وافقت وزارة الطاقة الأمريكية رسمياً على اتفاقية تصميم الأمان النووي لأول مفاعل الملح المنصهر المتقدم في البلاد. يضع هذا المفاعل التجريبي الحراري بقدرة 1 ميجاوات، الذي تديره شركة Natura Resources ويجري بناؤه في جامعة Abilene Christian، الأساس التنظيمي المطلوب للحصول على التراخيص الفيدرالية للبناء. وتُعد هذه الخطوة إثباتاً لفعالية البنية الهندسية التي تعتمد على الوقود السائل، والتي تغيّر جذرياً طريقة إدارة الحرارة ومنع الانصهار في المنشآت النووية.
وعلى عكس مفاعلات الماء الخفيف التقليدية التي تعتمد على أقراص اليورانيوم المخصب الصلبة المحفوظة داخل قضبان معدنية، يعتمد هذا التصميم على إذابة مادة رباعي فلوريد اليورانيوم مباشرة داخل مصفوفة من أملاح الفلورايد المنصهرة. ويعمل هذا الملح السائل كوقود ومبرد أساسي في الوقت ذاته. ومع تدفق مزيج الملح عبر هيكل قلب المفاعل المركزي المصنوع من الجرافيت، يولد الانشطار النووي المتحكم به درجات حرارة تشغيل تتجاوز 600 درجة مئوية.
وتقدم الديناميكا الحرارية للتشغيل خصائص أمان وميكانيكا تختلف تماماً عن مفاعلات الماء ذات الوقود الصلب. تتطلب مفاعلات الماء الخفيف التقليدية بقاء المبرد السائل تحت ضغوط عالية، تقترب غالباً من 2250 رطلاً لكل بوصة مربعة، لمنع الغليان عند درجات حرارة التشغيل. في المقابل، تظل مخاليط ملح الفلورايد المنصهر سائلة في ظروف الضغط المحيط، حيث تعمل عادةً بين 15 و20 رطلاً لكل بوصة مربعة، مع الحفاظ على عتبة غليان عالية تتجاوز 1400 درجة مئوية.
آلية الأمان السلبية والتحكم في تفاعلات النواة
يؤدي التشغيل بالقرب من الضغط الجوي إلى تقليل الإجهاد الميكانيكي على أوعية الاحتواء والمبادلات الحرارية والأنابيب الأولية، مما يلغي المسبب الفيزيائي لوقوع حوادث فقدان المبرد الناتجة عن الضغط. ويعتمد التحكم في تفاعلات النواة وأنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ بالكامل على قوانين الفيزياء السلبية بدلاً من المضخات الميكانيكية أو الأنظمة الكهربائية النشطة. ويتصل وعاء المفاعل الأساسي بخزان تصريف مخصص يقع أسفل قلب المفاعل مباشرة.
في حال حدوث ارتفاع مفاجئ في الحرارة أو انقطاع التيار الكهربائي، تذوب صمامات التجميد السلبية، مما يسمح لملح الوقود السائل بالتصريف عبر الجاذبية إلى الخزان السفلي. وتعمل هندسة هذا الخزان على فصل ملح الوقود لإيقاف التفاعل المتسلسل دون تدخل بشري أو مصدر طاقة احتياطي. وتتسرب الحرارة الاضمحلالية ببطء عبر جدران الخزان، مما يسمح لملح الوقود بالتبريد والتصلب عند درجة حرارة تقل عن 450 درجة مئوية.
وتتبع شركة Natura Resources استراتيجية تنظيمية مزدوجة المسار للتحقق من صحة هذه النماذج الهندسية قبل النشر التجاري. وتجري الشركة أنشطة ما قبل تقديم الطلبات مع اللجنة التنظيمية النووية الأمريكية لترخيص وحدات تجارية أكبر. وتعمل حلقة البحث الأولية، التي تحمل اسم MSR-1، على جمع بيانات تجريبية حول تنقية الملح، ومعدلات التآكل الحراري، وقدرة تحمل المواد تحت الإشعاع النيوتروني.
التحول الصناعي خارج شبكات الكهرباء
تُمثل الموافقة على مفاعل الملح المنصهر لشركة Natura تحولاً استراتيجياً في قطاع الطاقة النووية، حيث يتجاوز الهدف مجرد توليد الكهرباء ليصل إلى إزالة الكربون من العمليات الصناعية المباشرة. وتعطي خطط النشر التجاري الأولوية لتطبيقات الطاقة الحرارية عالية الحرارة، باستخدام حلقة تبريد ثانوية لنقل الحرارة إلى العمليات الصناعية الخارجية عبر مبادلات حرارية معزولة.
وفي وقت سابق من هذا العام، أبرمت شركة Natura اتفاقية مع شركة NGL Energy لتقييم ربط تصميم مفاعل حراري بقدرة 100 ميجاوات ببنية تحتية لمعالجة المياه في حوض Permian Basin. ومن خلال استهداف تنقية مياه الصرف الصحي الثقيلة بالمعادن الناتجة عن استخراج النفط والغاز، تثبت الشركة أن المفاعلات المتقدمة قادرة على حل اختناقات الطاقة في الصناعات الثقيلة.
كما أن التشغيل بضغط شبه جوي يلغي الحاجة إلى قباب الاحتواء الضخمة المرتبطة بالمحطات النووية القديمة، مما يجعل هذه الأنظمة قابلة للدمج مع المنشآت الزراعية ومراكز البيانات. وإذا نجح النموذج التجريبي MSR-1، فسيضع مخططاً تنظيمياً يسرّع من نشر المفاعلات العاملة بالوقود السائل على نطاق واسع في مختلف القطاعات الصناعية.
