ندا اظهری، مترجم: انرژی هسته‌ای در دنیای امروز که به انرژی بالایی برای استفاده از منابع نیاز دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. در‌حال‌حاضر سه نسل رآکتور برای تولید انرژی هسته‌ای در دنیا در‌حال کار هستند که هر کدام مزایا و معایبی دارند اما نقطه مشترک آنها، تولید حجم بالای گازهای گلخانه‌ای است که خطرات زیست‌محیطی متعددی را ایجاد می‌کند. برای رها شدن از این معضل جهانی، محققان دنیا روی تولید نسل چهارم رآکتورهای هسته‌ای فعالیت می‌کنند و چینی‌ها به تازگی موفق شده‌اند نخستین رآکتور نسل چهارم را در دنیا تولید و راه‌اندازی کنند. رآکتورهای نسل چهارم فناوری‌های طراحی رآکتور هسته‌ای هستند که به‌عنوان جانشین رآکتورهای نسل سوم در‌نظر گرفته می‌شوند. اکنون چین تنها تولیدکننده رآکتور نسل چهارم در دنیا لقب گرفته است.

 پیشرفت انرژی هسته‌ای به‌رغم خطرات آن
به گزارش forbes، در سال 2019 آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) انرژی هسته‌ای را در سیستم انرژی پاک منتشر کرد که بر اهمیت انرژی هسته‌ای در کربن‌زدایی بخش انرژی جهان تاکید می‌کند. انرژی هسته‌ای برای اقتصادهای پیشرفته بزرگ‌ترین منبع برق با کربن پایین برای بیش از 30 سال بوده است که نقش مهمی در برقراری امنیت منابع انرژی در چند کشور ایفا کرده است. اما اکنون با آینده نامشخصی روبه‌رو است؛ چراکه کارخانه‌هایی که سال‌ها از عمر آنها می‌گذرد در اقتصادهای پیشرفته کم‌کم از رده خارج و تعطیل می‌شوند که تا حدی می‌توان دلیل آن را سیاست‌هایی برای حذف تدریجی آنها به‌دنبال فشارهای وارده از سوی شرایط بازار و موانع نظارتی دانست. به‌رغم اهمیت انرژی هسته‌ای به‌عنوان منبع برق با کربن پایین، برخی کشورها با اشاره به خطراتی مانند فاجعه چرنوبیل در سال 1986 و فاجعه فوکوشیما در سال 2011 به‌دنبال آن هستند که آن را به‌تدریج کنار بگذارند. روشن است تا زمانی که افکار عمومی متوجه شوند این انرژی‌های کربن پایین چه خطراتی ممکن است داشته باشد، انرژی هسته‌ای با مخالفت‌های زیادی روبه‌رو خواهد بود. به همین دلیل است که محققان تلاش می‌کنند با برجسته کردن پیشرفت‌های فناوری، ترس از بلایای هسته‌ای بزرگی را که دنیا در گذشته تجربه کرده، از بین ببرند.

 آب، خنک‌کننده رآکتورهای نسل اول تا سوم
نسل اول نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای در دهه‌های 1950 و 1960 ساخته شد که بر پایه فناوری رآکتور آب سبک کار می‌کردند. در این رآکتورها، از آب به‌عنوان خنک‌کننده و تعدیل‌کننده نوترونی استفاده می‌شد و باید از اورانیوم غنی شده به‌عنوان سوخت استفاده می‌کرد. رآکتورهای نسل دوم در دهه‌های 1970 و 1980 شکل گرفتند که طرح توسعه‌یافته رآکتورهای نسل اول بودند، اما در آنها هنوز هم آب حکم خنک‌کننده را دارد و از اورانیوم غنی‌شده به‌جای سوخت استفاده می‌کنند. همچنین رآکتورهای نسل سوم که در دهه‌های 1990 و 2000 میلادی به کار گرفته شده و آغاز به کار کردند، ویژگی‌های ایمنی غیرفعال و سایر پیشرفت‌های طراحی را دارا هستند، اما در این نسل از رآکتورها نیز همچنان از آب به‌عنوان خنک‌کننده استفاده می‌کنند.
 رآکتورهای نسل چهارم، امن‌تر و پایدارتر
اما نسل چهارم رآکتورهای انرژی هسته‌ای به کلاس جدیدی از رآکتورهای هسته‌ای پیشرفته اطلاق می‌شود که نسبت به نسل‌های قبلی نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای، ایمن‌تر، کارآمدتر و پایدارتر هستند. در این رآکتورها از ترکیبی از مواد پیشرفته، طراحی‌ها و سیستم‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود و به‌نظر می‌رسد در مقایسه با نسل‌های گذشته، اقتصادی‌تر و انعطاف‌پذیرتر بوده و نسبت به فناوری‌های هسته‌ای فعلی مقیاس پذیرند. رآکتورهای جدید مزایای مختلفی در برابر نسل‌های گذشته دارند؛ نخست اینکه این رآکتورهای نسل چهارم بسیار ایمن‌تر از نسل‌های قبلی هستند و ویژگی‌های ایمنی ذاتی دارند که از انتشار مواد رادیواکتیو در‌صورت تصادف یا بروز نقص جلوگیری می‌کند. دومین ویژگی اینکه این رآکتورها با نرخ تبدیل سوخت هسته‌ای به الکتریسیته کارآمدتر هستند. سوم اینکه این رآکتورها پایدارتر بوده و با تولید زباله کمتر و توانایی استفاده از زباله‌های هسته‌ای به‌عنوان سوخت، پایداری مطلوب‌تری پیدا کرده‌اند. درنهایت این رآکتورهای نسل جدید انعطاف‌پذیرتر و مقیاس‌پذیرتر بوده و پتانسیل استفاده در انواع برنامه‌ها و تنظیمات، از‌جمله مکان‌های راه دور و ریزشبکه‌ها را دارند.

