علمی، پژوهشی و فناوری

تغییر فنی-تاکتیکی ایران در حوزه انرژی هسته‌ای؛ مسیر نوین با فناوری‌های نوظهور؟

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : 1 تاریخچه و اهمیت انرژی هسته ای

 انرژی هسته ای از دهه های گذشته به عنوان یکی از منابع اصلی تأمین انرژی پایدار در جهان مطرح بوده است. بر اساس آمار سال ،2022
حدود 60 رآکتور هسته ای در سراسر جهان در حال ساخت هستند،که نشان دهنده تداوم و گسترش این صنعت است. با ظهور فناوری های جدید مانند هوش مصنوعی و افزایش تقاضا برای انرژی پاک و پایدار، توجه به نیروگاه های هسته ای، به ویژه رآکتورهای کوچک و میکرو راکتورها، بیش از پیش شده است. این تب
هسته ای هیچگاه متوقف نشده و با توجه به نیاز روزافزون به انرژی،انتظار میرود در سال های آینده اهمیت بیشتری پیدا کند. میکرو راکتورهای هسته ای، به دلیل ویژگی های منحصربه فردشان مانند اندازه کوچک، ایمنی بالا، و انعطاف پذیری در کاربرد، به عنوان راه حلی نوین برای تأمین انرژی در مقیاس های کوچکتر مطرح
شده اند. در این متن، به تعریف، انواع، کاربردها، اقتصاد، و مزایای این فناوری پرداخته میشود.

2 دسته بندی رآکتورهای هسته ای
رآکتورهای هسته ای بر اساس کاربرد و هدف طراحی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:
.1 رآکتورهای نظامی : این رآکتورها عمدتاً برای تولید موادی مانند پلوتونیوم برای تسلیحات هسته ای یا تأمین انرژی برای تجهیزات نظامی )مانند زیردریایی ها( استفاده میشوند.
کشورهایی مانند ایالت متحده از این رآکتورها برای مقاصد نظامی بهره میبرند.
.2 رآکتورهای تحقیقاتی: این نوع رآکتورها برای تولید شارنوترونی و انجام تحقیقات علمی طراحی شدهاند. نمونه ای از این رآکتورها، رآکتور تهران است که برای اهداف تحقیقاتی و نه تولید برق بهینه سازی شده است.
.3 رآکتورهای قدرتی: این رآکتورها برای تولید توان الکتریکی طراحی شده اند و خود به چهار زیرمجموعه تقسیم
میشوند:
 رآکتورهای بزرگ تجاری :با توان خروجی بیش از 700 مگاوات، این رآکتورها برای تأمین برق شهرهای بزرگ یا صنایع سنگین مانند فولادسازی و ذوب آهن مناسب اند. این رآکتورها در محل احداث نیروگاه ساخته می شوند و ساخت آنها معمولا بین 5 تا 7 سال طول می کشد.رآکتورهای بزرگ رایج :با توان خروجی بین 300 تا 700مگاوات، این رآکتورها مشابه نوع تجاری هستند اما در مقیاس کوچکتر.
 رآکتورهای کوچک ماژولار :(SMR (این رآکتورها با توان خروجی کمتر از 300 مگاوات طراحی می شوند و
می توانند به صورت ماژولار در نیروگاه هایی با توان بالاتر ترکیب شوند.
 میکرو راکتورها :رآکتورهایی با توان خروجی معمولا کمتراز 50 مگاوات )و طبق تعریف آژانس بین المللی انرژی اتمی تا 10 مگاوات( که برای کاربردهای خاص و مقیاس کوچک طراحی شده اند.

