إدارة النفايات في مصنع المواد الكيميائية: استراتيجيات التخزين والتصريف الطويل الأجل

The Unique Waste Profile of CANDU Reactors

إن تصميم مفاعلات كندا للشبكة يمثل إنجازا هندسيا متميزا في مشهد الطاقة النووية، وعلى عكس مفاعلات المياه الخفيفة التقليدية التي تهيمن على الأساطيل النووية العالمية، يستخدم نظام CANDU كل أكسيد مائي ثقيل - كما هو الحال بالنسبة لمديره ومبرده، ويلغي هذا الاختيار الحاجة إلى تخصيب اليورانيوم، ويتيح وقود اليورانيوم الطبيعي للحفاظ على الانشطار، ويتيح إعادة الإمداد بالوقود دون التأثير المباشر على النفايات في الخارج.

وكل وحدة من وحدات الكهرباء التي تنتجها محطة تابعة للجنة تحمل معها مسؤولية إدارة المنتجات الفرعية المشعة التي يجب أن تظل معزولة عن البيئة لفترات تتراوح بين عقود ومئات الآلاف من السنوات، وفهم مسارات النفايات المحددة واستراتيجيات التخزين ومسارات التخلص المرتبطة بمفاعلات الاتحاد الأوروبي أمر أساسي لصانعي السياسات، ومهنيين في مجال الطاقة، وعامة الجمهور الذين يعملون في قرارات الطاقة النووية.

ويتبع نهج إدارة النفايات لمفاعلات اتحاد الكاندو استراتيجية متعددة المستويات تبدأ بتصنيف دقيق، وتنتقل من خلال التخزين المؤقت في الموقع، وتوج بالتخلص الجيولوجي الدائم، وتشمل كل مرحلة نظماً مهندسة مصممة لحماية صحة الإنسان والبيئة، مع استيعاب الخصائص الفيزيائية والإشعاعية الفريدة لنفايات مفاعلات المياه الثقيلة.

تصنيف النفايات المشعة في كندا

وتولد مفاعلات الاتحاد نفس الفئات الواسعة من النفايات المشعة مثل المفاعلات الانشطارية الأخرى - منخفضة المستوى، متوسطة المستوى، وشديدة المستوى للنفايات - ولكن دورة وقود المياه الثقيلة تبث بصمة واضحة لكل فئة، ويحدد التصنيف السليم بروتوكولات المناولة، وظروف التخزين، ومسار التخلص النهائي لكل نوع من أنواع النفايات.

الخصائص وإدارة النفايات المنخفضة المستوى

وتشمل النفايات المنخفضة المستوى من عمليات وحدة مكافحة المخدرات والمواد الملوثة بالخفيف مثل الملابس الواقية ومواد التنظيف والأدوات والمرشحات الجوية وحطام البناء من مناطق المراقبة الإشعاعية، حيث يُعد وجود نفايات منخفضة المستوى من النفايات ذات المستويات الدنيا من النفايات الموجودة في كندا، إلى جانب نفايات مفاعلات المياه الخفيفة، وتُشكل نماذج متأصلة عند استخدام ذرات دوتريوم في مشغلات المياه الثقيلة، وضبطات النيوترونات المبردة خلال عملية المفاعلات.

ويدير المشغلون النوويون الكنديون النفايات المنخفضة المستوى عن طريق التوحيد والحرق والتجهيزات الهندسية القريبة من سطح الأرض، وهذه المرافق مصممة بحيث تحتوي على نشاط لاسلكي حتى تتدهور مستوياتها الأساسية في غضون بضع مئات السنين، كما أن حجم النفايات المنخفضة المستوى التي تنتج سنوياً من محطة نموذجية للوحدة هو حجم كبير ولكن قابل للإدارة، حيث أن معظم المواد المناسبة لتقنيات خفض الحجم قبل وضع حد نهائي.

