معضل بزرگ هستهای – با زبالههای هستهای چه کنیم؟
زباله هستهای، ماده زائدی است حاوی عناصر شیمیایی رادیواکتیو که کاربرد مفیدی ندارد و اغلب محصول یک فرایند هستهای مانند شکافت هستهای است. زباله هستهای همچنین میتواند در اثر عملآوری سوخت برای رآکتورها یا سلاحهای هستهای به وجود آید. رادیواکتیویته تمام زبالههای هستهای با گذشت زمان کاهش مییابد. تمامی رادیوایزوتوپهای موجود در زباله دارای نیمه عمر هستند (نیمه عمر یعنی مدت زمانی که طول میکشد تا هر عنصر رادیواکتیو نیمی از رادیواکتیویته خود را از دست بدهد) و در نهایت تمام زبالهها به عناصر غیررادیواکتیو واپاشی میکنند. بعد از حدوداً ۴۰ سال، ۹/۹۹ تابش ناشی از سوخت هستهای مصرف شده از بین میرود. هرچه یک رادیوایزوتوپ سریعتر متلاشی شود، رادیواکتیو شدیدتر خواهد بود. فاکتور دیگری که تعیین میکند یک ماده رادیواکتیو خالص چه قدر خطرناک است، انرژی تابش است. بعضی از تلاشیها بیشتر از بقیه انرژی آزاد میکنند. این موضوع وقتی پیچیدهتر میشود که بدانیم رادیوایزوتوپهای کمی به سرعت در اثر تلاشی به وضعیت پایدار میرسند و اغلب به محصول رادیواکتیو دیگری تبدیل میشوند و یک زنجیره تلاشی را به وجود میآورند. هدف اصلی در مهار و انهدام زباله رادیواکتیو همچون سایر مواد زائد حفاظت مردم و محیط زیست است. این به معنی جداسازی یا رقیق کردن زباله است به طوری که میزان یا تراکم هرگونه رادیو نوکلئیدی که به بیوسفر برگردانده میشود، بی ضرر باشد. فناوری ارجح برای زبالههای خطرناکتر، دفن مطمئن در اعماق است. «ترانس موتاسیون»، نگهداری طولانی مدت به منظور بازیابی و انتقال به فضا از دیگر روشهای پیشنهادیاند.
- انواع زبالههای هستهای
زباله سطح پایین: (LLW) در بیمارستانها و صنعت و نیز در اثر چرخه سوخت هستهای تولید میشود و شامل کاغذ، پارچه، ابزارآلات، پوشاک، فیلتر و غیره است که به مقادیر کمی از رادیواکتیویته آلوده است و اغلب طول عمر کوتاه دارد. در حین کار کردن یا انتقال این مواد، نیازی به محافظت نیست و دفن کم عمق در زمین برای آنها مناسب است. به منظور کاهش حجم، اغلب این مواد قبل از انهدام فشرده یا سوزانده میشوند. زباله سطح متوسط: (ILW) حاوی مقدار بیشتری رادیواکتیویته است و بعضی احتیاج به محافظت دارند و معمولاً شامل رزینها، فضولات شیمیایی و نیز اجزای آلوده رآکتورها است. ممکن است این مواد را برای دور ریختن با بتون یا قیر به صورت جامد درآورند. معمولاً زبالههای با طول عمر کوتاه (که اکثراً ناشی از رآکتورها هستند) در انبارهای کم عمق اما آنهایی که طول عمر بیشتری دارند (ناشی از عملآوری مجدد سوخت) در اعماق زمین دفن میشوند.
