تامین برق یک شهر با راکتور هسته‌ای در حیاط پشتی خانه

ریزراکتورهای هسته‌ای در زمین

کد خبر: ۸۲۶۶۹۶

تاریخ: ۰۵ مهر ۱۴۰۴ - ۱۱:۵۹

به گزارش ایران اکونومیست؛ شاید تصور کنید نیروگاه‌های هسته‌ای تاسیسات عظیمی هستند که صدها هکتار وسعت دارند اما باید بدانید که در مقابل،  ریزراکتورهای هسته‌ای می‌توانند در زمینی به اندازه یک زمین فوتبال قرار گیرند و برق یک شهر کامل را تامین کنند.

فناوری ریزراکتور برای استفاده در شهرها یا شهرستان‌ها هنوز توسعه نیافته است، اما بسیاری از محققان در حال بررسی دلایل استفاده از آن هستند. برای مثال، این فناوری می‌تواند برای دانشگاه‌ها، جوامع دورافتاده در آلاسکا که عمدتا با نفت و گازوئیل تغذیه می‌شوند، شرکت‌های فناوری که به دنبال برق قابل اعتماد برای مراکز داده هوش مصنوعی هستند، شرکت‌هایی که به گرمای با دمای بالا برای فرآیندهای تولیدی و صنعتی نیاز دارند،  عملیات استخراج معادن که به یک منبع انرژی پاک نیاز دارند و حتی پایگاه‌های نظامی که به دنبال منبع انرژی امن هستند، مفید باشد.

تاریخچه ریزراکتورها

به نقل از اس‌اف، ریزراکتورهای هسته‌ای به عنوان یک فناوری،  هم جدید و هم قدیمی هستند. در دهه‌های ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰، ارتش و دولت آمریکا شروع به توسعه راکتورهای کوچک و باتری‌های هسته‌ای برای تأمین انرژی زیردریایی‌ها و فضاپیماها کردند.

پس از توسعه این راکتورها و باتری‌های کوچک برای ماموریت‌های مختلف، تمرکز صنعت هسته‌ای به راکتورهای قدرت تغییر یافت. آنها به سرعت شروع به افزایش مقیاس طرح‌های خود از تولید ده‌ها مگاوات به سیستم‌های در مقیاس گیگاوات کردند که امروزه در سراسر جهان رایج است.

این راکتورهای تاریخی، کوچک بودند زیرا دانشمندان هنوز در حال یادگیری فیزیک و مهندسی زیربنایی این سیستم‌ها بودند. امروزه، مهندسان عمدا ریزراکتورها را کوچک طراحی می‌کنند.

ریزراکتورها را نباید با راکتورهای مدولار کوچک اشتباه گرفت. آنها اغلب نسخه‌های مدولار کوچک‌شده‌ای از راکتورهای بزرگ هستند. راکتورهای کوچک و مدولار را می‌توان به صورت واحدهای تکی یا خوشه‌ای ساخت تا به ظرفیتی مشابه یک راکتور بزرگ دست یافت. ریزراکتورها از آنها کوچکتر هستند و ظرفیت توان آنها کمتر از ۲۰ مگاوات است.

تولید و هزینه

از آنجا که ریزراکتورها کوچک هستند، نیازی به یک پروژه ساختمانی عظیم و چند ساله مانند راکتورهای بزرگ انرژی هسته‌ای ندارند. می‌توان هر ساله چندین واحد را در یک کارخانه مونتاژ کرد و با کامیون یا قایق به مقصد نهایی ارسال کرد.

راکتورهای بزرگ ذاتا نقصی ندارند و از بسیاری جهات، آنها همچنان گزینه اقتصادی‌تری برای انرژی هسته‌ای هستند. با این حال، شرکت‌های برق به تازگی به دلیل ماهیت چند میلیارد دلاری این پروژه‌ها، در سرمایه‌گذاری در راکتورهای بزرگ تردید داشته‌اند.

ریزراکتورها به نوع متفاوتی از سرمایه‌گذاری نیاز دارند، اما به همان اندازه قابل توجه هستند. اگرچه واحدهای جداگانه قیمت بسیار پایین‌تری خواهند داشت، اما ساخت کارخانه‌ای برای تولید این ریزراکتورها یک کار عظیم است. شرکت‌های تولیدکننده رآکتور منتظر پر شدن دفتر سفارشات خود هستند تا بتوانند در کارخانه‌ها سرمایه‌گذاری کنند.