-3 تحلیل جامع میکرو راکتورهای هسته ای 

انرژی هسته ای از بدو پیدایش خود به عنوان یکی از منابع کلیدی تأمین انرژی پایدار و مطمئن در جهان شناخته شده است. بر اساس داده های موجود برای سال ،2022 در حال حاضر حدود 60 رآکتورهسته ای در اقصی نقاط جهان در حال ساخت هستند، که این امر
نشان دهنده تداوم و گسترش صنعت هسته ای است. با ظهور فناوری های پیشرفته مانند هوش مصنوعی و افزایش تقاضا برای انرژی پاک، پایدار و بدون وابستگی به شرایط اقلیمی، توجه به
نیروگاه های هسته ای بیش از پیش شده است. این تب هسته ای، که هیچگاه به طور کامل فروکش نکرده، در سال های اخیر به دلیل نیاز به منابع انرژی با پایداری بالا و انتشار کربن پایین، شدت بیشتری
یافته است. در این میان، میکرو راکتورهای هسته ای به عنوان راه حلی نوین و انعطاف پذیر برای تأمین انرژی در مقیاس های کوچکتر مطرح شدهاند. این رآکتورها با ویژگی هایی نظیر اندازه کوچک،
ایمنی ذاتی بالا، و قابلیت استقرار در مناطق صعب العبور، جایگاه ویژهای در آینده انرژی جهان پیدا کرده اند. در این متن، به بررسی جامع تعریف، انواع، کاربردها، اقتصاد، ایمنی، و فرصت های این فناوری پرداخته میشود.
-4 کاربردهای گسترده میکرو راکتورهای هسته ای
میکرو راکتورهای هسته ای به دلیل اندازه کوچک، طراحی ماژولار، و انعطاف پذیری در استقرار، کاربردهای متنوعی دارند.
این رآکتورها به ویژه برای مناطقی که دسترسی به شبکه برق یا گازمحدود است، مانند مناطق کوهستانی، جزایر دورافتاده، یاشهرک های صنعتی در مناطق خشک، بسیار مناسب اند. برخالف رآکتورهای بزرگ تجاری که نیاز به زیرساخت های عظیم و مساحت چند صد هکتاری دارند، میکرو راکتورها می توانند در فضایی به وسعت چند هکتار مستقر شوند و نیازی به تأسیسات پیچیده ندارند رآکتورهای کوچک ماژولار (SMR (نیز قابلیت طراحی در نیروگاه هایی با توان خروجی بیش از 400 مگاوات را دارند، که برای صنایع متوسط یا شهرهای کوچک مناسب است. به عنوان مثال،صنایعی که مصرف انرژی آنها کمتر از صنایع سنگین مانندفولادسازی است، میتوانند از این رآکتورها برای تأمین برق پایدار بهره ببرند. میکرو راکتورها همچنین برای مناطق با مصرف انرژی پایین اما پایدار، مانند تأسیسات تحقیقاتی، پایگاه های نظامی، یاجوامع کوچک دورافتاده، ایده آل هستند.
یکی از مهمترین کاربردهای میکرو راکتورها، تأمین برق در شرایط بحرانی است. این رآکتورها می توانند به صورت زیرزمینی یا در تأسیسات خاص مستقر شوند و در شرایطی مانند قطعی شبکه برق یا حملات به زیرساخت های انرژی، امنیت انرژی را تضمین کنند.برای کشوری مانند ایران، که ممکن است در شرایط جنگی یا
بحرانی با تهدیدات زیرساختی مواجه شود، این ویژگی اهمیت بسزایی دارد.
-5 ایمنی و فناوری پیشرفته میکرو راکتورها
یکی از برجسته ترین ویژگی های میکرو راکتورهای هسته ای، ایمنی
بالای آنهاست. این رآکتورها معمولا از فناوری نسل سوم پیشرفته(+III Gen بهره میبرند و مجهز به سیستم های ایمنی غیرفعال)پسیو هستند. این سیستم ها بدون نیاز به دخالت انسانی یا کنترل خارجی میتوانند رآکتور را برای چند روز در حالت ایمن نگه دارند. این ویژگی ایمنی ذاتی، خطر حوادث هسته ای را به حداقل
می رساند و امکان استقرار میکرو راکتورها در نزدیکی مناطق مسکونی یا تجاری را فراهم میکند.
علاوه بر این، میکرو راکتورها به دلیل مقیاس کوچکتر، هدررفت حرارتی کمتری دارند و میتوانند به صورت هواخنک طراحی شوند. این ویژگی آنها را برای مناطق خشک و بیابانی، مانند بسیاری از نقاط ایران، بسیار مناسب میکند. مطالعه ای در دانشگاه یوتا نشان داده است که مصرف آب میکرو راکتورها به مراتب کمتر از نیروگاه های زغال سنگ، گاز، یا حتی رآکتورهای بزرگ هسته ای است. در برخی طراحی ها، این رآکتورها میتوانند کاملا بدون نیاز به آب خنک کننده عمل کنند، که برای اقلیم های کم آب یک مزیت بزرگ محسوب می شود. این ویژگی نه تنها هزینه های عملیاتی را کاهش میدهد، بلکه امکان استقرار این رآکتورها در مناطقی که دسترسی به منابع آبی محدود است را فراهم میکند.

