تحويل وقود التورانيوم اليورانيوم: أول حالة على مستوى العالم، الصين تتفوق بسرعة على الجيل الرابع من الطاقة النووية

إعلان أبرز عشرة إنجازات علمية في الصين لعام 2025. هذا الإنجاز تم اختياره بهدوء، لكنه أثار أعصاب العاملين في مجال الطاقة في جميع أنحاء العالم: تحويل وقود ثوريوم-يورانيوم في مفاعل ملحي ثوريومي مدفوع بالثرِيوم (ثوريوم وقود/تحويل وقود) الذي قادته معهد شنغهاي للأرصاد التطبيقية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، أصبح أول مشروع عالمي يحقق اختراق هذه التقنية.

كانت الولايات المتحدة قد بدأت هذه الأبحاث منذ أكثر من نصف قرن، لكنها في النهاية توقفت. لقد تسلمت الصين “شُعلت” السباق التقني، ولم تستطع فحسب حل المشكلات الجوهرية، بل حصلت أيضًا على تذكرة لإعادة تشكيل المشهد العالمي للطاقة. فهل يكمن الأمر فعلًا في مجرد اللحاق التقني؟ يبدو أن الأمر ليس بهذه البساطة.

مخطط البنية الهيكلية لمفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم: رسم تخطيطي لدورة نظام المفاعل الملحي المعتمد على الثوريوم تُبيَّن فيه مختلف المكونات

في خمسينيات القرن الماضي، بدأت الولايات المتحدة، عبر مختبر أوك ريدج الوطني، أبحاث المفاعلات الملحية المنصهرة المعتمدة على الثوريوم. وفي عام 1965 تم بناء مفاعل تجريبي، واختبرت عملية التشغيل آلاف الساعات لإثبات جدوى التقنية. لكن، خلال فترة الحرب الباردة، أدت التعديلات الاستراتيجية إلى إيقاف هذا البحث والتطوير مباشرة؛ ومنذ ذلك الحين، وعلى مدى نصف قرن تقريبًا، لم يتمكنوا من تجاوز التحدي الجوهري لمسألة تحويل الوقود.

في عام 2000، تم إدراج المفاعل الملحي المنصهر المعتمد على الثوريوم ضمن واحدة من مسارات التقنيات الست الرئيسية للجيل الرابع من الطاقة النووية، لكن على المستوى الدولي ظل الأمر في مرحلة “إثبات المفهوم”. بعد أن تسلمت الصين هذه التقنية، وبعد 14 عامًا كاملة من البحث والتركيز على التحديات، وبمشاركة مئات من مؤسسات البحث العلمي وأكثر من ألف تجربة، تمكنت في النهاية من تحويل وقود الثوريوم إلى يورانيوم داخل المفاعل، لتُنجز كامل العملية من التجربة إلى التحقق.

غرفة التحكم في محطة طاقة نووية قديمة: مشهد يقوم فيه العاملون بتشغيل معدات التحكم في محطة الطاقة النووية القديمة

لم يلحظ كثيرون سوى “الاختراق التقني”، لكن هناك حقيقة محورية أخرى: نسبة تصنيع المعدات الأساسية محليًا في هذا الاختراق تتجاوز 90%، وتم تحقيق الإنتاج الذاتي لجميع المعدات الرئيسية. سبيكة نيكل من نوع GH3535 لمعالجة مشكلة تآكل الملح المنصهر، تم التحكم في مقدار التآكل إلى عُشر المعيار الدولي؛ كما أن نظام التحكم الدقيق في معالجة الوقود على الخط ضمن دقة لا تتجاوز 1 ملم.

هذا ليس مجرد لحاق تقني؛ بل بناء نظام تقني كامل من الصفر على مسار تخلت عنه القوى الكبرى.

بالنسبة إلى احتياطي موارد الثوريوم في الصين، توجد طريقتان مختلفتان في الإحصاء: الاحتياطي الصناعي 280 ألف طن يمثل خمس احتياطي العالم، بينما منطقة منجم بايون-إو-بو في منغوليا الداخلية قد كشفت عن منجم ثوريوم مرافق على مستوى المليون طن، وتبلغ حصته في العالم أكثر من 60%. وبغض النظر عن أي بيانات، فهذا يعني أمرًا واحدًا: تطوير الصين لمفاعلات الملح المنصهر المعتمدة على الثوريوم يوفر لها ميزة الموارد الطبيعية.

