مفاعل الجيل الثالث

مفاعلات الجيل الثالث ، أو مفاعلات الجيل الثالث ، هي فئة من المفاعلات النووية المصممة لتخلف مفاعلات الجيل الثاني ، وتتضمن تحسينات تدريجية في التصميم. تشمل هذه التحسينات تقنيات وقود محسّنة، وكفاءة حرارية أعلى ، وأنظمة أمان مُعززة بشكل كبير (بما في ذلك الأمان النووي السلبي )، وتصاميم موحدة تهدف إلى تقليل تكاليف الصيانة والتكاليف الرأسمالية. ويتولى المنتدى الدولي للجيل الرابع (GIF) الترويج لهذه المفاعلات.

كان مفاعلا كاشيوازاكي 6 و7، وهما مفاعلان متطوران يعملان بالماء المغلي (ABWR) ، أول مفاعلين من الجيل الثالث يدخلان حيز التشغيل في عامي 1996 و1997 على التوالي. ومنذ عام 2012، تم إغلاقهما بسبب بيئة سياسية أقل تساهلاً في أعقاب حادثة فوكوشيما النووية . ونظرًا لفترة الركود الطويلة في بناء مفاعلات جديدة، واستمرار شعبية تصاميم الجيل الثاني/الجيل الثاني المتقدم (وإن كانت تتراجع) في الإنشاءات الجديدة، فقد تم بناء عدد قليل نسبيًا من مفاعلات الجيل الثالث.

تشكل مفاعلات الجيل الثاني الأقدم الغالبية العظمى من المفاعلات النووية الحالية. أما مفاعلات الجيل الثالث فهي ما يُعرف بمفاعلات الماء الخفيف المتقدمة . وتُصنف مفاعلات الجيل الثالث المطورة (Gen III+) على أنها "تصاميم تطورية". ورغم أن التمييز بين مفاعلات الجيل الثاني والثالث هو تمييز اعتباطي، إلا أن عددًا قليلًا من مفاعلات الجيل الثالث قد وصل إلى مرحلة الإنتاج التجاري حتى عام 2022. ويصف المنتدى الدولي للجيل الرابع مفاعلات الجيل الرابع بأنها "تصاميم ثورية". وهي مفاهيم لم تكن هناك توقعات ملموسة لتحقيقها في ذلك الوقت. ^{[ 1 ]}

تهدف التحسينات في تكنولوجيا المفاعلات في مفاعلات الجيل الثالث إلى إطالة عمرها التشغيلي (مصممة للعمل لمدة 60 عامًا، وقابلة للتمديد إلى أكثر من 100 عام قبل إجراء الصيانة الشاملة واستبدال وعاء الضغط ) مقارنةً بمفاعلات الجيل الثاني المستخدمة حاليًا (مصممة للعمل لمدة 40 عامًا، وقابلة للتمديد إلى أكثر من 60 عامًا قبل إجراء الصيانة الشاملة واستبدال وعاء الضغط). ^{[ 2 ] [ 3 ]}

صُممت معدلات تلف قلب المفاعلات في هذه المفاعلات لتكون أقل من مثيلاتها في مفاعلات الجيل الثاني - حيث يبلغ معدل تلف قلب المفاعل 60 حالة في المفاعل الأوروبي المضغوط (EPR) و3 حالات في مفاعل الماء المغلي الاقتصادي المبسط (ESBWR) ^{[ 4 ]} لكل 100 مليون سنة تشغيلية، وهو أقل بكثير من معدل تلف قلب المفاعل البالغ 1000 حالة لكل 100 مليون سنة تشغيلية في مفاعلات الجيل الثاني من نوع BWR/4. ^{[ 4 ]}

صُمم مفاعل EPR من الجيل الثالث لاستخدام اليورانيوم بكفاءة أعلى من مفاعلات الجيل الثاني الأقدم، حيث يستهلك طاقة أقل بنسبة 17% تقريبًا لكل وحدة كهرباء مُولّدة مقارنةً بتقنيات المفاعلات الأقدم. ^{[ 5 ]} ويؤكد تحليل مستقل أجراه عالم البيئة باري بروك حول الكفاءة العالية، وبالتالي انخفاض احتياجات المواد في مفاعلات الجيل الثالث، هذه النتيجة. ^{[ 6 ]}

تُعدّ تصاميم مفاعلات الجيل الثالث المُحسّن (Gen III+) تطوراً تدريجياً لمفاعلات الجيل الثالث (Gen III)، حيث تُقدّم تحسينات في السلامة مقارنةً بتصاميم مفاعلات الجيل الثالث. وقد بدأ المصنّعون بتطوير أنظمة الجيل الثالث المُحسّن (Gen III+) في تسعينيات القرن الماضي بالاستفادة من الخبرة التشغيلية لمفاعلات الماء الخفيف الأمريكية واليابانية والأوروبية الغربية .

بدأت صناعة الطاقة النووية بالترويج لنهضة نووية، مقترحةً أن تصاميم الجيل الثالث المطور (Gen III+) يجب أن تعالج ثلاث مشكلات رئيسية: السلامة، والتكلفة، وسهولة التنفيذ. وتوقعت التقديرات أن تصل تكاليف الإنشاء إلى 1000 دولار أمريكي لكل كيلوواط، وهو مستوى من شأنه أن يجعل الطاقة النووية منافسة للغاز، وأن مدة الإنشاء لا تتجاوز أربع سنوات. إلا أن هذه التقديرات أثبتت أنها مفرطة في التفاؤل.

يتمثل أحد التحسينات الملحوظة لأنظمة الجيل الثالث+ مقارنة بتصميمات الجيل الثاني في دمج ميزات السلامة السلبية في بعض التصميمات والتي لا تتطلب عناصر تحكم نشطة أو تدخل المشغل ولكنها تعتمد بدلاً من ذلك على الجاذبية أو الحمل الحراري الطبيعي للتخفيف من تأثير الأحداث غير الطبيعية.