زباله سطح بالا HLW)): از مصرف سوخت اورانیوم در یک رآکتور هستهای و پردازش سلاحهای هستهای حاصل میشود و حاوی فرآوردههای شکافت و عناصر ترانس اورانیک (فرااورانیومی) است که در هسته رآکتور تولید شدهاند. این مواد به شدت رادیواکتیو و داغاند. میتوان آنها را خاکستر حاصل از سوخت اورانیوم دانست. HLW بیش از ۹۵ درصد تمام رادیواکتیویته حاصل از فرایند تولید الکتریسیته هستهای را در بر میگیرد. زباله ترانس اورانیک براساس قوانین ایالات متحده، بدون توجه به منبع یا فرم آن، زبالهای است آلوده به رادیو نوکلئیدهای ترانس اورانیومی که ذرات آلفا ساطع میکنند، نیمه عمری بیشتر از ۲۰ سال و تراکمی بیشتری از nci/g100 دارد اما زباله سطح بالا را شامل نمیشود. در ایالات متحده، این نوع زباله عمدتاً از طریق تولید سلاح حاصل میشود و شامل پوشاک، ابزارآلات، پارچه، تفالهها، بقایا و سایر اقلام اینچنینی است که با مقادیر کمی از عناصر رادیواکتیو (اغلب پلوتونیوم) آلوده شده است. این عناصر عدد اتمی بزرگتری از اورانیوم دارند به همین دلیل به آنها ترانس اورانیک (فرااورانیومی) گفته میشود. به دلیل نیمه عمر طولانی نمیتوان این عناصر را همانند زبالههای سطح پایین یا متوسط دور ریخت، از طرفی رادیواکتیویته بالای زباله سطح بالا را ندارند و حرارت فراوان نیز تولید نمیکنند. در حال حاضر ایالات متحده زبالههای فرااورانیومی با منشاء نظامی را در کارخانه آزمایشی جداسازی زباله (waste isolation pilot plant) دور میریزد.
- زبالههای حاصل از عملآوری سوخت رآکتور هستهای
کنسانتره اکسیداورانیوم به دست آمده از حفاری، چندان رادیواکتیو نیست و حدود ۱۰۰۰ برابر رادیواکتیوتر از گرانیتی است که در ساختمانها به کار میرود. اکسیداورانیوم خالصسازی میشود تا کیک زرد (U3O8) حاصل شود، سپس به گاز اورانیوم هگزافلوئورید (UF6) تبدیل میشود. این گاز غنیسازی میشود تا محتوای ۲۳۵ U از ۷/۰ به ۵/۳ درصد برسد (غنیسازی اورانیوم) سپس به صورت اکسید سرامیک سخت (UO2) درمی آید تا به عنوان سوخت رآکتور به کار رود. مهمترین فرآورده فرعی غنیسازی، اورانیوم depleted است که عمدتاً دارای ایزوتوپ U-۲۳۸ که شامل ۳/۰ درصد ۲۳۵ U است. که یا به صورت UF6 یا به صورت U3O8 ذخیره میشود. مقداری از آن در کارهایی که چگالی بالا مهم است، مانند تیر ته کشتیهای تفریحی و فشنگهای ضدتانک مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین (به همراه پلوتونیوم بازیابی شده) برای تولید سوخت اکسیدی مخلوط و نیز برای رقیق کردن اورانیوم به شدت غنی به دست آمده از سلاحهای ذخیره شده به کار میرود که در حال حاضر از آنها برای تبدیل به سوخت رآکتور استفاده میشود.
