به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، این دستاورد باعث شد راکتور نمک مذاب توریمی با سوخت مایع و توان ۲ مگاوات (TMSR) به تنها نمونه فعال در جهان تبدیل شود که با موفقیت سوخت توریم را بارگذاری و مورد استفاده قرار داده است.
به گفته آکادمی علوم چین، این آزمایش نخستین گواه فنی از امکان‌پذیری استفاده از منابع توریم در سامانه‌های راکتور نمک مذاب را ارائه داده و گامی بزرگ در پیشرفت این فناوری به‌شمار می‌رود.
این اولین بار در جهان است که دانشمندان توانسته‌اند داده‌های تجربی از عملکرد توریم درون یک راکتور نمک مذاب به‌دست آورند و تأیید رسمی چین از موفقیت خود در توسعه فناوری TMSR است — نوآوری‌ای که می‌تواند چهره آینده انرژی هسته‌ای پاک و پایدار را دگرگون کند.
از زمان دستیابی راکتور توریمی نمک مذاب به حالت بحرانی اولیه در ۱۱ اکتبر ۲۰۲۳، این راکتور به‌طور پایدار از طریق شکافت هسته‌ای، گرما تولید می‌کند.
توریم به‌مراتب فراوان‌تر و در دسترس‌تر از اورانیوم است و پتانسیل انرژی عظیمی دارد. تنها در یکی از محوطه‌های باطله معدنی در مغولستان داخلی، مقدار توریم موجود می‌تواند انرژی مورد نیاز کل چین را برای بیش از ۱۰۰۰ سال تأمین کند.
در قلب این دستاورد، فرایندی قرار دارد به نام تبدیل درون‌هسته‌ای توریم به اورانیوم که در آن توریم طبیعی۲۳۲ به اورانیوم۲۳۳ تبدیل می‌شود، ایزوتوپی شکافت‌پذیر که توانایی حفظ واکنش‌های زنجیره‌ای هسته‌ای را دارد.
این تبدیل از طریق دنباله‌ای دقیق از واکنش‌های هسته‌ای انجام می‌گیرد: توریم-۲۳۲ یک نوترون جذب می‌کند و به توریم-۲۳۳ تبدیل می‌شود؛ سپس این ایزوتوپ به پروتاکتینیوم-۲۳۳ و در نهایت به اورانیوم-۲۳۳ واپاشی می‌کند که سوخت نهایی و پرقدرت هسته‌ای است.
نکته کلیدی این است که کل این فرایند درون هسته راکتور انجام می‌شود و نیازی به تولید سوخت در خارج از راکتور نیست.
در این سامانه، توریم در نمک فلوریدی مذاب با دمای بالا حل می‌شود که هم به‌عنوان سوخت و هم خنک‌کننده عمل می‌کند. نوترون‌ها از یک منبع اولیه کوچک از مواد شکافت‌پذیر مانند اورانیوم-۲۳۵ غنی‌شده یا پلوتونیوم-۲۳۹ آزاد می‌شوند تا واکنش زنجیره‌ای را آغاز کنند.
در طول عملکرد راکتور، توریم-۲۳۲ به‌طور مداوم نوترون جذب کرده و به اورانیوم-۲۳۳ تبدیل می‌شود؛ سپس این ایزوتوپ با شکافت خود انرژی آزاد می‌کند و یک چرخه خودپایدار «سوختن هم‌زمان با پرورش» (burn while breeding) ایجاد می‌کند — ویژگی‌ای که از مزایای اصلی این فناوری به‌شمار می‌رود.
برخلاف راکتورهای آب‌فشرده متداول که باید به‌طور دوره‌ای خاموش شوند تا میله‌های سوخت جامد تعویض گردد، در TMSR سوخت مایع به‌شکل یکنواخت در نمک مذاب گردش می‌کند، بنابراین سوخت‌گیری در حین کار و بدون توقف راکتور ممکن است.
این طراحی نه‌تنها کارایی مصرف سوخت را به‌طور چشمگیر افزایش می‌دهد، بلکه حجم پسماندهای رادیواکتیو بلندعمر را نیز به‌شدت کاهش می‌دهد. این یکی از مهم‌ترین مزیت‌های راکتور توریمی نمک مذاب است.
