عرض رسمي من قبل فريق كاندو، الذي يضم شركات AECL، و GE Canada ، وهيتاشي Canada، وبابكوك آند ويلكوكس Canada، وSNC-Lavalin Nuclear، والذي اقترح استخدام محطة  ACR-1000 بقدرة ١٠٨٥ ميغاواط. لم يُسفر هذا العرض عن أي نتائج لاحقة. وفي منتصف عام ٢٠١٠، استُبدل بعرض قدمته شركة أريفا، والذي انتهى عرضه أيضاً. [ ٢ ]

كانت شركة AECL تسوّق جهاز ACR-1000 كجزء من عملية التصميم العام في المملكة المتحدة، لكنها انسحبت في أبريل 2008. ونُقل عن الرئيس التنفيذي هيو ماكديارميد قوله: "نؤمن بشدة أن أفضل مسار عمل لضمان نجاح جهاز ACR-1000 في السوق العالمية هو التركيز أولاً وقبل كل شيء على ترسيخه هنا في بلدنا." [ 5 ]

تم تقديم مفاعل ACR-1000 كجزء من طلب عروض أونتاريو لإنشاء محطة دارلينجتون B. وفي نهاية المطاف، كانت شركة AECL هي الشركة الوحيدة التي قدمت عرضًا رسميًا، لمحطة تضم مفاعلين من طراز ACR-1000. اشترطت العروض مراعاة جميع الاحتمالات المتعلقة بتجاوزات الوقت والميزانية في الخطط. وبلغت قيمة العرض الناتج 26 مليار دولار أمريكي لإجمالي قدرة 2400  ميغاواط، أي ما يزيد عن 10800 دولار أمريكي لكل كيلوواط. كان هذا ثلاثة أضعاف المتوقع، ووُصف بأنه "مرتفع بشكل صادم". ولأن هذا كان العرض الوحيد، قررت وزارة الطاقة والبنية التحتية إلغاء مشروع التوسعة في عام 2009. [ 6 ]

في عام 2011، ومع انعدام فرص البيع، باعت الحكومة الكندية قسم المفاعلات التابع لشركة AECL إلى شركة SNC-Lavalin . وفي عام 2014، أعلنت SNC عن شراكة مع المؤسسة الوطنية الصينية للطاقة النووية (CNNC) لدعم مبيعات وبناء تصاميم مفاعلات كاندو الحالية. ومن بين هذه الخطط، استخدام مفاعلي كاندو-6 التابعين لها في برنامج لإعادة التدوير تحت اسم مفاعل كاندو للوقود المتقدم (AFCR). [ 7 ] [ 8 ] إلا أن هذه الخطط لم تُنفذ. وأعلنت SNC وCNNC لاحقًا عن تعاونهما في مشروع مفاعل الماء الثقيل، الذي يعتمد أيضًا على تقنية كاندو القديمة، ولا علاقة له بمفاعل الماء الثقيل المتقدم الذي يجري تطويره في الهند. [ 9 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مفاعلات كاندو - ACR-1000" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2013-08-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-03-24 .
  2. 1 2 "الطاقة النووية في كندا" . الرابطة النووية العالمية . سبتمبر 2016.
  3. ↑ كاندو 6 – أنظمة السلامة – أنظمة السلامة الخاصة. مؤرشف في 27 سبتمبر 2007 على موقع Wayback Machine.
  4. ↑ «لن تمضي شركة بروس باور قدماً في خيار الطاقة النووية في ألبرتا» . بروس باور . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 يونيو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أكتوبر 2013 .
  5. ↑ فينيرين، دانيال (7 أبريل 2008). "شركة الطاقة الذرية الكندية تنسحب من دراسة المفاعل النووي في المملكة المتحدة" . رويترز .
  6. ↑ هاميلتون، تايلر (14 يوليو 2009). "تكلفة 26 مليار دولار تقضي على عرض الطاقة النووية" . صحيفة تورنتو ستار .
  7. ↑ ماروت، برتراند (22 سبتمبر 2016). "شركة إس إن سي-لافالين تُبرم صفقة لبناء مفاعلات نووية في الصين" . صحيفة ذا غلوب آند ميل .
  8. ↑ هور-لاسي، إيان (11 نوفمبر 2014). "مفاعل الوقود النووي المنشط ودورة الوقود في الصين" . أخبار الطاقة النووية العالمية .
  9. ↑ «فازت شركة إس إن سي-لافالين بعقد من شركة الطاقة النووية الوطنية الصينية لأعمال ما قبل المشروع لمشروع بناء مفاعل الماء الثقيل المتقدم المقترح ذي الوحدتين في الصين» . 2019-12-02. مؤرشف من الأصل في 2023-03-24 . تم الاطلاع عليه في 2021-11-27 .