النفايات المتوسطة المستوى من نظم المفاعل

وتحتوي النفايات المتوسطة على تركيزات من النويدات المشعة أعلى من النفايات المنخفضة المستوى ولكنها تولد حرارة غير كافية تتطلب التبريد النشط، وتشمل هذه الفئة، بالنسبة لمشغلي وحدات الاستهلاك الذاتي، راتنجات مستهلكة من الماء الثقيل وأجهزة المياه الخفيفة، ووساطة من نظم التبريد الأولية، ومكونات مفاعلات مشعة مزيلة خلال مشاريع التجديد(59).

وفي كثير من الأحيان، فإن عمليات الرش والرشقات من نظم النيتروجين تحتوي على الكربون 14، وهو مركب ضعيف من البيتا، يبلغ نصف العمر 730 5 سنة، ويشكّل وجود شظايا النيتروجين في النيوترونات المبردة، ويطرح هذا النظير تحديات فريدة لأن الكربون يمكن أن ينتقل من خلال النظم البيولوجية إذا تم إطلاقه.

النفايات الرفيعة المستوى: الوقود المستهلك من اليورانيوم الطبيعي

ويتكون أكثر مجرى النفايات صعوبة من أي مفاعل حراري من الوقود النووي المشع، المصنف على أنه نفايات عالية المستوى بسبب النشاط الإشعاعي المكثف وتوليد الحرارة المتحللة، ويتألف مجمع وقود تابع للوحدة من حوالي 500 غرام من كلي فوليتس من ثاني أكسيد اليورانيوم المغلق داخل أنبوبات زركالي، ويتخذ كل مجموعة تدابير ترمي إلى 50 سنتيمتراً تقريباً في الطول و10 سنتيمترات في مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس.

وعندما يخرج رزم الوقود من قلب المفاعل، يحتوي على مزيج معقد من منتجات الإنشاعات، وأظافر البلوتونيوم، وأجهزة صغيرة تعمل على إحداث أشعة جاما وسخونة كبيرة، وتفرغ وحدة مياه مائية صغيرة واحدة من كمية الوقود المزودة بمقياس 740 ميغاواط سنوياً، وتنتج عن ذلك كمية من الوقود المزود باليورانيوم الطبيعي تبلغ أقل نسبياً من الحرق البالغ 000 4 يوماً.

وقد استخدمت السياسة الوطنية الكندية الوقود النووي كمنتج نفايات متجه نحو التخلص المباشر بدلاً من إعادة المعالجة، وهذا ما يؤدي مرة واحدة إلى تبسيط مسار إدارة النفايات، ولكنه يضع المسؤولية الكاملة عن العزلة الطويلة الأجل على المستودعات الجيولوجية العميقة التي تولدها شركة CANDU في إطار برنامجها للوقود ذي المستوى العالي، حيث أن قدرة وحدة مكافحة النفايات على العمل على دورة الوقود المحتوي على أكسيد مختلط أو دورة الهرمونات قد تجت الاهتمام الدولي.

البنية التحتية لعمليات التخزين في الموقع

وبعد أن تفرغ من المفاعل مباشرة، تتجه حبوب الوقود المستهلك إلى رحلة للتبريد والتخزين تبدأ داخل موقع المفاعل ويمكن أن تمتد لعقود، وتكتسي المرحلة الأولية أهمية حاسمة لأن الوقود المستخرج حديثا يولد حرارة زائفة كافية تسبب الذوبان إن لم يكن مبردا بصورة نشطة.

تصميم وتصريف الصوفان

ويحتفظ كل محطة من محطات وحدة مكافحة المخدرات بصندوق للوقود المستهلك - وهو حوض معزز مصمم مع الصلب اللاصق وملئ بالماء المزيل للألغام، ويخدم الماء أغراضا مزدوجة: فهو يزيل حرارة التحلل من خلال التداول المستمر ويوفر الحماية الإشعاعية التي تقلل من حقول غاما وميادين النيوتر إلى مستويات غير مؤذية عند الحدود المجمعة، وتخزن عبوات وقود البيوتر ذات أحواض عالية الأهمية في إطار من الصمامات الثانوية

