مستقبل التكنولوجيات القابلة للزراعة لرصد موظفي الأمان النووي

مقدمة: الدور الحاسم للتكنولوجيا القابلة للزراعة في مجال الأمان النووي

وتخضع الصناعة النووية لبعض أكثر بروتوكولات الأمان صرامة على الكوكب، حيث يواجه العاملون في المفاعلات ومرافق معالجة النفايات ومواقع وقف التشغيل مخاطر فريدة من نوعها، والإشعاع المؤين، والتعرض الكيميائي السامة، ودرجات الحرارة العالية، والتعقيدات التشغيلية العالية، وقد اعتمدت حماية العمال على مدى عقود على مقاييس السحب السلبية، والدراسات الاستقصائية الدورية للمناطق، والسجل اليدوي للبيانات المتعلقة بالتعرض.

وتغلق هذه الفجوة التكنولوجيات القابلة للارتحال، إذ تجسد أجهزة الاستشعار والربط وتجهيز البيانات الذكية مباشرة إلى المعدات التي يرتدونها الموظفون، تتحول الصناعة من السلامة الاستباقية إلى إدارة المخاطر الاستباقية في الوقت الحقيقي، وترصد الأجهزة الحديثة الارتداء العلامات الحيوية، والإشعاع المحيط، والتركيزات الكيميائية، وحتى الرصد المادي للطبقات المتوسطة الأجل، وتزود البيانات بأجهزة مركزية تعمل على تنبيهات، وتوجيهات للمفاعلات النووية.

التكنولوجيات الحالية القابلة للزراعة في مجال السلامة النووية

أجهزة القياس الشخصية الإلكترونية

أما أكثر المواد التي يمكن ارتداؤها في البيئات النووية فهي المقياس الشخصي الإلكتروني، وهذه الأجهزة المدمجة، التي ترتدى على الصدر أو الحزام، وقياس الجرعة الإشعاعية المتراكمة ومعدل الجرعة في الوقت الحقيقي، وخلافا لشارات الأفلام القديمة التي تتطلب التجهيز، توفر أجهزة الإنذار الصوتي والبصري المباشر عند اقتراب أو تجاوز حدود الجرعة.

الخوذ الذكية مع أجهزة الاستشعار البيئية

وقد تطورت القابلات للارتداء التي تُرفع من الرأس إلى ما يتجاوز القبعات الصلبة البسيطة، أما اليوم فتكون الخوذ الذكية تدمج أجهزة الاستشعار الغازية، وأجهزة الكشف عن المواد الجسيمية، وأجهزة رصد درجة الحرارة والرطوبة، وحتى أجهزة الكشف عن الإشعاعات الصغيرة، وتنتج شركات مثل الغاردحات وأجهزة الاختبار المضغوطة (والآن جزء من معدلات الخوذة) خوذات التي تبث بأجهزة التحكم العالية، وتعطي المشرف على تشغيلها.

أجهزة الاستشعار الحيوية

ويزداد الرصد المستمر لعلم الفيزيولوجيا لدى العمال من حيث السلامة النووية، إذ تقاس شظايا الشهيد، والأعشاب، والصلعات اللاصقة معدل القلب، ومعدل التنفس، ودرجة حرارة الجسم، وحتى النشاط الكهرومغناطيسي، وفي حالات الحرارة القصوى أو أثناء المهام الشاقة، يمكن لهذه أجهزة الاستشعار أن تكشف عن علامات مبكرة على الإجهاد الحراري، أو الضغط الدهني، أو الإجهاد الكهربي.

مرصد المناطق المحمولة

وفي حين أن أجهزة الرصد المحمولة التي يمكن أن تُقشر إلى حزام أو سترة توفر بيانات مستمرة على مستوى المنطقة، مثل سلسلة كانبيرا راديي، تجمع وحدة صغيرة مع جهاز هاتف ذكي متصل بالبلوتون، مما يتيح للعمال تحديد مواقع التلوث الساخنة عند تحركهم، ويتيح الجمع بين نظام رصد الأحوال الشخصية والمساحات نهجاً مطبقاً على طبقة من المياه.