 آمریکایی‌ها به‌دنبال نسل چهارم رآکتور
شرکت کانادایی Terrestrial Energy از ماه‌ها قبل روی فناوری نسل چهارم انرژی هسته‌ای کار می‌کند. رآکتور یکپارچه نمک مذاب (IMSR) نسل چهارم از رآکتور هسته‌ای است که در آن از نمک مذاب به‌عنوان خنک‌کننده و حامل سوخت استفاده می‌کنند. رآکتورهای نمک مذاب مزایای متعددی نسبت به رآکتورهای هسته‌ای قدیمی دارند به‌طوری که رآکتور‌های نسل چهار قادرند در دماهای بالاتر نیز فعالیت داشته باشند که آنها را کارآمدتر و انعطاف‌پذیرتر می‌کند و توانایی استفاده از انواع مختلف سوخت از‌جمله «توریم» را دارند. رآکتورهای جدید همچنین پتانسیل و ویژگی‌های ایمنی غیرفعال را داراست که آسیب‌پذیری آنها را در برابر حوادث کمتر می‌کند. به‌طور قطع به کار گرفتن فناوری نوآورانه هسته‌ای رآکتورهای نسل چهارم به کربن‌زدایی از اقتصاد جهانی کمک می‌کند.

 اهمیت رآکتورهای جدید برای داشتن دنیایی پایدارتر
IMSR یک منبع انرژی مقرون به صرفه با کربن صفر است که برای کاربردهای مختلف از جمله تولید برق، حرارت فرآیند صنعتی و نمک‌زدایی مناسب است. این رآکتور همچنین یک فناوری مقیاس‌پذیر است که می‌تواند در اندازه‌های مختلف برای رفع نیاز بازارهای مختلف به کار گرفته شود. به‌طور کلی، برنامه IMSR در راستای تلاش برای کربن‌زدایی از اقتصاد جهانی و نیز برآورده کردن نیازهای انرژی در‌حال رشد جهانی بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای نقش بسزایی ایفا می‌کند. با دستیابی به این نقطه عطف نظارتی، شرکت Terrestrial Energy درحال‌حاضر در موقعیت خوبی قرار گرفته است تا با تجاری‌سازی فناوری IMSR رو به جلو حرکت کند. این شرکت قصد دارد نخستین رآکتور خود را در مقیاس تجاری در کانادا بسازد و پروژه‌های دیگری را هم برای آمریکا و سایر کشورها برنامه‌ریزی کرده است. در نتیجه IMSR پتانسیل ارائه انرژی ایمن، قابل اعتماد و مقرون به صرفه‌ای را دارد که به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و پاسخگویی به تقاضای انرژی در جهان کمک کرده و گامی بزرگ در صنعت هسته‌ای و آینده انرژی پاک ایفا می‌کند. طبق گفته مجمع بین‌المللی Gen IV (GIF)، چهارچوب همکاری بین‌المللی کشورهای اصلی دارای انرژی هسته‌ای، هدف از تولید رآکتورهای نسل چهارم، محدود کردن اثرات زیست‌محیطی، کاهش بار زباله‌های هسته‌ای، کاهش خطر ذوب هسته‌ای و ایجاد فرصت‌های تکثیر هسته‌ای است. این مجمع که توسط وزارت انرژی آمریکا در سال 2000 آغاز به کار کرد، نماینده 13 کشور هسته‌ای از جمله چین، فرانسه، ژاپن و روسیه به همراه اتحادیه اروپاست. طبق GIF، رآکتورهای نسل چهارم در دماهای بالاتری نسبت به بیشتر رآکتورهای