وتظل البذور عادة في مجمع الوقود المستهلك لمدة تتراوح بين سبع وعشر سنوات، حيث تنخفض حرارة التحلل بنسبة تزيد على 99 في المائة، وفي المرافق الرئيسية للوحدة مثل محطة توليد الطاقة الكهربائية في أونتاريو، ومحطة توليد الطاقة النووية في بروس بروس بروس باور، ظلت المجمعات تشهد توسعاً وإعادة تتبع مشاريع لاستيعاب عقود من التصريف المستمر، وتمثل المجمعات خطاً أولياً من درجات الحرارة في بيئة إدارة النفايات بصورة مستمرة.

نظم تخزين الكاسك الجافة من أجل الوقود الكوندوي

وبعد التبريد الكافي في المجمع، تنقل حزم الوقود إلى نظم تخزين التابوت الجاف، التي أصبحت الطريقة المهيمنة للتخزين المؤقت عبر كندا وعلى الصعيد الدولي، وفي سياق وحدة التخزين، تنطوي هذه العملية على تحميل فرادى الحزم في عبوات مقفلة، أو بقع من البخار، وتتم معالجة هذه العبوات بالغاز غير المقاوم لمنع تسرب الاشعاعات المضغوطة بالوقود، وتوضع في مكوك مقفلة.

وتطبق نظم التابوت الجاف على مبادئ التبريد السلبي: فالتكفير الطبيعي يسحب الهواء عبر قنوات الاستيعاب، عبر أسطح العصي، ويُستخدم من خلال فتحات العادم، ويُزيل الحرارة المتبقية دون أن يتطلب ذلك مضخات أو مروحات أو طاقة كهربائية، كما أن جيل أونتاريو وبروس باور قد نشر آلافا من أكواخ التخزين الجافة في مواقع البحيرات الكبرى، وتُعد هذه الأشغال الصيانة الدورية من 50 إلى 100 سنة.

مفاهيم التخزين المؤقتة المركزية

وفي حين يوفر تخزين التابوت الجاف في الموقع احتواء آمن ومأمون، فإنه يضع عبئا تشغيليا طويل الأجل على مواقع مفاعلات فردية ويحد من مرونة الاستراتيجيات الوطنية لإدارة النفايات، وقد ظهرت مرافق التخزين المؤقتة المركزية على الصعيد الدولي كحل انتقالي، مما يوحد النفايات من مواقع متعددة إلى مرفق وحيد يبني الغرض يمكن إدارته بكفاءة أكبر في حين يتم وضع مستودع دائم.

ويحتفظ مرفق التخزين المركزي في السويد بموقع جديد على شبكة الإنترنت (Nallanlager för använt kärnbränsle) المعروف باسم Clab، بالوقود المستهلك في محطة حجارة متجهة إلى بحر البلطيق منذ عام 1985.

مستودعات الجيولوجيا العميقة كحل دائم

ويقضي توافق الآراء العلمي الدولي، الذي أقرته الأكاديميات الوطنية والهيئات التنظيمية و] ] ، بأن التخلص الجيولوجي العميق يوفر أكثر الطرق مسؤولية لعزل النفايات المشعة عالية المستوى من الغلاف الحيوي، ويعتمد النهج على نظام متعدد البراريات يحول دون الجمع بين المهندسين والمئات.

الهيكل التنظيمي للنظام المتعدد الأطراف

وفي تصميم مركب جيولوجي عميق نموذجي، توضع أول مرة في حاوية داخلية دائمة، ويُعد الفولاذان والكربوني أكثر المواد شيوعاً في الحاويات، يُختاران لمقاومة التآكل في ظل الظروف التي تُحدّد في أعماق الأرض، وتُحاط الحاوية بطبقة عازلة من الطين المدمج، تُحلق عند الاتصال بأي مخرّق أو محرقة أو فجوة في منطقة الهروب من المياه الجوفية.