الاتجاهات والابتكارات الناشئة في مجال السلامة النووية القابلة للزراعة

تعزيز الحساسية والتقليل من الإدمان

وسيؤدي الجيل القادم من أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء إلى خفض حدود الكشف وتحسين التحديد، إذ يقوم الباحثون في إدارة الطاقة U.S.] بتطوير أجهزة كشف الإشعاع ذات دولة صلبة استناداً إلى مواد مشبع بالفلور تكون أكثر حساسية وأرخص بكثير من أجهزة الصمامات التقليدية، وفي الوقت نفسه، فإن نظم التبريد المضغوطة ذات السعة الصغر هي صفائف الوحيدة من الغازات

التحليل الافتراضي من البيانات القابلة للزراعة

ولا تفيد بيانات الاستشعار عن طريق الراو إلا التحليل التالي: نماذج تعلم آلية معينة مدربة على بيانات تاريخية عن الحوادث عن بعد؛ يمكن أن تتحول مسارات قابلة للارتداء إلى أدوات أمان متوقعة، مثلاً، نظام الوكالة الدولية للطاقة الذرية لرصد أنماط التوقّع الخاصة بالعاملين؛ ومعدل حرارة الجلد، والإشعاع المحيط قد يُقر بأن أنماطاً من هذا القبيل تُغلق أو تُحدث فجأةً في أنماط الأمان.

تحقيق التكامل التام بين استخدام الأراضي والتنقية الرقمية

وتصبح المجازر في نظام إيكولوجي أكبر لشبكة الإنترنت الصناعية للأشياء، وفي مرفق نووي ذكي، يعمل عامل في مجال الطاقة النووية؛ ويُعدّ جهازاً للكشف عن الإشعاعات، ويُعدّ جهازاً للخوذ الذكية، ويُستخدم في جميع أجهزة القياس الحيوي، ويُعد نموذجاً افتراضياً دينامياً للمصنع وموظفيه، وعندما يُحدِّد جهازاً نموذجياً للإشعاعات، يمكن أن يوصى بغرفة التوحيد الرقمي تلقائياً بأن تكون متداخلة

Augmented Reality for Task Guidance and Hazard Overlay

ويجري اختبار الرؤوس المبشرة بالواقع، مثل مايكروسوفت هولنس أو فوزيك م 400، في مجال الصيانة النووية والاستجابة لحالات الطوارئ، ويمكن للعمال الذين يرتدون نظارات آر أن يروا تجاوزات في الوقت الحقيقي في البيانات: أجهزة الإشعاع على الأرض، أو تعليمات التصليح التدريجية التي تشرف على المعدات، أو علامات افتراضية تشير إلى مناطق تتطلب قياسا للملابس.

أجهزة الاستشعار المرنة والمتنقلة

ومن أكثر الحدود ابتكاراً تطوير أجهزة استشعار قابلة للارتداء تتوافق مع الجلد، ويمكن تطبيق رقعة مرنة تحتوي على أفلام مراعية للإشعاع أو طبقات تفاعلية كيميائية مباشرة على الجسم، وهذه الشقوق خفيفة الوزن، ولا تتدخل في الحركة، ويمكن أن تقيس الجرعة عند نقطة بالضبط من ملامح الجلد، وأجهزة قياسية لتقييم التلوث الداخلي المحتمل.

فوائد التكنولوجيات المتطورة القابلة للزراعة من أجل السلامة النووية

التخفيف من المخاطر في الوقت الحقيقي

وأكثر الفوائد إلحاحاً هي القدرة على التدخل في لحظة ظهور الخطر، وإذا دخل العامل إلى غرفة حيث طور الأنبوب شريحة صغيرة تطلق الغاز الإشعاعي، فإن مطياف جاما يمكن أن يكشف معدل الجرعة المرتفع في غضون ثواني، ويشعل إنذاراً، ويأمر العامل بالإجلاء، وفي الماضي، ربما يكون هذا التسرب قد اختفى دون علم حتى المسح المقبل، بعد ساعات.

تعقب التعرض الشامل وفحص الدم

ويوفر الرصد المستمر سجلا مفصلا ومفصلا لكل عامل من أفراد الجيش؛ وتعرضه، بما في ذلك أنماط قياس الحركة والتحركات الدقيقة، مما يتيح إعادة بناء الجرعات على نحو أكثر دقة من أجل الامتثال التنظيمي والدراسات الوبائية، كما يساعد على تحديد الاتجاهات الفرعية، مثل بعض المهام أو الطرق التي تنتج باستمرار تعرضا أكبر للأضرار، وتخفف من قيمة المهندسين لإعادة تصميم عمليات إضافية أو في دروع.

تخفيض بروتوكولات مكافحة الفساد البشرية في مجال السلامة

ويمكن أن تقوم أجهزة الاستشعار عن طريق القياس البيولوجي بإنفاذ إجراءات السلامة تلقائياً، فعلى سبيل المثال، يمكن للخوذة الذكية أن تكشف أن العامل لم يتبرع بجهاز التنفس قبل دخول منطقة التلوث وإغلاق الباب إلى أن يتم وضع المعدات، ويمكن للمستشعرات الحيوية أن تؤكد أن العامل منتبه وليس تحت تأثير المواد قبل السماح بدخول غرفة التحكم، وهذه الأجهزة هي التي تُستخدم في الحرق بين اللوك، وتُحد بدرجة كبيرة من مخاطر الغسل الاجرائي.

