الطاقة والبيئة

كيف يتم شحن النفايات النووية؟

كيف يتم شحن النفايات النووية؟


مواد مشعة

تعتبر المواد المشعة من أكثر المركبات تطايرًا على وجه الكوكب. ولكن مع التكنولوجيا الصحيحة ، حتى القطار لا يمكنه اختراق الدروع الرائعة التي تحميه من أي خطر على الطريق أو المسار أو البحر. من خلال عقود من الهندسة المكررة ، طور العلماء ميكانيكيًا قويًا قوارير النقل النووي. هذه القوارير قادرة على تحمل أكثر الأخطار المحتملة والمدمرة المفروضة أثناء نقلها في جميع أنحاء العالم. على الرغم من أن العديد من الناس يتساءلون عن أنظمة وتدابير الأمان الموضوعة لحماية النفايات النووية من البيئة ، وكل شيء آخر من الأخطار المحتملة للإشعاع.

إن إنشاء دورق لحمل أخطر مادة في العالم ليس بالمهمة السهلة. يجب أن يكون الدورق ثقيلًا بدرجة كافية لتوفير الحماية الكافية لمنع الإشعاع * من اختراق جدران الحاوية. على الرغم من أن الحاوية لا تزال قوية بما يكفي لتحمل أشد الحوادث. ومع ذلك ، لا تصدر جميع أنواع المواد المشعة نفس أشكال الإشعاع. يجب على المهندسين استيعاب وتصنيع قوارير نقل مشعة مختلفة لاحتواء أنواع مختلفة من المواد المشعة. تمتد المواد المشعة إلى أبعد بكثير من مجرد الوقود النووي المستهلك. يأتي في حالات كثيرة تتراوح من الغازات إلى السوائل والمواد الصلبة.

النفايات النووية

النفايات النووية هي المادة التي تبقى بعد نفاد الوقود النووي. على الرغم من أن الوقود النووي غني جدًا بالطاقة ، إلا أنه لا ينتج الكثير من النفايات النووية. على سبيل المثال ، إذا كان جميع سكان الولايات المتحدة يعتمدون فقط على الطاقة النووية ، فإن كل شخص سيولد 39.5 جرام من النفايات النووية. في التكافؤ ، إذا تم الحصول على الطاقة عن طريق حرق الخشب ، سينتهي الأمر بكل فرد 10000 كجم.

تتطلب الأشكال المختلفة للإشعاع أنواعًا مختلفة من الحماية

تصنف المواد المشعة على أساس العنصر المسؤول عن انبعاث الإشعاع. بشكل عام ، كلما كان العنصر أثقل ، زادت الطاقة المشعة. هناك نوعان من الإشعاع ، مؤينو و غير المؤينة. يعطي الإشعاع غير المؤين للذرة مزيدًا من الطاقة ولكنه لا يتسبب في تغييرها جسديًا. أكثر أشكال الإشعاع غير المؤين شيوعًا هي الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة وما إلى ذلك. على الرغم من أنها مشعة ، إلا أنها لا تشكل خطرًا كبيرًا في العادة. من ناحية أخرى ، يتسبب الإشعاع المؤين في حدوث تغيرات فيزيائية في الجزيئات ، مما يجبرها على فقد الإلكترونات ، أو الانهيار التام. يؤدي تكسير الذرة إلى إطلاق كمية سخيفة من الإشعاع. بينما يمكن التحكم في الإشعاع واستخدامه في أشياء رائعة ، يجب احتواؤه في العالم أقوى حاويات.

يتطلب إنشاء دورق جدير بحماية العاملين في المجال النووي وعامة الناس والبيئة من عقود من التلوث أن يتم تصنيعها بأعلى مستوى من الدقة والجودة الصارمة لمنع وقوع كارثة.

* الإشعاع هو طاقة تنطلق من ذرة. إنه يسافر مثل الموجة الكهرومغناطيسية (تمامًا مثل أشعة الشمس) ، أو كجسيم دون ذري ينتقل بسرعة مذهلة. عندما يصطدم الإشعاع بذرة أخرى ، فإنه يعطي كل طاقته للذرة ويمكن أن يتسبب في تسخينها. إنه ما يتيح لنا رؤية وإبقائنا دافئًا ، وأحيانًا لتشغيل جميع أجهزتنا الإلكترونية.

