جهان در مدار هسته‌ای؛ نگاهی به نقش گسترده فناوری هسته‌ای در توسعه پایدار

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، فناوری هسته‌ای، یکی از پیشرفته‌ترین و در عین حال پرکاربردترین دستاورد‌های علمی قرن بیستم، نقش مهمی در تأمین انرژی، توسعه پزشکی، تحقیقات علمی و حتی اکتشافات فضایی ایفا می‌کند. از نخستین استفاده‌های نظامی آن در دهه ۱۹۴۰ تا بهره‌برداری گسترده و صلح‌آمیز در حوزه‌های مختلف امروز، انرژی هسته‌ای مسیر پرفراز و نشیبی را طی کرده است. در حال حاضر، ده‌ها کشور با استفاده از صد‌ها راکتور تحقیقاتی و نیروگاه‌های برق هسته‌ای، از ظرفیت‌های گسترده این فناوری بهره‌مند می‌شوند. در ادامه، نگاهی جامع به پیشینه، وضعیت فعلی و کاربرد‌های گسترده انرژی هسته‌ای در جهان خواهیم داشت.

بیش از ۵۰ کشور از انرژی هسته‌ای در حدود ۲۲۰ راکتور تحقیقاتی استفاده می‌کنند. این راکتور‌ها علاوه بر تحقیقات، برای تولید ایزوتوپ‌های پزشکی و صنعتی و همچنین برای آموزش نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فناوری هسته‌ای از انرژی آزاد شده از شکافت اتم‌های عناصر خاص استفاده می‌کند. این فناوری اولین بار در دهه ۱۹۴۰ توسعه یافت و در طول جنگ جهانی دوم، تحقیقات در ابتدا بر تولید بمب متمرکز بود. در دهه ۱۹۵۰ توجه به استفاده صلح‌آمیز از شکافت هسته‌ای و کنترل آن برای تولید برق معطوف شد. برای اطلاعات بیشتر، به صفحه «تاریخچه انرژی هسته‌ای» مراجعه کنید.

انرژی هسته‌ای غیرنظامی اکنون می‌تواند به حدود ۲۰،۰۰۰ سال سابقه فعالیت در رآکتور‌ها افتخار کند و نیروگاه‌های هسته‌ای در ۳۱ کشور در سراسر جهان فعال هستند. در واقع، از طریق شبکه‌های انتقال منطقه‌ای، کشور‌های بسیار بیشتری، به ویژه در اروپا، تا حدودی به برق تولید شده از انرژی هسته‌ای وابسته هستند.

وقتی صنعت هسته‌ای تجاری در دهه ۱۹۶۰ آغاز شد، مرز‌های مشخصی بین صنایع شرق و غرب وجود داشت. امروزه، صنعت هسته‌ای با تجارت بین‌المللی مشخص می‌شود. یک راکتور در حال ساخت در آسیا ممکن است اجزایی داشته باشد که از کره جنوبی، کانادا، ژاپن، فرانسه، آلمان، روسیه و سایر کشور‌ها تأمین می‌شوند. به طور مشابه، اورانیوم از استرالیا یا نامیبیا ممکن است در نهایت به راکتوری در امارات متحده عربی برسد، در فرانسه تبدیل شده، در هلند غنی شده، در بریتانیا تبدیل زدایی شده و در کره جنوبی ساخته شده است.

کاربرد‌های فناوری هسته‌ای بسیار فراتر از تأمین انرژی کم‌کربن است. این فناوری به کنترل شیوع بیماری کمک می‌کند، به پزشکان در تشخیص و درمان بیماران یاری می‌رساند و بلندپروازانه‌ترین مأموریت‌های ما برای کاوش در فضا را تقویت می‌کند. این کاربرد‌های متنوع، فناوری‌های هسته‌ای را در قلب تلاش‌های جهان برای دستیابی به توسعه پایدار قرار می‌دهد. برای اطلاعات بیشتر، به صفحه انرژی هسته‌ای و توسعه پایدار مراجعه کنید.

آمار کلیدی

در سال ۲۰۲۳، نیروگاه‌های هسته‌ای ۲۶۰۲ تراوات ساعت برق تولید کردند که نسبت به ۲۵۴۵ تراوات ساعت در سال ۲۰۲۲ افزایش یافته است.

شکل ۱: تولید برق هسته‌ای ۱۹۷۰-۲۰۲۳ (منبع: انجمن جهانی هسته‌ای، IAEA PRIS)

شکل ۲: تولید برق جهان بر اساس منبع در سال ۲۰۲۲ (منبع: آژانس بین‌المللی انرژی)

چهارده کشور در سال ۲۰۲۳ حداقل یک چهارم برق خود را از انرژی هسته‌ای تولید کردند. فرانسه تا حدود ۷۰ درصد از برق خود را از انرژی هسته‌ای تامین می‌کند، در حالی که اوکراین، اسلواکی و مجارستان حدود نیمی از برق خود را از انرژی هسته‌ای تامین می‌کنند. ژاپن به اتکا به انرژی هسته‌ای برای بیش از یک چهارم برق خود عادت کرده بود و انتظار می‌رود به جایی نزدیک به آن سطح بازگردد.

