پردازش سوخت های هسته ای
پردازش سوخت های هسته ای
ضایعات هسته ای (Nuclear waste)
بهعنوان پس ماندههای آزمایشات تحقیقاتی در کشاورزی، در صنعت، پزشکی، و محصول فرعی فرایند تولید انرژی هستهای همواره ناخواسته تولید میشوند.
|
فهرست مندرجات ] |
تعاریف و دسته بندی در ایالات متحده ضایعات هستهای را بر حسب نوع محتویات، پتانسیل تولید حرارتی، و شدت پرتوزایی دسته بندی میکنند. این دسته بندی ضایعات هستهای را به سه قسمت تقسیم میکند[۱]:
- LLW: ضایعات سطح پایین (Low Level Waste)
- TRU: ضایعات فرا اورانیومی (Transuranic Waste)
- HLW: ضایعات سطح بالا (Hi Level Waste) همانند Sr-۹۰, Y-۹۰ , و Cs-۱۳۷
در این دسته بندی، نود درصد کل ضایعات هستهای از نوع اول میباشند. برای ضایعات دسته اول هستهای، چال کردن کم عمق و یا ذخیره سازی کوتاه مدت راه حل در نظر گرفته شدهٔ استاندارد میباشد. برای دو دستهٔ آخر, چال کردن عمیق ضایعات هستهای راه حلیست که بسیاری از کار شناسان در نظر گرفتهاند. منابع اصلی ضایعات هستهای پروسه شیشه سازی: یکی از راه حلهای پیشنهادی برای ذخیره سازی ضایعات هستهای، فرایندیست که مواد آلاینده پرتوزا ذوب و سپس جامد سازی شده و در محفظههای مخصوص ذخیره سازی میشود.
- آلایندگان طبیعی همانند پتاسیم-۴۰
- ذغال سنگ (تجمع رادیوایزوتوپ ها حاصل از سوخت ناقص)
- نفت و گاز (منجر به آزادسازی رادون)
- معادن (بخصوص در معادن فسفاتی)
- استفادههای پزشکی (بطور مثال Tc-۹۹m)
- صنایع
- محصولات چرخه سوختی
- بازپردازش سلاحهای هستهای
روشهای پردازش و دفع ضایعات هستهای امروزه روشهای پردازش و دفع ضایعات هستهای نوین عبارتند از[۲]:
- فشرده سازی (Compaction)
- پردازش شیمیایی (Chemical treatment)
- شیشه سازی (Vitrification)
- محفوظ سازی (Canning and sealing with concrete)
- ذخیره سازی (Storage)
در میان مواد باقی مانده در یک چرخه هستهای اورانیوم مصرف شده از همه مهمتر است. یک راکتور هستهای بزرگ هر سال در حدود سه متر مکعب (۲۵ تا ۳۰ تن) اورانیوم مصرف شده تولید میکند. این مواد مصرف شده از مقداری اورانیوم و همچنین مقداری پلوتونیوم و کوریوم تشکیل شدهاست و به طور کلی حدود ۳٪ از آن از مواد باقی مانده از شکافت تشکیل شده. اکتینیدها (اورانیوم، پلونیوم، و کریوم) موجود در این ترکیب موجب به وجود آمدن تششعات بلند مدت و کوتاه مدت رادیواکتیویته میشوند. سوخت مصرف شده دارای خاصیت رادیواکتیو بالایی است و برای حمل آنها باید تمام جوانب احتیاط را رعایت کرد. البته خاصیت رادیواکتیو این مواد در طول زمان کاهش مییابد. پس از ۴۰ سال تششعات رادیواکتیو این مواد تا ۹۹٪ کاهش مییابند ولی با این حال هنوز هم خطرناک هستند. میلهای سوخت مصرف شده به طور حفاظت شده در حوضچههای مخصوص (spent fuel pools) نگه داری میشوند. آب داخل حوضچه گذشته از خنک کردن اورانیوم از خروج تششعات رادیواکتیو جلوگیری میکند. پس از گذشت چند ده سال سوختها را که حالا از خاصیت تششع پراکنی آنها در حد قابل توجهی کم شده از حوضچهها خارج