قامت الصين مؤخرا بتصميم واختبار محطة للطاقة النووية تعالج قضية الانهيارات النووية الشهيرة، بمعنى أن المفاعل النووي لا ينصهر مثلما حدث في حالة كارثة تشرنوبل عام 1986، وبذلك تكون “وحدة المفاعل النووي المبرد بالغاز عالي الحرارة” التي طورها العلماء الصينيون هي الأولى من نوعها في العالم.
كيف ينهار المفاعل النووي؟
يولد المفاعل النووي الطاقة من خلال الانشطار النووي، حيث تنقسم الذرات لإطلاق الحرارة. وتُستخدم هذه الحرارة لإنتاج البخار الذي يغذي التوربينات لتوليد الكهرباء.
وتحتاج المفاعلات إلى تبريد مستمر لمنع ارتفاع درجة الحرارة. وإذا توقف الماء أو غيره من سوائل التبريد عن الدوران (بسبب انقطاع التيار الكهربائي أو فشل المضخة أو المشكلات الميكانيكية) يبدأ المفاعل في التسخين.
وبدون تبريد، ترتفع درجة حرارة قضبان الوقود النووي بشكل كبير، وإذا تجاوزت 1200 درجة مئوية، يمكن أن يتفاعل غلاف الزركونيوم حول قضبان الوقود مع البخار وينتج غاز الهيدروجين، وهو شديد الانفجار.
وإذا وصلت درجة الحرارة إلى حوالي 2000 درجة مئوية، تبدأ قضبان وقود اليورانيوم في الذوبان، وتشكل كتلة ساخنة منصهرة يمكن أن تحرق هذا المفاعل وتنشر الإشعاع في الهواء والماء والتربة، مما يتسبب في كارثة نووية كبرى.
طبقة الحصى
لكن العلماء الصينيين قاموا بتصميم تقنية “طبقة الحصى” وعلى عكس المفاعلات التقليدية التي تستخدم قضبان الوقود الصلب، يستخدم المفاعل الجديد وحدات وقود كروية، يبلغ حجم الواحدة منها حجم كرة تنس أرضي.
ويتكون وقود المفاعل من جزيئات ثلاثية البنية متساوية الخواص (تسمى ترايسو) وهي حبات صغيرة من اليورانيوم مطلية بطبقات متعددة من الكربون والمواد الخزفية. وتعمل هذه الطلاءات كنظام احتواء، وحتى إذا أصبح المفاعل ساخناً للغاية فإن هذه الطلاءات تمنع تسرب الإشعاع وتمنع اليورانيوم من الذوبان.
وعلى عكس قضبان الوقود التقليدية، لا يحتاج وقود ترايسو إلى الماء ليظل باردًا، فهو يحتوي على حواجز أمان خاصة به داخل كل حصاة وقود صغيرة، وإلى جانب ذلك يسمح هيكل المفاعل بتبديد الحرارة بشكل طبيعي، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة والانهيارات المحتملة.
تبريد إضافي
من جانب آخر، يستخدم المفاعل الجديد غاز الهليوم للتبريد الإضافي، والذي لا يتبخر أو يتفاعل مع الوقود، مما يجعله أكثر أمانًا، وحتى إذا توقف تدفق الهليوم، يسمح تصميم المفاعل بطريقة التبريد السلبي، أي أن المفاعل يبرد نفسه بشكل طبيعي، حيث تم تصميمه بحيث تهرب الحرارة بشكل طبيعي من خلال قلبه الصغير، مما يسمح للحرارة بالانتشار بالتساوي دون تراكمها في مكان واحد، كما أن المواد المكونة للمفاعل تمتص الحرارة وتطلقها ببطء، مما يمنع ارتفاع درجات الحرارة بشكل خطير.
وللتحقق من ميزات السلامة، خضع النموذج الجديد لاختبارات صارمة، بحسب النتائج التي نشرها الباحثون في دراسة بدورية “جول”.
وفي أحد السيناريوهات، تم حرمان المفاعل عمدًا من أنظمة التبريد النشطة لمحاكاة حادث فقدان التبريد، حينما ارتفعت درجة حرارة المفاعل إلى حد أقصى يبلغ حوالي 870 درجة مئوية بعد 3.5 ساعات، وهو مستوى أقل بكثير من العتبة التي يمكن أن تعرض سلامة جزيئات وقود ترايسو للخطر، وتم نقل الحرارة بشكل فعال إلى الهيكل المحيط.