إعادة تدوير مكونات من غواصات نووية عسكرية خارج الخدمة

تُجري شركة روسيث لبناء السفن في المملكة المتحدة أول عملية تفكيك كاملة لغواصة نووية في العالم. تم فتح برج قيادة سفينة العرض التجريبية "إتش إم إس سويفتشور" في يونيو 2025، ومن المتوقع تفكيكها بالكامل بحلول نهاية عام 2026. وقد أُزيل بالفعل أكثر من 500 طن من النفايات التقليدية من هذه الغواصة الهجومية التي تعمل بالطاقة النووية، والتي دخلت الخدمة عام 1972، خلال عملية التفكيك. ووفقًا للخطة، سيتم إعادة تدوير أو استخدام 90% من هياكلها ومكوناتها. وقد فازت شركة بابكوك بعقد مدته ثلاث سنوات بقيمة 114 مليون جنيه إسترليني (حوالي 155 مليون دولار أمريكي) للتحضير لتفريغ الوقود النووي من غواصات ترافالغار اللاحقة. وقد تم تأكيد استخدام الفولاذ عالي الجودة الذي تم استخراجه خلال عملية التفكيك في تصنيع مكونات غواصات البحرية الملكية المستقبلية. ويمثل نموذج "إعادة التدوير من سفينة إلى أخرى" هذا أول إنشاء لسلسلة اقتصادية مغلقة لإعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة. من أوعية ضغط المفاعل وأنابيب التبريد الأساسية إلى المبادلات الحرارية الخارجية، تتمحور التحديات التقنية لإعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة حول تحديد وتفكيك وفرز السبائك الخاصة. يجب تمييز الوصلات الملحومة التي تتضمن معادن مختلفة، مثل سبائك التيتانيوم وسبائك النحاس والنيكل والفولاذ المقاوم للصدأ، بوضوح أثناء مرحلة التفكيك؛ وإلا ستلوث الشوائب المعدن المنصهر أثناء الصهر، مما يجعل الدفعة بأكملها غير قابلة للاستخدام. يعمل في منشأة روسيس حاليًا 200 فني متخصص في إعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة، وسيتم تطبيق عملية التفكيك التي طوروها مباشرةً على الغواصات النووية الـ 26 المتبقية التابعة للبحرية الملكية.

المبادلات الحرارية غير التقليدية: وصلات ملحومة بالتمدد بين أنابيب التيتانيوم وصفائح أنابيب من سبائك النحاس والنيكل

