باحثون كنديون يكتشفون وجود عنصر السيليكون في مادة الوقود النووي TRISO

اكتشف باحثون من كندا أن مادة الوقود النووي TRISO القوية تحتوي على السيليكون، حتى قبل دخول الجسيمات إلى المفاعل. جاء هذا الاكتشاف من دراسة قامت بها البروفيسورة سامانثا غاتيمان وفريقها من جامعة ويسترن، الذين يدرسون جسيمات الوقود TRISO كجزء من مشروع أكبر يهدف إلى توصيف الخصائص الكيميائية لهذه المادة. تهدف الدراسة إلى فحص الخصائص الكيميائية لمواد الوقود النووي للمساعدة في توجيه عمليات التخلص الآمن في المستقبل، وفهم كيفية تحللها عبر الزمن من خلال التفاعلات الكيميائية.

لتحديد متى تبدأ عملية الصدأ أو تدهور المواد النووية وكيف تنتشر مع مرور الوقت، بدأ باحثو ما بعد الدكتوراه في مختبر غاتيمان، سروش حكيمي وشاميم بور رحيمي، بفحص تركيب المواد. حجم جسيمات الوقود TRISO يشبه حجم بذور الخشخاش، وهي محاطة بطبقة واقية. في تجاربهم، اكتشف الفريق أن السيليكون كان موجودًا في الجسيمات قبل التعرض للإشعاع.

الاكتشاف المذهل للسيليكون

قالت غاتيمان: "لقد اكتشفنا السيليكون في جسيمات الوقود، حتى قبل دخولها إلى المفاعل. وهذا يعني أنه عندما نرى السيليكون في الوقود المشع، لا يمكننا افتراض أنه انتقل تلقائيًا من طبقة السيليكون الكربونية." أشار الباحثون إلى أن هذا الاكتشاف كان مفاجئًا، لأن TRISO يعتبر واحدًا من أقوى تصاميم الوقود النووي على مر العصور. كل جسيم صغير من الوقود محاط بتصميم متعدد الطبقات يهدف إلى احتواء المنتجات المشعة الناتجة عن الانشطار.

أظهرت الدراسات السابقة أن السيليكون يظهر في الوقود TRISO بعد التعرض لدرجات حرارة وإشعاع شديدة في المفاعل. في تلك الدراسات، كان يُعتقد أن السيليكون قد انتقل من الطبقة الواقية من السيليكون الكربوني المحيطة. ومع ذلك، تظهر الأبحاث الأخيرة التي أجرتها غاتيمان وفريقها أن السيليكون كان موجودًا قبل دخول الوقود إلى المفاعل.

جسيمات السيليكون في عملية التصنيع

وفقًا للباحثين، فإن هذا يضع معيارًا جديدًا لفهم التغيرات التي تحدث للسيليكون خلال تشغيل المفاعل. قالت غاتيمان في بيان: "هذا يثير أيضًا أسئلة جديدة حول كيفية دخول هذه المادة في البداية إلى جسيمات الوقود." أشارت غاتيمان إلى أن هذا الاكتشاف جعل الفريق يعود إلى عملية تصنيع الوقود. يتم إنتاج المواد الانشطارية من خلال عملية تُعرف باسم تصنيع الهلام-الجل. في هذه العملية، يتم تشكيل كريات صغيرة من المواد المحتوية على اليورانيوم عن طريق غمرها في حمام من الزيت الساخن. تجري هذه الدورات من الغمر قبل أن تتلقى الجسيمات أي معالجة حرارية وتحصل على طبقتها الواقية.

لفحص ما إذا كانت جسيمات السيليكون قد دخلت خلال عملية التصنيع، درس الفريق الجسيمات في حالتها العارية وحالتها المغلفة بالكامل. وقد اكتشفوا السيليكون في كل مرحلة، مما أدهش الباحثين. قالت غاتيمان: "الجزء المدهش هو إدراك أن السيليكون قد يكون مرتبطًا بطريقة تصنيع الوقود. من الناحية الكيميائية، فإن مكونات الزيت مهمة، لأن المادة تتفاعل معها خلال عملية تشكيل جسيمات الوقود."

استنتج الباحثون أن السيليكون الموجود في TRISO ليس نتيجة لعملية الطلاء اللاحقة؛ بل كان موجودًا بالفعل خلال عملية تصنيع الجسيمات النووية. تم نشر هذه النتائج في مجلة المواد النووية.

علاقة تصنيع وقود TRISO بالأداء

تكشف أبحاث وقود TRISO عن وجود السيليكون في جسيمات الوقود النووي، مما يتحدى الفهم السابق لمصدر السيليكون، وقد يؤثر على تصميم الوقود وسلامته في المستقبل. تشير اكتشافات فريق البحث إلى أن وجود السيليكون مرتبط ارتباطًا وثيقًا بعملية تصنيع الوقود، مما قد يغير فهمنا للخصائص الكيميائية لمواد الوقود النووي. مع تطور تكنولوجيا الطاقة النووية، فإن فهم سلوك هذه المواد يعد أمرًا حيويًا لضمان سلامة وكفاءة الطاقة النووية.