محطة شيبينغ بورت للطاقة الذرية

كانت محطة شيبينغ بورت للطاقة الذرية (وفقًا لهيئة التنظيم النووي الأمريكية ) أول محطة طاقة كهربائية ذرية كاملة النطاق في العالم مخصصة حصريًا للاستخدامات السلمية. ^{[ ملاحظات 1 ] [ ملاحظات 2 ] [ 2 ]} وقد كانت تقع بالقرب من محطة بيفر فالي لتوليد الطاقة النووية ، التي أصبحت فيما بعد محطة توليد الطاقة النووية ، على نهر أوهايو في مقاطعة بيفر، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة، على بعد حوالي 40 كيلومترًا (25  ميلًا) من بيتسبرغ .

وصل المفاعل إلى حالة التشغيل الحرجة في 2 ديسمبر 1957، وباستثناء فترات التوقف لإجراء ثلاثة تغييرات في قلب المفاعل، ظل يعمل حتى أكتوبر 1982. تم إنتاج أول طاقة كهربائية في 18 ديسمبر 1957، عندما قام المهندسون بمزامنة المحطة مع شبكة توزيع شركة دوكين لايت. ^{[ 3 ]}

استُخدم في المفاعل النووي الأول في محطة شيبينغ بورت حاملة طائرات تعمل بالطاقة النووية، أُلغي مشروعها ^{[ 4 ]} ، واستُخدم فيه يورانيوم عالي التخصيب (93% يورانيوم-235 ^{[ 5 ] [ 6 ]} ) كوقود "بذري" مُحاط بغطاء من اليورانيوم-238 الطبيعي ، وفقًا لتصميم يُعرف باسم " البذرة والغطاء " ؛ في المفاعل الأول، كان نصف الطاقة تقريبًا يأتي من الوقود البذري. ^{[ 6 ]} وقد تبيّن أن المفاعل النووي الأول في شيبينغ بورت قادر على إنتاج 60 ميغاواط كهربائية بعد شهر واحد من تشغيله. ^{[ 7 ]} صُمّم المفاعل النووي الثاني بشكل مشابه، ولكنه كان أكثر قوة، إذ احتوى على وقود بذري أكبر. ^{[ 6 ]} تطلّب الوقود البذري عالي الطاقة دورات إعادة تزويد بالوقود أكثر من الغطاء في هذين المفاعلين النوويين الأولين. ^{[ 6 ]}

كان القلب الثالث والأخير المستخدم في محطة شيبينغ بورت مفاعلًا تجريبيًا يعمل بالماء الخفيف، وهو مفاعل توليد حراري . حافظ على تصميم البذرة والغطاء نفسه، ولكن البذرة كانت الآن من اليورانيوم-233 والغطاء مصنوعًا من الثوريوم . ^{[ 8 ]} وباعتباره مفاعل توليد، فقد كان لديه القدرة على تحويل الثوريوم الرخيص نسبيًا إلى يورانيوم-233 كجزء من دورة الوقود. ^{[ 9 ]} بلغت نسبة التوليد التي حققها القلب الثالث لمحطة شيبينغ بورت 1.01. ^{[ 8 ]} على مدار 25 عامًا من عمرها، عملت محطة شيبينغ بورت للطاقة لمدة 80,324 ساعة تقريبًا، منتجةً حوالي 7.4 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء. ^{[ 1 ]}

نظراً لهذه الخصائص، تُصنّف بعض المصادر غير الحكومية محطة شيبينغ بورت على أنها "مفاعل تجريبي يعمل بالماء المضغوط "، وتعتبر أن "أول مفاعل تجاري يعمل بالماء المضغوط" في الولايات المتحدة هو يانكي رو . ^{[ 10 ]} وتتركز الانتقادات على حقيقة أن محطة شيبينغ بورت لم تُبنَ وفقاً للمواصفات التجارية. ونتيجة لذلك، بلغت تكلفة البناء لكل كيلوواط في شيبينغ بورت حوالي عشرة أضعاف تكلفة محطة طاقة تقليدية. ^{[ 7 ] [ 11 ]}

في عام 1953، ألقى الرئيس الأمريكي دوايت د. أيزنهاور خطابه الشهير "الذرة من أجل السلام" أمام الأمم المتحدة . وكان توليد الطاقة النووية التجارية حجر الزاوية في خطته. وقد قُبل اقتراح شركة دوكين لايت من قبل الأدميرال ريكوفر، وبدأت خطط إنشاء محطة شيبينغ بورت للطاقة النووية.