امروزی در دنیا کار می‌کنند که به آنها اجازه تولید برق و هیدروژن را می‌دهد. این مجمع، شش نوع فناوری هسته‌ای را شناسایی کرده است که نشان‌دهنده نسل چهارم بوده و بیشتر کشورهای این چهارچوب متعهد به تولید حداقل یکی از آنها هستند. به غیر از رآکتورهای گازی مانند HTGR که از هلیوم برای خنک کردن استفاده می‌کند، رآکتورهای سریع خنک‌شونده با سرب، نمک مذاب یا سدیم نیز وجود دارند که قادرند زباله‌های هسته‌ای را به سوخت تبدیل کنند. رآکتورهای فوق بحرانی خنک شونده با آب نیز به‌طور مستقیم از آب برای خنک کردن استفاده می‌کنند. رآکتورهایی مانند HTGR می‌تواند هیدروژن را در کنار برق برای شبکه تولید کنند. هیدروژن تولید شده توسط رآکتورها می‌تواند به‌عنوان سوخت و نیز در انواع کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. بیشترین هیدروژنی که امروز در دنیا تولید می‌شود از مواد مبتنی‌بر کربن ساخته شده و در نتیجه باعث انتشار دی‌اکسید ‌کربن و افزایش گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

 رونمایی از نخستین رآکتور نسل چهارم دنیا در چین
در روزهای گذشته رسانه‌های چین از آغاز به کار عملیات تجاری نخستین نیروگاه هسته‌ای نسل بعدی جهان با گاز خنک‌کننده خبر داد. اداره ملی انرژی چین اعلام کرده که این نیروگاه به‌طور رسمی به بهره‌برداری تجاری رسیده است. نیروگاه خلیج «شیدائو» که در شرق استان «شاندونگ» واقع شده، دارای حقوق مالکیت معنوی کاملا مستقل است که به‌طور مشترک از سوی گروه چینی هوآنگ، دانشگاه شینهوآ و شرکت ملی هسته‌ای چین توسعه یافته است. این نیروگاه از دو رآکتور با دمای بالا استفاده می‌کند که به‌جای آب تحت فشار از گاز برای خنک‌سازی آن استفاده می‌شود که کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر هستند. رآکتور خنک‌کننده گازی با دمای بالا (HTGR) پس از آزمایش‌ و کار مداوم یک‌هفته‌ای (168 ساعت) به‌صورت فعال درآمد. رآکتورهای معمولی از انرژی هسته‌ای برق تولید می‌کنند با وجود این، رآکتورهای پیشرفته که به‌عنوان رآکتورهای کوچک مدولار یا SMR شناخته می‌شوند، قادرند برای کاربردهای دیگری چون گرمایش، نمک‌زدایی یا بخار برای رفع نیازهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. در نسل چهارم این رآکتور به‌جای استفاده از آب برای خنک کردن سیستم، رآکتور با دمای بالا با کمک گاز هلیوم خنک می‌شود که امید می‌رود برای توسعه بیشتر نیروگاه‌های هسته‌ای داخلی مورد استفاده قرار گیرد؛ چراکه نیازی به قرار گرفتن در کنار منبع آب ندارد. رآکتورهای با دمای بالا قادرند گرما، انرژی و هیدروژن تولید کرده و به چین و دنیا در خنثی‌سازی کربن کمک کنند.

