هل يمكن للمفاعلات النووية المتقدمة أن تغذي القنابل الإرهابية؟

تتوقف السيناريوهات المختلفة للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية من توليد الطاقة بحلول عام 2050 على نجاح بعض المبادرات الطموحة للغاية في مجال الطاقة المتجددة، وتحسين الشبكات، ومجالات أخرى. وربما لا يكون أي من هذه الأمور أكثر جرأة من النهضة المتصورة للطاقة النووية، مدفوعة بمفاعلات التكنولوجيا المتقدمة الأصغر حجما من مفاعلات الطاقة النووية التقليدية.

القاسم المشترك بين العديد من هذه المفاعلات هو أنها ستستخدم نوعًا من الوقود يسمى اليورانيوم عالي التخصيب منخفض التخصيب (HALEU). يختلف تركيبه، ولكن بالنسبة لتوليد الطاقة، يحتوي المزيج النموذجي على أقل بقليل من 20 بالمائة من الكتلة من نظير اليورانيوم 235 عالي الانشطار (U-235). وهذا على النقيض من وقود المفاعلات التقليدية، الذي تتراوح نسبته من 3% إلى 5% من اليورانيوم-235 من حيث الكتلة، واليورانيوم الطبيعي، الذي لا يتجاوز 0.7% من اليورانيوم-235.

الآن، على الرغم من ذلك، ورقة في علوم حددت المجلة ثغرة كبيرة في هذا الخيار النووي: يمكن نظريًا استخدام وقود هاليو لصنع قنبلة انشطارية – وهي حقيقة يستخدمها مؤلفو الورقة للدفاع عن تشديد اللوائح التي تحكم الوصول إلى المواد ونقلها. ومن بين المؤلفين الخمسة لهذه الورقة، التي تحمل عنوان “إمكانيات أسلحة اليورانيوم عالي التخصيب منخفض التخصيب”، زميل الحياة في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) ريتشارد إل. جاروين. وكان جاروين الشخصية الرئيسية وراء تصميم القنبلة النووية الحرارية، التي تم اختبارها في عام 1952.

ال علوم هذه الورقة ليست الأولى التي تدعو إلى إعادة تقييم مخاطر الانتشار النووي لوقود هاليو. وقد خصص تقرير نشرته الأكاديميات الوطنية في العام الماضي بعنوان “مزايا وقابلية الاستمرار لمختلف دورات الوقود النووي وخيارات التكنولوجيا وجوانب النفايات في المفاعلات النووية المتقدمة” معظم فصله لمخاطر وقود هاليو. وتوصلت إلى استنتاجات فنية مماثلة لتلك التي توصلت إليها علوم المادة، لكنها لم تذهب أبعد من ذلك في توصياتها بشأن ضرورة تشديد اللوائح.

لماذا يعتبر وقود هاليو مقلقًا؟

تقول الحكمة التقليدية أن تركيزات اليورانيوم 235 التي تقل عن 20 بالمائة لا يمكن استخدامها لصنع قنبلة. لكن “لقد وجدنا هذه الشهادة في عام 1984 من رئيس القسم النظري في لوس ألاموس، الذي أكد بشكل أساسي أنه، نعم، في الواقع، يمكن استخدامها بنسبة تصل إلى 10 بالمائة”، كما يقول ر. سكوت كيمب من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهو أحد مؤلفي البحث الآخرين. . “لذلك لا تحتاج حتى إلى أجهزة الطرد المركزي، وهذا هو المهم حقًا هنا.”

إن أجهزة الطرد المركزي التي يتم ترتيبها بعناية شديدة في سلاسل هي الوسيلة المعتادة لتخصيب اليورانيوم إلى مواد صالحة لصنع قنبلة، ويتطلب تشغيلها موارد وخبرات ومواد نادرة ومكلفة. والواقع أن صعوبة بناء وتشغيل مثل هذه السلاسل على نطاق صناعي كانت لعقود من الزمن بمثابة عائق فعال أمام صانعي الأسلحة النووية المحتملين. لذا فإن أي طريق نحو إنتاج سلاح نووي يتجاوز التخصيب من شأنه أن يقدم بديلاً أسهل بلا أدنى شك. السؤال الآن هو، ما مدى سهولة ذلك؟

“إنها ليست قنبلة جيدة جدًا، لكنها يمكن أن تنفجر وتسبب كل أنواع الدمار”

