The Unprecedented Scale of the Fukushima Daiichi Decommissioning

إن وقف تشغيل محطة فوكوشيما دايشي للطاقة النووية ربما يمثل أكثر الأنشطة الصناعية تعقيدا وخطرا في تاريخ البشرية، وعندما يصيب زلزال الطول 9 وكارثة تسونامي بعد اجتياحها في 11 آذار/مارس 2011، فإن فقدان المفاعلات النووية المهدّدة في ثلاث وحدات مفاعلية قد أدى إلى الانهيار، والتفجيرات الهيدروجينية، والإفراج الواسع النطاق للمواد المشعة في المنطقة المحيطة بها.

The work, led by plant owner Tokyo Electric Power Company (TEPCO) under direct Japanese government oversight, is officially projected to require 30 to 40 years to complete. However, significant uncertaintyties surrounding fuel debris characterization, persistent groundwater contamination, and the limitations of current remote-handling technologies mean that the timeline to a clear, radiologically safe site remains anything but certain. The total cost is estimated at approximately 8 trillion yen (roughly 75 billion1]

تدابير المرحلة التالية مباشرة وتحقيق الاستقرار

وفي الأسابيع التي أعقبت الحادث مباشرة، كان من الضروري أن تُدخل المفاعلات الممزقة إلى حالة معروفة باسم الإغلاق البارد - وهي حالة لا تزال فيها درجة حرارة قاع ضغط المفاعل تقل عن 100 درجة مئوية، كما أن انبعاثات الإشعاعات قد خضعت للرقابة واحتوائها، مما أدى إلى استصلاح مجموعة من المثبطات المرتجلة في ظروف متطرفة، وقد أُدخلت مياه البحر مباشرة إلى سفن المفاعلات كمبرد الأخير، بينما استعادت أجهزة توليد الطاقة الكهربائية في حالات الطوارئ.

وفي منتصف كانون الأول/ديسمبر 2011، أعلنت شركة TEPCO إغلاقها البارد في الوحدات 1 و 2 و 3، إلا أن هذه الحالة كانت هشة ومؤقتة مصحوبة بالحقن المستمر للمياه والتعميم القسري، وظلت سفن الاحتواء الأولي المتضررة تسرب المياه الملوثة إلى قوارير مباني المفاعل، كما أن جرعات المياه الجوفية في هذه القوارير أصبحت صداعا مستمرا ومتصاعدا.

إبطال المياه الجوفية ونظم القفز

وكانت الأولوية الهندسية المبكرة هي فصل المياه الجوفية الطبيعية التي تتدفق عبر الموقع عن المياه العالية الإشعاع التي اتصلت بالوقود المذوب، وما يسمى بنظام " التجاوز " الذي تم تركيبه في عام 2014، وضخ المياه الجوفية من أعلى مبان المفاعل، وتحويلها مباشرة إلى المحيط بعد المعالجة، مما قلل كثيرا من حجم المياه التي تتطلب إزالة التلوث المكثف، وخفف الضغط على الهياكل الأساسية لإدارة المياه الهشة للموقع.

ومن التدابير الرائدة الأخرى لتحقيق الاستقرار بناء جدار ثلجي تحت الأرض يُسمى رسمياً حاجز التربة المجمد، وقد أُلقيت حلقة من الأنابيب التي تحمل حلاً مبرداً على الأرض حول مباني المفاعل لتجميد التربة المحيطة بها، مما يخلق حاجزاً غير قابل للإصابة يقلل إلى أدنى حد من تدفق المياه الجوفية إلى السرداب، وقد اكتملت في عام 2016، ويشمل الجدار الجليدي محيطاً يتراوح بين 1.5 كيلومتر تقريباً، ويمثل أكبر تطبيقات هندسية صناعية في العالم.

وفي حين أن الجدار الجليدي قد قلل بنجاح تدفق المياه الجوفية بعدة مئات من الأطنان يوميا، فإنه لم يكن حلا كاملا، فالثغرات المحلية في الحاجز المتجمد والطلب المستمر على الطاقة اللازمة للحفاظ على درجات الحرارة المتجمدة تبين التوازن الدقيق بين القوى البيئية الثابتة والمهندسة، وهذه التدابير المتعلقة بالاستقرار المبكر حاسمة، وتقضي على وقت الشراء، وتخفض بشكل منتظم المخاطر، بينما يمكن التخطيط على نحو أفضل لمهمة استعادة الحطام.