أنواع القوارير

لا تصدر جميع المواد المشعة نفس مستويات الإشعاع ، وبالتالي تتطلب درجات متفاوتة من الحماية المصنوعة من مواد مختلفة. تتنوع القوارير لأغراض مثل الحاويات الصغيرة المانعة للتسرب والتي تم تصميمها لاستخدامها في نقل الغازات المشعة والنظائر الطبية. يتطلب شحن الوقود النووي المستهلك أكبر قدر من الحماية. يمكن أن تكون قوارير النقل النووي أكثر من منتهية50 طن!

حاوية النفايات النووية [مصدر الصورة:ويكيميديا ​​كومنز]

يعتمد مستوى الحماية على متغيرين رئيسيين: كمية المواد التي يتم نقلها ونوع الإشعاع المنبعث.

تصدر الجسيمات المشعة الصغيرة إشعاعًا منخفض الطاقة ، بشكل عام من بواعث جسيمات بيتا. يتم احتواء بواعث جسيمات بيتا بسهولة مع الحد الأدنى من الحماية من الإشعاع. نظرًا لأن الجسيمات صغيرة جدًا ، فإن أكبر مشكلة تنشأ من احتمال وجود كسر أو عيب. يمكن أن يسمح الكسر للجسيمات الصغيرة بالتسرب من الحاوية وخارجها إلى العالم. على الرغم من ذلك ، ليس من الضروري أن تكون الحاويات قاسية مثل الأشكال الأخرى للإشعاع المؤين.

الذرات الأثقل تنبعث منها طاقة أعلى مثلأشعة غاما.تتطلب أشعة جاما قدرًا أكبر من التدريع نظرًا لأنها أعلى أشعة طاقة من جميع الإشعاعات. الذرات الكبيرة ، مثل اليورانيوم ، تولد معظم إشعاع جاما. يوجد داخل مركز الذرة البروتونات والنيوترونات. تعتبر النيوترونات ممتصًا ممتازًا لأشعة جاما مما يجعلها دروعًا رائعة ضد أشعة جاما. كلما زاد عدد النيوترونات ، كان الحاوية أفضل وهذا هو سبب استخدام العناصر الثقيلة للغاية لاحتواء الإشعاع عالي الطاقة. الصلب والرصاص والخرسانة وأحيانًا حتى يورانيوم منضب تُستخدم لتصنيع الحاويات - أكبرها تحتوي على أوزان جافة أعلى من 50 طن.

بناء درع لا يمكن اختراقه

يمكن أن تنتهي جدران الحاوية 35 سم لضمان عدم تسرب أشعة جاما. يتم تشكيل دورق غير ملحوم لاحتواء إشعاع جاما عن طريق تشكيل الجسم من وحدة صلبة من الفولاذ. ومن المفارقات إلى حد ما ، أن أشعة جاما تستخدم لفحص كل شبر من القارورة قبل دخولها الخدمة. يمتلك الموظفون الحكوميون قواعد وممارسات سلامة عالية للغاية يتم فرضها بصرامة.

يجب أن تكون بعض المواد المشعة محاطة بطبقة سميكة من الرصاص. الرصاص من أنعم المعادن ، على الرغم من أنه من أفضل المعادن في امتصاص الإشعاع. تمنع دروع الرصاص الإشعاع من ملامسة الدورق الخارجي. بينما يسهل احتواء إشعاع جاما ، فإنه يمكن أن يؤين الجسيمات الأخرى ويجبرها على إطلاق أشكال أكثر خطورة من الإشعاع. بالرغم من ذلك ، لضمان كفاية القوارير ، يلتزم الموظفون الحكوميون بإجراءات السلامة الأكثر صرامة لمنع وقوع حادث.

كيف يتم تحضير المواد المشعة ونقلها

الوزن الهائل للقوارير النووية يمنع شحن معظم النفايات النووية عن طريق الجو. تستخدم معظم المواد المشعة نفس طرق النقل التي يسلكها عامة الناس ، وبالتحديد بالقطار.