وما يزيد من إلحاح هذا السؤال هو الاندفاع المتوقع للذهب في هاليو، بعد سنوات من الدعم الهادئ من الحكومة الأمريكية. تنفق وزارة الطاقة الأمريكية المليارات لتوسيع إنتاج الوقود، بما في ذلك منح 150 مليون دولار في عام 2022 لشركة تابعة لشركة Centrus Energy Corp، الشركة الخاصة الوحيدة في الولايات المتحدة التي تقوم بتخصيب اليورانيوم إلى تركيزات هاليو. (خارج الولايات المتحدة، روسيا والصين فقط تنتجان هالو بكميات كبيرة.) ويمتد الدعم الحكومي أيضًا إلى الشركات التي تبني المفاعلات التي ستستخدم هاليو. وقد صممت اثنتان من أكبر شركات المفاعلات الناشئة، Terrapower (المدعومة جزئياً من قبل بيل جيتس) وX-Energy، مفاعلات تعمل بأشكال وقود HALEU، وحصلتا على تمويل بالمليارات في إطار برنامج وزارة الطاقة الذي يسمى المشاريع التجريبية للمفاعلات المتقدمة.

إن صعوبة بناء قنبلة تعتمد على هاليو هي موضوع غامض، لأن العديد من التقنيات والممارسات المحددة لتصميم الأسلحة النووية سرية. لكن المعلومات الأساسية حول النوع القياسي من الأسلحة الانشطارية، والمعروفة باسم جهاز الانفجار الداخلي، كانت معروفة منذ زمن طويل. (تم تفجير أول جهازي انفجار داخلي في عام 1945، أحدهما في اختبار ترينيتي والآخر فوق ناجازاكي باليابان). يعتمد جهاز الانفجار الداخلي على كرة مجوفة من مادة نووية. في الأسلحة الحديثة، تكون هذه المادة عادةً بلوتونيوم-239، لكنها يمكن أيضًا أن تكون خليطًا من نظائر اليورانيوم التي تتضمن نسبة من اليورانيوم-235 تتراوح من 100% إلى حوالي 10% على ما يبدو. الكرة محاطة بمتفجرات كيميائية مشكلة تنفجر في وقت واحد، مما يخلق موجة صدمية تضغط الكرة ماديًا، مما يقلل المسافة بين ذراتها ويزيد من احتمالية مواجهة النيوترونات المنبعثة من نواتها لنوى أخرى وتقسيمها، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من النيوترونات. عندما تتقلص الكرة، فإنها تنتقل من حالة دون حرجة، حيث لا يستطيع التفاعل المتسلسل للنيوترونات التي تقسم النوى وتنتج نيوترونات أخرى أن تحافظ على نفسها، إلى حالة حرجة، حيث يمكنها ذلك. مع استمرار الكرة في الضغط، فإنها تصل إلى درجة حرجة فائقة، وبعد ذلك يؤدي تدفق النيوترونات المحقونة إلى إطلاق تفاعل متسلسل فائق السرعة وهو انفجار انشطاري. كل هذا يحدث في أقل من مللي ثانية.

مؤلفو علوم كان على الصحيفة أن تسير على خط رفيع بين عدم الكشف عن الكثير من التفاصيل حول تصميم الأسلحة مع الاستمرار في الإشارة بوضوح إلى نطاق التحدي المتمثل في بناء قنبلة تعتمد على هاليو. وهم يعترفون بأن كمية مادة هاليو اللازمة لقنبلة تزن 15 كيلو طن ــ وهي قوة تعادل تقريبا القنبلة التي دمرت هيروشيما خلال الحرب العالمية الثانية ــ ستكون كبيرة نسبيا: بمئات الكيلوجرامات، ولكن ليس أكثر من 1000 كيلوجرام. وعلى سبيل المقارنة، فإن حوالي 8 كجم من البلوتونيوم 239 كافية لصنع قنبلة انشطارية ذات مستوى متواضع من التطور. وكتب المؤلفون أن أي قنبلة هاليو ستكون أكبر بشكل متناسب، ولكنها تظل صغيرة بما يكفي ليتم إطلاقها “باستخدام طائرة، أو شاحنة توصيل، أو قارب يبحر إلى ميناء المدينة”.

واعترفوا أيضًا بالتحدي الفني الرئيسي الذي يواجه أي صانع أسلحة محتمل يسعى لاستخدام هاليو لصنع قنبلة: البدء المسبق. الكمية الكبيرة من اليورانيوم 238 في المادة ستنتج العديد من النيوترونات، مما قد يؤدي على الأرجح إلى حدوث تفاعل نووي متسلسل في وقت مبكر جدًا. وهذا من شأنه أن يستنزف الطاقة من التفاعل المتسلسل الجامح اللاحق، مما يحد من الناتج المتفجر وينتج ما يعرف في مجال صناعة القنابل النووية باسم “الفشل”. ومع ذلك، “على الرغم من أن البدء المسبق قد يكون له تأثير أكبر على بعض التصاميم من غيرها، إلا أنه حتى تلك الحساسة لها لا يزال من الممكن أن تنتج قوة انفجارية مدمرة”، كما استنتج الباحثون.

