ستقوم عربة أطلس للسكك الحديدية بنقل الوقود النووي المستهلك حول الولايات المتحدة

تسير محطات الطاقة النووية على الطريق الصحيح لتوليد أكثر من 140 ألف طن من الوقود النووي المستهلك قبل عام 2060. وفي كل عام، ينضم 2000 طن من المعادن الثقيلة المشعة إلى المخزون المتزايد من الوقود المستخرج من مفاعلات الطاقة النووية – سواء العاملة أو التي توقفت عن الخدمة. وفي العقود المقبلة، سوف تحتاج وزارة الطاقة الأمريكية إلى نقل تلك المواد إلى مرافق التخزين المستقبلية.

إن كمية الوقود المستهلك الحالية – 90 ألف طن – تتجاوز بالفعل خيارات التخزين المتاحة حاليًا. وصلت براميل التخزين وأحواض التبريد إلى أقصى طاقتها في العديد من المصانع الـ 75 التي تستضيف SNF في الموقع. لم يكن القصد من هذه المواد أبدًا البقاء في هذه المواقع على المدى الطويل. ولكن مع توقف جهود التخزين الدائم منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبح الإصلاح الذي كان مؤقتا ذات يوم هو الوضع الراهن، مما جعل وزارة الطاقة تدفع 10.6 مليار دولار لتغطية تكاليف تخزين المرافق.

ومع ذلك، فإن المنظمين والمشرعين بدأوا أخيراً في تحريك الأمور. وجه الكونجرس مؤخرًا وزارة الطاقة للبحث عن موقع تخزين موحد مؤقت للاحتفاظ بـ SNF حتى يتوفر حل دائم – من المحتمل أن يكون مستودعًا جيولوجيًا يقع على عمق يتراوح بين 300 و 1000 متر تحت الأرض. ومع ذلك، فإن هذا المستودع المستقبلي لا يزال على بعد عقد من الزمن على الأقل.

وفي غضون ذلك، تعالج وزارة الطاقة تحديًا ثانويًا: تحديث عربات السكك الحديدية الحالية لاستيعاب الزيادة النهائية في شحنات SNF. والنتيجة هي نظام أطلس، وهو نظام متعدد السيارات مصمم لنقل حوالي 217 طنًا من مادة SNF والنفايات المشعة عالية المستوى إلى وجهات التخزين والتخلص المستقبلية.

بعد عقد من الزمن و33 مليون دولار من التطوير، سمحت رابطة السكك الحديدية الأمريكية (AAR) مؤخرًا بتشغيل النظام المكون من 12 محورًا على جميع خطوط السكك الحديدية الرئيسية للشحن في الولايات المتحدة. تحمل عربة السكك الحديدية الرئيسية في أطلس حاوية SNF مثبتة في مكانها بواسطة حامل يزن 7 أطنان ومحطتين نهائيتين تزن كل منهما 10 أطنان. توفر عربتا السكك الحديدية العازلة مسافة آمنة بين عربة السكة الحديد الرئيسية والقاطرتين اللتين تعملان على تشغيل القطار، بالإضافة إلى عربة مرافقة للسكك الحديدية (REV) التي تحمل أفراد أمن مسلحين للمراقبة. شاركت البحرية الأمريكية في تطوير مركبة المرافقة لتحل محل مركبتها الخاصة[SC4] أسطول REV القديم، والذي يستخدم لمرافقة SNF البحرية ومكونات السفينة المصنفة عن طريق السكك الحديدية. يستخدم نظام Atlas كلاً من الاتصالات الخلوية والفضائية ووصلة لاسلكية شبكية للبقاء على اتصال مع الكابينة.

أنهى المهندسون الاختبار النهائي على أطلس في سبتمبر 2023 برحلة طولها 2700 كيلومتر من كولورادو إلى أيداهو. وزارة الطاقة الأمريكية

تاريخيًا، قامت الشاحنات والقطارات بنقل آلاف الشحنات من الوقود النووي المشعع بين مواقع أبحاث وزارة الطاقة، والمفاعلات المملوكة للمرافق العامة، والمحطة التجريبية لعزل النفايات في نيو مكسيكو، المستودع الجيولوجي العميق الوحيد في البلاد للنفايات الناتجة عن الأسلحة. في حين أن الحد الأقصى للوزن القانوني للشاحنات هو 36 طنًا، فإن السكك الحديدية يمكنها التعامل بكفاءة مع براميل SNF عالية السعة والتربة الملوثة من مواقع التنظيف في شحنة واحدة. يعتمد نظام المراقبة المتقدم في الوقت الفعلي من Atlas على هذه القدرات.

يأتي أطلس في الوقت الذي تظل فيه الطاقة النووية مساهمًا رئيسيًا في الطاقة النظيفة في الولايات المتحدة، متجاوزة طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتوليد 18.6 بالمائة من الكهرباء في البلاد العام الماضي – وهو ما يكفي لأكثر من 70 مليون منزل. على الرغم من قدرتها العالية، تنتج المفاعلات النووية حجمًا منخفضًا نسبيًا من النفايات. تُترجم مخرجات SNF السنوية إلى أقل من نصف حمام السباحة الأولمبي.

