Reaktor Universiti Terakhir Jepun yang Masih Beroperasi Berdepan Pertukaran Bahan Api yang Mahal dan Kekurangan Dana

Reaktor kecil menanggung beban latihan yang semakin besar

Reaktor pengajaran Universiti Kindai di Higashiosaka, Wilayah Osaka, menghasilkan haba paling tinggi sebanyak 1 watt, kurang daripada nyalaan lilin. Menurut universiti itu, kos untuk memastikan reaktor tersebut boleh digunakan mencecah kira-kira 200 juta yen setahun, sedangkan yuran penggunaan oleh syarikat dan subsidi latihan kerajaan hanya membawa masuk kira-kira 6 juta yen. Keperluan menukar bahan api uranium kini mengancam untuk menambah bil yang jauh lebih besar.

Reaktor itu satu-satunya reaktor universiti di Jepun yang kini beroperasi, manakala satu lagi kemudahan yang masih ada, di Universiti Kyoto, digantung sementara. Lebih 250 pelajar menjalani latihan di Kindai pada tahun fiskal 2024. Syarikat juga menggunakannya untuk penyelidikan rawatan kanser dan eksperimen berkaitan kerja pembongkaran kemudahan nuklear.

Jepun dan Amerika Syarikat berikrar pada September 2022 untuk menggantikan uranium diperkaya tinggi dengan uranium diperkaya rendah serta memulangkan bahan api sedia ada ke Amerika Syarikat. Kos penukaran itu dijangka mencecah puluhan bilion yen, dan Kindai dijangka menanggung sebahagian daripada perbelanjaan tersebut.

Tekanan ini timbul ketika Jepun kembali beralih kepada penggunaan tenaga nuklear yang lebih meluas selepas bertahun-tahun berusaha mengurangkan kebergantungan susulan bencana Fukushima Daiichi. Negara itu juga memerlukan tenaga kerja yang mampu membongkar reaktor lama dengan selamat. Namun, angka kementerian pendidikan menunjukkan kemasukan ke jabatan dan program universiti berkaitan nuklear merosot daripada 579 pelajar pada tahun fiskal 1994 kepada 177 pada tahun fiskal 2024.

Apa yang dipelajari pelajar pada 0.01 watt

Kira-kira 20 pelajar dari Universiti Teknologi Fukui menyertai sesi latihan pada Ogos di Institut Penyelidikan Tenaga Atom Kindai. Dengan memerhatikan panel kawalan, mereka berusaha membawa tindak balas berantai nuklear ke keadaan stabil.

Apabila bacaan mencapai 0.01 watt, seorang pelajar yang menyertai latihan itu mengumumkan hasilnya:

0.01 watt. Kita telah mencapai keadaan kritikal.

Keadaan kritikal bermaksud setiap generasi pembelahan nuklear membekalkan neutron yang mencukupi untuk mengekalkan generasi seterusnya. Dalam reaktor terkawal, pengendali boleh mengekalkan tindak balas itu pada tahap yang stabil. Di sini, pelajar mencapainya pada hanya satu perseratus daripada output terma maksimum reaktor.

Latihan itu membolehkan pelajar menghubungkan pengiraan dengan instrumen, pergerakan kawalan dan tindak balas berantai sebenar. Reaktor dengan output haba sekecil itu boleh mengajar prinsip pengendalian reaktor tanpa menjana elektrik.

Genichiro Wakabayashi, seorang profesor di institut Kindai itu, menjelaskan tujuan latihan tersebut:

Saya mahu pelajar memahami apakah tenaga nuklear dan bagaimana ia boleh digunakan dengan selamat.

Panduan kemudahan reaktor Kindai menyatakan bahawa konsol kawalan, yang terletak di bilik bersebelahan bilik reaktor, direka supaya proses memulakan, menghentikan dan melaraskan kuasa sesuai untuk latihan pelajar.

Cara reaktor pengajaran berfungsi

Reaktor UTR-KINKI berketinggian kira-kira 2 meter dan berdiameter kira-kira 4 meter. Reaktor ini sering dipanggil reaktor kuasa sifar kerana outputnya amat rendah. Ia menggunakan air untuk memperlahankan neutron dan grafit di sekeliling teras untuk memantulkan sebahagiannya kembali ke arah bahan api.