تتضمن مفاعلات الجيل الثالث المطور ميزات أمان إضافية لتجنب كارثة مماثلة لتلك التي حدثت في فوكوشيما عام 2011. تعتمد تصاميم هذا الجيل على نظام أمان سلبي، يُعرف أيضًا بالتبريد السلبي، لا يتطلب أي تدخل مستمر من المشغل أو أي تغذية راجعة إلكترونية لإيقاف تشغيل المحطة بأمان في حالات الطوارئ. يحتوي العديد من مفاعلات الجيل الثالث المطور على ماسك قلب الوقود . في حال انصهار غلاف الوقود وأنظمة وعاء المفاعل والأنابيب المرتبطة بها، يتساقط الكوريوم في ماسك القلب الذي يحتجز المواد المنصهرة ويعمل على تبريدها. وهذا بدوره يحمي الحاجز النهائي، وهو مبنى الاحتواء . فعلى سبيل المثال، قامت شركة روساتوم بتركيب ماسك قلب وقود يزن 200 طن في مفاعل VVER كأول قطعة كبيرة من المعدات في مبنى مفاعل روبور 1 ، واصفةً إياه بأنه "نظام حماية فريد". ^{[ 7 ] [ 8 ]} في عام 2017، بدأت شركة روساتوم التشغيل التجاري للمفاعل النووي VVER-1200 الوحدة 1 في محطة الطاقة النووية NVNPP-2 في وسط روسيا، مسجلةً بذلك أول تشغيل كامل لمفاعل من الجيل الثالث المتقدم في العالم. ^{[ 9 ]}

المفاعلات الأولى

بُنيت أولى مفاعلات الجيل الثالث في اليابان، وكانت من نوع مفاعلات الماء المغلي المتقدمة . وفي 5 أغسطس/آب 2016، دخل مفاعل VVER-1200/392M من الجيل الثالث المطوّر (VVER-1200 /392M) حيز التشغيل (أول ربط بالشبكة) في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية الثانية في روسيا، ^{[ 10 ]} وكان أول مفاعل تشغيلي من الجيل الثالث المطوّر. ^{[ 11 ]}

يجري العمل حالياً على عدة مفاعلات أخرى من الجيل الثالث المطور في مراحل متقدمة من الإنشاء في أوروبا والصين والهند والولايات المتحدة. وكان من بين المفاعلات التالية التي دخلت حيز التشغيل مفاعل أريفا إي بي آر في محطة تايشان للطاقة النووية (تم ربطه بالشبكة لأول مرة في 29 يونيو 2018) ومفاعل وستنجهاوس إيه بي 1000 في محطة سانمن للطاقة النووية (تم ربطه بالشبكة لأول مرة في 30 يونيو 2018) في الصين. ^{[ 12 ]}

في الولايات المتحدة، تُعتمد تصاميم المفاعلات من قبل هيئة التنظيم النووي (NRC). اعتبارًا من أغسطس 2020 وقد وافقت اللجنة على سبعة تصاميم جديدة، وتدرس تصميمًا آخر بالإضافة إلى تجديد شهادة منتهية الصلاحية. ^{[ 13 ]}

أقر مؤيدو الطاقة النووية وبعض المنتقدين لها تاريخياً بأن مفاعلات الجيل الثالث ككل أكثر أماناً من المفاعلات القديمة.

انتقد إدوين ليمان ، كبير علماء اتحاد العلماء المعنيين ، خيارات تصميمية محددة لخفض التكاليف في مفاعلين من الجيل الثالث، وهما AP1000 و ESBWR . ويشعر ليمان، إلى جانب جون ما (كبير مهندسي الإنشاءات في هيئة التنظيم النووي الأمريكية) وأرنولد غونديرسن ( مستشار مناهض للطاقة النووية )، بالقلق إزاء ما يعتبرونه نقاط ضعف في وعاء الاحتواء الفولاذي ومبنى الحماية الخرساني المحيط بمفاعل AP1000، حيث لا يتمتع وعاء الاحتواء بهوامش أمان كافية في حال اصطدام طائرة مباشر به. ^{[ 14 ] [ 15 ]} في المقابل، لا يتفق مهندسون آخرون مع هذه المخاوف، ويؤكدون أن مبنى الاحتواء يتمتع بهوامش أمان ومعاملات أمان كافية . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

أشار اتحاد العلماء المعنيين في عام 2008 إلى مفاعل EPR باعتباره تصميم المفاعل الجديد الوحيد قيد الدراسة في الولايات المتحدة والذي "يبدو أنه يمتلك القدرة على أن يكون أكثر أمانًا وحمايةً ضد الهجمات بشكل ملحوظ من المفاعلات الحالية". ^{[ 17 ] : 7}

كما ظهرت مشاكل في تصنيع الأجزاء الدقيقة اللازمة للحفاظ على التشغيل الآمن لهذه المفاعلات، حيث تسببت تجاوزات التكاليف والأجزاء المكسورة والتفاوتات الدقيقة للغاية في الفولاذ في مشاكل مع المفاعلات الجديدة قيد الإنشاء في فرنسا في محطة فلامانفيل للطاقة النووية . ^{[ 18 ]}

• مفاعل الجيل الثاني
• مفاعل الجيل الرابع
• قائمة أنواع المفاعلات

• قاعدة بيانات معارف المفاعلات النووية ، الوكالة الدولية للطاقة الذرية
• مفاعلات الطاقة النووية المتقدمة (مؤرشفة في 6 فبراير 2010 على موقع Wayback Machine ، الرابطة النووية العالمية ، مايو 2008)