وقود ريمكس

عملية

ومن ناحية أخرى، أمضت روسيا قرابة عقد من الزمن في تطوير تقنيات مشابهة للمعالجة الحرارية النووية، تسمح لها بإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك دون فصل اليورانيوم والبلوتونيوم المعاد تدويرهما، كما هو الحال في نظام استخلاص اختزالي لليورانيوم والبلوتونيوم (PUREX) المستعمل في تصنيع وقود الوقود الأكسيدي المختلط . تُضاف كميات صغيرة من اليورانيوم المخصب إلى هذا المزيج المُستعاد من اليورانيوم والبلوتونيوم غير المفصولين، بحيث يُصبح أداؤه مماثلاً للوقود المصنوع من اليورانيوم المخصب حديثًا فقط. بعد إجراء اختبارات مكثفة في مفاعل نووي بدءًا من عام 2016 بدأت روسيا الآن في استخدام وقود Remix كوقود بديل لمفاعلات الماء المضغوط VVER التابعة لها، وذلك اعتبارًا من فبراير 2020.

التجارب في محطة بالاكوفو للطاقة النووية

وقود أكسيد مختلط

في هذا الإطار، تُستعمل محطة بالاكوفو للطاقة النووية في البرنامج التجريبي. في ديسمبر 2024، بدأت المرحلة الثالثة والأخيرة من البرنامج، والتي تمتد لثمانية عشر شهرًا، بهدف تحقيق دورة نووية مغلقة لمفاعلات VVER. يُستعمل مزيج من اليورانيوم المخصب مع اليورانيوم المعاد تدويره والبلوتونيوم المستخرج من الوقود النووي المستهلك في مفاعلات VVER، بدلًا من اليورانيوم المخصب القياسي. بعد المرحلتين الأوليين من أصل ثلاث مراحل، وقد جرى فحص عناصر الوقود واعتمادها للمرحلة الثالثة والأخيرة. من المتوقع أن تنتهي المرحلة الثالثة في سنة 2026، حيث سيتم تفريغ الوقود وإجراء المزيد من الدراسات عليه. يحتوي وقود Remix على نسبة بلوتونيوم أقل تصل إلى 5% مقارنةً بوقود MOX.

انظر كذلك

بالمقارنة مع الوقود الأكسيدي المختلط التقليدي

في هذا الإطار، يتكون الوقود الأكسيدي المختلط (MOX)، المستعمل في بعض دول أوروبا الغربية وشرق آسيا، عمومًا من أكسيد اليورانيوم المستنفد ممزوجًا بنسبة تتراوح بين 4% و7% من أكسيد البلوتونيوم المستعمل في المفاعلات النووية عدد قليل فقط من تصاميم مفاعلات الجيل الثاني ونحو نصف تصاميم مفاعلات الجيل الثالث متوافقة مع الوقود الأكسيدي المختلط، مما يسمح لها باستخدام حمولة منه بنسبة 100% دون أي مخاوف تتعلق بالسلامة.

خلفية في الفيزياء النووية

من جهة ثانية، تُنتج جميع المفاعلات المُهدّأة التي تستعمل وقود اليورانيوم المُخصّب تخصيبًا خفيفًا البلوتونيوم أثناء التشغيل العادي، وذلك عندما يمتص اليورانيوم-238 (الذي يُشكّل عادةً من 94% إلى 97% من محتوى اليورانيوم في اليورانيوم المُخصّب تخصيبًا خفيفًا) النيوترونات ويخضع لتحللات بيتا متتالية حتى يتحوّل إلى البلوتونيوم-239. تزداد نسبة هذا البلوتونيوم المُنتَج داخليًا حتى يصبح شائعًا بما يكفي بحيث تُشكّل نسبة متزايدة من تفاعلات الانشطار داخل الوقود البلوتونيوم المُتولّد خلال دورة الوقود. ينشطر ما يقرب من نصف البلوتونيوم-239 المُنتَج خلال دورة الوقود، بينما يتحوّل 25% أخرى من خلال امتصاص النيوترونات إلى نظائر أخرى من البلوتونيوم، وخاصةً البلوتونيوم-240. تُنتَج جميع الأكتينيدات الثانوية الموجودة في الوقود النووي المستهلك على وجه التقريب من خلال التقاط النيوترونات المتتالي للبلوتونيوم المُنتَج، ومن نواتج تحلل النظائر الأقصر عمرًا. ونتيجةً لهذه العوامل، يُولِّد وقود أكسيد اليورانيوم الجديد في البداية جميع تفاعلات الانشطار من اليورانيوم-235، ولكن في نهاية الدورة، يتحول هذا إلى تفاعلات انشطار بنسبة 50% من اليورانيوم-235 و50% من البلوتونيوم-239. إجمالًا، يأتي قرابة 33% من الطاقة المُولَّدة بواسطة وقود اليورانيوم في نهاية دورة حياته من البلوتونيوم-239 المُنتَج والمُستَهلَك. ولأن طيف النيوترونات الحرارية غير مناسب لانشطار البلوتونيوم-239، يتحول الوقود من 100% يورانيوم في بداية الدورة إلى 96% يورانيوم، و1% بلوتونيوم، و3% خليط من الأكتينيدات الثانوية العابرة لليورانيوم ونواتج الانشطار. كلما طالت مدة بقاء الوقود في المفاعل أثناء عملية الانشطار، انخفضت نسبة اليورانيوم فيه بينما زادت نسبة المواد الأخرى. في الواقع، من المعروف منذ زمن طويل أن جميع مفاعلات الطاقة قادرة على العمل بنواة انشطارية مختلطة تحتوي على 1% من البلوتونيوم المستعمل في المفاعلات، دون ظهور مشاكل كتلك التي يسببها الوقود الأكسيدي المختلط عالي التركيز المستعمل في المفاعلات الغربية. في نهاية المطاف، يُزال الوقود المستهلك من مفاعلات الطاقة قبل استهلاك كل الوقود المتاح، حيث تتراكم سموم النيوترونات والأكتينيدات الثانوية ذات الخصائص غير المرغوب فيها إلى مستويات غير مقبولة، مما يُغير معايير التفاعل بدرجة كبيرة. تُجرى عملية إعادة المعالجة النووية في المقام الأول لإزالة الأجزاء غير المرغوب فيها من الوقود المستهلك، وإعادة استخدام الأجزاء الأخرى أو تخزينها كنفايات. مثلًا، يحتوي اليورانيوم المُعاد معالجته، والمُستخلص من الوقود المستهلك، عادةً على نسبة أعلى من اليورانيوم-235 مقارنةً باليورانيوم الطبيعي.