محیط زیست و مشکلات ان در جهان

مديريت زباله هاي اتمي

Radioactive waste management and Biotechnology

What is Radioactive Waste?

از ديدگاه اژانس بين المللي انرژي اتمي :

موادي که شامل مواد راديو اکتيو يا مواد آلوده شده با راديو اکتيو در مقدار يا سطح اکتيويته بالاترازآنکه اجازه برخورد معمولي  با انها(داشته  باشيم) و همينطوراين که هيچ استفاده اي براي انها پيش بيني نشده باشد.

راد(مقدار اشعه دريافتي): راد واحدي است که دز جذب شده از پرتو گيري را بدون توجه به  زايعات بيولوژيکي نشان ميدهد مقدارانرژي که صرف جابه جا کردن يک دين نيرو درفاصله يک سانتيمترمي شود.

رم: يک واحد واقعي زيست شناسي براي مبحث اثرات اشعه جذب شده در انسان.

گردش مواد راديواکتيو در طبيعت

(زباله هاي توليد شده در نيروگاه هاي هسته اي)

اين مواد همواره پس از دفع در زباله ها يا فاضلاب هاي شهري و صنعتي از طريق خاک و آب وارد آب هاي سطحي يا زيرزميني شده و به طرق مختلف مورد استفاده  حيوانات و گياهان قرار مي گيرند. استفاده از گياهان آلوده ومصرف شير وگوشت حيواناتي که از طريق آب يا گياه آلوده شده اند، موجب ورود اين مواد به بدن انسان شده و عوارض بي شماري در محيط زيست به وجود مي آورند. خطرآلودگي انسان به مواد راديواکتيو از طريق آب در بسياري از موارد مورد تاييد قرارگرفته است. به حدي که دفع اينگونه مواد در آب درياها واقيانوس ها ممنوع شده است.

هم اينک بيشترين مقدار زباله هاي هسته اي مربوط به توليد پلوتونيم است که براي تهيه بمبهاي هسته اي در صنايع نظامي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين زباله ها به حالت خميري و يا سيال درمخازن مخصوص نگهداري مي شوند.

روش هاي مختلفي که براي جامد کردن اينگونه زباله ها به کار مي رود، عبارتند از :

خشک کردن ، شفاف يا کريستالي کردن آنها است.

اهميت سوخت هسته اي و سطوح مواد راديواکتيو

در هر هشت مگاوات ساعت انرژي الکتريکي توليد شده در نيروگاه هسته اي، 30 گرم زباله راديواکتيو به وجود مي‌آيد. براي توليد همين مقدار برق با استفاده از زغال سنگ پر کيفيت، هشت هزار کيلوگرم دي اکسيد کربن توليد مي‌شود که در دما و فشار جو، 3 استخر المپيک را پر مي‌کند. مي‌بينيد حجم زباله هاي راديواکتيو بسيار کمتر است، ولي خطر آنها به مراتب بيشتر است و مراقبت از آنها به مراتب بيشتر است و مراقبت از آنها ضرورتي تر و دشوارتر. زباله هاي راديواکتيو براساس مقدار و نوع ماده راديواکتيو به 3 گروه تقسيم مي‌شوند:

Low-Level : زباله هاي سطح پايين از نوع بي خطرترين مواد راديواکتيو هستند که مدت زمان بسيار کوتاهي توانايي تشعشع دارند. لباس کارکنان درگير با اين مواد، ابزار و تجهيزات کاري آنها، فيلترها و ... از اين دسته مواد هستند. اين نوع از زباله ها نيازي به محافظت هاي مخصوص (Shield کردن) ندارند، اما آنگونه هم نيستند که مانند زباله هاي عادي با آنها برخورد شود. آنها معمولآ سوزانده مي شوند و در عمق کم دريا يا خشکي دفن مي شوند.

Intermediate-Level : اين دسته از زباله ها شامل موادي مانند پسابهاي شيمايي، روکش فلزي سوختها و بسياري از مواد زائد نيروگاههاي اتمي هستند. اين نوع مواد داراي عمر کوتاه تشعشع هستند اما لازم است که توسط پوشش هاي مخصوص محافظت يا Shield شوند، چرا که در عمر محدود خود تشعشع قابل توجه دارند، لذا اين مواد را معمولآ در ميان بلوک هاي بتون قرار مي دهند و در مکانهاي مخصوص انبار مي کنند.