این یک معمای حل نشده است. بدون سفارش، بعید است که توسعه‌دهندگان فناوری کارخانه‌های ریزراکتور بسازند و بعید است که کاربران آینده این راکتورهای جدید تا زمانی که این سبک جدید تولید آزمایش نشده و واحدهای اولیه ساخته نشده‌اند، سفارش دهند.

کاربران آینده نیز منتظرند ببینند که هزینه واقعی این ریزراکتورها چقدر خواهد بود. توسعه‌دهندگان راکتور تخمین‌های هزینه زیادی ارائه داده‌اند، اما در گذشته، تخمین‌ها برای راکتورهای هسته‌ای همیشه قابل اعتماد نبوده‌اند. توسعه‌دهندگان احتمالا تا زمانی که راکتورها واقعا ساخته نشوند، از اعداد واقعی مطلع نخواهند شد.

واحدهای اولیه‌ «اولین در نوع خود» بدون شک هزینه‌ بسیار بیشتری نسبت به واحدهای بعدی خواهند داشت. همچنان که تولیدکنندگان بهترین فرآیندهای تولید را یاد می‌گیرند، قادر خواهند بود راکتورهای بیشتری را با قیمت کمتر بسازند.

در این وضعیت متناقض که توسعه‌دهندگان منتظر سفارش‌ها و کاربران منتظرند تا اقتصاد راکتورهای اولیه را ببینند، بودجه دولتی برای ساخت پروژه‌های نمایشی می‌تواند به هدایت فناوری ریزراکتور از طرح‌های اولیه به بازار کمک کند.

پیشگامانی مانند آزمایشگاه‌های ملی، دانشگاه‌ها، مراکز داده و پایگاه‌های نظامی که مایل به خرید این رآکتورهای اولیه هستند، نیز در اعتبارسنجی امکان‌سنجی اقتصادی این رآکتورهای جدید نقش دارند.

ریزراکتورهای امروزی

در یک راکتور هسته‌ای، ترکیب سوخت هسته‌ای و خنک‌کننده که ماده‌ای است که هم برای خنک کردن سوخت و هم برای انتقال گرمای تولید شده توسط آن استفاده می‌شود و در طراحی آن به کار رفته است، تعیین می‌کند که در چه شرایطی بهترین عملکرد را خواهد داشت. بسیاری از خنک‌کننده‌های غیرآبی می‌توانند به راکتورها اجازه دهند در فشارهای پایین‌تری کار کنند که کمی ایمن‌تر است.

ریزراکتورهایی که امروزه توسعه می‌یابند، مبتنی بر طیف گسترده‌ای از فناوری‌های راکتور هستند و از ترکیبات مختلفی از سوخت‌های هسته‌ای و خنک‌کننده‌ها استفاده می‌کنند.

برخی از راکتورها، مانند راکتورهای پیشران زیردریایی، راکتورهای کوچکی که تحت فشار آب هستند، از همان فناوری پایه‌ای که در اکثر نیروگاه‌های هسته‌ای در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود، بهره می‌برند. برخی دیگر از پیکربندی‌هایی استفاده می‌کنند که شبیه راکتورهای کوچک در فضاپیماها است. برخی دیگر نیز از ترکیبات سوخت هسته‌ای و خنک‌کننده که قبلا در راکتورهای بسیار بزرگتر آزمایش شده است، مانند راکتورهای گازی با دمای بالا، راکتورهای سدیم سریع و حتی راکتورهای نمک مذاب استفاده می‌کنند.

اگرچه ریزراکتورها طیف وسیعی از فناوری‌ها را در بر می‌گیرند، اما همگی به طور قابل توجهی ساده‌تر از راکتورهای بزرگی هستند که امروزه استفاده می‌شوند. در بسیاری از موارد، آنها قطعات متحرک کمی دارند یا اصلا قطعات متحرک ندارند.

ریزراکتورها، به دلیل سادگی قابل توجهشان، بیشتر قابل شناخت خواهند بود. از آنجا که مطالعه و درک آنها آسان‌تر است، سیستم‌های راکتور ساده‌تر، نقاط ضعف و نگرانی‌های ایمنی کمتری دارند.