فهم تحدي دِبَر الوقود

وفي قلب اللغز الذي يُلغى عن الخدمة، يكمن ما يقرب من 880 طنا من الوقود النووي الذي ذاب، مختلطا بالزلاجات، والقضبان الرطبة، والخرسانة الهيكلية، ثم يعاد توحيدها في مادة معقدة متجانسة تعرف باسم المرجان، خلافا لتجمعات الوقود التي يمكن التنبؤ بها نسبيا والتي تصلح جيدا في مفاعل غير سليم، فإن حطام الوقود في مفاعل غير معروف.

توزيع كوريوم عبر الوحدات الثلاث

وفي الوحدة 1، يعتقد أن معظم الوقود قد ذبذب من خلال سفينة ضغط المفاعل وتجمع في قاع سفينة الاحتواء الأولية، حيث أضعفت بعد ذلك المعالم الخرسانية إلى بعض العمق، وشهدت الوحدة 2 آلية إخفاق مماثلة، ولكن جزءا من الحطام ربما استقر على الطابق الجزائي من الاحتواء، ويبدو أن الوحدة 3 احتفظت بقدر أكبر من الحطام داخل السفينة نفسها، رغم أن كميات كبيرة لا تزال تفلت من هيكل الاحتواء.

إن البيئة الإشعاعية داخل هياكل الاحتواء - التي تقاس بالسيارات في الساعة - تلغي أي دخول بشري، حتى في فترات قصيرة، ولذلك يجب أن تؤدي جميع أعمال التحقيق بالكامل بواسطة المساجين البعيدة، أو كاميرات المراقبة المزودة بالدواء، أو النظم الآلية المستقلة، كما أن المسح الضوئي للأشعة المتحركة المبكرة، الذي يستخدم الأشعة الكونية في صور الأجسام الكثيفة بطريقة مماثلة لمخطط للأشعة السينية.

تعزيز السمسرة من خلال التصوير عن بعد

وفي وقت لاحق، فإن التصوير المغنطيسي للأشعة الكونية الأكثر صقلاً، بالإضافة إلى إدخالات الكاميرات الملتقطة عن طريق موانئ الوصول الضيقة، قد أعطى المهندسين صورة أوضح وإن كانت غير كاملة لتوزيع الحطام، وحالته المادية، وحالة الهياكل الداعمة، وكل قطعة من البيانات تغذي مباشرة في تصميم أدوات الاسترجاع، لأن الحطام يجب أن يُعين ويقطع ويستخرج في طبقة مائية لتوفير معدات حرجة للتدفئة الإشعاعية.

وتُخطط عملية الاسترجاع نفسها في مراحل مرحلتين مدروستين بعناية، وتشمل المرحلة الأولى إزالة مجمعات الوقود المستهلك الميسرة نسبياً والمخزنة في المجمعات العليا لكل وحدة، وهذه المجمعات لا تتضرر مباشرة من جراء الانهيارات، ولكنها تعرضت لسقوط مشع كبير وتتطلب معالجة دقيقة، وقد نجحت مجموعة الوحدات 4 التي كانت تملك كامل نواة في وقت وقوع الحادثة في إخلاء المعالم الثقيلة التي ثبتت إمكانية تطبيقها في كانون الأول/ديسمبر 2014().

مراقبة مستودع المياه المشعة

وربما لم يجذب أي وجه من وجوه تنظيف فوكوشيما اهتماما دوليا أكثر من إدارة المخزون الهائل من المياه الملوثة، فالماء يُحقن باستمرار في سفن الضغط المفاعلية لتبريد حطام الوقود، ولكنه يلتقط أيضا قنابل معقدة من النويدات المشعة عندما يتعلق الأمر بالاتصال المباشر بالكوريوم المذوب، ويضاف إلى هذا التحدي المياه الجوفية التي لا تزال ترتد إلى السرداب على الرغم من الجليد ونظم المفاعل.

ونتيجة لذلك، يُعد معدل جيل يومي يتراوح بين 100 و 150 متر مكعب من المياه المشعّة للغاية، ومنذ الحادث، تم جمع هذه المياه وإعادة استخدامها في المفاعلات حيثما أمكن، ومعالجتها من خلال سلسلة من نظم إزالة التلوث المتطورة التي توجد في الموقع.

نظام تجهيز السائل المتقدم

The centrepiece of the water treatment scheme is the ] Advanced Liquid Processing System] (ALPS), which removes 62 different radionuclides, including strontium-90 and cesium-137, to levels well below regulatory limits. The notable exception is tritium, a radioactive isotope of hydrolt conventional using chemically match to ordinary hydrogen.