High-Level : از نمونه اين نوع از زباله ها مي توان دقيقآ به تفاله هاي سوخت هسته اي رآکتورها اشاره کرد، که شرايط نگهداري بسيار سخت تر و پر هزينه تري دارند. آنها بايد با پوشش هاي مخصوص، محافظت يا Shield شوند و سپس در دماهاي زير صفر در انبارهايي در عمق حد اقل 1.5 کيلومتري زمين نگهداري شوند

مراحل مديريت اين ضايعات عبارتند از:

انبارداري موقتي

سوخت مصرف شده که از رآکتور خارج مي‌شود، بسيار داغ و راديواکتيو است و تشعشع و يونهاي فراواني را مي‌تاباند. از اين رو بايد هم آن را سرد کرد و هم از تابيدن پرتوهاي راديواکتيو آن به محيط جلوگيري کرد. در کنار هر رآکتور، استخرهايي براي انبار کردن سوخت مصرف شده وجود دارد. اين استخرها، مخزن هايي بتوني مسلح به لايه هاي فولاد زنگ نزن هستند که 8 متر عمق دارند و پر از آب هستند. آب هم ميله هاي سوخت مصرف شده را خنک مي‌کند و هم به عنوان پوششي حفاظتي در برابر تابش راديواکتيو عمل مي‌کند. به مرور زمان، شدت گرما و تابش راديواکتيو کاهش مي‌يابد، به طوري که پس از چهل سال، به يک هزارم مقدار اوليه ( زماني که از رآکتور خارج شده بود ) مي‌رسد.

بازفرآوري انبارنهايي

3 درصد سوخت مصرف شده در يک رآکتور آب سبک را ضايعات بسيار خطرناک راديواکتيو است. اين مواد را مي‌توان با روش هاي شيميايي از يکديگر جدا کرد و اگر شرايط اقتصادي و قوانين حقوقي اجازه دهد، مي‌توان سوخت مصرف شده را براي تهيه سوخت هسته اي جديد بازيافت کرد.

کارخانه هايي در فرانسه و انگلستان وجود دارند که مرحله بازفرآوري سوخت نيروگاههاي کشورهاي اروپاي و ژاپن را انجام مي‌دهند. البته اين کار در ايالات متحده ممنوع است.

رايج ترين شيوه بازفرآوري، purex نام دارد که مخفف عبارت جداسازي اورانيوم و پلوتونيوم است. ابتدا ميله هاي سوختي را از يکديگر جدا مي‌کنند و در اسيد نيتريک حل مي‌کنند؛ سپس با استفاده از مخلوطي از فسفات تري بوتيل و يک حلال هيدرو کربن، اورانيوم و پلوتونيوم مصرف نشده را جدا مي‌کنند و به عنوان سوخت جديد به مراحل تهيه سوخت مي‌فرستند..

مفهوم انهدام و ذخيره موقت از نظر سازمان جهاني

ضايعات هسته اي سطح بالا را پس از جدا سازي، حرارت مي‌دهند تا به پودر تبديل شود. پس از فرآيند که آهي کردن خوانده مي‌شود، پودر را با شيشه مخلوط مي‌کنند تا ضايعات را در محفظه اي محبوس کنند. اين فرآيند شيشه سازي نام دارد. شيشه مايع براي ذخيره سازي درون محفظه هايي از جنس فولاد ضد زنگ قرار مي‌گيرند و اين محفظه‌ها را در منطقه اي پايدار ( از نظر جغرافيايي ) انبار مي‌کنند. پس از يک هزار سال، شدت تابش هاي راديواکتيو ضايعات هسته اي به مقدار طبيعي کاهش پيدا مي‌کند. اين نقطه تا به امروز، انتهاي چرخه سوخت هسته اي است

طرق رفع الودگي:

خصوصيات  زباله هاي هسته اي هنگام دفع عبارت است از :

