ما هي مفاعلات الأملاح المصهورة؟

في الوقت الحالي، تستخدم غالبية محطات القوى النووية في جميع أنحاء العالم مفاعلات الماء المضغوط. وفي هذه المفاعلات، يُستخدم الماء كمبرد ويُضخ تحت ضغط عالٍ ليصل إلى قلب المفاعل. وهناك، يسخن الماء نتيجةً للطاقة المنبعثة من انشطار النويات، ثم ينبعث في شكل بخار ويحرِّك التوربينات لإنتاج الكهرباء.

ولكن حين يُستخدم الملح كمبرد أولي بدلاً من الماء، يمكنه امتصاص كميات هائلة من الحرارة عند مستوى الضغط الجوي، مما يتيح تشغيل المفاعلات القائمة على هذه التكنولوجيا في درجات حرارة مرتفعة جداً. ويفضي ذلك بدوره إلى إنتاج حرارة عالية الجودة ويساعد على إزالة الكربون من العمليات الصناعية على غرار عمليات إنتاج الهيدروجين لتصنيع الصلب الأخضر ويتيح تجنب تلوث الجو بالكميات الكبيرة من غازات الاحتباس الحراري التي تنبعث حالياً عند إنتاج الهيدروجين بواسطة الوقود الأحفوري.  

ويزداد الاهتمام الدولي بمفاعلات الأملاح المصهورة نظراً إلى قدرتها على توفير كميات كبيرة من الكهرباء بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة، وعلى إنتاج حرارة عالية يمكن استخدامها لأغراض المعالجة في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية. وتتسم بالمزايا عينها المفاعلات المرتفعة الحرارة المبردة بالغاز (التي يُستخدم فيها غاز الهليوم كمبرد بدلاً من الأملاح المصهورة). وبالنسبة إلى المنطقة العربية، قد تؤدي هذه المزايا دوراً رئيسياً في تحديد مسار التحولات المقبلة في مجال الطاقة. فعلى سبيل المثال، يمكن للمملكة العربية السعودية استخدام مفاعلات الأملاح المصهورة في سعيها إلى إزالة الكربون من عملياتها الصناعية، بما يتماشى مع "رؤية السعودية 2030" التي تركز على الهيدروجين الأخضر. وبإمكان الأردن الذي تتوافر لديه احتياطيات كبيرة من اليورانيوم أن يستفيد أيضاً من مفاعلات الأملاح المصهورة لتحسين استدامة دورات الوقود النووي في البلد. وتنظر الإمارات العربية المتحدة أيضاً في إمكانية نشر مفاعلات الأملاح المصهورة بعد توقيعها اتفاقاً في عام 2023 لتقييم جدوى هذه الخطوة.

استكشفوا الطريقة التي يمكن بها للطاقة النووية أن تحل محل الفحم في إطار الانتقال إلى الطاقة النظيفة.

طوِّرت التصاميم الأولى لمفاعلات الأملاح المصهورة في خمسينيات القرن العشرين، ولكنَّ بعض التصاميم الأحدث عهداً لا تتطلب استخدام الوقود الصلب، مما يزيل الحاجة إلى تصنيع هذا الوقود والتخلص منه فيما بعد. وتنتج مفاعلات الأملاح المصهورة المزودة بتكنولوجيا الوقود السائل كميات أقل من النفايات النووية القوية الإشعاع لأن الوقود المستخدم لتشغيلها يتسم بمعدل حرق أعلى وينتج قدراً أقل من النفايات. 

بالإضافة إلى ما سبق، تتوافر في مفاعلات الأملاح المصهورة عموماً سمات الأمان الخامل، وهذه السمات هي عناصر تصميمية تعزِّز الأمان استناداً إلى مبادئ فيزيائية طبيعية من دون الحاجة إلى تدخل بشري. فعلى سبيل المثال، إذا ارتفعت درجة حرارة هذه المفاعلات بإفراط، يتمدَّد الملح السائل ويزيد تلقائياً عدد النيوترونات المتسربة من قلب المفاعل، مما يؤدي إلى زوال هذه النيوترونات المسببة للانشطار. ويقلل ذلك من معدل الانشطار النووي ودرجة الحرارة. وتتضمن بعض مفاعلات الأملاح المصهورة في أسفلها خزان صرف خاصاً. فإذا ارتفعت درجة حرارة المفاعل بإفراط، تذوب سدادة مصنوعة من الملح الصلب، وبذلك يتدفق الملح المصهور إلى خزان الصرف ويوقِف التفاعل تماماً، من دون الحاجة إلى أي تدخل بشري أو إلى طاقة خارجية.

يمكن أن يذوب اليورانيوم والبلوتونيوم والثوريوم في تركيبات ملائمة من الملح، ويعني ذلك أن من الممكن تكييف مفاعلات الأملاح المصهورة مع مجموعة متنوعة من دورات الوقود النووي (مثل دورة اليورانيوم-البلوتونيوم ودورة الثوريوم-اليورانيوم)، ويعزِّز ذلك استدامة دورات الوقود. واستخدام البلوتونيوم بمزيد من الفعالية هو وسيلة لتجنب إنتاج معظم النفايات الناجمة عن مفاعلات الماء الخفيف الحالية التي تستخدم هذا الوقود. وفضلاً عن ذلك، فإن الثوريوم أكثر وفرةً من اليورانيوم بثلاث مرات وتعدينه أسهل.

بإمكانكم معرفة المزيد في شرحنا عن اليورانيوم.

