جدوى أنظمة إدارة محطات الطاقة النووية القائمة على البلوك تشين

في عالم التكنولوجيا سريع التطور، تسعى صناعة الطاقة النووية إلى حلول مبتكرة لتعزيز السلامة والشفافية والكفاءة. إحدى التقنيات الواعدة هي البلوك تشين، التي توفر طريقة لامركزية وآمنة لتتبع المعاملات والتحقق منها. 

يستكشف هذا الدليل من Cryptopolitan إمكانات تقنية البلوك تشين في إدارة المفاعلات النووية ومختلف مراحل سلسلة توريد الطاقة النووية، من تعدين اليورانيوم إلى إدارة النفايات.

نظرة عامة على البلوك تشين ومحطات الطاقة النووية

تتبنى محطات الطاقة بشكل متزايد الأتمتة، مما أدى إلى زيادة استخدام أنظمة الكمبيوتر. لدعم ذلك، يتم تنفيذ نظام إدارة المحطة (PMS). يساعد هذا النظام في التشغيل الفعال وإدارة مرافق المحطة. ويشمل مهاماً مثل جداول العمل اليومية، وخطط الصيانة، وتخطيط التوقف عن العمل، وإدارة المواد. يتضمن تخطيط التوقف عن العمل قائمة بالمهام وتخصيص الموارد والجدولة، بينما تركز إدارة المواد على تفاصيل المعدات والتخزين وعمليات الطلب.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام PMS المساعدة في فحوصات السلامة من الإشعاع، وتأهيل العمال، ومعايرة الأدوات، وإدارة الأدوات المتخصصة. يشهد قطاع الطاقة أيضاً تحولاً نحو استخدام أنظمة الخبراء لمهام متنوعة. توفر هذه أنظمة رؤى قيمة لمهام مثل كيمياء المياه في المفاعلات المائية المضغوطة، والإجراءات الطارئة، وتخطيط الوقود.

ومع ذلك، فإن أحد التحديات في إدارة محطات الطاقة النووية هو ضمان الثقة بين المنظمين والجمهور. كانت هناك حالات تم فيها استخدام قطع غيار غير أصلية أو تأخير في الإبلاغ عن المشكلات. لمعالجة هذه المخاوف، هناك اقتراح بدمج تقنية البلوك تشين مع نظام PMS. تقدم البلوك تشين مزايا مثل أمان البيانات والشفافية والاتساق. ولكن من الضروري ملاحظة أنها تواجه أيضاً تحديات، خاصة فيما يتعلق بالخصوصية ومعالجة أحجام كبيرة من البيانات. تمتد التطبيقات المحتملة للبلوك تشين عبر قطاعات مختلفة، من الخدمات المالية إلى الحكومية وحتى العمليات الصناعية. واحدة من أكثر المجالات الواعدة لتطبيق البلوك تشين هي إدارة سلسلة التوريد.

كيف تستجيب محطات الطاقة النووية للحوادث أو الأعطال

قامت هيئات معترف بها دولياً مثل الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) ووكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD/NEA) بإنشاء نظام تصنيف لقياس شدة الأحداث في المرافق النووية. يضمن هذا النظام، المعروف باسم المقياس الدولي للأحداث والحوادث النووية (INES)، أن الحوادث النووية يتم تصنيفها بشكل متسق وفهمها بسهولة من قبل الجمهور ووسائل الإعلام. بدأ هذا النظام في عام 1990 وتم اعتماده على نطاق واسع بحلول عام 1992، حيث تستخدمه حوالي 60 دولة، بما في ذلك كوريا. ضمن هذا المقياس، تشير التصنيفات من 4 إلى 7 إلى حوادث نووية، بينما تشير التصنيفات من 0 إلى 3 إلى أعطال.

عند وقوع حادث، يبلغ مشغل محطة الطاقة النووية التفاصيل فوراً إلى السلطات ذات الصلة مثل لجنة السلامة والأمن النووي (NSSC) ومعهد كوريا للسلامة النووية (KINS). وبناءً على شدة الحادث، ترسل هذه الهيئات فرق خبراء للتحقيق في الحادث وتحديد سببه واقتراح تدابير وقائية. يتم بعد ذلك مراجعة نتائجها من قبل لجنة NSSC، التي تقدم المشورة للمحطة بشأن الإجراءات الإضافية. منذ عام 2013، تم وضع أنظمة تنبيه وإرسال رسائل آلية لضمان الشفافية ومنع التستر. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات في ضمان الشفافية الكاملة في الإبلاغ عن الحوادث.