1-هدايت گرمايي مناسب

2-مقاوم در برابر تجزيه هاي شيميايي

3-جامد بودن

4-کنترل نشت و حداقل حلاليت در اب

5-کمترين حجم ممکن

6-مقاوم در برابر  ضربه و فشار

جمع آوري و حمل ونقل زباله هاي راديو اکتيو

آژانس بين المللي انرژي اتمي پس مانده هاي راديواکتيوجامد را درچهارگروه درجه بندي کرده

درجه 1- پس مانده هايي که پرتوزايي آنها از 2/0 راد در ساعت کمتر بوده و مولد اشعه هاي گاما و بتا هستند. اين پس مانده ها بدون مقررات ويژه حمل و نقل قابل دفن هستند.

درجه 2- پس مانده هايي هستند که مواد راديواکتيو آن از 2/0 تا 2 راد در ساعت بوده و بيشتر مولد اشعه هاي گاما و بتا هستند. براي حمل و نقل اينگونه پس مانده ها بايد از ظروف مخصوصي که داراي حفاظ سيماني يا سربي باشند، استفاده کرد.

درجه 3- پس مانده هايي هستند که اشعه گاما و بتا توليد مي کنند و مقدار گاما آن قابل توجه نيست . شدت راديواکتيو اين مواد بيش از 2 راد درساعت است . حمل و نقل اين مواد طبق مقررات ويژه بين المللي بايد دقيقا رعايت شود. استفاده از ظروف حفاظ دار هنگام حمل ونقل و توجه خاصي در عدم وجود کوچکترين مخاطره اي براي موجودان زنده هنگام دفن يا پس از آن ، اساس  اين تجربه را تشکيل مي دهد. پيشنهاد دفن اين مواد  در اعماق اقيانوس ها و کويرهاي خشک و بي آب و علف که خود با بسياري از مسائل زيست محيطي مواجه است هم اکنون به سختي مورد اعتراض واقع مي شود. پرتاب اين مواد به فضاي خارج از کره زمين از طريق سفينه و موشک نيز راه حل ديگري بوده است که آن هم مسائل و مشکلات ويژه اي به وجود  آورده و غير اصولي تلقي مي شود.

درجه 4- اين نوع پس مانده ها مولد اشعه آلفا هستند که داراي نيمه عمر هاي بسيار طولاني مي باشند. پرتوسازي اين مواد معمولابرحسب کوري در متر مکعب گزارش مي شود.

روش هاي مختلف دفع زباله هاي اتمي

زباله هاي راديواکتيو جامد به چند طريق زير قابل دفع هستند:

1- ذخيره موقت مواد.

2- ذخيره نهايي مواد به شکلي که قابل دسترس مي باشند.

3- دفع پسماندها در يخچالهاي طبيعي(نظير قطب شمال)

4- دفع پسماندها در درياها و اقيانوسها(روش غير مجاز)

5-دفع پسماندها در فضا (روش غير مجاز)

روش هاي مختلف دفع زباله هاي اتمي

الف – ذخيره موقت مواد

ب – ذخيره نهايي مواد به شکلي که قابل دسترسي باشند

گرچه ذخيره دائم و دفع نهايي زباله هاي هسته اي از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است ، ولي معايبي نيز داراست که به شرح زير خلاصه مي گردد:

الف – عدم دسترسي به اينگونه مواد ، اگر پس از گذشت زمان ضرورت اجراي روش بهتر و پيشرفته تري احساس شود.

ب – عدم دسترسي به اينگونه مواد براي بازيافت برخي از مواد راديواکتيو که احتمالا در آينده مورد استفاده دوباره بشر قرار خواهند گرفت.

براي ذخيره کردن اينگونه زباله ها در آغاز ظروف استوانه اي استيل به قطر 30 و ارتفاع 300 سانتي متر استقرار يافته و به محل ارسال مي گردند.

براي تبادل گرما، اطراف اين محموله ها بايستي داراي هواي آزاد يا آب خنک باشد. در عمليات دفن محدوده مخازن حاوي مواد تا حدود 10 فوت با خاک پوشش داده شده و احتمالا با استفاده از گردش هوا در خلل و فرج خاک حرارت توليدي از مواد را به خارج هدايت مي کنند.