کرده و به انبارهای خشک انتقال میدهند. در این انبارها سوختها را در داخل محفظههای فلزی یا بتنی نگه میدارند، در این مرحله نیز تششعات ایجاد شده توسط سوختها هنوز خطرناک است. مدت نگهداری سوختها در این مرحله بسته به نوع سوخت میتواند از چند سال تا دهها سال متغیر باشد، ولی به هر ترتیب سوختها باید آنقدر در این مرحله بمانند تا میزان تششعات آنها به حد استاندارد برسد. مامورین پلیس راه کالیفرنیا در حال بررسی بسته بندی یک محموله ضایعات هستهای از نوع TRU. یکی از مامورین با یک پرتوسنج گایگر دیده میشود. مقصد نهایی محموله در نیو مکزیکو است. تا سال ۲۰۰۳ ایالات متحده آمریکا بیش از ۴۹۰۰۰ تن از انواع سوختهای مصرف شده در راکتورهای خود را انبار کرده بود. یکی از پیشنهاداتی که درباره انبار کردن سوخت در ایالات متحده مطرح شده انبار کردن سوختهای مصرف شده در انبارهای زیرزمینی در کوههای یاکا در نوادا است. به عقیده آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا، پس از گذشت ۱۰۰۰۰ سال سوختهای مصرف شده هستهای دیگر هیچ تهدید زیستمحیطی برای انسانها و دیگر موجودات زنده نخواهند داشت. البته راههایی برای کاهش میزان زبالههای هستهای نیز وجود دارد، یکی از بهترین روشها باز فرآوری سوخت هستهای است. در واقع زبالههای هستهای حتی اگر اکتینیدهای آنها را جداکنیم، حداقل برای مدت ۳۰۰ سال فعالیت رادیواکتیوی دارند البته مدت تششعات در صورتی که اکتینیدها وجود داشته باشند به هزاران سال میرسد. عدهای عقیده دارند بهترین راهحل ممکن در حال حاضر انباشتن زبالههای هستهای در انبارهاست چراکه احتمالاً در آینده با پیشرفت تکنولوژی راهی برای استفاده از این مواد پیدا خواهد شد به این ترتیب این مواد میتوانند خیلی با ارزشتر از آن باشند که دفن شوند. همچنین صنایع هستهای حجمی از مواد کم تششع را نیز تولید میکنند. این مواد معمولاً در اثر سرایت مواد تششعزا به وجود میآیند که میتوانند شامل لباسها یا پوششها، ابزارآلات، تجهیزات پالاینده آب و دیگر موادی که به گونهای با راکتور و مواد تششعزا ارتباط دارند، باشند. در ایالات متحده کمیسیون تنظیم فعالیتهای هستهای مکرراً اعلام کرده که این مواد میتوانند جزیی از زبالههای عادی باشند و در زبالهدانها با زبالههای عادی دفع شوند و یا حتی بازیافت شوند. سطح تششع در بیشتر مواد کم تششع بسیار پایین است و تنها به دلیل استفاده شدن در فعالیتهای هستهای جزو زبالههای هستهای محسوب میشوند و نه برای سطح تشعشعشان. برای مثال براساس استاندارد NRC از نظر سطح تششع یک لیوان قهوه نیز به اندازه زبالههای کم تششع تششعزاست. ورودی یکی از منفذهای تعیین شده در کوه یاکا در ایالات متحده آمریکا، پسماندهای هستهای که از چرخه سوخت در نیروگاه هستهای و یا تولید سلاح هستهای تولید شدهاست، در استخرهای ویژه جهت ذخیره سازی موقت، و نیز در صحراهایهای جنوب غرب ایالات متحده همانند لایههای عمیق نمکی در نیو مکزیکو دفن میشوند. پروژهٔ بزرگترین محل دفن عمیق زبالههای هستهای سطح بالای جهان که در کوه یاکا در ایالت نوادا مدتها در حال ساخت بوده است، کماکان دچار مشکلات متعدد مدیریتی، قانونی، و دولتی میباشد.