ويمكن أن يوضع هذا النظام الحاجز المصمم في حفر أو أنفاق بمئات الأمتار الواقعة تحت السطح، في إطار تشكيلة صخرية مضيفة اختيرت لاستقرارها الطويل الأجل والحد الأدنى من تدفق المياه الجوفية، والعقبة النهائية هي الجيولوجيا نفسها: التكوينات القديمة والمستقرة مثل النسيج البلوري أو المستودعات الرسوبية التي ظلت غير متأثرة بمليارات السنوات، ومن المتوقع أن توفر العزلة في المستقبل.

برنامج كندا لإدارة المرحلة التكيفية

وتقود برنامج المستودع الجيولوجي العميق في كندا منظمة إدارة النفايات النووية، وهي كيان لا يستهدف الربح أنشأه منتجو الكهرباء النووية بموجب التشريع الاتحادي، وقد حظيت عملية الإدارة التدريجية المتكيفة في المنظمة العالمية للأرصاد الجوية بموافقة الحكومة في عام 2007 بعد إجراء مشاورات عامة واسعة النطاق واستعراض تقني، ويعود النهج التدريجي إلى اختيار المواقع وتحديد خصائصها، وبناء مرفق بياني تحت الأرض، وفترة تخزين قابلة للاسترداد، وأخيراً عملية السحب الافتراضي الكامل.

وحتى عام 2024، تقلصت عملية اختيار الموقع إلى منطقتين مرشحين على أساس الموافقة في أونتاريو، هما: منطقة وابيغوون ليك أوجيبواي - إيغناس، ومنطقة سوغيين أوجيبوي - بروس الجنوبية، وقد شاركت كلتا الطائفتين في أنشطة واسعة النطاق للتعلم والمشاركة على مدى سنوات عديدة، ويتطلب الاختيار النهائي للموقع دعما من كل من الحكومة البلدية والمجتمعات المحلية المتضررة من الشعوب الأصلية.

التقدم الدولي في التخلص من المواد الجيولوجية

وفي حين تقدم كندا برنامج مستودعاتها، فقد قامت فنلندا بالفعل ببناء أول مستودع جيولوجي عميق تشغيلي في العالم للوقود النووي المستهلك، وقد تم حفر مرفق أونكلو الذي وضعته منظمة إدارة النفايات ، وهو مرفق مرخص به لشركة أول - 20 - بي، وهو مركب معتمد في إطار الفترة الزمنية المحددة للبناء، وهو 24 - 2 - 20 -

ويستخدم المشروعان الفنلندي والسويدي معاً أسطوانات النحاس ذات النظم العازلة في البنتونية، مما يُنشئ مرجعاً تقنياً مقنعاً للمجتمع الدولي، وتعمل فرنسا على تطوير مستودع سيغيو في تشكيلات الطين، بينما تقوم سويسرا وبلجيكا واليابان بالتحقيق في خياراتها الخاصة بالروك المضيفة، وتُظهر هذه المشاريع أن التحديات التقنية للتصريف الجيولوجي يمكن التغلب عليها وأن تُستوعب قوائم الوقود في إطار برامج بحثية مثبتة.

التكنولوجيات البديلة لمعالجة النفايات والتخلص منها

فبخلاف التخلص المباشر من الوقود المستهلك، يمكن أن تؤدي عدة مسارات تكنولوجية إلى خفض حجم نفايات الكاندو أو حمولة حرارة أو سميتها المشعة مما يتطلب عزلة جيولوجية، وفي حين أن السياسة الحالية في كندا لا تشمل إعادة المعالجة، فإن دولا أخرى لديها مفاعلات مستمدة من الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأندو قد أدرجت إعادة تدوير الوقود في استراتيجياتها النووية.

وتشمل دورة الوقود المغلقة عن طريق إعادة المعالجة فصلاً كيميائياً للوقود المستهلك لاستعادة البلوتونيوم واليورانيوم لإعادة الاستخدام، وقد تؤدي الهند التي تعمل على أسطول كبير من مفاعلات المياه الثقيلة المجهزة بالضغط استناداً إلى تصميم وحدة مكافحة التزود بالوقود وإعادة تصنيع الوقود المستهلك كجزء من برنامجها النووي ذي المراحل الثلاث، وقد تؤدي مفاعلات توليد الطاقة الكهربائية السريعة التي تعمل بدورها إلى توليد وقود أكبر من احتياطيات الصخروطية الواة.