بمجرد أن يتم إنفاق الوقود النووي ، فإنه لا يزال يحتوي على 96٪ يورانيوم ، و 1٪ بلوتونيوم و 3٪ من نواتج الانشطار (من التفاعل النووي) بالإضافة إلى عدد قليل من مواد ما بعد اليورانيوم (ما يتبقى بمجرد أن يتحلل اليورانيوم). أثناء التشغيل ، يعمل المفاعل النووي في حوالي300 درجة. رغم ذلك ، داخل قلب المفاعل ، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة1000 درجة. بمجرد استنفاد الوقود ، لا يزال ساخنًا للغاية. يجب تبريده في خليج تخزين الوقود المستهلك لعدة أشهر قبل أن يتم شحنها بأمان في قارورة نقل. عادةً ما تكون خزانات الوقود المستهلك عبارة عن أحواض تبريد ضخمة تحتوي على المواد المشعة حتى تصل إلى مستوى مستدام.

بمجرد تبريده ، يتم وضع الوقود في برميل مناسب. يمكن لبعض البراميل الاحتفاظ بالوقود المستهلك لمدة تصل إلى120 سنة! ومع ذلك ، يلزم أحيانًا نقل الوقود لمسافات طويلة. على الرغم من أنه ربما يكون قد أمضى شهورًا في التهدئة ، إلا أن الوقود لا يزال شديد الحرارة.

تمتلئ معظم قوارير الشحن بالماء لامتصاص بعض الطاقة الحرارية. على الرغم من أن المياه وحدها في المنطقة المحصورة لا تكفي في كثير من الأحيان. عادةً ما يتم دمج زعانف التبريد في الجزء الخارجي من حاوية الشحن لتفريق الحرارة في الغلاف الجوي. يتحرك القارورة باستمرار بمجرد وضعها على السيارة لتوفير تدفق مستمر للهواء. يحد النقل المستمر أيضًا من مقدار الوقت الذي تتعرض فيه القارورة في حاوية أكثر ضعفًا ، على الرغم من أن القوارير غير قابلة للاختراق عمليًا.

ما مدى خطورة الشحن؟

يعتبر الشحن المشع عملية دقيقة وآمنة تمامًا يتم تنفيذها يوميًا في جميع أنحاء العالم دون وقوع حوادث. وفقًا للرابطة النووية العالمية ، يتم نقل حوالي 20 مليون شحنة من جميع الأحجام تحتوي على مواد مشعة بشكل روتيني في جميع أنحاء العالم سنويًا على الطرق العامة والسكك الحديدية والسفن. على مر السنين ، تم شحن المواد المشعة ملايين الكيلومترات عبر العالم. على الرغم من وقوع حوادث طفيفة على مدى عقود ، لم يكن هناك مطلقًا حاوية بها معدات عالية الإشعاع تتسرب إلى البيئة.

ضمان السلامة من خلال الاختبارات الصارمة

في حين أن المتخصصين في الهندسة النووية أكفاء في عملهم ، لم يترك أي شيء للصدفة. تتطلب البروتوكولات النووية الدولية من جميع الوكالات إجراء اختبارات مكثفة على أي حاوية شحن قبل تنفيذها في العالم الحقيقي.

إحدى هذه الاختبارات التي أجرتها شركة British Nuclear Fels في عام 1984 حققت في قوة حاوياتها النووية في "عملية Smash Hit". تم اختبار الأحداث الأكثر احتمالية على أقصى المستويات في أسوأ الظروف لمعرفة مدى جودة أداء القوارير واحتواء النفايات النووية.

فشل الدورق الذي خضع لمعظم الاختبارات خلال أحد اختبارات السقوط البالغ 8 أمتار. تم إطلاق كمية صغيرة من الماء عندما اصطدمت الحاوية بالأرض بكمية لا تصدق من القوة. في حين أن الرذاذ لن يحتوي على أي إشعاع تقريبًا ولا يشكل أي خطر على البيئة ، أعادت شركة Sellafield Ltd (المعروفة رسميًا باسم الوقود النووي البريطاني) إعادة تصميم القارورة لتحمل القوة تمامًا قبل استخدامها مع الوقود الحقيقي المستهلك. أثبتت التجارب التالية بنجاح كفاءة الحاوية حيث تم التوصل إليها في أكثر المواقف تطرفًا.

هناك دائمًا مخاطر متأصلة عند التعامل مع المواد المشعة. ومع ذلك ، فإن السياسات الصارمة التي تحكم أي جانب من جوانب التعامل مع المواد المشعة وكذلك الممارسات الهندسية الدقيقة تقلل بشكل كبير من فرص وقوع حادث. تخضع السياسات النووية للمراجعة والإصلاح باستمرار لضمان سلامة الجمهور.

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: التلوث الإشعاعي - لم أكن أعلم