تحسين تنسيق الاستجابة لحالات الطوارئ

وفي أثناء حادث نووي، تصبح البيانات القابلة للارتداء خطاً حياً للقيادة أثناء الحوادث، ويمكن للمديرين أن يروا على لوحة مظلة بالضبط الأفراد الموجودين في المنطقة المتضررة، وعلاماتهم الحيوية الحالية، وجرعة تراكمية، وتتيح هذه المعلومات إجراء ثلاثية سريعة: فالعمال الذين يعانون من الإجهاد الفيزيائي أو ارتفاع معدلات الجرعة يمكن أن توجه إلى إزالة التلوث أو المساعدة الطبية، بينما يعاد تكليف آخرين بمناطق آمنة، كما أن تتبع المواقع القابلة للزراعة لا يكفل أيضاً الإجلاء.

الرفيق والقبول

وكانت المواصفات المبكرة ذات طابع عظمي وثقيلة ومحرجة؛ وتكرير قضايا الامتثال؛ وتعطي التصميمات الحديثة الأولوية للعلامات: عوامل الشكل الأصغر، وانخفاض استهلاك الطاقة، والمواد القابلة للغسل، ومحركات التكوين، وتُدرج أجهزة جديدة كثيرة في نظام المعلومات الشخصية القائمة بدلا من أن تُضاف كمعدلات منفصلة، فعلى سبيل المثال، تتضمن بعض القفازات النووية أجهزة رصد مدمجة للأصابع، كما تشمل أجهزة رصد السلامة.

التحديات والنظر في اعتماد القابلات للذوات

خصوصية البيانات والأمن

ويثير هذا الأمر شواغل كبيرة تتعلق بالخصوصية، لا سيما في قوة عاملة مقترنة، حيث يخشى العمال استخدام البيانات لرصد الأداء أو الحالة الصحية دون موافقة، ومن الضروري وضع سياسات واضحة، والتسمية حيثما أمكن، وإشراك العمال في إدارة البيانات، بالإضافة إلى أن الأمن السيبراني هو الشاغل الرئيسي: إذا كان المهاجمون يستطيعون أن يبثوا إشارات مفزعة أو مربوطة، فإنهم قد يخلقون عمليات إجلاء مزورة أو مُجِّزِّدة.

Device Durability in Harsh, Radioactive Environments

وتشكل المرافق النووية بيئة معادية فريدة للكترونات: ارتفاع درجات الحرارة، والرطوبة الشديدة، والمواد الكيميائية التآكلية، والأهم من ذلك، الإشعاع المؤين الذي يمكن أن يخفض من الموصلات شبه الموصلات بمرور الوقت، ويجب أن تصعب المواصفات لكي تصمد الجرعات التراكمية دون فشل، وتختبر المصانع برقائق تحمل الإشعاع، وتشتمل على معاطف متوافقة، وتشتمل على مصممات كهربائية تصيبها.

التكلفة والعائدات على الاستثمار

فالخوذة الذكية الوحيدة التي تحتوي على مستلزمات استشعار كاملة يمكن أن تكلف عدة آلاف من الدولارات، وتزيين مرفق كامل ينطوي على استثمارات كبيرة في البداية، غير أن تكلفة التعرض الوحيد القابل للمنع، والغرامة التنظيمية، أو الحوادث تتجاوز كثيرا هذه النفقات الأولية، ويستلزم تحديد الموقع الشبكي لشبكة معلومات مفصلة عن المخاطر، ومقاييس واضحة مثل انخفاض وقت التعطل، وقلة عدد حالات التلوث، وانخفاض أقساط التأمين.

تدريب المستعملين والتكيف السلوكي

ويتطلب إدخال تكنولوجيا جديدة التدريب الفعال، ويجب على العمال فهم كيفية تفسير الإنذارات، والحفاظ على الأجهزة، والاستجابة على النحو المناسب، وبدون التدريب المناسب، يمكن تجاهل الإنذارات الكاذبة، أو أن يكون العمال مدركين للإنذارات، بالإضافة إلى أن بعض الموظفين قد يقاومون المراقبة المستمرة، ويتصورونها إدارة دقيقة، ويمكن أن تؤدي استراتيجيات إدارة التغيير التي تشمل العمال في اختيار ومواءمة المواد القابلة للزراعة إلى تخفيف حدة المقاومة.