مشاكل نظام إدارة المحطة الحالي

يأتي تشغيل نظام إدارة المحطة مع مجموعة من التحديات:

• إصلاح الأجهزة بسرعة: عندما تتعطل المعدات، من الضروري إصلاحها على الفور. يتطلب ذلك وجود قطع غيار احتياطية متاحة أو نظام للحصول عليها بسرعة. يمكن أن يؤدي التعاون مع كبار مصنعي المعدات أو مشاركة معلومات الصيانة بين محطات الطاقة المماثلة إلى تسريع هذه العملية.

• توثيق الحوادث والأعطال: من الحيوي الحفاظ على سجلات دقيقة لجميع الحوادث. ومع ذلك، في المواقف ذات الضغط العالي، قد يكون من الصعب توثيق الأحداث بدقة. يجب الإبلاغ عن السجلات المتعلقة بتشغيل مرافق السلامة وعطلها وصيانتها بشكل شفاف وفقاً للتوجيهات التنظيمية. لضمان ثقة الجمهور ومنع الشكوك حول التستر، هناك حاجة إلى نظام شفاف ومؤسسي للإبلاغ عن المعلومات وكشفها.

دمج البلوك تشين في عمليات محطات الطاقة النووية

تقنية البلوك تشين هي نظام دفتر أستاذ لامركزي مصمم لتسهيل المعاملات الرقمية. بينما يعرف الكثيرون كيفية معالجة إنترنت الأشياء (IoT) للمعلومات، هناك مخاوف متزايدة بشأن أمانها. هنا تأتي تقنية البلوك تشين لتلعب دوراً، حيث تقدم حلاً لهذه التحديات الأمنية.

الهدف الرئيسي من دمج البلوك تشين في إدارة محطات الطاقة النووية هو ضمان التعامل الموضوعي والشفاف مع المعلومات الحساسة. بدلاً من نظام مركزي، تعمل البلوك تشين بطريقة لامركزية. 

بالنسبة لمحطات الطاقة النووية، هذا يعني أنها يمكن أن تساعد في منع أي تعديلات غير مصرح بها على البيانات، مما يضمن عدم إخفاء أي أخطاء أو أخطاء يرتكبها المشغلون. علاوة على ذلك، توفر طريقة موثوقة لمراقبة الإجراءات اللازمة التي تم اتخاذها أثناء الحوادث.

البلوك تشين لإدارة المعلومات في محطة الطاقة النووية

بينما قد لا تحدث تقنية البلوك تشين ثورة في قطاع الطاقة بسبب تحديات مثل موثوقية الشبكة واستهلاك الطاقة والمخاطر التنظيمية، فإنها تحمل إمكانات كبيرة لتعزيز إدارة معلومات المحطة. من خلال دمج البلوك تشين مع نظام DREAMS، هناك فرصة لمراقبة الأحداث والأعطال بشفافية ودقة لا مثيل لهما.

تشغل كوريا الجنوبية 25 محطة نووية. منذ عام 2005، استخدمت شركة كوريا للهيدرو والنووية (KHNP) نظام إدارة متكامل للمحطة يُدعى DREAMS لمراقبة هذه المحطات. خضع هذا النظام لترقية في عام 2016، وتحول إلى نظام Smart E-Tower، الذي يدمج تقنيات متقدمة من الثورة الصناعية الرابعة. 

إذا نشأت مشكلة في أي محطة، يقوم نظام Smart E-Tower بتحليلها، ووضع حل، وإيصال النتائج إلى المحطة المتأثرة. يسمح هذا النهج المركزي أيضاً بمراقبة جميع المحطات في وقت واحد، مما يتيح اتخاذ تدابير استباقية للمشكلات الشائعة.