[۳][۴][۵] در اروپا بیشتر زبالههای هستهای را در نیروگاهها نگهداری میکنند. انگلستان و فرانسه نیز با ایجاد مراکز بازفرآوری مواد هستهای، به دنبال استفاده مجدد از مواد هستهای هستند. در کشورهایی که دارای نیروگاه هستهای هستند زبالههای تششعزا کمتر از ۱٪ از کل زبالههای سمی تولیدی را تشکیل میدهند. همچنین بسیاری از زبالههای سمی با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمیدهند و به هیچ وجه تجزیه پذیر نیستند. به طور کلی مواد تولیدی در اثر سوختن سوختهای فسیلی میتوانند از زبالههای تولید شده در یک نیروگاه هستهای خطرناکتر باشند. برای مثال یک نیروگاه زغال سنگی میتواند آثار عمیقی برروی طبیعت بگذارد و حجم زیادی از مواد سمی و پرتوزا را تولید میکنند. برخلاف عقیده عموم حجم مواد پرتوزای منتشر شده توسط یک نیروگاه زغال سنگی از یک نیروگاه هستهای بیشتر است. زبالههای تولید شده بر اثر همجوشی هستهای با انبار شدن پس از صد سال دوباره قابل استفاده هستند، در مقابل زبالههای تولیدی از شکافت هستهای تا ۱۰۰۰۰ میتوانند آثار رادیواکتیوی داشته باشند. موضوع تولید زبالههای هستهای از زمان کشف مواد رادیواکتیو مورد نظر بوده است. ولی توجه خاص به آن پس از کشف شکافت است چرا که کلیه راکتورهای شکافت هستهای ایزوتوپهای رادیواکتیو تولید میکنند. میزان تابش بسیاری از ایزوتوپها برای حیات جانداران خطرناک است، بنابراین مسئله جداسازی و انبار نمودن و دفن ایمن آنها با زیاد شدن تعداد راکتورها و سطح انرژی آنها سال به سال مباحث گستردهای را در بر میگیرد.
مشکلات ناشی از زباله هستهای
- خطر واپاشی رادیواکتیوی: خطر عمده ناشی از این واقعیت است که بعضی نیم عمرها زمان فعال زبالههای رادیواکتیوی را به هزاران سال میرسانند. واپاشی رادیواکتیوی باید جریان خود را طی کند حتی اگر هزار سال طول بکشد.
- فراوانی زباله هستهای: دیر یا پس نیم ـ عمرها مشکل نیست. در فرایند تولید انرژی هستهای مقدار زیادی زباله رادیواکتیوی بوجود میآید. بنابراین ، آمار وزارت انرژی آمریکا از سال ۱۹۴۶ تا ۱۹۸۳ حدود ۷۱ میلیون پوند زباله رادیواکتیو از هفت مرکز در آزمایشهای مربوط به هوا ، آب و زمین تخلیه شده است. بدیهی است که زبالههای دیگری از مراکز دیگر تخلیه شده است.
- زبالههای گازی: غالبا ایزوتوپهای رادیواکتیو از گازهای نجیب ، از قبیل کریپتون هستند. تریتیم که ایزوتوپی از هیدروژن است نیز به صورت گاز ، عمدتا بصورت بخار آب تخلیه میشود. تریتیم بصورت بخش هیدروژنی مولکول آب در زنجیرهای زیست شناختی مواد غذایی وارد میشود.
- آبهای زیرزمینی: ایزوتوپهای رادیواکتیو در زبالههای مایع ، معمولا از طریق بارندگی به صورت جامد در میآید و انبار میشود. اگر این زبالهها در زمین در گودالهای بدون آستر ، بدون آنکه در محفظههای خاص باشند دفن شوند در طی چند قرن بعد آبهای زیرزمینی این مواد رادیواکتیو را پراکنده خواهند کرد.
