آیا نیروگاه هسته ای می تواند برق هوش مصنوعی را تامین کند؟

گسترش پردازش‌های فشرده و آموزش مدل‌های زبانی بزرگ، فشار جدیدی بر زیرساخت‌های انرژی در نقاط مختلف جهان وارد کرده است. مراکز داده که بار اصلی پردازش‌های هوشمند را بر دوش می‌کشند، برای فعالیت شبانه‌روزی خود به توان الکتریکی کاملا پایدار و بدون نوسان احتیاج دارند. آمارهای رسمی آژانس بین‌المللی انرژی که با نام اختصاری IEA شناخته می‌شود نشان می‌دهد که میزان مصرف برق دیتاسنترها در سراسر جهان از سال 2025 تا 2030 دو برابر می‌شود. در همین بازه زمانی، میزان مصرف برق هوش مصنوعی به تنهایی تا سه برابر افزایش خواهد یافت. این جهش ناگهانی در تقاضای انرژی، غول‌های فناوری را واداشته است تا گزینه‌های مختلف تولید توان پایه را بررسی کنند. در این میان، بهره‌گیری از راکتورهای اتمی به عنوان یکی از راهکارهای تامین برق هوش مصنوعی مطرح شده است تا علاوه بر تولید توان بالای الکتریکی، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز کنترل شود.

با وجود جذابیت‌های نظری انرژی اتمی، پیاده‌سازی عملی آن در مقیاس صنعتی با موانع ساختاری و زیست‌محیطی فراوانی روبروست. اگرچه راکتورهای هسته‌ای در زمان کارکرد عادی خود آلایندگی کربنی ندارند، اما وابستگی شدید این صنعت به زنجیره‌های ساخت طولانی، اخذ تاییدیه‌های پیچیده از نهادهای نظارتی و چالش‌های حل‌نشده مدیریت پسماند، استفاده سریع از این منبع را برای پاسخگویی به تقاضای جاری دشوار می‌سازد. ارزیابی زیرساخت‌های موجود نشان می‌دهد اتکا به انرژی هسته‌ای برای پاسخ به نیازهای فوری مراکز داده با واقعیت‌های زمانی این صنعت همخوانی ندارد.

چالش دیگر در این حوزه به ماهیت مصرف توان در سیستم‌های پردازشی بازمی‌گردد. تراشه‌های پردازش گرافیکی و مدارهای مجتمع اختصاصی که برای یادگیری عمیق استفاده می‌شوند، هنگام بارگذاری کامل به جریان برق بسیار متراکم و بدون افت ولتاژ نیاز دارند. کوچک‌ترین نوسان در شبکه برق می‌تواند فرایند آموزش مدل‌هایی را که هفته‌ها به طول می‌انجامد با اختلال مواجه کند. به همین دلیل، شرکت‌های فعال در حوزه فناوری اطلاعات به دنبال منابعی هستند که برخلاف انرژی خورشیدی یا بادی، بستگی به شرایط آب‌وهوایی نداشته باشند و توان پایه را به صورت مداوم ارائه دهند. انرژی اتمی از نظر تئوری این ویژگی را دارد، اما چالش‌های اجرایی آن مانع از دستیابی سریع به این هدف می‌شوند.

از سوی دیگر، جانمایی جغرافیایی مراکز داده نیازمند دسترسی هم‌زمان به خطوط انتقال داده پرسرعت و شبکه‌های قدرتمند برق است. بیشتر زیرساخت‌های اتمی موجود در جهان در مناطقی احداث شده‌اند که فاصله زیادی با مراکز اصلی تبادل داده دارند. انتقال توان تولیدشده در راکتورها به دیتاسنترها نیازمند توسعه خطوط فشار قوی و ارتقای پست‌های توزیع است. این فرایند نیز به نوبه خود هزینه‌های سنگینی به همراه دارد و سال‌ها زمان می‌برد. در نتیجه، مسئله تامین توان تنها به ساخت راکتور محدود نمی‌شود، بلکه کل زنجیره انتقال و توزیع انرژی را در بر می‌گیرد.