والأكثر روعة أن أغلب الثوريوم يوجد كمعدن مرافق في استخراج عناصر الأرض النادرة. وباعتبار الصين هي أكبر دولة منتجة للعناصر الأرضية النادرة في العالم، فلا تحتاج إلى التعدين بشكل منفصل؛ بل يكفي استخراج الوقود من مخلفات التعدين الخاصة بالعناصر الأرضية النادرة، لتتكون مباشرة حلقة استيعاب الموارد ذاتية الاكتفاء. وهذه الميزة الفطرية لا يمكن لأي دولة أخرى مجاراتها.

الطاقة الناتجة عن انشطار طن واحد من الثوريوم تعادل 3.5 مليون طن من الفحم؛ ومع توفر الاحتياطي الصناعي الحالي وحده، يمكنه دعم احتياجات الصين من الطاقة لآلاف السنين. وإذا اكتمل تحويل هذه التقنية إلى تطبيق تجاري على نطاق واسع، فستتمكن الصين من التخلص تمامًا من الاعتماد على اليورانيوم المستورد، لتصبح “ورقة” أمن الطاقة أكثر سماكة من جديد.

رسم بياني للأجيال في تطور الطاقة النووية: مخطط معلومات يُظهر تطور تقنيات الطاقة النووية عبر الأجيال الخمسة

بالإضافة إلى ميزة الموارد، تمتلك مفاعلات الملح المنصهر المعتمدة على الثوريوم ميزتين لا يمكن الاستغناء عنهما مقارنة بالطاقة النووية التقليدية: السلامة والمرونة في اختيار الموقع. فالمفاعلات التقليدية بالماء المضغوط تحتاج إلى تشغيل بضغط عالٍ، وتعتمد على كميات كبيرة من التبريد بالماء، ويجب بناؤها على السواحل، مع وجود خطر انصهار قلب المفاعل.

يعمل مفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم تحت الضغط الجوي. حيث يتم إذابة الوقود مباشرة داخل الملح المنصهر؛ وعندما ترتفع درجة الحرارة يتباطأ التفاعل النووي تلقائيًا. وفي الحالات القصوى، سيتجمد الملح المنصهر تلقائيًا، مما يلغي تمامًا خطر تسرب المواد المشعة. وعدم الحاجة إلى كميات كبيرة من التبريد بالماء يعني إمكانية بنائه مباشرة في المناطق الداخلية الصحراوية/الجافة، وبالاعتماد على شبكة الكهرباء فائقة الجهد العالية جدًا يمكن تحقيق نقل “الكهرباء من الغرب إلى الشرق”، مما يحل مشكلة عدم توازن توزيع الطاقة في الصين.

مجالات تطبيق مفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم لا تقتصر على توليد الكهرباء على اليابسة. فبفضل ثباته الفطري، فإنه يعد الحل الأمثل لتزويد قواعد الفضاء بالطاقة.

تبلغ دورة الليل والنهار على سطح القمر 14 يومًا؛ فالظلام المتواصل لنصف شهر يترك الطاقة الشمسية دون أي فاعلية تقريبًا، بينما يتمتع مفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم بكثافة طاقة عالية وعمر طويل. ويمكن تشغيله بثبات لمدة 20 عامًا بعد إضافة الوقود مرة واحدة، كما يمكن تصميم جسم المفاعل بشكل متكامل مع إمكانية الرفع والنقل كحزمة واحدة للإطلاق. وفي الوقت الحالي، لا تزال خطة برنامج “أرتميس” التابعة للولايات المتحدة تعتمد على الطاقة الشمسية، ولم يكتمل التحقق من الطاقة النووية؛ ومع ذلك، تكون الصين قد سبقت من الناحية التقنية.

لقطة شاشة للتغطية الإخبارية: صفحة تقرير وكالة شينخوا عن تحويل وقود ثوريوم-يورانيوم

الأكثر جدارة بالاهتمام هو أن مفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم مجرد جزء صغير من جبال الجليد من اختراقات الصين في الطاقة النووية للجيل الرابع. أول محطة نووية رابعة من الجيل الرابع في العالم دخلت الخدمة التجارية—مفاعل الغاز المبرد بدرجة حرارة عالية شي داو باي (شيداوان باي) —منذ بدء تشغيله في ديسمبر 2023، يعمل بثبات. والآن، قد تشكلت سلسلة صناعية كاملة، وقد دخلت مرحلة تصميم الرسومات الهندسية لبرنامج تقني من فئة 600 ألف كيلوواط. كما يجري إنشاء مشروع عرض “كُويا بو سريع المفاعل” بوتيرة مستقرة.

