إعادة تشغيل منشأة إزالة التريتيوم في كولهام البريطانية خفض تكاليف التخلص من مواد التفكيك حتى عشرة أضعاف

أخبار ar.wedoany.com، أكملت هيئة الطاقة الذرية البريطانية (UKAEA) تجارب إزالة التريتيوم من مواد تفكيك مفاعل الاندماج الأوروبي المشترك (JET) في منشأة إزالة التريتيوم من المواد (MDF) الواقعة في كولهام. وبعد المعالجة، يُتوقع أن تتحول مواد مثل التنجستن والبريليوم وسبائك الإينكونيل والصلب والنحاس ومركبات ألياف الكربون من نفايات مشعة متوسطة المستوى إلى نفايات مشعة منخفضة المستوى، مما قد يخفض تكاليف التخلص منها بنسبة تصل إلى عشرة أضعاف.

خلال السنوات الثلاث الأخيرة من تشغيل مفاعل JET بالبلازما، أدت تجارب الديوتيريوم-التريتيوم إلى بقاء كميات متبقية من التريتيوم في جدار الحجرة التورويدية والمكونات الداخلية، مما يُظهر أن هذا النظير يتخلل إلى داخل المواد أثناء تشغيل الاندماج عالي الطاقة. وتُعد الكمية الإجمالية للتريتيوم المحتبس في المواد، ونسبة ما يمكن إزالته عبر المعالجة الحرارية، الأساسَ الرئيسي لوضع استراتيجية إدارة النفايات ضمن برنامج تفكيك وإعادة استخدام مفاعل JET (JDR).

يمكن لفريق معالجة النفايات في UKAEA خفض تكاليف التخلص من المواد المذكورة عبر استعادة التريتيوم. فقد كانت هذه المواد مصنفة في الأصل كنفايات مشعة متوسطة المستوى عند تفكيك مفاعل JET، وبعد إزالة التريتيوم تنتقل إلى فئة النفايات منخفضة المستوى، مما يخفض تكاليف التخلص منها بنسبة تصل إلى عشرة أضعاف، بل إن جزءًا منها قد يصبح مؤهلاً لإعادة استخدامه في منشآت الاندماج أو الانشطار المستقبلية.

في نهاية عام 2024، خضعت البلاطات والمكونات المأخوذة من مفاعل JET للمعالجة مباشرة دون الحاجة إلى تفكيك مسبق، كما تمكنت تدفقات المواد المختلطة من الدخول في العملية في وقت واحد، مما يحاكي ظروف التشغيل الفعلية لمنشأة معالجة على نطاق صناعي.

لإزالة التريتيوم المحتبس، يتم تسخين المواد داخل فرن منشأة MDF إلى درجات حرارة عالية في ظروف محكومة تحد من الأكسدة بشكل صارم. يساهم تقليل الأكسدة في تحسين كفاءة العملية، وتقليل أعمال الصيانة، وضمان سلامة وكفاءة العملية. يغادر التريتيوم الناتج عن التفاعل الفرن مع تيار الغاز المعالج، ويتحول إلى ماء يحتوي على التريتيوم عبر محفز، ليتم احتجازه بشكل مركّز. وبعد تبريد الفرن، تُخرج المنتجات المعالجة حرارياً وتُخضع لتحليل بالعينات التدميرية.

وبالإضافة إلى المعالجة الحرارية، تخضع عينات بوزن الغرام من مفاعل JET للتحليل أيضًا، وذلك لتحديد تركيزات النويدات المشعة الأخرى، وقياس كمية التريتيوم المتبقية في المواد بعد المعالجة.

صرح Xavier Lefebvre، مدير النفايات في برنامج تفكيك وإعادة استخدام مفاعل JET، أن المعالجة الناجحة لهذه العينات وفرت للفريق أدلة لم تكن متاحة سابقًا، مما يمكنهم من فهم خصائص مواد JET وتحديات إدارتها طويلة الأمد بشكل أكثر موثوقية. وقد تؤثر هذه المعرفة تأثيرًا جوهريًا على استراتيجية إدارة النفايات في برنامج JDR، من خلال تقليل حالات عدم اليقين، وجعل القرارات المتعلقة بمعالجة النفايات وتغليفها ومسارات التخلص منها وتخطيط التفكيك أكثر منطقية، مع إمكانية تقديم حلول أكثر اعتدالاً لإدارة النفايات، وتعميق فهم الالتزامات طويلة الأمد. وأضاف أن هذا مثال على الجمع بين الابتكار والطموح العلمي والممارسة التشغيلية، مما يفيد المشروع الحالي ويكوّن خبرات لتفكيك منشآت الاندماج في المستقبل.

صرحت UKAEA أن منشأة MDF ستزيل التريتيوم المحتبس في المواد، مما يقلل من حجم النفايات عالية النشاط التي تتطلب إدارة متخصصة في الموقع. وبالإضافة إلى معالجة النفايات المتراكمة الخاصة بها، فإن المنشأة مفتوحة أيضًا للشركات والمؤسسات العاملة في الأبحاث المتطورة في مجال إدارة النفايات والمواد.

مفاعل JET هو مفاعل اندماج من نوع توكاماك، حيث يتحول وقود الهيدروجين الغازي إلى بلازما داخل حجرة مفرغة على شكل كعكة دائرية تحت درجات حرارة وضغوط شديدة، وتقوم ملفات مغناطيسية كبيرة محيطة بتشكيل الجسيمات المشحونة واحتواؤها لمنع ملامستها للجدار. يُعد JET مفاعل التوكاماك الوحيد القادر على العمل بوقود التريتيوم، وهو أيضًا منشأة أبحاث تمهيدية مهمة لمشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER) متعدد الأطراف قيد الإنشاء في جنوب فرنسا. تم بناء المفاعل واستخدامه بشكل مشترك من قبل باحثين أوروبيين، وهو مملوك حاليًا لهيئة UKAEA، التي تولت أيضًا مسؤولية تشغيله في مرحلته الأخيرة، ويستخدمه علماء من 28 دولة أوروبية بتنسيق من اتحاد EUROfusion لاستكشاف إمكانات طاقة الاندماج الخالية من الكربون. في عام 1997، أجرى مفاعل التوكاماك أول تجربة ديوتيريوم-تريتيوم.

استمرت الجولة الأخيرة من تجارب مفاعل JET باستخدام وقود الديوتيريوم والتريتيوم سبعة أسابيع من أغسطس إلى أكتوبر 2023، وتم تنفيذ آخر نبضة في ديسمبر من العام نفسه قبل التفكيك. أنتجت هذه الجولة من تجارب الاندماج أكبر كمية من الطاقة على الإطلاق، محطمةً الرقم القياسي المسجل في عام 2021. وفقًا لبرنامج JDR، تقوم UKAEA حاليًا بتنفيذ التفكيك المبكر وإعادة استخدام مفاعل JET، ومن المتوقع أن تستمر الأعمال حتى حوالي عام 2040، وستوفر خلال هذه الفترة منصة لتطوير تقنيات ومهارات الاندماج المستقبلية.