راه حل چیست؟ اگر ما نتوانیم واپاشی رادیواکتیو را کنترل کنیم و با چنین مقادیر عظیمی از زبالههای رادیواکتیوی مواجه باشیم چه باید بکنیم؟ راه حلهای ارائه شده برای این مسائل خود با این مسئله مواجه است که « یک راه حل موجب بروز نوعی آلودگی دیگر میشود.» اصل قضیه این است که زبالهها را هر چه ممکن است از خود دور کنیم. طرحهای خیالی از این قبیل که زبالههای هستهای را با موشک به خورشید یا فضای بسیار دور حمل کنیم یا آنها را در اقیانوسهای عمیق دفن کنیم. عمدتا به خاطر هزینه زیاد و خطرات احتمالی کنار گذاشته شدهاند. وزارت انرژی متعهد شده است که در سال ۱۹۹۸ انبارهای زیر زمینی در بسترهای نمکی ، رسی و صخرهای ایجاد کند. بر طبق این طرح زبالهها نخست در محفظههای خاصی که در مقابل ضربه خوردگی مقاومت هزاران ساله دارند، قرار میگیرند سپس به انبارها منتقل میشوند. دانشمندان بر این باورند که این بهترین راه موجود است. دفن زبالههای هستهای مرحله عملیاتی برای دفن زباله هستهای بستگی به قدرت تشعشع و خطر حاصل از آنها دارد.
- _زبالههای با اکیتویته پائین: پسمان یا زباله هستهای از مرحله معدن کاری اورانیم و توریم شروع میگردد. پس از معدن کاری متالوژی ، پسمان دارای رادیوم خطرناک است این ایزوتوپ بصورت فضائی شیمیایی سولفات رادیوم همراه با باریت در منطقه خود معدن دفن میشود. قسمت اعظم پسمان با اکتیویته پائین و متوسط در طی کار عادی راکتیو تشکیل میگردد. پس از اعمال شیمیایی مناسب در صورتی که زبالهها دارای اکتیویته پائین باشند در قعر دریا در محل امنی فرو ریخته میشود.
- زبالههای با اکتیویته متوسط: در جایی که پسمان دارای اکتیویته متوسط و یا نسبتا بالا باشد، لازم است ابتدا حجم بوسیله تجهیز در استخرهایی که بوسیله پلی اتیلن پوشش داده شده بارهای اکتیویته صفر در اتمسفر به یک بیستم رساند. سپس محلول در شبکه فولادی بوسیله افزایش پسمان مخصوص در امثال آن به جامد تبدیل شده و شبکههای مهر شده در زیر زمین دفن میشود.
- زبالههای با اکتیویته بالا: هر جا که پسمانها با اکتیویته بالا باشند مانند آنهایی که در نیروگاههای هستهای یا جایی که سوخت مصرف شده برای جدا سازی اورانیم و پلوتونیوم بازیابی میشوند دقیق دفع پسمان بکار میرود. ابتدا میلههای سوخت رادیواکتیو بالا یا « داغ » برای چندین ماه در زیر آب نگهداری میشوند تا خنک شده و اکتیویته آنها فروپاشی نماید. سپس عملیات شیمیایی مشخص را برای جداسازی اورانیوم و پلوتونیوم بکار گرفته میشود. مایع باقیمانده تا حجم کوچکی تبخیر میگردد و در ماتریس از شیشه قرار میگیرد.سپس این مواد به شبکههای فولادی زنگ نزن کوچک انتقال مییابد که در آنها کلسینه شده و در حرارت بالا در کورههای مخصوصی به شیشه تبدیل میشوند. شبکههای مهر شده در نهایت در عمق زمین در گودالهای گنبدی که دیواره آنها با ورقههای فولادی زنگ نزن پوشانده شدهاند دفن میشوند. این مواد به مدت ۲۵ سال در آنجا دفن میشوند که در این مدت کلیه مواد رادیواکتیو بجز آنهایی که نیم عمر بلند دارند بطور کامل فروپاشی مینمایند.
دفع دائمی پس از گذشت پریود فوق پیشنهاد میشود که بستههای دفن شده را در محلهای عمیق و صخرههای سخت که از نظر زمین شناسی پایدار بوده و دور از جریان آب قرار دارند، انتقال داد. قسمتی از میدانهای طلای کولار که به مدت زیادی مورد استفاده قرار نگرفتهاند، انبارهای ممکن برای اینکار هستند. [ دوشنبه شانزدهم دی ۱۳۸۷ ] [ ۱:۲۳ بعد از ظهر ] [ راضیه شهبازی ] 
دانلود فایل