Neutron yang lebih perlahan membantu mengekalkan pembelahan dalam bahan api uranium. Grafit membantu memastikan neutron tersedia untuk tindak balas itu, manakala rod kawalan membolehkan pengendali melaraskannya. Kindai menyenaraikan lima pengesan neutron dan empat rod kawalan antara instrumen yang digunakan untuk mengawal kuasa reaktor.

Terasnya mengandungi 12 elemen bahan api leper yang diperbuat daripada aloi uranium dan aluminium, dibahagikan kepada dua kumpulan yang masing-masing terdiri daripada enam elemen. Susunan padat ini menyokong eksperimen dan latihan, bukannya penghasilan haba berskala besar yang diperlukan di stesen jana kuasa nuklear komersial.

Kindai menyatakan bahawa reaktor itu mempunyai aktiviti sinar gama baki yang sangat rendah. Perisainya membolehkan bilik reaktor dimasuki semasa reaktor beroperasi, dan pemantauan radiasi dijalankan di situ. Oleh itu, pelajar mempelajari perlindungan radiasi di samping fizik reaktor: perisai, pemantauan dan akses terkawal tetap menjadi sebahagian daripada kerja walaupun pada kuasa yang sangat rendah.

Lebih enam dekad penggunaan bersama

Sejarah institut Kindai mengenal pasti UTR-KINKI sebagai reaktor universiti dan swasta yang pertama di Jepun. Pembangunannya bermula dengan penubuhan institut itu pada 1960 dan diteruskan dengan penambahan kemudahan kemudian untuk meluaskan kegunaan penyelidikannya.

• April 1960: Kindai menubuhkan Institut Penyelidikan Tenaga Atom untuk penyelidikan dan pendidikan.
• Ogos 1960: Pemasangan reaktor diluluskan.
• 11 November 1961: Reaktor mencapai keadaan kritikal buat kali pertama, pada output terma 0.1 watt.
• Oktober 1974: Output terma maksimum meningkat kepada 1 watt.
• Januari 1984: Kemudahan ditambah untuk penyinaran haiwan kecil, radiografi neutron dan peluasan penyinaran menegak.
• 27 September 2022: Jepun dan Amerika Syarikat mengumumkan komitmen untuk menukar bahan api reaktor itu.

Radiografi neutron menggunakan neutron untuk memeriksa bahagian dalam objek, sama seperti imej sinar-X mendedahkan struktur dalaman menggunakan bentuk radiasi yang berbeza. Kemudahan penyinaran membolehkan penyelidik mendedahkan sampel kepada radiasi dalam keadaan terkawal.

Pelajar dari universiti Osaka, Kobe, Nagoya dan Kyushu antara mereka yang menggunakan reaktor Kindai untuk pendidikan dan latihan. Institut itu juga menyediakan bengkel dan seminar untuk guru serta orang awam. Oleh itu, peranannya melangkaui pelajar yang mendaftar di universiti itu sendiri.

Kemudahan sibuk dengan pendapatan langsung yang kecil

Kindai mengendalikan reaktor itu selama kira-kira 130 hari setahun, tidak termasuk pemeriksaan dan penyelenggaraan lain. Selain kelas universiti, pengguna korporat membawa projek yang merangkumi penyelidikan berkaitan rawatan kanser hingga simulasi kerja penyahaktifan nuklear.

Wakabayashi menggambarkan tekanan terhadap jadual:

(Ia begitu sibuk) sehingga hampir tiada hari rehat.

Universiti itu menganggarkan kos penyelenggaraan dan keselamatan tahunan sekitar 200 juta yen. Yuran penggunaan oleh syarikat dan subsidi kerajaan untuk latihan praktikal bersama-sama memberikan kira-kira 6 juta yen. Pendapatan itu menampung sekitar 3 peratus daripada kos tahunan yang dinyatakan, menyebabkan Kindai perlu menanggung baki kira-kira 194 juta yen daripada sumber pendapatan lain.

Perbandingan itu menjelaskan mengapa jadual latihan yang penuh boleh wujud serentak dengan tekanan kewangan. Reaktor itu memberi khidmat kepada pelajar dari beberapa universiti dan menyokong penyelidikan luar, sedangkan Kindai menanggung sebahagian besar perbelanjaan berulang. Projek penukaran yang jauh lebih besar akan menambah beban kepada tanggungan berterusan itu.