يمكن أن يؤدي دمج البلوك تشين في نظام إدارة معلومات المحطة إلى معالجة التحديات الحالية، مثل:

• ضمان استجابات سريعة وآمنة للحوادث أو الأعطال وضمان الإبلاغ الدقيق إلى هيئات الرقابة.
• مع البلوك تشين، يمكن الإبلاغ تلقائياً عن البيانات المحددة مسبقاً إلى السلطات ذات الصلة، ومشاركة الخبرات التشغيلية في الوقت المناسب مع المحطات الأخرى.
• يمكن لجميع أصحاب المصلحة، الممثلين كعُقد في سلسلة الكتل، مشاركة معلومات شفافة حول الحوادث، والأعطال، وحتى قطع الغيار.
• لتحقيق هذه الرؤية الخاصة بنظام إدارة الصيانة المتكامل مع سلسلة الكتل، يُوصى باستخدام نموذج سلسلة كتل ذات صلاحيات محددة.

كيف يمكن لسلسلة الكتل تحسين سلسلة توريد الطاقة النووية؟

يمكن توظيف مرونة تقنية سلسلة الكتل عبر سلسلة توريد الطاقة النووية، بدءاً من سلاسل التوريد المعقدة للمكونات الفردية. ونظراً للعواقب الكارثية التي قد تنتج عن الأعطال البسيطة في المفاعلات النووية، كما أبرزته الأحداث الأخيرة، فمن الضروري ضمان التحقق الكامل من كل مكون ومادة تُستخدم في توليد الطاقة النووية.

تتميز الصناعة النووية، مثل العديد من الصناعات الأخرى، بسلاسل توريد معقدة. وفيما يخص الوقود، تبدأ الرحلة من مناجم اليورانيوم. وعلى مدى العقود القليلة الماضية، شملت الموردين الرئيسيين لليورانيوم دولاً مثل كازاخستان وأوزبكستان والولايات المتحدة وروسيا وألمانيا. ووفقاً للمنظمة النووية العالمية، فإن الطلب العالمي على الطاقة النووية يستلزم 67,500 طن من اليورانيوم سنوياً.

تتمتع سلسلة الكتل بإمكانيات هائلة في هذا المجال. فيمكنها مراقبة استخراج اليورانيوم ومعالجته، مما يضمن ممارسات تعدين آمنة وصديقة للبيئة، لا سيما في الاقتصادات الناشئة مثل كازاخستان حيث قد تكون هناك مخاوف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لسلسلة الكتل ردع سرقة اليورانيوم أو ضياعه من مواقع التعدين المعترف بها. قد تستغرق أنظمة الإبلاغ الحالية أكثر من شهر لإخطار إدارة المناجم بنقص إمدادات اليورانيوم. ومع سلسلة الكتل، يمكن تقليل وقت الإبلاغ الحرج هذا بشكل كبير، مما يعزز السلامة والمساءلة.

سلسلة الكتل لتتبع تخصيب اليورانيوم 

بعد التعدين، تكون المرحلة التالية في سلسلة توريد الوقود النووي هي تخصيب اليورانيوم. من المهم فهم أن اليورانيوم يتكون من نظيرين: U-235 و U-238. تهدف عملية التخصيب إلى زيادة تركيز U-235 في اليورانيوم. في حين أن معظم محطات الطاقة النووية تتطلب مستويات تخصيب لليورانيوم تتراوح بين 3-5% من U-235، فإن بعضها يتطلب مستويات تصل إلى 20%.

من ناحية أخرى، يجب أن يصل اليورانيون المخصص للأسلحة النووية إلى مستويات تخصيب تصل إلى 90% من U-235. الجانب المقلق هو أن التكنولوجيا المستخدمة لتخصيب اليورانيوم إلى مستويات 5% أو 20% يمكن أيضاً تكييفها للوصول إلى عتبة 90%. يسلط هذا الاحتمال لسوء الاستخدام الضوء على الضوابط الدولية الصارمة المفروضة حالياً على تخصيب اليورانيوم.