مزیت دیگر این فناوری آن است که هیچ نیازی به آب ندارد؛ در حالی‌که نیروگاه‌های هسته‌ای معمولی برای خنک‌سازی عظیم خود معمولاً در نزدیکی سواحل ساخته می‌شوند.
این محدودیت، گسترش نیروگاه‌های هسته‌ای در مناطق خشک و داخلی چین را دشوار کرده بود، اما TMSR از نمک‌های فلوریدی مذاب در دمای بالا به‌عنوان سوخت‌بر و خنک‌کننده استفاده می‌کند و در نتیجه، بدون وابستگی به منابع آبی قادر به فعالیت است.
از آنجا که این نمک‌ها می‌توانند گرما را در فشار عادی و دماهای بسیار بالا به‌طور کارآمد منتقل کنند، این فناوری راه را برای نیروگاه‌های هسته‌ای ایمن، کارآمد و مستقر در مناطق داخلی و حتی روی سکوی‌های متحرک مانند کشتی‌های بزرگ باز می‌کند.
آکادمی علوم چین در سال ۲۰۱۱ پروژه سامانه انرژی هسته‌ای TMSR را به‌عنوان برنامه پژوهشی راهبردی ملی آغاز کرد تا به اهداف این کشور در زمینه انرژی پایدار و کاهش کربن پاسخ دهد.
این اقدام بر پایه این درک بود که ذخایر عظیم توریم چین می‌تواند به این کشور در کنار فرصت‌های تجاری و راهبردی گسترده امکان دستیابی به استقلال واقعی انرژی را بدهد.
این تلاش‌ها — از تشکیل گروه‌های تخصصی و ساخت پلتفرم‌های تحقیقاتی ویژه گرفته تا توسعه مواد و فناوری‌های هسته‌ای نوین — سرانجام در ۱۱ اکتبر ۲۰۲۳ ساعت ۱۱:۰۸ صبح به ثمر نشست، زمانی که راکتور ۲ مگاواتی با سوخت مایع برای نخستین بار به حالت بحرانی رسید.
در ۱۷ ژوئن ۲۰۲۴، این راکتور به عملیات در توان کامل دست یافت و چند ماه بعد، در اکتبر همان سال، نخستین آزمایش جهانی تزریق توریم به راکتور نمک مذاب انجام شد.
این موفقیت به معنای آن بود که چین تنها کشور جهان است که دارای راکتور فعال با سوخت توریم است و اکنون دارای پلتفرم جامع آزمایشگاهی برای پژوهش نسل بعدی فناوری هسته‌ای محسوب می‌شود.
ایمنی همواره دغدغه اصلی در فناوری هسته‌ای است. طبق گفته توسعه‌دهندگان، این راکتور به‌عنوان یک راکتور پیشرفته نسل چهارم دارای ویژگی‌های ذاتی ایمنی بالا است.
سامانه در فشار اتمسفری کار می‌کند و در نتیجه خطر انفجارهای پرفشار را از بین می‌برد. ساختار آن در زیر زمین با حفاظ کامل در برابر تابش قرار دارد و نمک‌های شیمیایی پایدار نیز قادرند مواد رادیواکتیو را به‌طور مؤثر در خود حبس کنند. در صورت نادرِ بروز نشتی، نمک مذاب به مخزن ایمنی غیرفعال تخلیه می‌شود و با سرد شدن جامد می‌گردد، که هرگونه نشت احتمالی را مهار می‌کند.
به گفته آکادمی علوم چین، اکوسیستم صنعتی کاملی برای فناوری TMSR در چین در حال شکل‌گیری است و نزدیک به ۱۰۰ مؤسسه تحقیقاتی در زمینه طراحی راکتور، علم مواد و سایر چالش‌های کلیدی همکاری دارند.
نکته مهم آن است که تمام اجزای اصلی راکتور آزمایشی به‌طور کامل در داخل کشور تولید شده‌اند، و این امر استقلال کامل در زنجیره تأمین و خودکفایی فناورانه چین را تضمین می‌کند.
بر اساس برنامه رسمی اخیر، چین اکنون در حال ساخت یک راکتور نمایشی ۱۰۰ مگاواتی در صحرای گوبی است که هدف آن اثبات قابلیت تجاری‌سازی گسترده این فناوری تا حدود سال ۲۰۳۵ عنوان شده است.
منبع: scmp