Mengapa uranium perlu ditukar

Amerika Syarikat pada asalnya membekalkan uranium diperkaya tinggi yang digunakan di Kindai dan mahu bahan itu dipulangkan kerana bimbang ia berpotensi digunakan dalam senjata nuklear. Pengayaan merujuk kepada peningkatan kadar uranium-235, sejenis uranium yang mudah mengekalkan tindak balas berantai pembelahan. Bahan api diperkaya rendah mengandungi kadar uranium-235 yang lebih kecil berbanding bahan api diperkaya tinggi.

Agensi Keselamatan Nuklear Kebangsaan Amerika Syarikat (NNSA) dan Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Sukan, Sains dan Teknologi Jepun menggariskan komitmen itu dalam pengumuman September 2022. Mereka bersetuju untuk menukar UTR-KINKI kepada bahan api diperkaya rendah dan memulangkan semua uranium diperkaya tingginya ke Amerika Syarikat.

NNSA menyatakan Kindai menjadi reaktor penyelidikan terakhir di Jepun yang menggunakan uranium diperkaya tinggi selepas bahan itu dikeluarkan dari Kemudahan Kritikal Universiti Kyoto. Perjanjian itu meletakkan Kindai dalam usaha lebih luas untuk mengurangkan jumlah bahan nuklear yang boleh digunakan dalam senjata.

Selepas penukaran, bahan api sedia ada akan diangkut dengan selamat ke Amerika Syarikat untuk dicampur sehingga menjadi uranium diperkaya rendah, dilupuskan dengan cara lain, atau kedua-duanya. Pencampuran ialah proses mencampurkan bahan diperkaya tinggi dengan uranium yang mengandungi kurang uranium-235 untuk mengurangkan kepekatannya.

Jill Hruby, yang ketika itu merupakan pentadbir NNSA, menyifatkan kerjasama dua hala itu dalam majlis menandatangani perjanjian:

Kami menghargai hubungan dua hala yang erat dengan Jepun dan menantikan pengumuman bahawa komitmen terbaharu ini telah diselesaikan dalam beberapa tahun akan datang.

Komitmen keselamatan dengan bil yang besar

Anggaran kos penukaran mencecah puluhan bilion yen. Kindai dijangka membayar sebahagian daripadanya, sekali gus mewujudkan cabaran kewangan kedua di samping defisit operasi tahunan. Penukaran bahan api perlu memastikan reaktor itu kekal sesuai untuk tugas pengajaran dan penyelidikannya dengan bahan gantian.

Tarikh muktamad penukaran selesai atau pembahagian kos akhir belum ditetapkan. Kenyataan Hruby pada 2022 menyebut penyelesaian dalam beberapa tahun akan datang, tetapi pengumuman itu tidak menetapkan tarikh akhir secara terbuka untuk universiti tersebut.

NNSA menyifatkan program yang jauh lebih luas ketika mengumumkan perjanjian dengan Kindai. Pada awal 2022, Presiden Amerika Syarikat Joe Biden dan Perdana Menteri Jepun Fumio Kishida mengumumkan pengeluaran lebih 30 kilogram uranium diperkaya tinggi daripada tiga reaktor penyelidikan Jepun.

Pada masa itu, Pejabat Pengurusan dan Pengurangan Bahan NNSA menyatakan bahawa pihaknya telah menukar atau mengesahkan penutupan 108 reaktor penyelidikan dan kemudahan pengeluaran isotop perubatan di seluruh dunia. Pejabat itu juga melaporkan pengeluaran atau pengesahan pelupusan hampir 7,275 kilogram bahan nuklear yang boleh digunakan dalam senjata.

Cabaran Kindai muncul di persimpangan matlamat keselamatan dengan pembiayaan pendidikan. Kedua-dua kerajaan telah berikrar untuk mengeluarkan bahan api sedia ada, manakala latihan praktikal yang berterusan bergantung pada kemampuan universiti itu membiayai aturan bahan api gantian.

Pelajar berkurangan, tempat latihan turut menyusut

Jepun pernah mempunyai enam reaktor pendidikan yang dipasang di universiti. Kini hanya dua yang tinggal, dan penggantungan sementara di Universiti Kyoto menjadikan Kindai satu-satunya kemudahan universiti yang beroperasi. Latihan praktikal di Kyoto dijangka disambung semula tidak lebih awal daripada tahun fiskal berikutnya, namun tarikh dalam kalendar tidak dinyatakan.

Angka kementerian pendidikan menunjukkan kemasukan ke jabatan dan program berkaitan nuklear seramai 177 orang pada tahun fiskal 2024, berbanding 579 orang pada tahun fiskal 1994. Jumlah itu merosot sebanyak 402 pelajar, atau kira-kira 69 peratus. Kemasukan terkini adalah sekitar 31 peratus daripada angka terdahulu.