بهترين مناطقي که مي توانند زباله هاي جامد هسته اي را در خود جاي دهند به اين شرح هستند:

نمک زارها به شکل بسترهاي ضخيم.

سنگهاي رسي حاصل از ته نشيني رس تحت فشار.

صخره هاي کريستالي بسيار سخت نظير صخره هاي گرانيتي بوجود آمده در دماي زياد.

منابع سنگهاي آهکي و دولوميتي شکل گرفته تحت فشار.

دو روش عمده در ذخيره سازي دائم

روش اول – ذخيره دائم زباله هاي اتمي پس از دقت کافي در انتخاب محل و طبق ضوابط ويژه بهداشتي و ايمني انجام مي شود. در روش اول نخست چاهي به عمق حدود 3000 متر احداث مي کنند، سپس وسايل و ابزار لازم را به قسمت هاي تحتاني چاه انتقال ميدهند. پس از طي اين مرحله کانال هاي متعدي به صورت افقي در جهت هاي مناسب به طول 1000 متر از عمق چاه نخست احداث کرده و به تدريج مخازن استوانه اي شکل را که حاوي مواد هسته اي بوده و بخوبي محافظت شده اند، در آنها قرار مي دهند. در پايان تا ارتفاع 4/3اين مخازن را از خاک پرمي کنندو 4/1 بقيه بسته به نوع پسماند با مواد حفاظتي ويژه پوشيده خواهند شد. بدين ترتيب ، عمل ايجاد چاه و بارگيري آنها يکي پس از ديگري با توجه به ميزان زباله هاي توليدي ادامه خواهد يافت.

روش دوم – اين است که چاه هايي به عمق 6000 متر احداث مي کنند و در حدود بيش از 2000 متراز آن را براي دفن زباله هاي هسته اي که در مخازن استوانه اي جاسازي مي شوند، اختصاص مي دهند. بقيه ارتفاع چاه با مواد حفاظتي ويژه که پيش از آن با توجه به نوع و ميزان مواد راديواکتيوبررسي شده باشند، پوشش داده شده و پر مي شوند.

روش هاي ديگر:

دفع در يخچالهاي قطب شمال : لايه هاي يخ در قطب شمال از ضخامت بسيار خوبي برخوردار هستند. اين مناطق به علت دوري از اجتماعات انساني و عدم امکان اکتشاف ، اگرخارج از چهارچوب مناطق زلزله خيز باشند،محل مناسبي براي دفع زباله هاي هسته اي به شمار مي روند. نقصان درجه حرارت تا حدود بسيار زياد بر نقطه انجماد آب و هدايت گرماي مخازن از ويژگي هاي حسن انتخاب اين مناطق است.

معايب دفع در يخچال : به طور مثال امكان حركت ناپايدار يخ كه ظرفيت پذيرش زباله را تعيين مي كند و همچنين افزايش گرماي زمين را نبايد دست كم گرفت. از طرف ديگر، در صورتي كه سلول هاي نگهداري زباله آسيب ببينند امكان دارد زباله ها در سطح گسترده اي پراكنده شود كه نكته بسيار مهمي است.

روش دفع در يخچال ها به دو صورت انجام مي شود:

فرورفتن تدريجي در يخ

با احداث يک چاهک عميق در يخ و قراردادن مخازن در داخل آن ، يخ هاي اطراف به ويژه مناطق تحتاني چاهک در اثر حرارت مخازن ذوب شده و محموله ها به طرف پايين مي روند ودر اعماق لايه هاي يخ ته نشين مي شوند. بدين ترتيت عمليات ته نشيني مخازن آنقدر ادامه خواهد يافت تا پس از 3 تا 5/4 کيلومتر از سطح يخ ظروف حاوي زباله هاي هسته اي که به سنگ هاي سخت زيرين برخورد مي کنند متوقف شوند.