وبعبارة أخرى، “إنها ليست قنبلة جيدة للغاية، ولكنها يمكن أن تنفجر وتسبب كل أنواع الدمار”، كما يقول جون لي، الأستاذ الفخري للهندسة النووية في جامعة ميشيغان. كان لي مساهمًا في تقرير الأكاديميات الوطنية لعام 2023 والذي تناول أيضًا مخاطر وقود الهاليو وقدم توصيات سياسية مماثلة لتلك الخاصة بـ علوم ورق.

ويزعم منتقدو تلك الورقة أن التحديات المتمثلة في بناء قنبلة هاليو، رغم أنها ليست مستعصية على الحل، من شأنها أن تحبط مجموعة غير تابعة للدولة. وبرنامج الأسلحة الوطني، الذي من المرجح أن يكون لديه الموارد اللازمة للتغلب عليها، لن يكون مهتما بمثل هذه القنبلة، بسبب محدوديتها وعدم موثوقيتها النسبية.

“لهذا السبب الوكالة الدولية للطاقة الذرية [International Atomic Energy Agency]يقول ستيفن نسبيت، مستشار الهندسة النووية والرئيس السابق للجمعية النووية الأمريكية، وهي منظمة محترفة: «إن هذه المادة ليست ذات استخدام مباشر». “إنه ليس طريقًا واقعيًا لسلاح نووي.”

ال علوم ويختتم المؤلفون بحثهم بالتوصية بأن يوجه الكونجرس الأمريكي الإدارة الوطنية للأمن النووي التابعة لوزارة الطاقة (NNSA) لإجراء “مراجعة جديدة” للمخاطر التي يشكلها وقود هاليو. ردًا على استفسار عبر البريد الإلكتروني من IEEE الطيفرد المتحدث باسم إدارة الأمن النووي كريج برانسون قائلاً: “لتحقيق أهداف خفض الانبعاثات إلى مستوى الصفر، أعطت الولايات المتحدة الأولوية لتصميم وتطوير ونشر التقنيات النووية المتقدمة، بما في ذلك المفاعلات المعيارية المتقدمة والصغيرة. سيعتمد الكثيرون على HALEU لتحقيق تصميمات أصغر، ودورات تشغيل أطول، وزيادة الكفاءة مقارنة بالتقنيات الحالية. وستكون ضرورية لجهودنا الرامية إلى إزالة الكربون مع تلبية الطلب المتزايد على الطاقة. ومع تقدم هذه التقنيات، لدى وزارة الطاقة وإدارة الأمن النووي برامج للعمل مع الشركاء الصناعيين الراغبين لتقييم المخاطر وتعزيز السلامة والأمن والضمانات لتصاميمهم.

ال علوم كما دعا المؤلفون اللجنة التنظيمية النووية الأمريكية (NRC) والوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى تغيير الطريقة التي يصنفون بها وقود هاليو. وبموجب التصنيف الحالي للمجلس النرويجي للاجئين، فإن الكميات الكبيرة من هاليو تعتبر الآن الفئة الثانية، مما يعني أن التدابير الأمنية تركز على الكشف المبكر عن السرقة. ويريد المؤلفون إعادة تصنيف الكميات ذات الصلة بالأسلحة من هاليو إلى الفئة الأولى، كما هو الحال بالنسبة لكميات البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة أو اليورانيوم عالي التخصيب الكافي لصنع قنبلة. الفئة الأولى تتطلب إجراءات أمنية مشددة، مع التركيز على منع السرقة.

تسخر نسبيت من الاقتراح، مشيرةً إلى الصعوبات التي قد تواجهها في سرقة طن متري من المواد النووية. ويقول: “إن تطبيق كل التبعات المرتبطة بحماية الأسلحة النووية بشكل أعمى على شيء مثل هذا هو مجرد أمر مبالغ فيه”.

لكن لي، الذي أجرى تجارب على وقود هاليو في الثمانينات، يتفق مع زملائه. “ديك جاروين وفرانك فون هيبل [and the other authors of the Science paper] “لقد أثارت بعض الأسئلة المناسبة” ، يعلن. “إنهم يقولون إن المجلس النرويجي للاجئين يجب أن يتخذ المزيد من الاحتياطات. أنا كل شيء من أجل ذلك.