وتهدف مفاهيم التقسيم والترجمة المسبقة إلى فصل المواد الخاملة الثانوية عن الوقود المستهلك وإحراقها في مفاعلات سريعة مخصصة أو نظم مسرعة الدفع، وتشير البحوث إلى أن هذه التقنيات يمكن أن تقلل من الجدول الزمني للسمية المشعة للنفايات العالية من حوالي 000 100 سنة إلى بضع مئات من السنوات، وفي حين أن التجزؤ والترجمة لا يزالان في مرحلة البحث والعرض، فإن البرامج الدولية في الاتحاد الأوروبي واليابان والولايات المتحدة تواصل التحقيق في جدوىهما.

ويعرض التخلص من الثقوب العميقة بديلاً للمستودعات الملغومة، بما في ذلك حفر حفر من ثلاثة إلى خمسة كيلومترات إلى حجر الأساس الكريستالي، وزرع عبوات النفايات في الجزء الأدنى، ويظهر أن وجود نظام داخلي داخلي في قاع المحيط القاري يُعرض على حركة المياه الجوفية المتوهجة جداً، وغليان كبير يثبط هجرة النويدات المشعة، ويدفع المستجيبون بأن التخلص من البيوتر يمكن أن يوفر بديلاً بسيطاً وأقل تكلفة لبعض أشكال النفايات المفقودة، بما في ذلك.

الهياكل الأساسية للنقل من أجل الوقود النووي المستخدم

(ب) يتطلب نقل الوقود النووي المستخدم من مواقع المفاعلات إلى مرفق مركزي في المستقبل نظام نقل يمكن أن يتحمل ظروف الحوادث القصوى دون إطلاق المواد المشعة؛ والمستوى الدولي لهذه الشحنات هو مجموعة الشحن من النوع باء - مقصورة شحن قوية تم تصميمها للبقاء على سلسلة متطلبة من التأثير والثقوب والنار واختبارات حرق المياه التي حددتها الوكالة الدولية للطاقة الذرية والتي تنفذها في كندا [FLT:] [النظام النووي:]

وتحتوي أنظمة النقل التقليدية [الوحدة المعنية بنقل المواد النووية] على عدة حزم من الوقود مقفلة داخل حاوية داخلية لا تطاق، وتُحاط هذه الحاوية بمستويات من اليورانيوم المستنفد أو مواد أخرى من أدوات الدرع، تكون جميعها موجودة في قذيفة فولاذية خارجية مبسطة، ويمكن أن يتجاوز وزنها الكلي 100 طن، مما يتيح القدرة على التكيف الهيكلي مما يجعلها غير صالحة للتشغيل أو للطرق البرية المنسجة أساساً.

الرقابة التنظيمية والمشاركة العامة

وتطبق إدارة النفايات المشعة في كندا في إطار تنظيمي شامل تديره اللجنة الكندية للسلامة النووية، وترخص اللجنة الوطنية لكل مرفق معني بالتخزين والتصريف، وتحدد متطلبات السلامة الصارمة للتصميم والتشغيل والتخلي عن التشغيل، ويجب أن تمر مشاريع المستودعات بتقييم بيئي متعدد السنوات يجري الآن بموجب قانون تقييم الأثر الذي يبحث الآثار الإشعاعية وغير الإشعاعية الطويلة الأجل، بما في ذلك الآثار على المياه السطحية والنظم الإيكولوجية والسكان الأصليين.