بدأ العمل في محطة شيبينغبورت للطاقة الذرية في عيد العمال، الموافق 6 سبتمبر 1954. وقد قام الرئيس أيزنهاور، عن بُعد، ببدء عملية الحفر الأولى خلال الحفل. ^{[ 3 ]} وصل المفاعل إلى حالة التفاعل النووي الحرجة الأولى في تمام الساعة 4:30 صباحًا من يوم 2 ديسمبر 1957. ^{[ 3 ]} وبعد ستة عشر يومًا، في 18 ديسمبر، تم توليد أول طاقة كهربائية، ووصلت المحطة إلى طاقتها الكاملة في 23 ديسمبر 1957، ^{[ 3 ]} على الرغم من بقاء المحطة في وضع الاختبار. افتتح أيزنهاور محطة شيبينغبورت للطاقة الذرية في 26 مايو 1958. وقد استغرق بناء المحطة 32  شهرًا بتكلفة 72.5  مليون دولار ( ما يعادل 617 مليون دولار في عام 2023). ^{[ 2 ]}

كان نوع المفاعل المستخدم في ميناء الشحن مسألةً تتعلق بالضرورة. فقد حثت لجنة الطاقة الذرية على بناء مفاعل مُدمج في شبكة الكهرباء. وكان المفاعل الوحيد المناسب المتاح آنذاك هو المفاعل المُخصص لحاملة الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية والتي كانت البحرية ترغب بها، ولكن أيزنهاور كان قد استخدم حق النقض ضدها للتو. ^{[ 4 ]}

قال كينيث نيكولز من هيئة الطاقة الذرية إنه "أصبح من الواضح" أن مفاعل ريكوفر-ويستنغهاوس ذو الماء المضغوط، المُصمم لحاملة طائرات، كان "الخيار الأمثل لمفاعل يُبرهن على إنتاج الكهرباء"، حيث كان لدى ريكوفر "مؤسسة قائمة ومشروع مفاعل قيد التنفيذ، لم يعد له استخدام محدد يُبرره". وقد وافق لويس شتراوس والهيئة على ذلك في يناير 1954. وفي 11 مارس، أُعلن عن قبول شركة دوكين لايت كشريك في مجال المرافق. وبدأ أيزنهاور مراسم وضع حجر الأساس من دنفر، حيث كان يُلقي محاضرة عن الطاقة الذرية في عيد العمال؛ وحرصت ريكوفر على ألا تغوص الجرافة غير المأهولة التي تدفع التراب وتتوقف، وذلك بجعل شفرة الجرافة تسير على طول سكتين حديديتين مدفونتين تحت ست بوصات من التراب. ^{[ 12 ]}

يُفسر أصل المشروع سبب استخدام مفاعل شيبينغ بورت لليورانيوم المخصب بنسبة 93%، على عكس مفاعلات الطاقة التجارية اللاحقة التي لا تتجاوز نسبة تخصيبها 5%. ^{[ 5 ]} ومن الاختلافات الهامة الأخرى عن المفاعلات التجارية استخدام الهافنيوم في قضبان التحكم ، ^{[ 13 ]} على الرغم من أن هذه القضبان كانت ضرورية واستُخدمت فقط في بذور المفاعل. ^{[ 6 ]} أُنشئ مفاعل شيبينغ بورت وشُغّل تحت إشراف الأدميرال هايمان ج. ريكوفر ، الذي شملت سلطته دورًا هامًا في لجنة الطاقة الذرية الأمريكية .

تم تصميم مفاعل ميناء الشحن لاستيعاب نوى مختلفة خلال فترة تشغيله؛ وقد تم استخدام ثلاثة منها.

احتوى المفاعل الأول، الذي تم تركيبه عام 1957، على 14.2 طنًا من اليورانيوم الطبيعي (الغطاء) و 75 كيلوغرامًا من اليورانيوم عالي التخصيب (93% يورانيوم-235) (النواة)؛ وعلى الرغم من هذا التفاوت في الكتلة، فقد تم توليد حوالي نصف الطاقة في النواة. ^{[ 6 ]} استُهلكت النواة أسرع من الغطاء، وتم تجديدها ثلاث مرات خلال عمر المفاعل الأول. ^{[ 6 ]} بعد سبع سنوات (عندما كان يعمل بنواته الرابعة)، تم إيقاف تشغيل المفاعل الأول، بعد أن أنتج 1.8 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء. ^{[ 6 ]} 

تمتّعت المحطة الثانية بقدرة توليد مُحسّنة (أكثر من خمسة أضعاف) وأجهزة قياس مُتطورة لقياس الأداء، ولكنها اعتمدت في باقي خصائصها على تصميم البذرة والغطاء. ^{[ 6 ]} وبلغ حجم البذرة في المحطة الثانية 21% من إجمالي حجمها. ^{[ 6 ]} وبالتالي، لم تتطلب المحطة الثانية سوى عملية إعادة تزويد واحدة للبذرة. ^{[ 6 ]} بدأت المحطة العمل في عام 1965، وخلال السنوات التسع التالية، ولّدت ما يقارب 3.5 مليار كيلوواط/ساعة من الكهرباء. وفي عام 1974، تعرّض التوربين-المولد لعطل ميكانيكي، مما أدى إلى إيقاف تشغيل المحطة.