چرا تامین برق هوش مصنوعی با چالش های زمان بندی مواجه است؟

میان سرعت رشد صنعت فناوری و زمان لازم برای احداث نیروگاه‌های هسته‌ای ناهماهنگی عمیقی وجود دارد. صنعت نرم‌افزار و محاسبات ابری در بازه‌های زمانی کوتاه دو یا سه ساله به شدت مقیاس‌پذیر می‌شود، اما احداث یک نیروگاه اتمی از زمان طراحی تا اتصال به شبکه سراسری، فرآیندی پیچیده است که معمولا بیش از یک دهه به طول می‌انجامد. تاریخچه صنعت اتمی در ایالات متحده نشان می‌دهد که روند ساخت راکتورهای جدید در این کشور بین سال‌های 1977 تا 2013 به دلیل نگرانی‌های عمومی درباره ایمنی و چالش‌های دفن پسماند به طور کامل متوقف شد. این وقفه طولانی‌مدت موجب ضعف زنجیره تامین تجهیزات، افت دانش فنی بومی و کاهش نیروهای متخصص در این حوزه گردید.

حتی پس از دریافت ارزیابی‌های اولیه، احداث راکتورهای جدید به زمان بالایی نیاز دارد. عملیات ساخت عمرانی یک نیروگاه هسته‌ای پس از اخذ تمام مجوزها حداقل 5 سال طول می‌کشد. این در حالی است که فرایند بررسی درخواست‌ها، ارزیابی‌های فنی و صدور تاییدیه نهایی توسط نهادهای نظارتی به تنهایی تا 5 سال دیگر زمان می‌برد. نمونه واضح این تاخیر ساختاری در احداث راکتورهای تازه نیروگاه فوگل واقع در ایالت جورجیا دیده می‌شود؛ پروژه‌ای که فرآیند کامل ساخت آن حدود 11 سال طول کشید و با هزینه‌هایی بسیار بیشتر از برآوردهای اولیه به پایان رسید.

طرح‌های دولتی و چشم‌اندازهای بلندمدت گاهی تصویری متفاوت ارائه می‌دهند. بر اساس این گمانه‌زنی‌های بالادستی، ادعا می‌شود که ظرفیت تولید انرژی هسته‌ای در ایالات متحده تا سال 2050 می‌تواند به چهار برابر برسد. همچنین ادعاهایی وجود دارد مبنی بر اینکه برنامه‌های جدید اعلام‌شده در خرداد 1405 از احداث 10 نیروگاه اتمی جدید خبر می‌دهند که قرار است تا اواسط دهه 2030 وارد مدار شوند. با این حال، تحقق این طرح‌ها با تردیدهای فراوان همراه است و حتی در صورت اجرا، نمی‌توانند کمبود شدید توان الکتریکی را در فاصله سال‌های 2025 تا 2030 جبران کنند.

در اثر این عدم همزمانی، مراکز داده مجبور می‌شوند در کوتاه‌مدت بار تقاضای خود را به سمت سایر منابع موجود سوق دهند. پیش‌بینی می‌شود تامین توان دیتاسنترها در سال‌های پیش رو به طور عمده بر دوش سوخت‌های فسیلی شامل گاز طبیعی و زغال‌سنگ باشد. اما این مسیر نیز با موانعی روبروست؛ نیروگاه‌های زغال‌سنگی قدیمی به دلیل استهلاک بالا با افت پایداری مواجه هستند و ساخت توربین‌های جدید گاز طبیعی نیز با محدودیت‌های شدید ظرفیت تولید در کارخانه‌ها مواجه شده است.

در کنار سوخت‌های فسیلی، گزینه‌های تجدیدپذیر نیز مورد توجه قرار دارند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که تامین انرژی دیتاسنترها با نیروگاه‌های تجدیدپذیر مانند ترکیبی از نیروگاه‌های بادی و خورشیدی همراه با سیستم‌های ذخیره‌سازی، از نظر اقتصادی نسبت به احداث راکتور اتمی توجیه‌پذیری بالاتری دارد. اما نوسانات طبیعی در تولید برق خورشیدی و بادی بدون وجود ذخیره‌سازهای بسیار بزرگ، پاسخگوی بار شبانه‌روزی مراکز داده نخواهد بود.

