المفاعل التجريبي المولد الثاني

43°35′42″ شمالاً 112°39′26″ غرباً / 43.595039° شمالاً 112.657156° غرباً / 43.595039; -112.657156

كان مفاعل التوليد التجريبي الثاني ( EBR-II ) مفاعلاً سريعاً مبرداً بالصوديوم ، صممه وبناه وشغله مختبر أرغون الوطني في محطة اختبار المفاعلات الوطنية في ولاية أيداهو. تم إغلاقه في عام 1994. ونُقلت مسؤولية المفاعل إلى مختبر أيداهو الوطني بعد تأسيسه في عام 2005.

بدأت العمليات الأولية في يوليو 1964، وبلغت المفاعلات حالة التشغيل الحرجة في عام 1965 بتكلفة إجمالية تجاوزت 32 مليون دولار أمريكي (ما يعادل 327 مليون دولار أمريكي بأسعار عام 2025 ). كان الهدف الأساسي من تصميم وتشغيل مفاعل EBR-II هو إثبات جدوى محطة طاقة نووية متكاملة تعمل بنظام التوليد، مع إمكانية إعادة معالجة الوقود المعدني الصلب في الموقع. تم تخصيب عناصر الوقود إلى حوالي 67% من اليورانيوم-235 ، ووضعها في أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ، ثم إزالتها عند وصول نسبة التخصيب إلى حوالي 65%. بعد ذلك، فُتحت الأنابيب وأُعيدت معالجتها لإزالة المواد السامة للنيوترونات ، ثم خُلطت مع اليورانيوم-235 النقي لزيادة نسبة التخصيب، وأُعيدت إلى المفاعل. 

استمر اختبار دورة التوليد الأصلية حتى عام 1969، وبعد ذلك استُخدم المفاعل لاختبار مفاهيم المفاعل السريع المتكامل (IFR). في هذا السياق، استُخدمت بيئة النيوترونات عالية الطاقة في قلب مفاعل EBR-II لاختبار أنواع الوقود والمواد اللازمة لمفاعلات المعادن السائلة المستقبلية الأكبر حجمًا. وكجزء من هذه التجارب، خضع مفاعل EBR-II في عام 1986 لإيقاف تشغيل تجريبي يحاكي عطلًا كاملًا في مضخة التبريد. وقد أظهر المفاعل قدرته على تبريد وقوده ذاتيًا من خلال الحمل الحراري الطبيعي لمبرد الصوديوم خلال فترة حرارة الاضمحلال التي تلت الإيقاف. استُخدم المفاعل في دعم مفاعل IFR، وفي العديد من التجارب الأخرى، حتى تم إخراجه من الخدمة في سبتمبر 1994.

عند تشغيلها بكامل طاقتها، والذي بلغته في سبتمبر 1969، أنتجت مفاعل EBR-II حوالي 62.5 ميغاواط من الحرارة و20 ميغاواط من الكهرباء من خلال نظام توربينات بخارية تقليدي ثلاثي الحلقات وبرج تبريد بالهواء القسري . وعلى مدار عمرها التشغيلي، ولّدت أكثر من ملياري كيلوواط ساعة من الكهرباء، موفرةً بذلك غالبية الكهرباء والحرارة لمرافق مختبر أرغون الوطني الغربي.

يتكون الوقود من قضبان يورانيوم قطرها 5 مليمترات (0.20 بوصة) وطولها 33 سم (13 بوصة) . كانت القضبان مخصبة بنسبة 67% من اليورانيوم-235 عند تصنيعها، ثم انخفض تركيزها إلى حوالي 65% عند إزالتها. كما احتوت القضبان على 10% من الزركونيوم . يُوضع كل عنصر من عناصر الوقود داخل أنبوب رقيق الجدران من الفولاذ المقاوم للصدأ مع كمية صغيرة من معدن الصوديوم. يُلحم الأنبوب من الأعلى لتشكيل وحدة طولها 73 سم (29 بوصة) . يُستخدم الصوديوم كعامل ناقل للحرارة. مع ازدياد انشطار اليورانيوم، تتشكل فيه شقوق يدخل الصوديوم إلى الفراغات. يستخلص الصوديوم ناتج انشطار مهمًا، وهو السيزيوم -137، وبالتالي يصبح شديد الإشعاع . يتجمع غاز الانشطار، وخاصة الكريبتون -85، في الفراغ الموجود فوق اليورانيوم . تتجمع دبابيس التوصيل داخل أغلفة سداسية من الفولاذ المقاوم للصدأ بطول 234 سم (92 بوصة) على شكل خلية نحل؛ تحتوي كل وحدة على حوالي 4.5 كجم (9.9 رطل) من اليورانيوم. إجمالاً، يحتوي قلب المفاعل على حوالي 308 كجم (679 رطل) من وقود اليورانيوم، ويُطلق على هذا الجزء اسم "المحرك".           