كان المفاعل الثالث والأخير من نوع مفاعلات الماء الخفيف، وقد بدأ تشغيله في أغسطس 1977، وبعد إجراء الاختبارات اللازمة، وصل إلى طاقته الكاملة بنهاية ذلك العام. ^{[ 3 ]} استخدم هذا المفاعل كريات مصنوعة من ثاني أكسيد الثوريوم وأكسيد اليورانيوم-233 ؛ في البداية، تراوح محتوى اليورانيوم-233 في الكريات بين 5-6% في منطقة البذور، وبين 1.5-3% في منطقة الغطاء، ولم يكن موجودًا في منطقة العاكس. عمل المفاعل بقدرة 236 ميغاواط حراري، مولدًا 60 ميغاواط كهربائي، وأنتج في نهاية المطاف أكثر من 2.1 مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء. بعد خمس سنوات (29000 ساعة تشغيل فعالة بكامل الطاقة) ^{[ 14 ]} ، أُزيل المفاعل ووُجد أنه يحتوي على ما يقرب من 1.4% من المواد الانشطارية أكثر مما كان عليه عند تركيبه، مما يدل على حدوث عملية التوليد. ^{[ 9 ] [ 15 ]}

في الأول من أكتوبر عام ١٩٨٢، توقف المفاعل عن العمل بعد ٢٥ عامًا. ^{[ ١٦ ]} بدأ تفكيك المنشأة في سبتمبر عام ١٩٨٥. ^{[ ١٧ ]} في ديسمبر عام ١٩٨٨، تم رفع مجموعة خزان ضغط المفاعل/خزان درع النيوترونات، التي تزن ٩٥٦ طنًا (٨٧٠ طنًا متريًا)، من مبنى الاحتواء وتحميلها على معدات النقل البري استعدادًا لنقلها من الموقع وشحنها بحرًا إلى منشأة دفن في ولاية واشنطن. ^{[ ١٨ ]} تم تنظيف الموقع وإتاحته للاستخدام غير المقيد. على الرغم من إيقاف تشغيل مفاعل شيبينغ بورت، لا تزال وحدتا محطة بيفر فالي لتوليد الطاقة النووية ١ و٢ مرخصتين وتعملان في الموقع.

استُخدمت عملية تنظيف موقع شيبينغ بورت، التي بلغت تكلفتها 98 مليون دولار (تقدير عام 1985)، كمثال على نجاح عملية إيقاف تشغيل مفاعل نووي من قِبل مؤيدي الطاقة النووية؛ إلا أن النقاد يشيرون إلى أن شيبينغ بورت كان أصغر من معظم محطات الطاقة النووية التجارية ، ^{[ 17 ]} إذ تبلغ قدرة معظم المفاعلات في الولايات المتحدة حوالي 1000 ميغاواط، بينما كانت قدرة شيبينغ بورت 60 ميغاواط فقط. ويرى آخرون أنها كانت حالة اختبار ممتازة لإثبات إمكانية إيقاف تشغيل موقع مفاعل نووي بأمان وإتاحته للاستخدام غير المقيد. وعلى الرغم من أن شيبينغ بورت كان أصغر قليلاً من مفاعل تجاري كبير اليوم، إلا أنه كان نموذجياً، إذ احتوى على أربعة مولدات بخار، وجهاز ضغط، ومفاعل. وبلغ وزن المفاعل وحده، عند تغليفه للشحن، أكثر من 1000 طن (921 طنًا وزن السفينة بالإضافة إلى وزن هيكل الشحن الفولاذي)، وقد نُقل بنجاح عبر الممرات المائية لدفنه في محمية هانفورد . ^{[ 19 ]} تم شحن وعاء المفاعل من محطة تروجان للطاقة النووية (التي تقع في ولاية أوريغون) بنجاح عن طريق الممر المائي إلى موقع هانفورد؛ وهي رحلة أقصر بكثير من مفاعل ميناء الشحن.  

بعد إيقاف تشغيل محطة شيبينغ بورت ، تم هدم ثلاثة مفاعلات تجارية كبيرة أخرى بالكامل: محطة يانكي رو للطاقة النووية التي تم إيقاف تشغيلها بالكامل في عام 2007، حيث أخطرت هيئة التنظيم النووي الأمريكية (NRC) شركة يانكي في أغسطس بأن موقع المحطة السابق قد تم إيقاف تشغيله بالكامل وفقًا لإجراءات ولوائح الهيئة؛ ^{[ 20 ]} ومحطة مين يانكي للطاقة النووية التي تم إيقاف تشغيلها بالكامل في عام 2005؛ ^{[ 21 ]} ومحطة كونيتيكت يانكي للطاقة النووية . ^{[ 22 ]} وقد أعيدت جميع مواقع المفاعلات التجارية الثلاثة السابقة إلى حالتها الأصلية وهي مفتوحة للزوار.

• محطة بيفر فالي لتوليد الطاقة النووية – محطة طاقة نووية أحدث تقع في نفس الموقع
• محطة أوبنينسك للطاقة النووية – محطة تجريبية سوفيتية بقدرة 5 ميغاواط (1954)

• الوسائط المتعلقة بمحطة شيبينغ بورت للطاقة الذرية على ويكيميديا ​​كومنز