همچنین باید توجه داشت که هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه برای احداث نیروگاه‌های هسته‌ای بسیار سنگین است. تامین مالی پروژه‌هایی که بازگشت سرمایه آن‌ها بیش از 15 سال طول می‌کشد، برای شرکت‌های فناوری که با تغییرات سریع بازار روبرو هستند، ریسک مالی بالایی ایجاد می‌کند. این مسئله باعث می‌شود سرمایه‌گذاران بخش خصوصی تمایل کمتری به پذیرش مستقیم هزینه‌های ساخت نیروگاه‌های بزرگ داشته باشند و بیشتر به سمت قراردادهای خرید تضمینی برق از نیروگاه‌های موجود یا توسعه فناوری‌های نوظهور بروند.

علاوه بر ابعاد مالی، عدم قطعیت‌های قانونی و تغییرات احتمالی در سیاست‌های انرژی کشورها می‌تواند روندهای سرمایه‌گذاری را دچار نوسان کند. ساخت نیروگاه هسته‌ای وابستگی شدیدی به تصمیمات دولت‌ها، سوبسیدهای حمایتی و چارچوب‌های سخت‌گیرانه محیط زیستی دارد. هرگونه تغییر در اولویت‌های سیاسی یا تعویض دولت‌ها در کشورهای توسعه‌یافته ممکن است به توقف یا کندی روند صدور مجوزها منجر شود. در نتیجه، شرکت‌های فناوری که به دنبال راه‌حل‌های سریع و پیش‌بینی‌پذیر برای تامین انرژی دیتاسنترهای خود هستند، با ریسک بالایی در سرمایه‌گذاری‌های مستقیم اتمی مواجه می‌شوند.

ارزیابی ریسک‌های ایمنی، خنک‌سازی و پسماندهای هسته‌ای

نگرانی‌های عمومی درباره حوادث احتمالی و پرتوهای آلاینده همواره مانعی در مسیر توسعه سریع نیروگاه‌های اتمی بوده است. بررسی آماری تاریخ فعالیت راکتورهای تجاری نشان می‌دهد حوادث بزرگ ناگوار بسیار نادر بوده‌اند. از سال 1967 تاکنون، تنها 3 حادثه عمده در نیروگاه‌های تجاری جهان رخ داده است: حادثه تری مایل آیلند در پنسلوانیا، حادثه چرنوبیل در اوکراین و حادثه فوکوشیما داییچی در ژاپن.

بررسی تفاوت‌های این 3 حادثه، میزان آسیب‌های واقعی آن‌ها را مشخص می‌کند. حادثه تری مایل آیلند هیچ تلفات جانی به همراه نداشت. در مقابل، حادثه چرنوبیل سنگین‌ترین حادثه اتمی بود که در هفته‌های نخست منجر به مرگ مستقیم 30 نفر از کارکنان و نیروهای امدادی شد. کمیته علمی سازمان ملل متحد درباره اثرات پرتوهای اتمی که با نام UNSCEAR شناخته می‌شود، گزارش داده است که بین سال‌های 1991 تا 2015 تعداد 19,233 مورد ابتلا به سرطان تیروئید در میان افرادی که در زمان حادثه زیر 18 سال داشتند به ثبت رسید که تخمین زده می‌شود 1 مورد از هر 4 مورد، به طور مستقیم ناشی از پرتوهای رادیواکتیو بوده است.

در حادثه فوکوشیما داییچی، 2 کارگر بر اثر غرق شدن در سونامی اولیه جان باختند و مقامات دولتی ژاپن بعدتر مرگ 1 کارگر را بر اثر سرطان ناشی از پرتوها تایید کردند. با این حال، تخلیه اضطراری منطقه و فشارهای روانی ناشی از آن موجب بیش از 2,000 مورد مرگ غیرمستقیم میان ساکنان شد. اگرچه راکتورهای نسل جدید به گونه‌ای طراحی شده‌اند که احتمال بروز چنین حوادثی را به حداقل برسانند، اما افکار عمومی همچنان ریسک‌های ناشی از اتم را بیش از حد واقعی آن ارزیابی می‌کند.