-6 اقتصاد، پایداری، و فرصتهای میکرو راکتورها
از نظر اقتصادی، نیروگاه های هسته ای، از جمله میکرو راکتورها،هزینه سرمایه ای اولیه (CAPEX (باالتری نسبت به نیروگاه های تجدیدپذیر مانند بادی یا خورشیدی دارند. با این حال، هزینه تمام شده برق (LCOE (آنها به دلیل پایداری بالا، طول عمر طولانی)چندین دهه(، و عدم وابستگی به شرایط اقلیمی، به مراتب پایین تر است. طبق تحلیل آژانس بین المللی انرژی، هزینه تولید برق در نیروگاه های هسته ای در مقایسه با نیروگاه های زغال سنگ و گاز به ازای هر مگاوات ساعت کمتر است. این موضوع به ویژه برای تأمین بار پایه و میانی، که نیاز به برق پایدار و مداوم دارد، اهمیت زیادی دارد.نیروگاه های تجدیدپذیر مانند بادی و خورشیدی به دلیل وابستگی به شرایط آب وهوایی، پایداری کمتری دارند و بیشتر برای تأمین بار اوج یا میانی مناسب اند. در مقابل، میکرو راکتورها وSMR ها به دلیل طراحی ماژولار انعطاف پذیری، می توانند به صورت مستقل از شبکه عمل کنند و برای صنایعی که به برق مداوم نیاز دارند، گزینه ای مقرون به صرفه باشند. علاوه بر این، مصرف آب پایین تراین رآکتورها نسبت به نیروگاه های سنتی، هزینه های عملیاتی را درمناطق کم آب کاهش میدهد.برای کشوری مانند ایران، که دارای اقلیم بیابانی و صنایعی پرمصرف مانند فولاد و ذوب  آهن است، میکرو راکتورها می توانند
راه  حلی ایده آل باشند. مطالعه ای نشان داده است که قطعی برق درفصل گرم تا سال 1405 میتواند سالیانه 1.7 میلیارد دلار زیان به صنایع وارد کند. سرمایه گذاری در میکرو راکتورها می تواند این زیان را به سود تبدیل کند، زیرا این رآکتورها برق پایدار و مداوم را با هزینه ای رقابتی تأمین میکنند. همچنین، این رآکتورها می توانند در شهرکهای صنعتی یا مناطق خشک که دسترسی به منابع آبی محدود است، مستقر شوند و نیازهای انرژی این مناطق را برآورده کنند. میکرو راکتورهای هسته ای به عنوان یک فناوری نوظهور، هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارند. بسیاری ازپروژه های مرتبط با این فناوری در مرحله برنامه ریزی یا ساخت هستند و برخی هنوز نام مشخصی ندارند. این موضوع فرصت مناسبی برای کشورهایی مانند ایران، که دانش هسته ای پیشرفت های دارند، فراهم میکند تا در این حوزه پیشرو باشند. با توجه به اینکه ادبیات میکرو راکتورها هنوز در حال شکل گیری است، ایران میتواند با سرمایه گذاری در این فناوری، دانش فنی بومی تولید کند و از آن برای تأمین برق پایدار در مناطق صعب العبور یا شهرک های صنعتی استفاده کند.
در پایان، میکرو راکتورهای هسته ای با ویژگی هایی مانند ایمنی بالا،مصرف آب پایین، انعطاف پذیری در کاربرد، و توانایی تأمین برق پایدار، آیندهای روشن در تأمین انرژی دارند. برای کشوری مانند ایران، که با چالش های اقلیمی، نیاز به انرژی پایدار، و تهدیدات زیرساختی مواجه است، این فناوری میتواند نقطه عطفی در توسعه زیرساخت های انرژی باشد. استقرار این رآکتورها در تأسیسات زیرزمینی یا مکان های خاص، خطر آسیب پذیری آنها را کاهش می دهد وامنیت انرژی را در شرایط بحرانی تضمین می کند. با توجه به دانش هسته ای ایران و نیاز روزافزون به انرژی پایدار،سرمایه گذاری در میکرو راکتورها میتواند گامی بزرگ در مسیر
خودکفایی انرژی باشد.