استفاده از کابل سيمي

مخزن حاوي زباله هاي هسته اي در حفره اي با ارتفاع مشخص قرار مي گيرد و به وسيله کابل به قسمت هاي پايين لايه هاي ضخيم يخ فرستاده مي شود تا ارتباط کاملي با مخازن حاوي مواد وجود داشته باشد. بدين ترتيب، حفاظت کاملي به وسيله سطوح مختلف لايه هاي يخ به وجود آمده و زباله هاي اتمي در محدوده مشخصي دفن و قابل کنترل خواهند بود. کاهش حرارت در اين مرحله نيز از مزاياي اين روش است.دفن زباله هاي اتمي در اعماق اقيانوس ها يا خروج آنها از مدار زمين به وسيله آپولوها و ديگر امکانات موجود از روشهاي ديگري محسوب مي شوند که خوشبختانه اکنون ممنوع اعلام شده است.

در روش ديگري زباله ها را در يك مخزن زيرزميني كه در يك توده سنگ مناسب حفر شده است، قرار مي دهند اين توده سنگ بايد يك سد نهايي در برابر مهاجرت زباله هسته اي از مخزن باشد، به نحوي كه بتوان امكان ايجاد هرگونه شكاف در سيستم هاي نگهداري زباله را كاهش داد. بسيار بعيد است كه براي ذخيره كردن زباله هايي از اين نوع از فلزهاي خنثي كه در برابر خوردگي مقاومت بالايي دارند مانند پلاتين و طلا استفاده شود، در نتيجه بايد براي اطمينان به فلزات محافظ ديگر كه دچار خوردگي مي شوند، برنامه ريزي هاي لازم صورت گيرد. هم اكنون اين روش در برخي از كشورهاي اروپايي به ويژه آلمان مورد استفاده قرار مي گيرد

ريختن زباله هاي هسته اي در بستر اقيانوس نيز مدنظر قرار گرفته است. زيرا تصور مي شود كه زباله در نهايت طي فرآيندهاي فرورانش Sub duction مي تواند به درون گوشته زمين انتقال يابد. از لحاظ نظري با ريختن اين زباله ها در اقيانوس مي توان اين معضل را حل كرد ولي شناخت كافي در مورد وضعيت كلي رسوبات اين ژرفناها وجود ندارد تا بتوان اطمينان داشت كه اين زباله ها به مرور زمان بيرون رانده نمي شوند، هرچند كه پاكستاني ها از اين روش استفاده كردند

روش ديگري كه بررسي مي شود دفع زباله هاي اتمي در فضا است به طوري كه مواد پرتوزا در يك راكت قرار گرفته و به فضا فرستاده شود، تا بدين ترتيب اين مشكل از زمين دور شود. اين در حالي است كه اين روش بسيار پرهزينه و خطرناك است به طوري كه اگر راكت در هنگام برخاستن از زمين منفجر شود فاجعه بزرگي رخ مي دهد.

بهترين متد هاي موجود(جديدترين) در برخي کشورها: 

بهترين گزينه اي كه توسط برخي از كشورها همچون آمريكا و بريتانيا و فرانسه مورد استفاده قرار مي گيرد، دفع زباله در يك مخزن سنگي است. در اين روش زباله را در يك مخزن در نزديكي سطح زمين نگهداري مي كنند تا امكان مراقبت بيشتري فراهم باشد. هرچند اين روش به محافظت بيشتري نياز دارد ولي با ايجاد تونل هاي كم عمق در كوه ها و بررسي هاي انجام شده، بسيار قابل اطمينان تر از ديگر روش ها است.براساس مقررات آژانس حفاظت از محيط زيست EPA مناطق دفع زباله هاي هسته اي بايد توانايي قرنطينه و دور نگهداري زائدات هسته اي از محيط زيست را به مدت 10 هزار سال داشته باشد، زيرا اين مدت حداقل زماني است كه مواد هسته اي به صورت خطرناك باقي مي مانند. مثلا كنگره آمريكا، كوهستان يوكا واقع در ايالت «نوادا» را به عنوان مناسب ترين منطقه براي نگهداري زباله هاي هسته اي تعيين كرد، هر چند كه دو منطقه ديگر واقع در ايالت هاي تگزاس و واشينگتن نيز محل دفع زباله هاي اتمي آمريكا است

منابع :

سازمان حفاطت محیط زیست - سازمان انرژی اتمی - دانشنامه رشد - وبلاگ بهداشت ۸۵