الثغرات التنظيمية والمعايير

وقد صيغت القواعد الحالية للسلامة النووية، مثل الباب 20 من معاهدة وقف إنتاج المواد الانشطارية في الولايات المتحدة أو توجيه الجماعة الأوروبية للطاقة الذرية في أوروبا، قبل ظهور الرصد المستمر القابل للارتداء، وكثيرا ما لا يوجد توجيه واضح بشأن كيفية استخدام البيانات القابلة للارتداء لأغراض الامتثال أو الحد من الجرعة أو حفظ السجلات، وتعمل الهيئات التنظيمية والهيئات الصناعية، بما فيها معهد الطاقة النووية والوكالة الدولية للطاقة الذرية، على وضع معايير تستوعب الرصد في الوقت الحقيقي مع الحفاظ على دقة القياس التقليدي.

التوقعات المستقبلية: رأس الطريق للرصد النووي القابل للزراعة

نحو نظم مُحكمة للاستقرار

وفي غضون خمس سنوات، من المرجح أن نرى القابلات للذوات التي تقوم بأكثر من مجرد الكشف والإبلاغ، وأنها ستعمل كمساعدين لدعم القرار، باستخدام جهاز الاستخبارات أو أجهزة الاستطلاع المحوسبة على متن الطائرة أو على الحافة، للتوصية بالمسارات المثلى من خلال مرفق، وترتيب المهام على أساس الاتجاهات الحالية للجرعة، بل وتقترح أن يأخذ العامل فترة انقطاع على أساس إشارات الفيزيولوجيا، وتتعلم هذه النظم من كل عامل من العناصر المشعة، وتقييد البيانات الشخصية.

التكامل مع المسابقات والروبوتات

ومع احتضان البيئات النووية للآليات من أجل المناولة عن بعد، فإن المناولة السائلة ستتفاعل مع البزات الفوقية والآلات التي تعمل عن بعد، ويمكن للعامل الذي يرتدي بدلة خارجية للمساعدة في رفعها الثقيل أن يعدل تلقائيا ناتجه من الطاقة استنادا إلى التغذية المرتدة من السائل المتناثر، وبالمثل، فإن المشغل عن بعد الذي يُجري تجربة روبوتا من غرفة المراقبة الآمنة قد يرتدي قفزا هابوكيا ينقل بيانات الإشعاع من المناطق الآلية التي يسمح فيها بالخطر.

الاستشعار الكمي والطرائق الجديدة

وقد تستغل أجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها مستقبلاً آثاراً كمية لتحقيق حساسية غير مسبوقة، إذ يمكن لمغنطيسية الكينتوم، على سبيل المثال، قياس الحقول المغناطيسية لكشف كميات من النويدات المشعة معينة، بينما يجري حالياً بحث على مستوى جداول البيانات لتقليل هذه الأجهزة إلى أدنى حد ممكن من أجل استخدامها القابل للارتداء، وإذا نجح العمال في الكشف عن التلوث الداخلي على مستوى الخلايا في الوقت الحقيقي.

توحيد المعايير العالمية وتبادل البيانات

ويجب وضع معايير قابلية التشغيل البيني، لكي تصل إلى كامل إمكاناتها، وينبغي أن تنقل مقياساً من أحد الصانعين البيانات دون هوادة إلى نظام مركزي من مورد آخر، كما أن اللجنة التقنية المعنية بالذخائر المتفجرة المرتجلة () التابعة للمنظمة الدولية للطاقة الذرية () تعمل على نماذج بيانات مشتركة يمكن تطبيقها على أجهزة ارتياد الأمان النووي.

الاستنتاج: مستقبل أكثر أمناً، ومستقبل ذكي للموظفين النوويين

إن التكنولوجيات المُعتد بها ليست مجرد تحسين تدريجي في مجال رصد السلامة النووية؛ بل تمثل تحولا أساسيا من جمع البيانات السلبية والوبائية إلى معلومات دينامية ومستمرة، وإن دمج أجهزة الاستشعار الدقيقة، والاستخبارات الاصطناعية، والواقع المعزز، والوصلية اللامعية للذخائر المتفجرة سيزود العمال النوويين بشبكة أمان غير مرئية تتوقّع الخطر قبل أن يظهر.

إن التحديات هي: الهيمنة الحقيقية، والملكية، والكلفة، والتنظيم، والطرق واضحة، حيث تسعى صناعة الطاقة النووية إلى الحفاظ على سجلها في مجال التشغيل الآمن، مع توسيع دورها في الطاقة الخالية من الكربون، فإن الاستثمار في المستلزمات المتقدمة لرصد الأفراد سيكون دعامة حاسمة في هذا الجهد، فالعاملين الذين يسيرون على أرضية المفاعلات ويتعاملون مع الوقود المستهلك ويشرفون على الحماية غير المستجيبة.