علاوه بر خطر حوادث، کارکرد عادی نیروگاه‌های هسته‌ای نیز نیازمند مصرف بالا و مداوم منابع آبی است. راکتورها برای خنک‌سازی سیستم‌ها به حجم بالایی از آب احتیاج دارند. بازگرداندن آب گرم‌شده به محیط می‌تواند به اکوسیستم‌های آبی آسیب وارد کند. وقتی مراکز داده‌ای که خود با سیستم‌های آبی خنک می‌شوند در کنار نیروگاه‌های هسته‌ای قرار می‌گیرند، فشار ترکیبی بر منابع آب شیرین منطقه دوچندان می‌شود و می‌تواند مناقشات منطقه‌ای بر سر آب را میان صنایع و بخش‌های کشاورزی ایجاد کند.

چالش ساختاری دیگر، پسماندهای پرتوپزا هستند. تنها حدود 3 درصد از کل پسماندهای هسته‌ای در دسته سوخت‌های مصرف‌شده با پرتوپزایی بالا قرار می‌گیرند، اما همین میزان کم شامل 95 درصد از کل رادیواکتیویته تولیدشده است. پسماندهای با پرتوپزایی بالا برای هزاران سال خطرساز باقی می‌مانند و نیازمند نگهداری در انبارگاه‌های عمیق زمین‌شناسی هستند. نبود سایت‌های دائمی دفن پسماند به دلیل مخالفت‌های منطقه‌ای، باعث انباشت سوخت مصرف‌شده در انبارهای موقت شده که با توسعه نیروگاه‌ها این چالش پررنگ‌تر خواهد شد.

طراحی انبارگاه‌های عمیق زمین‌شناسی نیازمند مطالعه ساختارهای لایه‌های زیرزمینی، مقاومت در برابر زلزله و نفوذناپذیری سفره‌های آب زیرزمینی است. تا زمان یافتن راه‌حل‌های قطعی و پذیرفته‌شده از سوی جوامع محلی، مسئله پسماندهای سطح بالا به عنوان یکی از پیچیده‌ترین موانع زیست‌محیطی باقی می‌ماند. این مسئله به ویژه در مناطقی که تمرکز دیتاسنترها بالاست، چالش‌های سیاسی و اجتماعی محلی را تشدید می‌کند.

همچنین بازفرآوری سوخت‌های مصرف‌شده هسته‌ای، اگرچه می‌تواند حجم پسماندهای نهایی را کاهش دهد، اما خود نیازمند تاسیسات شیمیایی بسیار پیشرفته و پرهزینه است. این فرآیند علاوه بر پیچیدگی‌های فنی، خطرات جدیدی از نظر نشت مواد رادیواکتیو به محیط زیست ایجاد می‌کند. در نتیجه، بیشتر کشورها ترجیح می‌دهند پسماندهای هسته‌ای را بدون بازفرآوری، به صورت مستقیم در مخازن امن خنک‌کننده ذخیره کنند تا راهکارهای دفن دائمی مهیا شود.

پیامدهای عدم انتشار سلاح‌های هسته‌ای و آینده زیرساخت‌ها

توسعه زنجیره تامین سوخت هسته‌ای برای تامین توان دیتاسنترها، ابعاد جدیدی به موضوع عدم انتشار سلاح‌های اتمی می‌بخشد. تولید انرژی هسته‌ای با غنی‌سازی اورانیوم شروع می‌شود. برای کاربردهای غیرنظامی از اورانیوم با غنای پایین یا LEU استفاده می‌شود، در حالی که ساخت تسلیحات به اورانیوم با غنای بالا یا HEU نیاز دارد. آژانس بین‌المللی انرژی اتمی با نام اختصاری IAEA بر این زنجیره نظارت دارد تا از پایبندی کشورها به مقررات اطمینان حاصل کند. با این حال، سوابق گذشته در راکتور یونگ‌بیون در کره شمالی و برنامه‌های تاریخی در عراق و ایران نشان می‌دهد که پایش سوخت هسته‌ای با چالش‌های حقوقی و امنیتی همراه است.