يستوعب قلب مفاعل EBR-II ما يصل إلى 65 مجموعة فرعية تجريبية لإجراء اختبارات التشعيع وموثوقية التشغيل، ويتم تزويدها بمجموعة متنوعة من أنواع الوقود المعدني والسيراميكي - أكاسيد وكربيدات ونتريدات اليورانيوم والبلوتونيوم ، وسبائك الوقود المعدني مثل وقود اليورانيوم-البلوتونيوم-الزركونيوم. وقد تحتوي مواقع أخرى للمجموعات الفرعية على تجارب تتعلق بالمواد الهيكلية .

يُوفر تصميم مفاعل EBR-II من نوع الحوض أمانًا سلبيًا : حيث يُغمر قلب المفاعل ومعدات مناولة الوقود والعديد من أنظمة المفاعل الأخرى تحت الصوديوم المنصهر. وبفضل توفير سائل ينقل الحرارة بسهولة من الوقود إلى المبرد، ويعمل عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا، يستفيد مفاعل EBR-II إلى أقصى حد من تمدد المبرد والوقود والهيكل أثناء الأحداث غير الاعتيادية التي تزيد من درجات الحرارة. ويؤدي تمدد الوقود والهيكل في حالة غير اعتيادية إلى إيقاف تشغيل النظام حتى بدون تدخل بشري. في أبريل 1986، أُجري اختباران خاصان على مفاعل EBR-II، حيث تم إيقاف مضخات التبريد الرئيسية الأولية بينما كان المفاعل يعمل بكامل طاقته (62.5 ميغاواط حراري). ومن خلال منع أنظمة الإيقاف الاعتيادية من التدخل، انخفضت طاقة المفاعل إلى ما يقارب الصفر في غضون 300 ثانية تقريبًا. ولم ينتج عن ذلك أي ضرر للوقود أو المفاعل. وفي اليوم نفسه، أعقب هذا الاختبار اختبار مهم آخر. ومع عودة المفاعل إلى كامل طاقته، تم إيقاف التدفق في نظام التبريد الثانوي. أدى هذا الاختبار إلى ارتفاع درجة الحرارة، لعدم وجود منفذ لتصريف حرارة المفاعل. ومع ازدياد سخونة نظام التبريد الأساسي (للمفاعل)، تمدد الوقود ومبرد الصوديوم والهيكل، مما أدى إلى توقف المفاعل عن العمل. أظهر هذا الاختبار أن المفاعل سيتوقف عن العمل باستخدام خصائصه الذاتية كالتمدد الحراري، حتى في حال فقدان القدرة على إزالة الحرارة من نظام التبريد الأساسي. ^{[ 1 ]}

تم الآن تفريغ مفاعل EBR-II من الوقود. وتشمل عملية إيقاف تشغيل المفاعل أيضاً معالجة الوقود المستهلك المفرغ باستخدام عملية معالجة الوقود الكهروكيميائية في منشأة تكييف الوقود المجاورة للمفاعل.

تتضمن عملية تنظيف EBR-II إزالة ومعالجة سائل تبريد الصوديوم، وتنظيف أنظمة الصوديوم في EBR-II، وإزالة وتخميل المخاطر الكيميائية الأخرى، ووضع المكونات والهيكل المعطل في حالة آمنة.

