روسیه بزرگترین مجتمع غنی سازی اورانیوم جهان را در خود جای داده است که تقریبا نیمی از ظرفیت جهانی را به خود اختصاص داده است، ایالات متحده به طور فعال به دنبال جایگزینی برای اورانیوم به عنوان سوخت هسته ای است.

ایالات متحده در حال حاضر یک کارخانه عملیاتی دارد که توسط مالکان بریتانیا-هلند-آلمان مدیریت می شود که می تواند کمتر از یک سوم نیاز داخلی سالانه خود را تولید کند.

علاوه بر این، این کشور در حال حاضر هیچ برنامه ای برای توسعه یا یافتن ظرفیت غنی سازی کافی برای خودکفایی داخلی در آینده ندارد.

در مقابل، شرکت هسته‌ای چین تلاش می‌کند تا ظرفیت خود را دو برابر کند تا نیازهای ناوگان راکتورهای هسته‌ای غیرنظامی چین که به‌سرعت در حال رشد هستند را برآورده کند، به طوری که تا سال 2030 چین قصد دارد نزدیک به یک سوم ظرفیت جهانی را در اختیار داشته باشد.

اما شاید ایالات متحده برای همیشه محکوم به انصراف از اورانیوم روسیه نباشد، زیرا این کشور فعالانه به دنبال جایگزین‌های اورانیوم است.

سوخت های جایگزین

با توجه به اینکه دولت بایدن هدف خود را برای دستیابی به انرژی 100 درصد بدون کربن تا سال 2035 تعیین کرده است، انرژی هسته ای با وجود اینکه سوختی کم کربن است، احتمالاً همچنان یک موضوع داغ باقی خواهد ماند، عمدتاً زیرا سوخت هسته ای معمولی زباله های خطرناک زیادی ایجاد می کند.

آنچه که انرژی هسته ای را تقویت می کند، یک پیشرفت فنی قابل توجه در جایگزینی توریم به جای اورانیوم در راکتورها خواهد بود و به احتمال زیاد با حذف اورانیوم خطرناک، جذب مردم بسیار آسان تر خواهد بود.

توریم اکنون به عنوان امید سبز بزرگ برای تولید انرژی پاک نامیده می شود که ضایعات کمتر و انرژی بیشتری نسبت به اورانیوم تولید می کند، ضد ذوب است، هیچ محصول جانبی با درجه سلاح ندارد و حتی می تواند ذخایر پلوتونیوم قدیمی را مصرف کند.

وزارت انرژی ایالات متحده (DOE)، مرکز مهندسی و علوم هسته‌ای در تگزاس A&M و آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) با شرکت Clean Core Thorium Energy (CCTE) مستقر در شیکاگو برای توسعه سوخت هسته‌ای جدید مبتنی بر توریم شریک شده‌اند.

ANEEL (انرژی هسته‌ای پیشرفته برای حیات غنی شده) ترکیبی اختصاصی از توریم و اورانیوم با غنای بالا (HALEU) است که قصد دارد هزینه‌های بالا و مسائل مربوط به زباله‌های سمی را برطرف کند (توریم باید حداقل با مقدار کمی از شکافت‌پذیر جفت شود.

این مواد به دلیل ناتوانی آن در شکافت طبیعی به خودی خود تفاوت اصلی بین ANEEL و اورانیومی که در حال حاضر در راکتورهای ایالات متحده استفاده می شود، سطح غنی سازی اورانیوم است.

نسل جدید راکتورها به جای غنی سازی اورانیوم 235 تا 5 درصد، به سوخت تا 20 درصد نیاز دارند. چندین سال پیش، CCTE شروع به نصب طرح‌های راکتورهای موجود کرد تا آنها را قادر به استفاده از سوخت ANEEL کند، که شرکت پیش‌بینی می‌کرد تا اوایل سال 2024 وارد استفاده تجاری شود.

