انقلاب در سوخت هسته‌ای آمریکا / آیا سوخت مایع جایگزین اورانیوم جامد در نیروگاه‌ها می‌شود؟‌

Author

نویسنده

2026-02-27

به گزارش فانی لند به نقل از تجارت نیوز

آزمایشگاه ملی اوک ریج آمریکا با معرفی فناوری نوین سوخت هسته‌ای «سیال» موسوم به ULIMES، از طرحی رونمایی کرده که می‌تواند بهره‌وری راکتورهای آب سبک را افزایش داده، ایمنی را بهبود ببخشد و هزینه‌های نگهداری نیروگاه‌های هسته‌ای را کاهش دهد.

به گزارش تجارت نیوز، در شرایطی که جهان به دنبال منابع پایدار و بدون کربن برای تامین انرژی است، انرژی هسته‌ای همچنان یکی از مهم‌ترین گزینه‌ها محسوب می‌شود. آمریکا که بیش از هر کشور دیگری در جهان برق هسته‌ای تولید می‌کند، اکنون گام تازه‌ای برای افزایش کارایی این صنعت برداشته است. معرفی فناوری سوخت هسته‌ای «سیال» توسط آزمایشگاه ملی اوک ریج می‌تواند معادلات تولید برق هسته‌ای را تغییر دهد و نسل تازه‌ای از راکتورهای پربازده‌تر و ایمن‌تر را وارد مدار کند.

همکاری آمریکا و استرالیا برای تجاری‌سازی فناوری جدید

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) به‌تازگی قرارداد مجوز تحقیقاتی رسمی با شرکت سرمایه‌گذاری استرالیایی Out The Back Ventures امضا کرده است. هدف این همکاری، تسریع در توسعه و تجاری‌سازی فناوری سوختی موسوم به ULIMES است؛ مفهومی که می‌تواند عملکرد راکتورهای آب سبک جدید را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

راکتورهای آب سبک که در ادبیات فنی با عنوان LWR شناخته می‌شوند، حدود ۹۰ درصد از راکتورهای فعال آمریکا را تشکیل می‌دهند. این راکتورها بخش عمده برق بدون کربن آمریکا را تولید می‌کنند و در حال حاضر بیش از ۹۳ راکتور هسته‌ای فعال در آمریکا وجود دارد که نزدیک به ۲۰ درصد برق این کشور را تامین می‌کنند. هرگونه بهبود در کارایی این راکتورها می‌تواند تاثیر مستقیمی بر امنیت انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای داشته باشد.

ULIMES چیست و چه تفاوتی با سوخت‌های فعلی دارد؟

در راکتورهای متداول آب سبک، از قرص‌های جامد دی‌اکسید اورانیوم (UO2) به عنوان سوخت استفاده می‌شود. این قرص‌ها در میله‌های سوخت قرار می‌گیرند و طی واکنش شکافت هسته‌ای، گرمای لازم برای تولید بخار و در نهایت تولید برق را فراهم می‌کنند.

اما فناوری ULIMES رویکرد متفاوتی دارد. در این طراحی، به جای استفاده از قرص‌های جامد پخته‌شده، ذرات دی‌اکسید اورانیوم در یک حامل فلز مایع معلق می‌شوند و حالتی «روان» یا سیال پیدا می‌کنند. این سیستم تعلیق فلز مایع باعث می‌شود سوخت بتواند در هسته راکتور به گردش درآید و به طور مداوم بین نواحی با شار نوترونی بالا و پایین حرکت کند.

این تغییر ظاهراً ساده، پیامدهای بزرگی دارد. در سوخت‌های جامد سنتی، بخشی از انرژی در مرکز قرص سوخت به دلیل پدیده‌ای موسوم به «خود-محافظتی» بلااستفاده باقی می‌ماند. اما در سیستم ULIMES، حرکت مداوم ذرات سوخت موجب می‌شود سوخت به شکل یکنواخت‌تری مصرف شود و انرژی بیشتری از هر ذره اورانیوم استخراج گردد. برآوردها نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند بازده مصرف سوخت را به شکل قابل توجهی افزایش دهد.

افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌های نگهداری

یکی از مهم‌ترین مزایای ULIMES بهبود چشمگیر در خنک‌سازی راکتور است. فلز مایع به‌عنوان حامل، رسانایی حرارتی بسیار بالاتری نسبت به سوخت جامد دارد. این ویژگی باعث می‌شود گرمای تولیدشده سریع‌تر منتقل شود و دمای اوج سوخت کاهش یابد. در نتیجه، حاشیه ایمنی راکتور افزایش می‌یابد.

همچنین در سوخت‌های جامد، گازهای حاصل از شکافت در داخل ساختار سوخت تجمع پیدا می‌کنند و می‌توانند باعث تنش و آسیب به مواد شوند. در سیستم سیال، این تجمع به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. افزون بر آن، فلز مایع در برابر پدیده «آبشار برخورد» که معمولا به ساختارهای جامد آسیب می‌زند، مقاومت بیشتری دارد.

مجموع این عوامل می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، افزایش طول عمر سوخت و حتی تمدید عمر نیروگاه‌های هسته‌ای موجود شود. با توجه به اینکه ساخت یک نیروگاه هسته‌ای جدید ممکن است بین ۶ تا ۱۰ میلیارد دلار هزینه داشته باشد، هر فناوری که بتواند کارایی ناوگان فعلی را بالا ببرد، اهمیت اقتصادی زیادی خواهد داشت.

سازگاری با زیرساخت‌های موجود؛ یک مزیت کلیدی

یکی از چالش‌های اصلی فناوری‌های نوین هسته‌ای، نیاز به بازطراحی کامل زیرساخت‌ها و طی کردن فرآیندهای طولانی تایید ایمنی است که گاه چند دهه زمان می‌برد. اما ULIMES از نظر شیمیایی با مواد مورد استفاده در راکتورهای آب سبک کنونی سازگار است.

به گفته ایان گرینکویست از ORNL، این فناوری می‌تواند «راکتورهای امروز را به فناوری‌های فردا پیوند بزند» و بدون تحمیل هزینه‌های ساخت نسل کاملاً جدید راکتورها، عملکردی در سطح نسل آینده ارائه دهد. این ویژگی می‌تواند روند تجاری‌سازی را سرعت ببخشد و مسیر ورود این فناوری به شبکه برق را هموار کند.

انعطاف‌پذیری برای نیروگاه‌های بزرگ و راکتورهای مدولار کوچک

فناوری ULIMES امکان دستیابی به غلظت‌های بالاتر اورانیوم نسبت به بسیاری از سوخت‌های مایع خالص را فراهم می‌کند. این موضوع انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی راکتورها ایجاد می‌کند.

از نیروگاه‌های بزرگ با ظرفیت بیش از هزار مگاوات گرفته تا راکتورهای مدولار کوچک (SMR) که معمولا ظرفیتی بین ۵۰ تا ۳۰۰ مگاوات دارند، همگی می‌توانند از این فناوری بهره ببرند. در شرایطی که بسیاری از کشورها به دنبال توسعه SMRها برای تامین برق مناطق دورافتاده یا صنایع بزرگ هستند، چنین سوختی می‌تواند نقش کلیدی در آینده انرژی هسته‌ای ایفا کند.

فناوری سوخت هسته‌ای سیال ULIMES می‌تواند نقطه عطفی در صنعت انرژی هسته‌ای آمریکا باشد. افزایش بهره‌وری استخراج انرژی از اورانیوم، بهبود ایمنی، کاهش هزینه‌های نگهداری و سازگاری با زیرساخت‌های موجود، مجموعه‌ای از مزایایی را شکل می‌دهد که هم از نظر اقتصادی و هم زیست‌محیطی اهمیت دارد.

اگر این فناوری از مرحله آزمایشگاهی به بهره‌برداری تجاری برسد، می‌تواند عمر نیروگاه‌های هسته‌ای فعلی را افزایش داده و همزمان زیرساختی قدرتمند برای نسل آینده راکتورها فراهم کند؛ گامی مهم در مسیر تامین پایدار انرژی بدون کربن در دهه‌های پیش رو.

خبر قبل