Statistik pelajar 2015 kementerian itu, yang diambil daripada Statistik Asas Sekolahnya, menunjukkan kemerosotan tersebut bermula sebelum bencana Fukushima. Dokumen itu menyatakan bilangan pelajar baharu mencapai kemuncak pada tahun fiskal 1992, kemudian merosot, pulih bermula pada tahun fiskal 2007 dan kembali menurun selepas gempa bumi serta bencana 2011.

Dokumen yang sama meletakkan jumlah keseluruhan enrolmen pelajar pada kemuncak pada tahun fiskal 1994. Kemasukan pelajar baharu merujuk kepada pelajar yang mula mengikuti pengajian pada tahun tertentu; jumlah enrolmen pula termasuk pelajar yang sedang meneruskan pengajian. Kedua-dua ukuran ini membantu menjelaskan bahagian berbeza dalam saluran pendidikan yang semakin mengecil.

Wakabayashi memberi amaran bahawa akses kepada reaktor sebenar boleh mempengaruhi tempat pakar masa depan memilih untuk belajar:

Jika reaktor pendidikan lenyap, golongan muda mungkin akhirnya pergi ke luar negara.

Keperluan tenaga kerja turut meliputi pembongkaran reaktor

Peralihan Jepun ke arah penggunaan tenaga nuklear yang lebih meluas mewujudkan keperluan terhadap tenaga kerja yang memahami operasi reaktor dan keselamatan radiasi. Kemudahan lama juga memerlukan pakar yang boleh merancang dan melaksanakan penyahaktifan, iaitu proses menamatkan operasi loji dengan selamat serta mengurus struktur dan bahan radioaktifnya.

Shunji Matsuoka, profesor Universiti Waseda yang mengkhusus dalam ekonomi dan dasar alam sekitar, berkata pengalaman praktikal dengan reaktor pendidikan penting untuk mengendalikan loji komersial dan melaksanakan penyahaktifan.

Matsuoka turut menggesa universiti menghubungkan latihan teknikal dengan akauntabiliti kepada orang ramai. Katanya, universiti perlu:

menunjukkan ketelusan dalam cara reaktor dikendalikan, memperluas pemahaman tentang nilainya kepada masyarakat dan melatih pakar nuklear yang bersikap terbuka serta terlibat dengan masyarakat.

Kindai sudah menghimpunkan beberapa bahagian tugas itu: pelajar mempelajari kawalan reaktor, syarikat menguji idea berkaitan pembongkaran kemudahan dan program pendidikan untuk orang awam. Masalah pembiayaannya berkaitan dengan kesinambungan aktiviti tersebut, di samping komitmen antarabangsa untuk menggantikan bahan apinya.

Keputusan utama ialah bagaimana membiayai kemudahan yang penggunanya bukan hanya institusi yang menyelenggarakannya. Wakabayashi sedang berusaha mendapatkan sokongan kerajaan yang lebih besar. Dengan pendapatan tahunan hanya menampung kira-kira 3 peratus daripada kos penyelenggaraan dan keselamatan, serta perbelanjaan penukaran besar yang semakin hampir, permintaan itu melibatkan operasi harian dan keupayaan reaktor untuk terus mengajar menggunakan bahan api yang berbeza.

Perkara Utama

• Reaktor Kindai di Higashiosaka ialah satu-satunya reaktor universiti di Jepun yang kini beroperasi dan melatih lebih 250 pelajar pada tahun fiskal 2024.
• Kos penyelenggaraan dan keselamatan tahunan sekitar 200 juta yen, berbanding kira-kira 6 juta yen daripada yuran syarikat dan subsidi latihan kerajaan.
• Jepun dan Amerika Syarikat berikrar pada September 2022 untuk menggantikan uranium diperkaya tinggi yang digunakan dan memulangkan bahan api sedia ada ke Amerika Syarikat.
• Kos penukaran dianggarkan mencecah puluhan bilion yen, dan Kindai dijangka menanggung sebahagian perbelanjaan itu.
• Kemasukan ke jabatan dan program universiti berkaitan nuklear merosot daripada 579 orang pada tahun fiskal 1994 kepada 177 pada tahun fiskal 2024.
• Kemudahan itu menyokong latihan operasi reaktor, penyelidikan dan kerja berkaitan penyahaktifan.