تُصنّع مبادلات الحرارة من سلسلة EF(N) التابعة للبحرية الأمريكية وفقًا لمعايير MIL-C-15730، وقد صُمّم طراز الفئة 4 خصيصًا لتطبيقات تبريد المياه العذبة في الغواصات. في هذا النوع من مبادلات الحرارة غير التقليدية، تُستخدم عملية "التمدد أولًا، ثم اللحام" لربط أنابيب التيتانيوم بألواح أنابيب من سبائك النحاس والنيكل. تُدمج أنابيب التيتانيوم في ألواح أنابيب خارجية من النحاس والنيكل بنسبة 90/10 عبر عملية التمدد بالأسطوانات، يليها تمدد كامل للأنابيب الداخلية لضمان إحكام الغلق. ويشير تقرير تقييم فني صادر عن الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى أنه في حال استخدام التمدد فقط لربط أنابيب التيتانيوم بألواح أنابيب مختلفة، فلن يُمكن القضاء تمامًا على تآكل الشقوق؛ إذ تُعدّ اللحامات المانعة للتسرب الوسيلة الأكثر فعالية لمنع تسرب سائل التبريد إلى الوصلات. وعادةً ما تُختار ألواح أنابيب سبائك النحاس والنيكل بنسب 70/30 أو 90/10. يوفر النوع الأول قوةً أكبر لتحمل معدلات تدفق أعلى، بينما يوفر النوع الثاني موصلية حرارية فائقة لتحسين كفاءة نقل الحرارة. في تطبيقات المبادلات الحرارية غير التقليدية التي تستخدم أنابيب التيتانيوم، تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لألواح أنابيب سبائك النحاس والنيكل في تكوّن طبقة سطحية واقية بشكل طبيعي في مياه البحر، مما يمنع تنقر الكلوريد أو تشقق التآكل الإجهادي، على عكس الفولاذ المقاوم للصدأ. تشير البيانات التشغيلية من محطات تحلية المياه إلى أن أنابيب التيتانيوم ذات الجدران الرقيقة بسماكة 0.5 مم، عند توسيعها لتصبح ألواح أنابيب من سبائك النحاس والنيكل، تجتاز اختبارات الضغط الهيدروستاتيكي دون تسريب، وترتبط قوة سحبها ارتباطًا طرديًا بنسبة سماكة جدار الأنبوب إلى قطره الخارجي. بالنسبة لخطوط إعادة التدوير التي تعالج الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة، يمكن إعادة ألواح أنابيب سبائك النحاس والنيكل من هذه المبادلات الحرارية مباشرةً إلى الفرن لإعادة صهرها بعد إزالتها، بينما تُفكك أنابيب التيتانيوم من المبادلات الحرارية غير التقليدية وتُصنف كخردة تيتانيوم. تجدر الإشارة إلى أنه في حال تعرض أنابيب صفائح سبائك النحاس والنيكل لمياه البحر الملوثة بالكبريتيد لفترات طويلة أثناء الخدمة، فقد تتعرض نقاط اتصالها بالتيتانيوم لتآكل متسارع نتيجة التأثيرات الجلفانية. مع ذلك، لا يؤثر هذا التآكل على قيمة سبيكة النحاس والنيكل نفسها كمادة عالية النقاء لإعادة الصهر أثناء إعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة. وتشير التجارب في العديد من أحواض تفكيك السفن على طول ساحل المحيط الهادئ إلى أن أنابيب التيتانيوم من المبادلات الحرارية غير القياسية تُظهر أيضًا علامات التآكل الجلفاني المذكورة؛ ويكفي أثناء الفرز قطع الأجزاء المتصلة. في السوق الفورية، يمكن تسعير صفائح أنابيب سبائك النحاس والنيكل السليمة ضمن نطاق أسعار أنابيب غودفيلو 70/30 من النحاس والنيكل - حيث يصل سعر الأنابيب المستخدمة في المختبرات إلى عشرات الدولارات لكل ألف مليمتر.بينما يتم تسوية المواد الصناعية بخصم بناءً على مؤشر بورصة لندن للمعادن الفوري للنحاس والنيكل.

وصلات انتقالية بين مواد مختلفة في أنظمة عمود الدفع وأسطح الدفة

إن وصلة محور مروحة الغواصة بعمود الدفع الفولاذي تُعدّ، في جوهرها، صراعًا مباشرًا بين خصائص المواد. فلو تم تثبيت محور مروحة مصنوع من سبيكة التيتانيوم ببساطة على عمود فولاذي فائق القوة، لكانت مياه البحر بمثابة إلكتروليت، ولأصبح فرق الجهد الجلفاني بين المعدنين كافيًا لإحداث تآكل نقري في سطح التلامس في غضون أشهر. خلال عملية إخراج الغواصات النووية من الخدمة وتفكيكها، اكتشفت البحرية البريطانية أن غواصات فئة ترافالغار الأولى كانت تستخدم عملية ربط متفجرة لربط التيتانيوم والفولاذ مسبقًا في وصلة انتقالية، تليها عملية لحام بنفس المعدن عند طرفي الوصلة. عندما يقوم عمال تفكيك السفن بقطع نظام عمود الدفع، تُصبح هذه الوصلة الانتقالية نقطة فرز حاسمة؛ حيث يُوضع جانب الفولاذ في تيار المعادن الحديدية، وجانب التيتانيوم في تيار المعادن غير الحديدية، بينما تُعلّم الطبقة الملحومة بالمتفجرات في المنتصف بشكل منفصل نظرًا لوجود آثار متبقية من مادة اللحام المعدنية الثمينة . بالنسبة للوصلات المعدنية المختلفة في آلية محرك الدفة، يكون الأسلوب أبسط: تُطبَّق طبقة من مادة تشحيم جافة أساسها الفضة بين قضيب التوصيل المصنوع من سبيكة التيتانيوم ودبوس الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يمنع التصلب ويقلل من التآكل الجلفاني. عند تطبيق هذه المعلومات على عملية إعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة، فهذا يعني أنه عند مواجهة مثبتات ملولبة من مادة مختلفة أثناء تفكيك الدفة، يجب أولاً مراجعة الرسومات للتأكد من وجود أي طلاءات؛ وإلا فإن خلط المواد في الفرن سيؤدي إلى تلوث بالفضة. حاليًا، في خط تفكيك روسيس، يتم فحص الوصلات بجهاز تحليل فلوري بالأشعة السينية محمول باليد قبل قطع الأنابيب، مما يوفر نتائج التركيب في غضون ثانيتين.

