مستودعات النفايات النووية

أ. التخلص من النفايات عن طريق الانفاق العميقة:

من المسلم به أن يتم دفن النفايات النووية داخل تراكيب جيولوجية مناسبة تحت حزام القارات. هذه التراكيب ينبغي أن تكون خالية من دورات المياه الجوفية وغير قابلة للاختراق وتتمتع بتوصيلية حرارية عالية لتتمكن من تسريب الحرارة الناتجة عن المواد المشعة. تعتبر التراكيب الجيولوجية للصخور الملحية الكثيفة مثالاً نموذجياً للصخور المتمتعة بالخصائص السابقة هذا بالإضافة إلى تمتعها بلدونة عالية وإمكانية قفل الشقوق الناتجة حول حاويات وبراميل النفايات. كما ويمكن أن يتوزع الضغط بانتظام خلال هذه الصخور.

كما ويمكن تخزين النفايات في صخور الجرانيت والصوان والبازلت والصلصال عند أعماق تصل إلى بضع مئات من الأمتار. كما وتغري الصخور المتحولة الكثيفة تحت المحيطين الهادئ والأطلنطي بأن تكون مواضع لدفن النفايات النووية. ولقد تم بالفعل دفن النفايات ذات MIWو LLW تحت المحيط الهادئ بواسطة الولايات المتحدة الأمريكية. أما البريطانيون فقد أخفوا نفاياتهم تحت المحيط الأطلنطي. كما وتتجه بعض الدول لإخفاء نفاياتها في حفر قريبة من سطح الأرض (فرنسا وكندا وبريطانيا والاتحاد السوفيتي). وعلى كل حال هناك الكثير من الخيارات المفتوحة - والتي لا تزال قيد البحث والاختبار والتجربة للتخلص من النفايات وهذه نحملها فيما يلي:

الشكل (1)

1- مستودعات الانفاق تحت الأرض عند عمق يصل إلى 600 متراً.

2- استخدام آبار عميقة يصل عمقها إلى 10000 متراً حيث توضع علب النفايات عند آخر 1500 متراً فيها.

3- وضع النفايات في كهوف صخرية حيث يسمح للحرارة المتسربة منها بإذابة الصخور حولها.

4- وضع علب النفايات في الصخور المستقرة تحت قيعان المحيطات أو تحت القطبين.

5- وضع النفايات في سفن فضائية تنطلق خارج مجموعتنا الشمسية وهذه تقنية خطرة وباهظة التكاليف.

6- تحويل النفايات المشعة ذات الأعمار الطويلة إلى نفايات ذات أعمار قصيرة أو مواد مستقرة وذلك باستخدام التنشيط النيوتروني بتعريضها لفيض عالي من النيوترونات الناتجة من المفاعلات النووية.

يبين الشكل (1) تصميماً لمستودع نفايات تحت الأرض. حيث يتم حفر هذا البئر في صخور الجرافيت. ويتركب من جسم البئر وممرات لسهولة التعامل وحجرات لدفن النفايات وهذه تقع عند عمق 600 متراً أو أكثر. وعندما يتم حفر الحجرات يتم حفر ثقوب التخزين في أرضية الحجرات حيث توضع في هذه الثقوب النفايات عالية الإشعاع. وفي حالة العلب المحتوية على النفايات عالية الإشعاع تتراوح المسافات بين هذه الثقوب بين 10-50 متراً، حسب سعة الحفر . وتترك هذه المسافات للسماح بالتنفيس الحراري بين النفايات. وحيث أن الوسيلة الوحيدة عند هذا العمق للانتقال الحراري هي الانتقال بالتوصيل فإنه ينبغي أن تكون درجة الحرارة عند سطوح علب التخزين والصخور الملامسة للثقوب مناسبة للنهايات العظمى لتحمل الصخور.

يبين الشكل (2) الحرارة الناتجة عن النفايات المختلفة كنواتج الانشطار والأكتينيدات ذات المحتويات الإشعاعية العاب HLW والمتوسطة MLW والمنخفضة LLW كدالة في الزمن. وبعد أن تملأ الحجرات بالمخلفات تردم بالرمال والصخور التي نتجت عن الحفر. ويخلي المكان.