سیستم‌های پیچیده، مانند راکتورهای بزرگ انرژی هسته‌ای می‌توانند اساسا ناشناخته باشند و با درهم‌تنیدگی‌های غیرمنتظره‌ای که باعث ایجاد ناپایداری، نگرانی‌های ایمنی و احتمال خرابی می‌شوند، مواجه شوند. راکتورهای بزرگ امروزه با خیال راحت کار می‌کنند، زیرا ما در طول دهه‌ها فعالیت، در مورد این ناشناخته‌ها آموخته‌ایم. ریزراکتورها به دلیل سادگی‌شان، اساسا ایمن‌تر و قابل پیش‌بینی‌تر از راکتورهای بزرگ در زمان ساخت اولیه خود خواهند بود.

مکان‌یابی ریزراکتورها

اگرچه وزارت انرژی بر پروژه‌های نمایشی ریزراکتور نظارت دارد، اما استقرار تجاری آنها نیاز به تایید کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده دارد که می‌تواند چندین سال طول بکشد و در نهایت ممکن است تعیین کند که راکتورهای تجاری چه زمانی می‌توانند ساخته شوند. چندین طرح اکنون در حال نزدیک شدن به ساخت یا در مراحل اولیه بررسی هستند.

برای حفظ امنیت مردم، راکتورهای بزرگ مناطق برنامه‌ریزی اضطراری تعیین کرده‌اند که معمولا در شعاع ۱۰ و ۵۰ مایلی است که برای ورود به آنها به درجات مختلفی از برنامه‌ریزی و حفاظت نیاز است. منطقه ۱۰ مایلی دارای پناهگاه‌ها و برنامه‌های تخلیه خاصی است، در حالی که افراد در منطقه ۵۰ مایلی در صورت وقوع حادثه فاجعه‌بار، ممکن است نیاز به اقدامات احتیاطی در مورد آنچه می‌خورند و می‌نوشند داشته باشند، اما نیازی به تخلیه نخواهند داشت.

از آنجا که ریزراکتورها کوچک‌تر و ساده‌تر هستند، توسعه‌دهندگان و تنظیم‌کنندگان ممکن است مناطق برنامه‌ریزی اضطراری خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. این مناطق می‌توانند فقط تا مرز محل تأسیسات یا شاید چند صد متر فراتر از آن گسترش یابند.

کاهش منطقه برنامه‌ریزی اضطراری می‌تواند به این معنی باشد که ریزراکتورها می‌توانند در شهرها و شهرستان‌ها ساخته شوند یا در جوامع دورافتاده تعبیه شوند. آنها ممکن است روزی به اندازه صفحات خورشیدی و آسیاب‌های بادی که هنگام رانندگی در حومه شهر می‌بینید، فراگیر شوند و مانند راکتورهای زیردریایی که می‌توانند یک جامعه کوچک ۱۰۰ نفره زیر آب را تغذیه کنند، یک ریزراکتور می‌تواند یک شهر روستایی را تغذیه کند.

اما حتی اگر قرار دادن یک ریزراکتور هسته‌ای در نزدیکی یک شهر از نظر فنی امکان‌پذیر باشد، آیا جامعه آن را می‌پذیرد؟

مشارکت عمومی

تحقیقات مداوم نشان می‌دهد که پاسخ به این سؤال منوط به نحوه تعامل توسعه‌دهندگان فناوری با جوامعی است که ممکن است میزبان یک ریزراکتور باشند. اگر آنها سعی کنند به طور یک‌جانبه و بدون دریافت نظر، تصمیم خود را برای ساخت یک ریزراکتور اعلام و از آن دفاع کنند، جوامع احتمالا واکنش نشان خواهند داد.

با این حال، اگر توسعه‌دهندگان با جوامع همکاری کنند تا امیدها، نگرانی‌ها و اولویت‌های آنها را درک کنند، احتمالا متوجه خواهند شد که بسیاری از مردم پذیرای تأسیسات انرژی هسته‌ای فرامحلی هستند.

یافته‌های اولیه نشان می‌دهد که یک رویکرد یکسان برای طراحی این تاسیسات وجود ندارد. هر جامعه‌ای مجموعه ترجیحات خاص خود را دارد که توسعه‌دهندگان باید در کنار سؤالات مهندسی، آنها را بررسی کنند.