وتُكلَّف جلسات الاستماع العامة ولجان الاتصال المجتمعية والمشاركة المستمرة في كل مرحلة من مراحل عملية الترخيص، ويضع نهج الإدارة التدريجية المتكيفة مع المنظمة الوطنية للمرأة استعداد المجتمع في مركز صنع القرار، كما أن المجتمعات المرشحة في أونتاريو تقوم بإجراء استفتاءات رسمية وانتخابات المجالس البلدية قبل الالتزام باستضافة مستودعها، وتهدف هذه الدرجة من المشاركة العامة، مقرونة بالدقة العلمية، إلى بناء الثقة وضمان أن تكون قرارات هذه النتائج التنظيمية متاحة على الإنترنت.

التحديات المستمرة في إدارة النفايات الطويلة الأجل

وفي حين أن الطريق التقني للتخلص من نفايات اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين ثابت جيدا، فإن هناك تحديات كبيرة قائمة، إذ إن تحديد أن مستودعا سينفذ بأمان على مدى مليون سنة من الزمن يتطلب الاعتماد على المناظر الطبيعية، والنموذج المحسوب المتقدم، وبرامج الرصد الطويلة الأجل التي تتجاوز الخبرة البشرية، وتقدر تكلفة مستودع جيولوجي عميق في كندا بعشرات بلايين الدولارات من منتجي المشاريع الممولة من مصادر تمويل نووية على مدى قرنها.

ويشكل الحفاظ على الدعم العام والسياسي على مدى عقود وعلى نطاق الإدارات الحكومية المتغيرة تحدياً دائماً، وترحب بعض المجتمعات المحلية بالمنافع الاقتصادية وفرص العمل المرتبطة باستضافة مستودع، بينما تعرب مجتمعات أخرى عن قلقها إزاء المخاطر البيئية والوصم المحتمل، وتواصل المجتمع التقني الدولي صقل مفاهيم التخلص، واختبار مواد الحاجز الهندسية الجديدة، وتبادل البيانات من أجل بناء الثقة اللازمة للمضي قدماً في عمليات التخلص الدائمة، وقد أنشأت المنظمة برنامجاً قوياً للبحث العام يشمل نشرات الأخبار.

التطورات المستقبلية ومسارات الابتكار

ولا تزال البحوث في حلول النفايات الخاصة بكل من الاتحاد تتطور، وقد تؤدي دورات الوقود المتقدمة التي تتضمن الثوريوم في مفاعلات المياه الثقيلة إلى إنتاج نفايات أقل طولا بكثير مقارنة بدورات وقود اليورانيوم التقليدي، وقد أدت احتياطيات كندا الواسعة النطاق من الثوريوم إلى إجراء تحقيقات في دورات الهرمونات التي تدور في نواة من نوع CANDU، مما يمكن أن يقلل محتوى المنشطات من الوقود المستهلك ويبسط متطلبات التخلص.

وعلى المستوى الهندسي، تقوم الصناعة بتطوير محاور محسنة للأخشاب مع تعزيز مقاومة التآكل، ومواد التعبئة الذاتية التي يمكن أن تغلق الشقوق في نظام الحاجز المهندس، والمجسات اللاسلكية القادرة على رصد مستودعات تحت الأرض لقرون دون تدخل بشري، ويمكن أن يستحدث البرنامج الكندي للمفاعلات النموذجية الصغيرة أشكالا جديدة من النفايات تتداخل مع نفايات البرمجيات المتخلفة في إطار CANDU، مما يعزز اتباع نهج إدارة أوسع وأكثر تكاملا في الأجل للمنظمات يتناول المفاعلات المتعددة.

وبما أن المجتمع الدولي يشهد على إنشاء مستودع أونكالو لفنلندا، فإن رؤية الحل الدائم والسلبي لوقود الاتحاد الكوندي المستخدم لا تزال تتجه نحو الواقع، وهذه الرؤية تستند إلى العلم السليم، الذي يتواصل عن طريق المشاركة العامة المجدية، ويحملها التزام جماعي بحماية الناس والبيئة لأجيال بعيدة في المستقبل، وتتحمل مساهماتها الفريدة في توليد الطاقة النظيفة التزاماً صارماً تجاه كندا.