حدود الدائرة الأولية للمفاعل: واجهة من سبائك التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

تُعدّ الدائرة الرئيسية شريان الحياة للغواصة النووية، وهي المنطقة التي تتركز فيها مشاكل توافق المواد بشكلٍ كبير. يُصنع وعاء ضغط المفاعل والأنابيب الرئيسية من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أو سبائك النيكل ، بينما تستخدم بعض الأنابيب المساعدة المتصلة بهما سبائك التيتانيوم لتلبية متطلبات تقليل الوزن وعدم المغناطيسية. لا يمكن لحام هاتين المادتين مباشرةً بالصهر، إذ يُسبب لحامهما تشققات فورية. اعتمد النهج الأولي على استخدام سبائك لحام أساسها البلاديوم أو الذهب لإنشاء وصلة اختراق شعري عند درجات حرارة أقل من نقطة انصهار المادة الأساسية، مما يُشكّل طبقة عازلة مرنة مع منع مسار هجرة نظائر الهيدروجين في الوقت نفسه. عندما قام فريق التفكيك البريطاني "فاست" بقطع أنابيب حدود الدائرة الرئيسية، أعطوا الأولوية لقطع أجزاء الأنابيب المستقيمة بعيدًا عن الوصلات، تاركين الأجزاء التي تحتوي على الوصلات سليمة لإرسالها إلى ورشة المعالجة اللاحقة للتفكيك. كان الهدف هو استخلاص تلك الغرامات القليلة من البلاديوم أو الذهب بشكل منفصل. عند إعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة، لا تُعدّ السرعة أولويةً لهذه المكونات، إذ أن أي قطع خاطئ سيؤدي إلى اختلاط مادة اللحام المعدنية الثمينة بخردة الفولاذ المقاوم للصدأ، ما يجعل فصلهما لاحقًا أمرًا مستحيلاً. كما تستخدم وصلات الدائرة الأولية مصاعد تيتانيوم مطلية بالبلاتين كمكونات حماية كهروكيميائية. لا يتجاوز سمك طبقة البلاتين بضعة ميكرومترات؛ فإذا صُهر مباشرةً، سيُخفف البلاتين في التيتانيوم المنصهر إلى درجة فقدان قيمته القابلة للاسترداد. لذلك، تشترط معايير إعادة تدوير الغواصات النووية الخارجة عن الخدمة، عند تفكيك نظام الحماية الكاثودية، إزالة مصاعد التيتانيوم المطلية بالبلاتين بالكامل أولًا، ثم إزالتها كيميائيًا لاستعادة طبقة البلاتين. كشف فريق بابكوك أنه على الرغم من أن المساحة السطحية الإجمالية لهذه الأنودات المساعدة المطلية على غواصة واحدة ليست كبيرة، إلا أن السعر الفوري العالمي للبلاتين يتجاوز 2201 دولارًا للأونصة ( مصدر البيانات: 2026/05/11، صفحة أسعار المعادن الثمينة في دونغشنغ )، فإن القيمة التراكمية تمثل جهدًا للاسترداد يستحق دراسة جادة