تقدم سلسلة الكتل حلاً لهذه التحدي. فيمكنها إنشاء سجل دائم لدفعات اليورانيوم المخصب، مما يعزز الحفاظ على السجلات الآمنة بين الدول والكيانات الخاصة التي تدير مرافق التخصيب. وقد يكون هذا أمراً محورياً في منع التخصيب غير المشروع لليورانيوم إلى مستويات الأسلحة. بعد التخصيب، يمكن لسلسلة الكتل أيضاً ضمان مسار غير قابل للتزوير من منشأة التخصيب إلى محطة الطاقة النووية حيث يُستخدم اليورانيوم كوقود.

استخدام سلسلة الكتل لمنع العناصر المقلدة في محطات الطاقة النووية

بينما يُعد اليورانيوم محورياً لإنتاج الطاقة النووية، فهو مجرد أحد مكونات سلسلة توريد الطاقة النووية. وتشمل العناصر الحرجة الأخرى أنظمة الحواسيب والرقائق التي تدير توليد الطاقة، بالإضافة إلى المواد الأساسية مثل السيراميك والفولاذ والخرسانة التي تشكل البنية التحتية.

تُعد ظاهرة تسلل العناصر المقلدة والمحتالة والشبه مشبوهة (CFSI) مصدر قلق ملح في القطاع النووي، كما هو الحال في العديد من الصناعات الأخرى.

بمقارنة ذلك بمبادرة وول مارت

ومع ذلك، فإن تنفيذ مثل هذا النظام ليس خالياً من التحديات. تعتمد العديد من المرافق النووية حالياً على أنظمة حفظ السجلات الورقية التقليدية، وتفتقر حتى إلى أدوات التتبع الأساسية القائمة على الحواسيب لسلاسل الإمداد الخاصة بها. وسيستلزم الانتقال إلى نظام قائم على تقنية البلوك تشين إجراء تحول جذري في عملياتها الحالية.

تتبع نفايات محطات الطاقة النووية باستخدام البلوك تشين

إلى جانب تأمين المواد النووية في مراحلها المبكرة ومساعدة عمليات التفتيش، تبرز تقنية البلوك تشين كأداة واعدة للإشراف على إدارة النفايات النووية.

تختلف النفايات النووية في مستويات مخاطرها. فبينما تكون بعض النفايات غير ضارة نسبياً، يمكن لأنواع معينة من النفايات الاحتفاظ بنشاطها الإشعاعي، مما يشكل تهديدات لصحة الإنسان لآلاف السنين. وقد فشلت أحياناً طرق التخزين التقليدية للنفايات بسبب التآكل، مما أدى إلى تسربات خطرة. وإدراكاً لهذه التحديات، تضع دول مثل الولايات المتحدة وفنلندا استراتيجيات لتخزين النفايات النووية بعمق في مرافق تحت الأرض آمنة. وتهدف هذه التدابير إلى منع تلويث طبقات المياه الجوفية وردع السرقة أو التخريب المحتملين.

لكي تنجح استراتيجيات التخزين تحت الأرض هذه، يعد التتبع الدقيق للمنتجات النووية أمراً بالغ الأهمية. وهنا تبرز قدرات تقنية البلوك تشين.

في عام 2020، تم الكشف عن مبادرة بارزة باسم SLAFKA. وهي جهد تعاوني بين برنامج "البلوك تشين في الممارسة" التابع لمركز ستيمسون، وهيئة الرقابة النووية والإشعاعية الفنلندية (STUK)، وجامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا. يُعد SLAFKA نموذجاً أولياً قائماً على البلوك تشين مصمماً خصيصاً لحماية النفايات النووية. ويركز المشروع على مراقبة الوقود المستهلك في التخزين تحت الأرض، مما يتيح للأطراف الموثوقة مشاركة المعلومات الحيوية مع الحفاظ على السرية الشاملة.

الخلاصة

تقدم تقنية البلوكتشين، بسماتها الجوهرية المتمثلة في الشفافية والأمان، حلاً تحويلياً لصناعة الطاقة النووية. ومن خلال دمج البلوكتشين في مختلف مراحل سلسلة التوريد النووية، تبرز إمكانية تعزيز الرقابة، وتقليل المخاطر، وزيادة الثقة العامة. ومع استمرار الصناعة في إعطاء الأولوية للسلامة والشفافية، قد تصبح البلوكتشين أداة لا غنى عنها في ترسانتها.