مفاعل اختبار متعدد الاستخدامات

كان مفاعل الاختبار متعدد الاستخدامات ( VTR ) مشروعًا تابعًا لوزارة الطاقة الأمريكية لبناء مفاعل اختبار النيوترونات السريعة بحلول عام 2026. تم إلغاء تمويل المشروع في عام 2022. ^{[ 1 ]}

بعد إيقاف تشغيل منشأة اختبار التدفق السريع ومفاعل التوليد التجريبي الثاني (EBR-II) في عامي 1992 و1994 على التوالي، لم يتبق لدى الولايات المتحدة أي مفاعل نيوتروني سريع في أسطولها. واقتصرت أبحاث النيوترونات السريعة على عدد قليل من المفاعلات المقيدة في روسيا، بما في ذلك مفاعل BOR-60 . ^{[ 2 ]} ولمعالجة هذه المشكلة، تضمن قانون قدرات ابتكار الطاقة النووية لعام 2017 بندًا يُلزم وزارة الطاقة بالبدء في التخطيط لمصدر طاقة نيوتروني سريع. ^{[ 3 ]} وخصص الكونجرس 35 مليون دولار في عام 2018 و65 مليون دولار في عام 2019 في الميزانية لدعم هذا المشروع. وفي فبراير 2019، حصل مشروع مفاعل الاختبار متعدد الاستخدامات (VTR) على الموافقة النهائية (القرار الحاسم 0)، مما يدل على وجود حاجة ملحة تتطلب استثمارًا، وكانت هذه الموافقة الأولى ضمن سلسلة من الموافقات على المشاريع. وفي ذلك الوقت، أعلن وزير الطاقة ريك بيري بدء مشروع مفاعل الاختبار متعدد الاستخدامات. ^{[ 4 ]} في نوفمبر 2019، أعلنت مؤسسة باتيل للطاقة ، وهي المنظمة التي تدير مختبر أيداهو الوطني ، عن طلب إبداء اهتمام (EOI) للبحث عن شريك صناعي لتصميم وبناء مفاعل VTR. ^{[ 5 ]} في يناير 2020، أُعلن عن تعاون بين شركة جنرال إلكتريك فيرنوفا هيتاشي للطاقة النووية (GVH) وشركة تيرا باور بدعم من شركة إنرجي نورث ويست . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

كانت المواقع المحتملة لبناء مختبر VTR هي مختبر أوك ريدج الوطني ومختبر أيداهو الوطني. ^{[ 8 ]}

تم إلغاء تمويل المشروع في عام 2022. ^{[ 1 ]}

عملت أربعة مختبرات وطنية - مختبر أيداهو الوطني ، ومختبر أرغون الوطني ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، ومختبر أوك ريدج الوطني - مع الجامعات وقطاع الصناعة النووية التجارية للتوصل إلى تصاميم مفاهيمية، وتقديرات للتكاليف والجداول الزمنية، وتقديم الدعم. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

كان التصميم المقترح الأرجح هو مفاعل بقدرة 300 ميغاواط مُبرّد بالصوديوم، مُستوحى من مفاعل PRISM التابع لشركة GVH . وكان الوقود الأولي المُقترح عبارة عن سبيكة من اليورانيوم والبلوتونيوم والزركونيوم. وقد جُرّبت هذه السبيكة سابقًا في مفاعل EBR-II. واقترح لاحقًا أن يتكون وقود المفاعل من مخاليط أخرى ونسب تخصيب متفاوتة لليورانيوم والبلوتونيوم، وكان من الممكن استخدام معادن أخرى بدلًا من الزركونيوم. ^{[ 11 ]} لم تكن هناك أي خطط لإنشاء محطات توليد طاقة لمفاعل VTR. ^{[ 12 ]}

أوصى تقرير اللجنة الاستشارية للطاقة النووية التابعة لمكتب الطاقة النووية بوزارة الطاقة الأمريكية، بعنوان "تقييم مهام ومتطلبات مفاعل اختبار أمريكي جديد"، بتطوير قدرة اختبار محلية أمريكية للنيوترونات السريعة. وشملت الاعتبارات المتعلقة بهذه القدرة ما يلي: ^{[ 13 ]}