وفي منتصف عام 2023، تم تخزين أكثر من 1.3 مليون طن من المياه المعالجة بمبيدات الآفات في أكثر من 000 1 دبابة كبيرة مصففة على نطاق واسع في موقع المحطة، وتشغل هذه الصهاريج حيزا قيما مطلوبا لأنشطة وقف التشغيل في المستقبل وتخلق عبئا كبيرا على الإدارة على المدى الطويل وشاغلا يتعلق بالسلامة، ولا سيما فيما يتعلق باحتمال تعرض الزلازل للضعف.

خطة إطلاق المياه المُتَعَدَّة

وبعد سنوات من المداولات المتأنية والمشاورات الدولية، أعلنت الحكومة اليابانية في عام 2021 خطة لإطلاق المياه المعالجة في المحيط الهادئ تدريجيا، مما أضعفها بالمياه البحرية لتقليل تركيزات ثلاثية إلى أقل من مرة واحدة من المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية بشأن مياه الشرب، وبدأ الإفراج في آب/أغسطس 2023 تحت إشراف ]]] الوكالة الدولية للطاقة الذرية [إختتام ممارسات السلامة] (الوكالة الدولية للطاقة الذرية).

Despite the technical rigour behind the plan, the water release has generated significant public and regional disquiet, prompting an extensive programme of environmental monitoring. Fish, seawater, and sediment are regularly tested, and real-time data are made available online. From an engineering standpoint, the handling of such a vast inventory of liquid waste has accelerated the development of modular skid-mounted treatment units, advanced adsorbent materials for strontium and iodine removal, and techniques for tritium separation that, while not yet deployed at scale, could become relevant for future decommissioning projects and nuclear waste facilities worldwide.

تكنولوجيات التأقلم والتعامل عن بعد

ونظرا لأن الحقول الإشعاعية المكثفة داخل سفن الاحتواء تُقتل للبشر في غضون دقائق، فإن الروبوتات هي العاملون في خط المواجهة الذي لا غنى عنه في فوكوشيما، وعلى مر السنين، تم نشر مجموعة واسعة من المركبات والمناولة التي تعمل عن بعد، وكل تهارب يضغط على حدود الإلكترونيات المحتوية على الإشعاع، والملاحة دون البحرية في الوقت الحقيقي، والتلاعب المدمر.

وقد تم تكييف القيد المبكر، مثل جهازي التعبئة والوابح المتعقبين اللذين تم تطويرهما أصلا لتطبيقات التخلص من القنابل، بحيث يحملان كاميرات ومدافن في مبان المفاعلات المظلمة والمغرقة، وقد قدموا أول آراء داخلية ولكن كثيرا ما يتجمعون في حالة انقطاع الاتصالات أو التلف التراكمي للإشعاع، مما يبرز الحاجة الملحة إلى نظم مصممة خصيصا.

النُظم الآلية الغرض - باء -

قامت منظمات تطوير التكنولوجيا اليابانية، ولا سيما المعهد الدولي للبحوث المتعلقة بالانزال من الأسلحة النووية، بالإشراف على إنشاء روبوتات ذات أغراض محددة لبيئة فوكوشيما، وقد استخدمت سلسلة "النشرة الشهيرية" مزيجا من وحدات الزحف وأذرع التلسكوب التي يمكن أن تحول من مقياس الإشعاع إلى 19

وكانت المركبات التي تعمل عن بعد دون المستوى اللازم لتفتيش غرف الصخور المغرقة وقياس مستويات المياه في حجرات القمع، وقد قامت شركات من بينها توشيبا وهيتاشي - جي ببناء روبوتات ذات مساكن مائية، وكاميرات مأهولة بالإشعاع، ورابطات اتصالات الألياف الضوئية التي يمكن أن تمتد مئات الأمتار عبر نقاط الدخول الضيقة.

تجاوز الأضرار الإشعاعية

ومن العقبات الهندسية الرئيسية ضمان قدرة المكونات الإلكترونية على الصمود في مزيج من الإشعاع العالي في غاما والمياه، وتحلل الموصلات شبه الموصلات الموحدة بسرعة تحت هذا التعرض، مما أدى إلى وضع تصميمات مسببة للاتكال الإشعاعي تستخدم مواد واسعة النطاق، ودوائر متلوّنة زائدة، وأجهزة داخلية لإعادة الأداء، كما تتطلب النظم الآلية إدارة رقائق متطورة لمنع التسلل عبر الملاحة.