این رقیقسازی که down blending نیز نامیده میشود به این معنی است که هر کشور یا گروهی که سوخت نهایی را به دست آورد، مجبور به تکرار فرایند (بسیار گران و پیچیده) غنیسازی قبل از ساخت اسلحه است. تفکیک و تمایز عملآوری اورانیوم برای تولید سوخت از عملآوری سوخت مصرف شده بسیار مهم است. سوخت مصرف شده حاوی محصولات به شدت رادیواکتیو شکافت است. بسیاری از آنها جاذب نوترون هستند. این مواد در نهایت به سطحی میرسند که نوترونهای زیادی را جذب میکنند به طوری که واکنش زنجیرهای متوقف میشود، حتی وقتی میلههای کنترل برداشته شدهاند. در این مرحله سوخت رآکتور باید با سوخت تازه جایگزین شود، اگرچه هنوز مقدار قابل ملاحظهای از ۲۳۵ U یا پلوتونیوم وجود دارد. در حال حاضر در آمریکا این سوخت مصرف شده ذخیره میشود. در کشورهای دیگر (به خصوص انگلستان، فرانسه و ژاپن) سوخت عملآوری مجدد میشود تا محصولات شکافت آن حذف شود و سوخت دوباره قابل استفاده باشد. فرایند عملآوری مجدد، شامل کارکردن با مواد به شدت رادیواکتیو است و محصولات شکافت گرفته شده از سوخت فرم تغلیظ شدهای از زبالههای سطح بالا هستند.
- ملاحظات تکثیر
هنگام پرداختن به اورانیوم و پلوتونیوم، یک موضوع قابل توجه این احتمال است که از آنها برای ساخت سلاحهای اتمی، احتمالاً توسط تروریستها، به کار روند، رآکتورهای هستهای فعال و انبارهای سلاحهای اتمی به دقت تحت محافظت و کنترلاند. با این همه زبالههای سطح بالای رآکتورهای اتمی حاوی پلوتونیوم هستند. به طور معمول، این پلوتونیوم از درجه رآکتوری و شامل مخلوطی از Pu-239 (بسیار مناسب برای ساخت سلاحهای اتمی) و Pu-240(آلودگی نامطلوب و به شدت رادیواکتیو) است؛ جداسازی این دو ایزوتوپ مشکل است. به علاوه زباله سطح بالا مملو از محصولات شکافت با رادیو اکتیویته بالا است، اگرچه اکثر محصولات شکافت طول عمر نسبتاً کوتاهی دارند این مسئله مایه نگرانی است: اگر زبالهها ذخیره شوند (مثلاً در ذخایر زمینشناسی عمیق) پس از سالیان دراز، محصولات شکافت دچار تلاشی میشوند و رادیواکتیویته آنها کاهش مییابد. در نتیجه با گذشت زمان این نواحی ذخیره عمیق توانایی بالقوه تبدیل شدن به معدن پلوتونیوم را دارند، به طوری که میتوان از آنها با مشکلات نسبتاً کمی سلاح اتمی ساخت!
- دور ریختن زبالههای سطح بالا
زباله رادیواکتیو سطح بالا به طور موقت در استخرهای سوخت مصرف شده و در تسهیلات ذخیره شبکه خشک (dry cask storge) نگهداری میشود. در ۱۹۹۷ در ۲۰ کشور که عمده انرژی اتمی جهان در آنها تولید میشود، ظرفیت ذخیره سوخت مصرف شده در رآکتورها، ۱۴۸ هزار تن بود که ۵۹ درصد آن مورد استفاده قرار گرفت. ظرفیت ذخیره جدا از رآکتورها، ۷۸ هزار تن بود که ۴۴ هزار تن آن به مصرف رسید. افزایش سالانه در حدود ۱۲ هزار تن است در نتیجه دفع نهایی فوری و اضطراری نیست. فرانسه در زمینه آمادهسازی برای دفع HLW پیشتاز است. در ۱۹۸۹ و ۱۹۹۲ کارخانههای تجاری را مکلف کرد تا HLW باقی مانده از عملآوری مجدد سوخت اکسید را تبدیل به شیشه کنند. اگرچه در سایر نقاط به خصوص در بریتانیا و بلژیک تسهیلات کافی وجود دارد. ظرفیت این کارخانههای اروپای غربی ۲۵۰۰ کانیستر (t1000) در سال است و بعضی از آنها ۱۸ سال است که مشغول به کارند. صخره سنتزی (Synroc) استرالیاییها، روش پیچیدهتری برای دفع این گونه زباله هاست. این فرایند ممکن است در نهایت برای زبالههای شهری استفاده تجاری پیدا کند. (در حال حاضر برای زبالههای نظامی آمریکا به کار میرود).