تستند مفاعلات الأملاح المصهورة التي هي حالياً في مرحلة الطوير إلى تصميمين رئيسيين. ويستخدم التصميم الأول قضبان الوقود الصلب التقليدية، وتُستعمل فيه الأملاح المصهورة كمبرد بدلاً من الماء. أما التصميم الثاني، فهو نموذج يرتكز على الوقود السائل، بحيث تُذاب المادة الانشطارية (اليورانيوم أو الثوريوم) في مبرد قائم على ملح من الأملاح المصهورة. وفي تصاميم الوقود السائل هذه، تُذاب نواتج الانشطار في الملح المصهور الذي يمكن أن يعبر قلب المفاعل حيث يحدث الانشطار المولِّد للحرارة. ثم تُنقل الحرارة إلى حلقة ثانوية حيث تحرِّك التوربينات لإنتاج الكهرباء. ويجري أيضاً تطوير تصميم بديل يوضَع فيه الملح المصهور المستخدم كوقود في أنابيب معدنية مغلقة بإحكام، ويُستخدم فيه ملح ثانوي كمبرد.

في الوقت الحالي، يجري تطوير تصاميم عدة لمفاعلات الأملاح المصهورة. وفي حين أن العديد من التصاميم الجديدة تستند إلى مبادئ مماثلة لتلك التي ارتكزت عليها المفاعلات المطوَّرة في إطار تجارب مفاعلات الملح المصهور في مختبر أوك ريدج الوطني في الولايات المتحدة في ستينيات القرن العشرين، مثل "سدادة التجميد" الملحية، توجَد أيضاً العديد من الأفكار الجديدة التي يمكن البحث فيها وتطويرها وإثبات جدواها. وتشمل هذه الأفكار اعتماد دورات وقود مختلفة، واستخدام أملاح مختلفة كوقود، وتطوير تصاميم نمطية مختلفة، وهو أمر قد يتيح تجميع النظم والمكونات في المصنع ونقلها إلى الموقع كوحدة كاملة لتركيبها.

وخلال عام 2023 في كندا، اجتاز مفهوم مفاعل نمطي صغير قائم على الأملاح المصهورة المرحلة الحاسمة المتمثلة في استعراض التصميم المقدم من الجهة البائعة قبل الترخيص، وهو أول استعراض من نوعه يُجرى بشأن مفاعل أملاح مصهورة. ويتواصل تقدُّم مشاريع أخرى، ومنها مشاريع في الصين وروسيا والولايات المتحدة، ويؤمَل أن يبدأ نشر مفاعلات الأملاح المصهورة في منتصف ثلاثينيات هذا القرن.

طالعوا المزيد: ما هي المفاعلات النمطية الصغيرة؟

وهناك أربع فئات من مفاعلات الأملاح المصهورة وستة أنواع رئيسية منها. ويمكنكم الحصول على المزيد من التفاصيل في هذا التقرير عن حالة تكنولوجيا مفاعلات الأملاح المصهورة . 

على الرغم مما سبق، ثمة العديد من التحديات الرئيسية المتصلة بمفاعلات الأملاح المصهورة التي لا يزال يتعين معالجتها. فلم توضَع بعد معايير بشأن أمان التصاميم وسبل نقل الملح المستخدم كوقود، وينبغي تطوير سلسلة توريد خاصة بمكونات مفاعلات الأملاح المصهورة. وفضلاً عن ذلك، فإن تحليلات سيناريوهات الحوادث المحتملة التي تخص مفاعلات الأملاح المصهورة وحدها غير معروفة جيداً بوجه عام، ولا يزال يتعين إجراء المزيد من التجارب ومن الاختبارات لإيضاح أمان المفاعلات. ويتعين التعمق في دراسة التغيرات الكيميائية للملح المستخدم كوقود ومعدلات الحرق ومسألة استبقاء النويدات المشعة في الظروف العادية والظروف المفضية إلى وقوع حوادث.

• تدعم الوكالة تطوير مفاعلات الأملاح المصهورة ونشرها عن طريق مجموعة من المبادرات تشمل تنظيم الاجتماعات التقنية وحلقات العمل.
• في عام 2023، تشاركت الوكالة ووكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي في تنظيم حلقة العمل الدولية بشأن كيمياء دورات الوقود المرتبطة بتكنولوجيات مفاعلات الأملاح المصهورة في فيينا. وأصدرت المنشور المعنون Status of Molten Salt Reactor Technology (حالة تكنولوجيا مفاعلات الأملاح المصهورة).
• ستعقد الوكالة الاجتماع التقني بشأن فيزياء المفاعلات والهيدروليكا الحرارية وتصميم محطات مفاعلات الأملاح المصهورة في الفترة من 22 إلى 25 نيسان/أبريل 2025، في مقرها الرئيسي في فيينا، بالنمسا.
• في إطار مبادرة التنسيق والتوحيد في المجال النووي (مبادرة التنسيق والتوحيد) التي أطلقتها الوكالة في عام 2022، يُنظر في كيفية تسريع نشر المفاعلات المتقدمة، بما فيها مفاعلات الأملاح المصهورة، عن طريق اعتماد نُهج رقابية منسَّقة وتوحيد المعايير الصناعية.
• تصدر الوكالة منشورات عن حالة تكنولوجيا مفاعلات الأملاح المصهورة.
• تتعهَّد الوكالة أيضاً نظام المعلومات الخاصة بالمفاعلات المتقدمة (نظام ARIS)، وهو منصة شبكية تتضمن معلومات عن جميع المفاعلات المتقدمة التي هي قيد التطوير، بما يشمل بيانات تقنية وبيانات أخرى بشأن خصائص المفاعلات.