در همین حال، دو سال پیش، کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده (NRC) درخواست Centrus Energy را تأیید کرد و HALEU را در تاسیسات غنی‌سازی خود در پیکتون، اوهایو بسازد و تنها کارخانه در کشور باشد که این کار را انجام می‌دهد.

با این حال، اگر سوخت جدید موفقیت آمیز باشد، ممکن است چیزهای بیشتری در راه باشد.

در حالی که ANEEL بهترین عملکرد را در راکتورهای آب سنگین دارد، می توان از آن در راکتورهای آب جوش سنتی و آب تحت فشار نیز استفاده کرد. مهمتر از آن، راکتورهای ANEEL می توانند بسیار سریعتر از راکتورهای اورانیوم مستقر شوند.

یکی دیگر از مزایای کلیدی ANEEL نسبت به اورانیوم این است که می تواند به نرخ سوخت بسیار بالاتری در حدود 55000 مگاوات در تن (مگاوات در روز در هر تن سوخت) در مقایسه با 7000 مگاوات در تن برای سوخت اورانیوم طبیعی که در راکتورهای آب تحت فشار این اجازه می دهد تا سوخت برای مدت طولانی تری در راکتورها باقی بماند، یعنی فواصل بسیار طولانی تری بین خاموش شدن برای سوخت گیری.

به عنوان مثال، واحد Kaiga-1 هند و واحد PHWR دارلینگتون کانادا به ترتیب با 962 روز و 963 روز رکورد جهانی را برای عملیات بدون وقفه دارند.

سوخت مبتنی بر توریم مزایای کلیدی دیگری نیز دارد. یکی از بزرگ‌ترین موارد این است که سوزاندن سوخت بسیار بیشتر، ضایعات پلوتونیوم را بیش از 80 درصد کاهش می‌دهد. نیمه عمر پلوتونیوم در مقایسه با نیمه عمر اورانیوم 235 که کمی بیش از 700 میلیون سال است، حدود 24000 سال است.

پلوتونیوم حتی در دوزهای کم بسیار سمی است که منجر به بیماری اشعه، سرطان و اغلب منجر به مرگ می شود. علاوه بر این، توریم دمای عملیاتی کمتر و نقطه ذوب بالاتری نسبت به اورانیوم طبیعی دارد، که ذاتاً ایمن‌تر و مقاوم‌تر در برابر ذوب هسته است.

خواص انرژی تجدیدپذیر توریم نیز بسیار چشمگیر است

یک مزیت دیگر: بیش از دو برابر توریم در پوسته زمین نسبت به اورانیوم وجود دارد. در هند، توریم 4 برابر بیشتر از اورانیوم است، توریم را نیز می توان از آب دریا درست مانند اورانیوم استخراج کرد که آن را تقریباً پایان ناپذیر می کند.

حتی بهتر از آن، در فوریه، Clean Core Thorium Energy مستقر در شیکاگو و کمیسیون ایمنی هسته‌ای کانادا (CNSC) مرحله برنامه‌ریزی بررسی پیش از صدور مجوز توریوم ANEEL و HALEU Clean Core را آغاز کردند، نشان دهنده پیشرفت است.

چالش توریوم

امیدواریم که ANEEL دچار نفرین توریم نشود و در نهایت به کاهش وابستگی کشور به اورانیوم روسیه کمک کند. به هر حال، توریم MSR (رآکتورهای نمک مذاب) از دهه 1960 توسط ایالات متحده آمریکا، چین، روسیه و فرانسه در حال توسعه بوده است، اما هیچ چیزی از آنها حاصل نشده است.

علاوه بر این، سوخت جدید هنوز در مقیاس تجاری اثبات نشده است، پیتر کاراموسکوس، رادیولوژیست هسته ای، از کمپین بین المللی برای از بین بردن سلاح های هسته ای (ICAN) به جهان توصیه کرده است که نفس خود را حبس نکنند.