 ایمنی، مهم‌ترین قابلیت رآکتور چینی
طراح ارشد پروژه نیروگاه هسته‌ای رآکتور خنک‌کننده گازی (HTGR) و رئیس انرژی هسته‌ای و موسسه فناوری انرژی جدید دانشگاه شینهوآ گفته است که این نیروگاه از نوع پیشرفته رآکتورهاست و دارای فناوری انرژی هسته‌ای نسل چهارم است که جهت توسعه کلیدی انرژی هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساخت تاسیسات این رآکتور در سال 2012 کلید خورد که دارای دو رآکتور حرارتی 250 مگاواتی و یک ژنراتور بخار با ظرفیت نصب شده 200 مگاوات است. 93.4 درصد از مواد به کار رفته در احداث این رآکتور از منابع داخلی چین تامین شده است. از مهم‌ترین ویژگی‌های طراحی این رآکتور می‌توان به «ایمنی ذاتی» آن اشاره کرد؛ چراکه در‌صورتی‌که رآکتور به‌طور ناگهانی خراب شده یا دچار اختلالی خارجی شود، هسته ذوب نشده و از نشت مواد رادیواکتیو جلوگیری می‌کند. این قابلیت حتی در‌صورت از دست دادن کامل ظرفیت خنک کننده، مانع از آسیب به رآکتور می‌شود. به گزارش straitstimes، چین به دنبال رهایی از نیروگاه‌های زغال‌سنگی است که در کشورش وجود دارند و به این واسطه تلاش می‌کند به دنبال تنش‌های ایجاد شده با کشورهای غربی، وابستگی خود را به فناوری‌های خارجی کاهش دهد. «ژانگ یانسو»، مدیر این پروژه اعلام کرده که بیش از 90 درصد تجهیزات کارخانه خلیج شیدائو، طراحی مهندسان چینی است. ساخت این نیروگاه در سال 2012 آغاز و نخستین SMR در سال 2021 به شبکه برق متصل شده است. SMRهای چندمنظوره به لطف معماری فشرده و ساده‌ای که دارند، با طراحی ماژولار که هزینه‌ها و زمان ساخت را کاهش می‌دهد، می‌توانند نقش اصلی را در کربن‌زدایی و انتقال انرژی ایفا کنند. علاوه ‌بر رآکتوری که در چین رونمایی شده، در استان فوجیان در جنوب‌شرقی چین هم یک پروژه آزمایشی رآکتور سریع خنک شونده با سدیم در دست ساخت است که انتظار می‌رود تا سال 2025 به شبکه متصل شود. این رآکتورهای سریع خنک شونده سدیمی برخلاف رآکتورهای HTGR، قادر به بازیافت اورانیوم ضعیف شده بوده و امکان استفاده مجدد از سوخت را فراهم می‌کنند.

 چین تنها تولیدکننده نسل چهارم رآکتورها در دنیا
رآکتورهای دیگری که با سدیم خنک می‌شوند در دنیا در حال کار هستند که نسل سومی به‌شمار می‌روند. به گفته آژانس بین‌المللی انرژی، سایر پروژه‌های رآکتور هسته‌ای نسل چهارم قرار است در آمریکا، ژاپن و کانادا راه‌اندازی شوند اما هنوز ساخت‌وساز آنها آغاز نشده و محققان این طرح‌ها در‌حال‌حاضر در حال انجام تحقیقات و طراحی هستند. چین ظرفیت هسته‌ای خود را با بالاترین نرخ در سطح جهان افزایش داده است. با وجود این، براساس گزارش منتشر شده از سوی انجمن جهانی هسته‌ای از سال‌جاری، انرژی هسته‌ای هنوز 5 درصد از تولید انرژی را در چین به خود اختصاص داده و هنوز 95 درصد تولید انرژی این کشور متکی به زغال‌سنگ است. از این رو چین برای کاهش این وابستگی و رها شدن از حجم بالای تولید گازهای گلخانه‌ای که آلودگی زیست‌محیطی زیادی را به بار می‌آورد، مجبور به استفاده از فناوری‌هایی چون نسل چهارم رآکتورهای هسته‌ای است تا از این طریق فرآیند کربن‌زدایی را در چین تسریع کند. همچنین این رآکتورهای HTGR در کشورهایی که آب شیرین محدود دارند، بسیار مفید بوده و اهمیت بالایی دارد؛ چراکه دیگر به مقادیر زیادی از آب برای خنک کردن رآکتورها نیاز ندارند.‌ بیش از 500 شرکت در زمینه طراحی و توسعه، ساخت‌وساز مهندسی، ساخت تجهیزات، تولید و بهره‌برداری، در این پروژه مشارکت داشته‌اند. به گفته مسئول این پروژه، نرخ بومی‌سازی تجهیزات نیروگاه هسته‌ای به بیش از 90 درصد رسیده است. بهره‌برداری تجاری از نیروگاه هسته‌ای در ارتقای ایمنی و نیز قابلیت‌های علمی، فناوری و نوآوری توسعه انرژی هسته‌ای چین از اهمیت بالایی برخوردار است.