ب. التخلص المباشر من عناصر الوقود المستخدم:

بعد استخراج عناصر الوقود المستخدم من المفاعل تخزن لمدة سنتين على الأقل قبل أن تعامل وتعد للتخزين الدائم. ويمكن لهذه العناصر أن تغلف بنفس حجمها الذي خزنت به وبجميع المواد المحتوية عليها كنواتج الانشطار والمواد الإنشائية وغيرها. أو يمكن أن تفكك وتؤخذ قضبان الوقود فقط ويتم تقصيرها بليها على بعضها بعضاً. ثم تغلف في كبسولات التخزين ثم توضع في

الشكل (2)

مستودعات التخزين الدائمة.

يبين الشكل (3) مقارنة بين التخلص المباشر من عناصر وقود مفاعل PWR وتقنية تزجيج النفايات عالية الإشعاع. حيث يتضح هنا أن التخلص المباشر من الوقود ينتج عنه حجماً أكبر من النفايات المشعة من مثيله المستخدم فيه تقنية الترجيح (تحويل النفايات إلى مواد زجاجية).

ج. الصحة العامة والسلامة وعلاقتيهما بالتخلص من النفايات:

يتعلق التلوث البيئي في هذه الحالة بمرور الزمن والمخاطر التي يمكن أن تنشأ عن الحوادث الجيولوجية. وتكمن المخاطر في إمكانية تسرب المواد المشعة الناتجة عن النفايات من المستودعات أو الحواجز المحيطة بها. ويمكن أن تعمل حركة المياه الجوفية على انتقال المواد المشعة من مكان التخزين إلى مواضع أخرى ومن تم تسرب الإشعاع إلى الجو. أما احتمالات التسرب بصورة عامة فتكمن في تحطم التراكيب الجيولوجية نتيجة لما يلي:

الشكل (3)

1)    تشوه القشرة الأرضية نتيجة لحركات سطح الأرض والزلازل.

2)    النشاط البركاني والتعرية.

3)   الرجم النيزكي من الفضاء الخارجي.

4)   التجارب على الانفجارات النووية السطحية.

5)   تسرب المادة المشعة من مستودعات النفايات بفعل عمليات تخريبية متعمدة أو نتيجة لعمليات الحفر بالخطأ حول المكان.

إن التشققات التي يمكن أن تنتج في الصخور المحيطة بالمستودعات يمكن أن تتسرب عن طريقها المياه الجوفية إلى المواد المشعة، فإذا ما وصلت هذه المياه إلى السطح وامتصتها النباتات او الحيوانات فإنها يمكن ان تنتقل إلى الإنسان عن طريت الغذاء.

وعلى كل حال فقد تم عمل نماذج نظرية لما يمكن أن يحدث. وخلصت الناتج لما يلي:

1. يشكل المانع الرئيسي بين المياه المالحة وزجاج النفاية. فإذا استعمل جدار ذو طبقات عديدة (صلب - رصاص - تيتانيوم) فإن عمر التآكل يتراوح بين 500 إلى 1000 سنة. في هذه الأثناء يمكن أن يتحلل السيزيوم والسترثيوم .

2. بعد تحطم جدار العلبة يمكن للمادة المشعة أن تتسرب إلى المياه لجوفية خلال الشقوق في المادة الزجاجية. يتراوح معدل التسرب بين  Kg/m².s   ^11-10 - ^9-10 وهذا يعني أن الجدار سيتحطم كلياً بعد مرور حوالي 10,000 سنة. وتتحرك بعد ذلك المواد المشعة مع المياه إما بالحمل أو بالتشتت. ويعني التشتت هنا الانتشار والتخفيف للمادة المشعة بواسطة المياه الجوفية. كما ويجب الاهتمام بتفاعلات التبادل الإيوني وترشيح العوالق والتفاعلات العكسية وغير العكسية وتفاعلات الاهتزاز لبعض الصخور. كما وتوجد بعض المواد كاليود والتكتانيوم لا يمكنها الذوبان مطلقاً . تبين بعض الدراسات أن الزمن الذي تصل فيه هذه النفايات إلى الإنسان قد يصل إلى مليون سنة، حيث نجد هنا أن معظم هذه النفايات تكون قد تحللت. ويصبح معدل الإشعاع الناتج عنها تحت المستوى المسموح به. وعلى كل حال ينبغي التأكيد هنا على أن هذه حسابات نظرية لا تخلو من مفاجآت عملية.

يبين الشكل (4) العمليات المختلفة للتخزين والتخلص من النفايات عالية المستوى مع مرور الزمن.

الشكل (4)