وبعد استهلاك الوقود داخل المفاعل، يقوم مشغلو المحطة بغمر مجمعات الوقود في أحواض خرسانية بطول 40 قدمًا مبطنة بالفولاذ لعزل الإشعاع. بمجرد تبريده لمدة خمس سنوات على الأقل، ينتقل SNF إلى عبوات فولاذية محمية بطبقة خارجية من الخرسانة أو الفولاذ أو كليهما. يمكن لهذه البراميل الجافة البقاء في الموقع لمدة 40 عامًا.

يتم تخزين الوقود النووي المستهلك في جميع أنحاء الولايات المتحدة، حيث يقع معظمه على بعد آلاف الكيلومترات من مواقع التخزين الحالية والمستقبلية.مكتب محاسبة الحكومة الأمريكية

في ثمانينات القرن الماضي، ألزم قانون سياسة النفايات النووية وزارة الطاقة بالبدء في التخلص بشكل دائم من نيتروجين النيكل في مستودع تحت الأرض في جبل يوكا في نيفادا. ومع ذلك، قامت المعارضة الاجتماعية والسياسية في نهاية المطاف بقمع المشروع المتنازع عليه بشدة. لا يزال التعقيد التنظيمي لحل التخزين الدائم يشكل عائقًا حاسمًا في إدارة SNF، خاصة وسط عدم اليقين بشأن سلامة التخزين الجاف على المدى الطويل. نظرًا لأن وزارة الطاقة في المراحل الأولى من إنشاء منشأة فيدرالية مؤقتة، فمن المرجح أن تظل SNF في المصانع حتى أواخر ثلاثينيات القرن الحالي.

تقول وزارة الطاقة إن تطوير Atlas امتد لعشر سنوات بسبب تعقيد AAR’s S-2043، وهو المعيار الأكثر صرامة لعربات الشحن بالسكك الحديدية التي تنقل SNF والنفايات المشعة عالية المستوى في أمريكا الشمالية. لدى Atlas مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تتبع 11 معلمة أداء مطلوبة بواسطة S-2043، مثل ظروف التحمل والسرعة والتأرجح والكبح. يتميز نظام مراقبة الأمن والسلامة المتكامل بآليات لمنع الانحراف عن المسار بسبب تعطل المعدات أو تدهورها.

تصورت وزارة الطاقة في البداية أطلس على أنه عربة قطار ذات ثمانية محاور. خلال مرحلة التصميم المفاهيمي، أشارت النمذجة الحاسوبية إلى أن أداء القطار قد لا يلبي جميع متطلبات S-2043. في هذا الوقت تقريبًا، صادقت اللجنة التنظيمية النووية (NRC) على برميل خشبي جديد يزن 190 طنًا، وهو ثقيل جدًا بحيث لا يمكن تحميله على عربات قطار أصغر. ألهمت هذه الظروف إعادة تصميم 12 محورًا.

يتم فصل عربات السكك الحديدية الأطلس عن القاطرات وعربات السكك الحديدية المرافقة بواسطة عربات عازلة فارغة للحفاظ على مسافة آمنة من الوقود النووي المستهلك.وزارة الطاقة الأمريكية

أكملت عربات السكك الحديدية والقاطرات عرضًا توضيحيًا بطول 2700 كيلومتر (1680 ميلًا) تقريبًا لضمان التوافق والسلامة على المسار الصحيح. أثناء السفر بسلاسة من كولورادو إلى أيداهو، قام الاختبار بمحاكاة أثقل برميل خشبي معتمد من المجلس النرويجي للاجئين بأوزان وهمية فولاذية يبلغ مجموعها حوالي 220 طنًا (480 ألف رطل)، مصحوبة بمركبة REV، وعربات عازلة، وقاطرات Union Pacific Railroad.

تتطلب حاويات SNF الأثقل عشرات المحاور التي توفرها شركة Atlas، ولكن يمكن لثمانية محاور نقل عبوات أخف نسبيًا لا تقل عن 72 طنًا بكفاءة أكبر. بعد تحول أطلس إلى عربة قطار ذات 12 محورًا، بدأت وزارة الطاقة مشروعًا بثمانية محاور للحمولات الأصغر حجمًا. وافقت AAR على التصميم في عام 2021، وبدأت في تصنيع النموذج الأولي هذا العام.

من المتوقع أن يتم الانتهاء من Fortis، التي تضم نفس نظام ربط الحمولة الصافية ونظام المراقبة وREV والمركبات العازلة، في أواخر عام 2020. وقال متحدث باسم وزارة الطاقة: “ستوفر كلتا عربتي السكك الحديدية لوزارة الطاقة المرونة اللازمة لاستخدام معدات السكك الحديدية المناسبة لهذه المهمة”. IEEE الطيف.