أُغلق المفاعل في سبتمبر 1994. واكتملت المرحلة الأولى من أنشطة إيقاف التشغيل، وهي إزالة الوقود النووي من المفاعل، في ديسمبر 1996. ومنذ عام 2000، أُزيلت مواد التبريد وخضعت للمعالجة، واكتملت هذه المرحلة في مارس 2001. أما المرحلة الثالثة والأخيرة من أنشطة إيقاف التشغيل فكانت "وضع المفاعل والأنظمة الأخرى في حالة آمنة إشعاعيًا وصناعيًا". ^{[ 2 ]}

بين عامي 2012 و2015، أُزيلت بعض مكونات المفاعل الموجود تحت الأرض. وبلغت تكلفة عمليات الإزالة في مبنى المفاعل حوالي 25.7  مليون دولار أمريكي. ^{[ 3 ]} وامتلأ الطابق السفلي الذي كان يضم المفاعل بمادة إسمنتية. وبلغت تكلفة مشروع التطهير والدفن، الذي استمر ثلاث سنوات، 730  مليون دولار أمريكي. وفي مرحلة لاحقة، ستُزال القبة الخرسانية الكبيرة المحيطة بمفاعل EBR-II، وسيُوضع غطاء خرساني فوق الهيكل المتبقي. ^{[ 4 ]}

في عام ٢٠١٨، تم تغيير الخطط. توقف إزالة القبة، وفي عام ٢٠١٩، تم صب أرضية جديدة وطلاء القبة لتجهيز المبنى للاستخدام الصناعي. ^{[ ٥ ]} سيُستخدم المبنى كمرفق بحثي فوق المفاعل المدفون. تُعد القبة جزءًا لا يتجزأ من الموقع، إلى جانب "برنامج إدارة ومراقبة طويل الأجل على مستوى الموقع". سيُستخدم الموقع لأغراض صناعية لمدة ١٠٠ عام، ومن المرجح أن يستمر استخدامه إلى أجل غير مسمى بعد ذلك. ^{[ ٣ ]}

كان الهدف من مشروع EBR-II هو إثبات تشغيل محطة طاقة تعمل بمفاعل سريع التبريد بالصوديوم مع إعادة معالجة الوقود المعدني في الموقع. ولتحقيق هذا الهدف المتمثل في إعادة المعالجة في الموقع، كان مشروع EBR-II جزءًا من مجمع أوسع من المرافق، يتألف من

• مرفق معالجة الوقود: مرفق لإعادة معالجة الوقود المستهلك من مفاعل EBR-II والمفاعلات الأخرى، باستخدام مكرر كهربائي للمعالجة الكهروكيميائية للوقود المستهلك
• منشأة تصنيع الوقود: منشأة لتصنيع عناصر الوقود المعدنية
• مرفق فحص الوقود الساخن: مجمع "خلايا ساخنة" لمعالجة وفحص المواد شديدة الإشعاع عن بُعد
• منشأة معالجة الصوديوم: منشأة لمعالجة الصوديوم التفاعلي وتحويله إلى نفايات منخفضة المستوى

شكّل مفاعل EBR-II نموذجاً أولياً للمفاعل السريع المتكامل (IFR)، الذي كان من المفترض أن يخلف مفاعل EBR-II. بدأ برنامج IFR في عام 1983، لكن الكونغرس الأمريكي سحب تمويله في عام 1994، أي قبل ثلاث سنوات من الموعد المقرر لإتمام البرنامج.

• 
  EBR-II
• 
  مُنَقِّية كهربائية
• 
  معالج الكاثود
• 
  غرفة التحكم في جهاز EBR-II عام 1986
• 
  مخطط EBR-II
• 
  مخطط عملية معالجة الوقود المستهلك

• EBR-I

الاقتباسات

فهرس

• تيل، تشارلز؛ تشانغ، يون إيل (2011). طاقة وفيرة  : قصة المفاعل السريع المتكامل، التاريخ المعقد لتكنولوجيا المفاعلات البسيطة، مع التركيز على أساسها العلمي لغير المتخصصين . تشارلز إي. تيل ويون إيل تشانغ. ISBN 978-1466384606.ملف PDF عبر الإنترنت

• "تقنية المفاعلات السريعة - المفاعلات المصممة/المبنية بواسطة مختبر أرغون الوطني" . www.ne.anl.gov . تاريخ الوصول: 12 يوليو 2026 .
• مفاعل التوليد التجريبي الثاني (21 ميجابايت) ليونارد ج. كوخ
• ويستفال، كاثرين (فبراير 2004). "الرؤية والواقع: قصة مفاعل EBR-II" (ملف PDF) . أخبار الطاقة النووية : 25-32 .

"تعتمد المفاعلات الآمنة بشكل سلبي على الطبيعة لتبريدها" . www.ne.anl.gov . تاريخ الاطلاع: 12 يوليو 2026 .