اگر شرکت‌های بزرگ فناوری زیرساخت‌های پردازشی خود را در کشورهای مختلف توسعه دهند و نیاز به غنی‌سازی اورانیوم افزایش یابد، ردیابی دقیق مواد هسته‌ای برای سازمان‌های بین‌المللی سخت‌تر خواهد شد. علاوه بر این، راکتورها در طول کارکرد پلوتونیوم تولید می‌کنند که در صورت بازفرآوری سوخت مصرف‌شده، می‌تواند در مسیرهای غیرصلح‌آمیز قرار گیرد. به همین دلیل، توسعه راکتورها با پشتیبانی صنعت فناوری در نقاط مختلف جهان به کنترل‌های بین‌المللی دقیق‌تری احتیاج دارد.

برای حل مشکل زمان‌بندی و هزینه‌های ساخت راکتورهای بزرگ، توجه زیادی به راکتورهای کوچک مدولار جلب شده است. غول‌های فناوری علاقمند هستند با سرمایه‌گذاری روی این طرح‌ها، راکتورهای کوچک پیش‌ساخته را در کنار دیتاسنترها نصب کنند. با این حال، فناوری راکتورهای کوچک مدولار هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارد و تا تجاری‌سازی سراسری و دریافت تاییدیه استاندارد، فاصله قابل توجهی دارد.

موانع حقوقی و حفاظتی نیز پیش‌روی راکتورهای کوچک وجود دارد. اخذ مجوزهای ایمنی برای طرح‌های مدولار جدید نیازمند تست‌های طولانی‌مدت توسط نهادهای تنظیم‌گر است. از سوی دیگر، تامین امنیت فیزیکی و سایبری این راکتورهای کوچک در نزدیکی مناطق صنعتی یا شهری هزینه‌های اضافی به همراه دارد تا از هرگونه دسترسی غیرمجاز یا حملات الکترونیکی جلوگیری شود.

علاوه بر چالش‌های امنیتی و نظارتی، تامین سوخت غنی‌شده برای راکتورهای کوچک مدولار نیز وابستگی شدیدی به تولیدکنندگان محدود جهانی دارد. در حال حاضر، تعداد کشورهایی که توانایی تولید سوخت با غنای بالا و خلوص مناسب برای راکتورهای نسل جدید را دارند بسیار اندک است. این محدودیت در زنجیره تامین سوخت می‌تواند ریسک‌های ژئوپلیتیکی را برای شرکت‌های فناوری افزایش دهد، زیرا هرگونه اختلال در روابط بین‌المللی یا تحریم‌های تجاری می‌تواند فعالیت دیتاسنترهای متکی به این راکتورها را با تهدید مواجه سازد.

در نهایت، اتکای صنعت پردازش به انرژی اتمی نشان‌دهنده یک تناقض ساختاری است. از یک سو، نیاز مبرم به توان الکتریکی بدون کربن، شرکت‌ها را به سمت اتم سوق می‌دهد. از سوی دیگر، واقعیت‌های مهندسی، زمان‌بندی طولانی ساخت، محدودیت منابع آب و چالش‌های پسماند نشان می‌دهند که انرژی هسته‌ای نمی‌تواند پاسخ فوری به بحران انرژی ناشی از رشد هوش مصنوعی باشد. مسابقه برای افزایش توان پردازشی، زیرساخت‌های انرژی جهان را در برابر این پرسش اساسی قرار داده است که آیا چالش‌های ساختاری موجود موجب اتکای بیشتر به سوخت‌های فسیلی می‌شود یا تغییر در الگوهای مصرف و فناوری‌های ذخیره‌سازی مسیر دیگری را رقم خواهد زد؟