• بيئة إشعاع نيوتروني مكثفة ذات طيف نموذجي لتحديد مدى تحمل الإشعاع والتوافق الكيميائي مع مواد المفاعل الأخرى، وخاصة سائل التبريد.
• الاختبارات التي توفر فهمًا أساسيًا لأداء المواد، والتحقق من صحة النماذج من أجل تطوير أسرع في المستقبل، والتحقق من صحة أداء المواد على نطاق هندسي لدعم جهود الترخيص.
• قدرة اختبار متعددة الاستخدامات لمعالجة خيارات التكنولوجيا المتنوعة بالإضافة إلى بيئات اختبار مستدامة وقابلة للتكيف.
• عمليات التشعيع المركزة، سواء كانت طويلة الأمد أو قصيرة الأمد، باستخدام أجهزة تجريبية مجهزة بأجهزة قياس دقيقة، وإمكانية إجراء قياسات في الموقع واستخراج العينات بسرعة.
• جدول زمني مُعجّل لاستعادة ريادة الولايات المتحدة التكنولوجية والحفاظ عليها، وتمكين الشركات الصناعية الأمريكية من المنافسة في أسواق المفاعلات المتقدمة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام تقنيات ناضجة لتصميم المفاعلات (مثل استخدام مُبرّد الصوديوم في مفاعل سريع من نوع الحوض يعمل بوقود من سبائك معدنية)، مع إتاحة المجال للتجارب الابتكارية.

كانت هذه القدرات المخطط لها مماثلة تقريبًا لقدرات مفاعل الاختبار السريع للنيوترونات المبرد بالصوديوم بقدرة 400 ميجاوات حرارية ، والذي يقع في موقع هانفورد في ولاية واشنطن ، والذي تم إيقاف تشغيله في عام 1992.

تضمنت المتطلبات الأولية التي استوفت هذه الاعتبارات ما يلي:

• توفير تدفق نيوتروني عالي الذروة (طاقة نيوترونية أكبر من 0.1 ميغا إلكترون فولت) مع طيف طاقة نيوتروني نموذجي للمفاعل السريع؛ التدفق المستهدف هو 4 × 10 ¹⁵ نيوترون لكل سنتيمتر مربع في الثانية (نيوترون/سم2-ثانية) أو أكبر.
• توفير معدل جرعة نيوترونية عالية لاختبار المواد [يتم قياسها كميًا على أنها إزاحات لكل ذرة]؛ الهدف هو 30 إزاحة لكل ذرة في السنة أو أكثر.
• قم بتوفير طول إشعاع مناسب لاختبار وقود المفاعل السريع؛ الهدف هو 0.6 إلى 1 متر.
• توفير حجم إشعاع كبير داخل المنطقة الأساسية؛ الهدف هو 7 لترات.
• توفير إمكانيات اختبار مبتكرة من خلال المرونة في تكوين الاختبار وبيئة الاختبار (المبردات) في حلقات مغلقة.
• توفير القدرة على اختبار أجهزة الاستشعار والقياس المتقدمة للمواقع الأساسية ومواقع الاختبار.
• تسريع دورة حياة التجربة من خلال تمكين الوصول السهل إلى مرافق الدعم لتصنيع التجارب وفحصها بعد التشعيع.
• توفير إدارة دورة الحياة ( تخزين الوقود النووي المستهلك في انتظار التخلص النهائي) لوقود تشغيل المفاعل (الوقود اللازم لتشغيل المفاعل) مع تقليل تأثيرات التكلفة والجدول الزمني.
• اجعل المنشأة متاحة للاختبار في أسرع وقت ممكن باستخدام تقنيات مثبتة ذات مستوى عالٍ من الجاهزية التكنولوجية.

شكك إدوين ليمان ، كبير العلماء والمدير بالإنابة لمشروع السلامة النووية في اتحاد العلماء المعنيين غير الربحي ، في الحاجة إلى مفاعل النيوترونات السريعة، مصرحًا بإمكانية استخدام المنشآت القائمة لإنتاج هذه النيوترونات. ^{[ 14 ]} وقال: "لا يوجد أي شيء جيد في هذه المفاعلات. أعتقد أن هناك ولعًا غير منطقي بالبلوتونيوم في وزارة الطاقة." ^{[ 15 ]}

يؤدي تصميم المفاعل المولد إلى إنتاج المزيد من المواد الانشطارية على شكل بلوتونيوم، مما ينتج عنه مخاوف من الانتشار النووي.