وفي المستقبل، يتوقف الجدول الزمني لاسترجاع الحطام على نطاق واسع على القدرة على نشر ذراع متلاعب قوي وثقيلة في العمل يمكن أن يقطع ويرفع وينقل أطنان من الكولينيوم دون تفكيك هياكل غير مستقرة، ويقوم المهندسون حاليا باختبار جهاز واسع النطاق للتنقيب عن بعد يضم عدة مفاصل في مرفق كامل النطاق للتعبئة بهدف بدء عملية استخراج الحطام في الوحدة 2 في أواخر عام 2020.

استراتيجية إدارة النفايات والتخلص منها

وخرّب خريطة الطريق التي ألغيت تشغيلها في فوكوشيما دايشي، التي اشتركت في نشرها الحكومة اليابانية والمنظمة اليابانية للتعاون التقني، العمل إلى ثلاث مراحل واسعة، أما المرحلة الأولى التي استمرت حتى عام 2015 تقريباً، فتركز على تحقيق الاستقرار العاجل وإزالة مجمعات الوقود المستهلك في الوحدة 4 - المرحلة 2، التي تمتد عبر منتصف العشرينات تقريباً، والمراكز المعنية بمواصلة تنظيف المجمعات، وخفض تدفق المياه الجوفية، والإعداد المفصل لاسترداد الكامل للأنقاضى.

رسم خرائط النفايات الفيروسية وإدارتها

وترتبط إدارة النفايات ارتباطا وثيقا بهذه الاستراتيجية المرحلية، وستولد النباتات مئات الآلاف من الأطنان من المواد المشعة - الخرسانة، والمعادن الهيكلية، وراتنجات التبادل الأيوني، والحمأة من معالجة المياه، وفوق كل ذلك حطام الوقود نفسه، وكل مسار للنفايات يتطلب توصيفه ومعالجته وتعبئة وطرق تخزينه المؤقتة.

وقد تم بناء مجمع مكرس لتخزين النفايات الصلبة على الموقع، يتألف من مستودعات كبيرة مغطاة ومرفق لحرق النفايات ذات المستوى المنخفض القابل للاحتراق مع معالجة متقدمة لغاز الفلور لاستخلاص النويدات المشعة، وتشكل النفايات الثانوية من نظم معالجة المياه، مثل السفن المستهلكة من البوليسترينات، والحمأة العالية النشاط التي تحتوي على السترون المركز، تحديا خاصا لأنها شديدة الإشعاع وتتطلب خزنا متينا.

قسم البحث والتطوير في تي بيكو، مع المختبرات الوطنية، يُحقق بنشاط في أساليب اليقظة والإسمنت لتثبيت هذه النفايات للتخلص الجيولوجي العميق في نهاية المطاف، مُجسّداً برامج النفايات الرفيعة المستوى في فرنسا والسويد والمملكة المتحدة.

المراقبة الدولية للتعاون والتنظيم

وقد أصبح وقف تشغيل فوكوشيما مختبرا عالميا للانتصاف النووي، مما جذب الخبرة والتمويل من جميع أنحاء العالم، وقد قامت الوكالة الدولية للطاقة الذرية ببعثات متعددة لاستعراض الأقران، وقدمت توصيات بشأن كل شيء من رصد الإشعاع إلى الاتصالات مع أصحاب المصلحة، وقد أجرى استعراض تاريخي في عام 2013 تقييما لنموذج الطريق العام في منتصف المدة وطوال المدة، وبعثات المتابعة في عام 2015 و 2018 و 2023 تتبع التقدم الطموح، مع حث الجهات على توخي الحذر في الوقت نفسه.

وعلى أرض الواقع، قام المعهد بإضفاء الطابع الرسمي على التعاون مع منظمات خارجية مثل المختبرات الوطنية لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة - ولا سيما مختبر إيداهو الوطني ومختبر أوك ريدج الوطني - وهيئة الإنزال النووي البريطانية، وقد طورا معا نظما مناولة عن بعد، وتقنيات غير هدنة في المقادير، ونهجا لقطع الصلب السميك والخرسانة في بيئات عالية الإشعاع.