من المفاعل الملحي إلى المفاعل الغازي المبرد عالي الحرارة إلى مفاعل سريع، تفتح الصين في الوقت نفسه أبوابًا في عدة مسارات رئيسية للطاقة النووية للجيل الرابع. ووراء ذلك توجد قدرة على التصدي بشكل تكاملي عبر تخصصات متعددة مثل علوم المواد والفيزياء النووية والتصنيع الدقيق. لا يمكن العثور على اختراق من هذا النوع الشامل على مستوى العالم إلا في الصين.

سباق الطاقة النووية الحالي لم يعد يتمثل في من يطرح المفهوم أولًا، بل في من يستطيع أن يتغلب على “العظم العنيد” في مجال الهندسة التحويلية، ومن يسبق في إنشاء المعايير التقنية الكاملة.

وفقًا للخطة المعلنة، ستبدأ الصين في عام 2025 بناء مفاعل ملحي ثوريومي تجاري بقدرة 10 ميغاواط. ومن المتوقع تحقيق الربط بالشبكة في عام 2029. وسيكون ذلك أول مشروع عالمي لتجارية كهرباء الثوريوم. وإذا أمكن إكمال مشروع عرض بقدرة 100 ميغاواط قبل عام 2030، فستحصل الصين على حق صياغة معايير تقنيات كهرباء الثوريوم.

يوجد الآن نقاش مثير للاهتمام داخل القطاع: يعتقد كثيرون أن تجارية الطاقة النووية بالثوريوم ستتطلب عشرات السنين. لكن لا تنسوا أن مفاعل الغاز المبرد عالي الحرارة في شي داو باي، من مفاعل تجريبي إلى التشغيل التجاري، استغرق أكثر من عشرين عامًا. لقد اكتمل تراكم المعرفة التقنية الآن، وستكون وتيرة التحول الهندسي أسرع مما نتخيله.

غرفة التحكم الرئيسية لمفاعل الملح المنصهر المعتمد على الثوريوم: يعمل العاملون في غرفة التحكم الرئيسية لمفاعل ملحي منصهر معتمد على الثوريوم بتقنيات حديثة

وبالإضافة إلى توليد الكهرباء، فإن الملح المنصهر عالي الحرارة للثوريوم عند 700℃ لا يقتصر دوره على ذلك؛ بل يمكنه أيضًا إنتاج الهيدروجين بالتزامن وتوفير التدفئة للمشروعات الصناعية. كما يؤدي ذلك إلى رفع كفاءة الاستخدام الإجمالية للطاقة بنسبة 50% مقارنة بالطاقة النووية التقليدية، ويمكن أن يساعد هذا النمط متعدد السيناريوهات الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة على إتمام التحول الأخضر. وهذه القدرة على التكيّف مع سياقات متعددة لا يمكن للطاقة النووية التقليدية مقارنتها بها.

في معالجة النفايات النووية، تكون كمية النفايات النووية الناتجة عن مفاعلات كهرباء الثوريوم أقل بقدر ألف مرة من النماذج التقليدية، كما يتم تقصير نصف العمر إلى 300 سنة فقط، ما يخفف العبء البيئي بشكل كبير. إضافة إلى ذلك، فإن التكلفة لا تتعدى عُشر تكلفة مناجم اليورانيوم، ما يجعل القدرة التنافسية بعد التحول إلى تطبيق تجاري بارزة جدًا.

هذا السباق على الطاقة النووية من الجيل الرابع الذي تقوده الصين، من حيث الجوهر، هو صراع على السيطرة في “سيادة الموارد والطاقة”. عندما نكون ممسكين بطاقة مستقلة يمكن استخدامها لآلاف السنين، وعندما تكون التقنيات الأساسية والموارد الأساسية وسلاسل الصناعة الكاملة في قبضتنا بإحكام، فإن كفة الميزان في المشهد العالمي للطاقة تتغير بالفعل بهدوء.

والأمر الذي يستحق التفكير الحقيقي ليس أبدًا المدة التي يمكن أن تغيّر فيها هذه التقنية البنية التحتية للطاقة، بل ما الذي ستواجهه تلك الدول التي تعتمد على صادرات الطاقة عندما تمتلك الصين حق الكلام في الطاقة النووية للجيل الرابع؟ إن هذا السؤال، أكثر إثارة للتأمل من مجرد اختراق تقني بحد ذاته.