انتخاب مخازن عمیق نهایی و مناسب در چندین کشور تحت بررسی است و انتظار میرود اولین آن کمی بعد از ۲۰۱۰ راهاندازی شود. سوئد از نظر برنامههای دفع مستقیم سوخت مصرف شده بسیار پیشرفته است، چرا که پارلمان آن کشور متقاعد شد استفاده از تکنولوژی KBS-3 در حد قابل قبولی، مطمئن است. در آلمان بحث سیاسی در مورد یافتن یک مخزن نهایی برای زباله رادیواکتیو وجود دارد. ایالات متحده یک مخزن نهایی در کوه Yucca در نوادا را برگزیده است. پیشنهادی نیز برای یک مخزن HLW بینالمللی در مناسبترین مکانها از نظر زمین شناختی _ که استرالیا و روسیه مکانهای محتمل هستند _ شده است. با این وجود وقتی پیشنهاد مخزن جهانی در استرالیا مطرح شد، اعتراضات سیاسی داخلی گسترده و مستمری به وجود آمد که انجام چنین کارهایی را بعید میکند. رآکتورهایی پیشنهاد شدهاند که زباله هستهای را مصرف و آن را به زباله هستهای کم ضررتر تبدیل میکنند. بالاخص رآکتورهای Integral Fast یک رآکتور هستهای مطرح شده بود با چرخه سوخت هستهای که هیچ زباله فرااورانیومی تولید نمیکرد و در واقع میتوانست زباله فرااورانیومی را مصرف کند. این طرح تا مرحله آزمایش وسیع و گسترده پیش رفت اما بعد توسط دولت ایالات متحده لغو شد.
- حوادث مرتبط با زباله رادیواکتیو
با وجود اینکه زباله رادیواکتیو به اندازه رآکتور هستهای فعال نیست به تلاشی و تجزیه حساس نیست، اغلب با آن به عنوان یک زباله معمولی برخورد میشود. چندین حادثه در اثر دفع نامناسب یا صرفاً رهاسازی مواد رادیواکتیو رخ داده است. احتمالاً بدترین آنها حادثه Goiania است که در آن یک میله نمک سزیوم که قبلاً در بیمارستان مصرف میشد، بعد از تعطیلی بیمارستان در آنجا رها شده بود. زباله گردها میله روکش آن را یافتند و آن میله عجیب درخشان دست به دست شد. قبل از تشخیص رادیواکتیو بودن میله، چندین نفر کشته و تعداد بیشتری دچار مسمومیت تابش شدند. زباله گردی مواد رادیواکتیو رهاشده، عامل چندین مورد دیگر از قرار گرفتن در معرض تابش بوده است. اغلب در کشورهای در حال پیشرفت که معمولاً نظارت کمتری بر مواد خطرناک دارند و در آنها کالاهای ساخته شده از فلزات قراضه و زبالهها دارای بازارند، زباله گردها و آنهایی که این مواد را میخرند تقریباً همیشه بی خبرند که رادیواکتیواند و صرفاً به دلیل زیبایی یا ارزش فلز، آن را میخرند و افراد کمی از رادیواکتیویته آنها مطلعاند، اما یا خطر آن را ندید میگیرند یا معتقدند که ارزش آن از خطرش بیشتر است. بی مسئولیتی مالکان این مواد رادیواکتیو (معمولاً بیمارستان، دانشگاه یا ارتش) و نبود نظارت و کنترل مرتبط با زبالههای رادیواکتیو یا اجرا نشدن این گونه قوانین، از عوامل مهم در معرض تابش قرار گرفتن بودهاند.
منابع:
۱-Uranium Information center
۲-IAEA
۳-radwaste.org
شنبه ۲۱ آبان ۱۳۸۴ – شرق
مطالب مرتبط