شکل ۳: تولید انرژی هسته‌ای بر اساس کشور در سال ۲۰۲۳ (منبع: انجمن جهانی هسته‌ای، IAEA PRIS)

تحولات در سال ۲۰۲۵

اتصالات شبکه

شروع ساخت و ساز

خاموشی‌های دائمی

نمای کلی جهان

تمام نقاط جهان درگیر توسعه انرژی هسته‌ای هستند. برای اطلاعات دقیق در سطح کشور، به بخش «نمایه کشورها» در کتابخانه اطلاعات انجمن جهانی هسته‌ای مراجعه کنید.

کشور‌های نوظهور در حوزه انرژی هسته‌ای

همانطور که در بالا ذکر شد، بنگلادش و ترکیه در حال ساخت اولین نیروگاه‌های هسته‌ای خود هستند. تعدادی از کشور‌های دیگر نیز به سمت استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق حرکت می‌کنند. برای اطلاعات بیشتر، به صفحه کشور‌های نوظهور دارای انرژی هسته‌ای مراجعه کنید.

عملکرد بهبود یافته نسبت به راکتور‌های موجود

عملکرد راکتور‌های هسته‌ای در طول زمان به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در طول ۴۰ سال گذشته، نسبت راکتور‌هایی که به ضرایب ظرفیت بالا رسیده‌اند، به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

شکل ۴: روند‌های بلندمدت در عوامل ظرفیت (منبع: انجمن جهانی هسته‌ای، IAEA PRIS)

همچنین قابل توجه است که هیچ روند قابل توجهی مرتبط با سن در میانگین ضریب ظرفیت راکتور‌ها در پنج سال گذشته وجود ندارد.

شکل ۵: میانگین ضریب ظرفیت ۲۰۱۸-۲۰۲۳ بر اساس سن راکتور (منبع: انجمن جهانی هسته‌ای، IAEA PRIS)

نیاز به ظرفیت تولید جدید

نیاز مبرمی به ظرفیت تولید جدید در سراسر جهان وجود دارد، هم برای جایگزینی واحد‌های قدیمی سوخت فسیلی، به ویژه واحد‌های زغال‌سنگی که مقادیر زیادی دی‌اکسید کربن منتشر می‌کنند، و هم برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برق در بسیاری از کشورها. در سال ۲۰۲۲، ۶۱٪ از برق از سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید شد. با وجود حمایت قوی از منابع برق تجدیدپذیر متناوب و رشد آنها در سال‌های اخیر، سهم سوخت‌های فسیلی در تولید برق در ۱۵ سال گذشته یا بیشتر تغییر قابل توجهی نکرده است (۶۶.۵٪ در سال ۲۰۰۵).

آژانس بین‌المللی انرژی OECD سناریو‌های سالانه مربوط به انرژی را منتشر می‌کند. در چشم‌انداز انرژی جهان ۲۰۲۴، سناریوی انتشار خالص صفر تا ۲۰۵۰ (NZE) «راهی را برای دستیابی به تثبیت ۱.۵ درجه سانتیگراد در افزایش میانگین دمای جهانی، در کنار دسترسی جهانی به انرژی مدرن تا سال ۲۰۳۰ ترسیم می‌کند.» NZE در چشم‌انداز انرژی جهان ۲۰۲۴، افزایش ظرفیت هسته‌ای به ۱۰۱۷ گیگاوات تا سال ۲۰۵۰ را پیش‌بینی می‌کند. به صفحه اطلاعات مربوط به سناریو‌های IEA و چشم‌انداز انرژی هسته‌ای مراجعه کنید.

سایر راکتور‌های هسته‌ای

علاوه بر نیروگاه‌های هسته‌ای تجاری، حدود ۲۲۰ راکتور تحقیقاتی در بیش از ۵۰ کشور جهان فعال هستند و تعداد بیشتری نیز در دست ساخت است. بسیاری از این راکتور‌ها علاوه بر استفاده برای تحقیقات و آموزش، ایزوتوپ‌های پزشکی و صنعتی تولید می‌کنند.

استفاده از راکتور‌ها برای نیروی محرکه دریایی عمدتاً به نیروی دریایی کشور‌های بزرگ محدود می‌شود، جایی که به مدت پنج دهه نقش مهمی در تأمین نیروی محرکه زیردریایی‌ها و کشتی‌های سطحی بزرگ ایفا کرده است. بیش از ۱۶۰ کشتی، که اکثراً زیردریایی هستند، توسط حدود ۲۰۰ راکتور هسته‌ای به حرکت در می‌آیند و بیش از ۱۳۰۰۰ سال تجربه در زمینه راکتور‌های دریایی به دست آمده است. روسیه و ایالات متحده بسیاری از زیردریایی‌های هسته‌ای خود را که مربوط به دوران جنگ سرد بودند، از رده خارج کرده‌اند.

روسیه همچنین ناوگانی از یخ‌شکن‌های بزرگ هسته‌ای را اداره می‌کند و تعداد بیشتری را در دست ساخت دارد. همچنین یک نیروگاه هسته‌ای شناور با دو راکتور ۳۲ مگاواتی را در منطقه دورافتاده قطب شمال پوک به شبکه برق متصل کرده است. این راکتور‌ها از روی یخ‌شکن‌های موجود در این منطقه اقتباس شده‌اند.