تطوير القوى العاملة ومصانع الإنسان

خلف كلّ إنسان آليّ و غطاء احتواء يكمن فريق بشريّ، معرفته وأخلاقه وسلامته هي الأهمّية لنجاح المشروع، ويستخدم موقع (فوكوشيما دايتشي) آلاف العمال يومياً، تتراوح من مهندسين ذوي مهارات عالية وأطباء فيزيائيين صحيين إلى عمال البناء وأطقم صيانة الصهاريج، ومنذ الطوارئ الأولى، استثمرت شركة (تي بي سي) الكثير في نظم حماية الإشعاعات كاملة،

إن استمرار قوة عاملة ماهرة على مدى فترة الأربعين عاماً من المشروع يشكل تحدياً ديمغرافياً فريداً، سكان اليابان المسنين وانخفاض معدلات الولادة يعنيان تقلص عدد العمال الشباب الذين يدخلون الصناعة النووية، واستجابة لذلك، تقوم المنظمة ومقاولوها بوضع برامج تدريب محددة الهدف والتعاون مع الكليات التقنية لإنشاء خط أنابيب لأخصائيي مراقبة الإشعاع وتقنيين مناولة التعاطي عن بعد.

The Road Ahead: Timelines and Persistent Unknowns

ورغم التقدم الهائل الذي أحرز منذ عام 2011، فإن أشد فصول وقف التشغيل لم تُكتب بعد، إذ إن استعادة الجزء الأكبر من الحطام الوقود، الذي يستتبع التفكيك المنهجي لمباني المفاعلات وإزالة هياكل الدعم المادي، سيتطلب ابتكارات لا تزال في مرحلة التبريد، وقد يكون الحطام الوقود نفسه عدوانياً من الناحية الكيميائية، أو غير مستقر، أو خاضعاً لشواغل حيوية إذا ما أعيد تركيز المواد الانشطارية.

ويضيف شيخوخة المكوّنات بعدا آخر من التعقيدات، حيث شُيدت أجزاء كثيرة من مباني المفاعل في السبعينات والثمانينات وتعرضت للرش الملح، والدورات الحرارية، والأضرار الإشعاعية التراكمية، وكلما طالت فترة بقاء الهياكل، زادت مخاطر تدهور المواد التي يمكن أن تعقّد عملية التفكيك، وزادت من فرص حدوث انهيار غير متحكم فيه.

ومن بين أكثر المجهولين جسامة ما يتعلق بعمق تغل الوقود في المواصفات الخرسانية للاحتواءات، وإذا وصل الحطام إلى التربة تحت مظلة القاعدة، فإن استعادة التربة ستتطلب التطهير من مهمة دونية يمكن أن تنتشر التلوث وتعقد بشكل كبير تحت الماء وفي حقول الإشعاع العالية، ويجري اختبار عدة تقنيات للتحقيق، بما في ذلك أخذ عينات الثقوب والارتطام البعيد المدى.

التوائم الرقمية والحياكة

ولإدارة هذه المجهولين، يتجه المهندسون بصورة متزايدة إلى التكنولوجيا المزدوجة الرقمية - وهي نسخة افتراضية من المصنع الذي يدمج بيانات الاستشعار في الوقت الحقيقي، والنماذج الهيكلية، وعمليات المحاكاة المتعلقة بالنقل الإشعاعي، ويتيح التوأم الرقمي للأفرقة إدارة سيناريوهات " ما إذا كان " لعمليات استرجاع الحطام، واختبار خوارزميات التحكم الآلي، والتنبؤ بانتشار التلوث في إطار خطط مختلفة للتدخل.

خاتمة

ولا تتوازي التحديات الهندسية التي تواجه وقف تشغيل فوكوشيما دايتشي في التاريخ الصناعي، فهي تشمل الفيزياء النووية، والروبوتية، والهيدروجيولوجيا، وعلوم المواد، وإدارة النفايات، وجميعها مصممة في إطار تنظيمي واجتماعي دينامي، وقد أرغم المشروع بالفعل على تطوير تكنولوجيات جديدة من جدران التربة المجمدة إلى نظم رصد ثلاثية الأبعاد ومنابر رقمية توأمة، وهي الآن جزء من مجموعة الأدوات العالمية لإعادة الوساطة النووية.

وستختبر العقود المقبلة قدرة هذه الابتكارات على التكيف، وستتطلب مزيدا من التقدم، ولن يقاس النجاح بالسرعة، بل بالخفض المستمر للمخاطر، واستعادة البيئة الآمنة للمجتمعات المحلية، فالدروس التي تُنقَط إلى عملية تنظيف فوكوشيما تشكل مستقبل وقف التشغيل النووي في جميع أنحاء العالم، مما يعزز الحقيقة القائلة بأن أعمق الأثام الهندسية هي التي تفكك بعناية ومنهجية بدلا من أن تتراكم.