بدون استثنا، راکتورهای توریم هرگز از نظر تجاری قابل دوام نبوده اند، و همچنین هیچ یک از طرح های جدید مورد نظر حتی از راه دور قابل اجرا نیستند و مانند تمام تولیدات انرژی هسته ای، آنها بر یارانه های مالیات دهندگان گسترده متکی هستند.

تنها تفاوت این است که با توریم و دیگر رآکتورهای پرورش دهنده، این رآکتورها به مراتب بزرگتر هستند، به همین دلیل است که هیچ دولتی هرگز بودجه خود را ادامه نداده است.

با این حال، اگر ANEEL بر شانس‌ها غلبه کند، این کشور می‌تواند سوخت جدید را به کشورهایی که از راکتورهای CANDU (اورانیوم دوتریوم کانادا) و PHWR (راکتور آب سنگین تحت فشار) بهره می‌برند مانند چین، هند، آرژانتین، پاکستان، کره جنوبی و رومانی تامین کند.

این راکتورها با استفاده از آب سنگین تحت فشار خنک و تعدیل می شوند و 50 کشور دیگر (عمدتاً کشورهای در حال توسعه) یا برنامه های هسته ای را آغاز کرده اند یا ابراز علاقه کرده اند که در آینده نزدیک آن را راه اندازی کنند.

ایالات متحده احتمالاً بازار آماده ای برای سوخت توریم جدید خود خواهد داشت، زیرا معاهدات هسته ای دوجانبه - از جمله توافقنامه 1-2-3- مربوط به امنیت، عدم اشاعه تسلیحات و مواد هسته ای را با حداقل 48 کشور امضا کرده است.

به طور کلی، 50 راکتور از 440 راکتور هسته‌ای موجود در جهان می‌توانند با استفاده از این سوخت جدید تغذیه شوند.

خوشبختانه، این در زمان مناسب اتفاق می‌افتد، با انرژی هسته‌ای که از یک نوع رنسانس دیگر لذت می‌برد.

بحران مداوم انرژی به برجسته کردن صورت‌حساب انرژی هسته‌ای به عنوان قابل اعتمادترین منبع انرژی کمک کرده است، که ظاهراً به آن برتری جدی نسبت به سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشیدی می‌دهد که در انتهای پایین طیف قابلیت اطمینان وجود دارند.

یونیت، بزرگترین اتحادیه بریتانیا و ایرلند، از درخواست انجمن صنایع هسته‌ای بریتانیا (NIA) برای سرمایه‌گذاری‌های عظیم هسته‌ای حمایت کرده و گفته است که سرمایه‌گذاری جامع در صنعت هسته‌ای برای شروع اقتصاد پس از همه‌گیری بریتانیا و در عین حال برآورده کردن الزامات ضروری است.

هدف اتحادیه اروپا برای کربن زدایی تمام صنایع خود تا سال 2050 و رهبران اتحادیه اروپا انرژی هسته ای را به عنوان راهی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی به رسمیت شناخته اند، اگرچه هیدروژن همچنان اولویت اصلی آنهاست.

در همین حال، ژاپن یک چرخش بزرگ در سیاست انرژی خود را پس از اتخاذ سیاست جدیدی که این کشور آسیایی برای ترویج استفاده بیشتر از انرژی هسته‌ای اتخاذ کرد و عملاً به ممنوعیت 11 ساله و حذف تدریجی ناشی از فاجعه فوکوشیما پایان داد، اعلام کرد.

بر اساس این سیاست جدید، ژاپن استفاده از راکتورهای هسته‌ای موجود را با راه‌اندازی مجدد تا حد امکان به حداکثر می‌رساند، عمر عملیاتی راکتورهای قدیمی را فراتر از محدودیت 60 ساله آنها افزایش می‌دهد و همچنین راکتورهای نسل بعدی را برای جایگزینی آنها توسعه می‌دهد.

ANEEL و Nuclear Diesel راه ممکن دیگری را برای بازگشت به هسته ای ارائه می دهند، اما تنها در صورتی که در جایی که توریم موفق نشده است - تا کنون موفق شود.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.