ويتطلب الترخيص بالمرافق النووية في المناطق النشطة زلزامية من المنظمين والمهندسين وصانعي السياسات معالجة تفاعل معقد من عدم اليقين العلمي، والتصلب الهندسي، والمساءلة العامة، إذ أن هذه المزلاجات تشكل أحد أهم التهديدات الخارجية لمصانع الطاقة النووية، وعواقب الفشل تتجاوز الحدود الوطنية، ومع تحول كثافة الطاقة العالمية إلى مصادر منخفضة الكربون، فإن العديد من البلدان التي توجد فيها مناطق زلازلية نشطة تُعيد النظر في أطرها للترخيص أو تُحدث تغيراً جديداً.

فهم المخاطر السيزمية

فالمناطق النشطة في حالة الزخرفة تحددها وجود حدود الصفائح التكتونية، وخطوط الخط، والنشاط البركاني، والسيزمية المستحثة من الأنشطة البشرية مثل التعدين أو السطو على الخزان، أما بالنسبة للمرافق النووية، فإن الشاغل الرئيسي هو الهز البري، ولكن الأخطار الثانوية مثل تسيك التربة، والانهيارات الأرضية، والتسونامي، والارتباكات الخاطئة، فيجب أيضا تقييم القرارات المتعلقة بتخزين جميع هذه المخاطر.

تحليل الأخطار السيزمية

وتشكل تحليلات المخاطر السيزمية الأساس الرئيسي لتقييم المواقع بالنسبة للمرافق النووية، إذ تستخدم منهجيتان متكاملتان بشكل عام: تحليل المخاطر السيزمية المحتملة وتحليل المخاطر السيزمية المحدِّد (DSHA) وتُدمج معدلات تكرار الزلازل، والعلاقات بين الحجم والتواتر، ومعادلات التنبؤ بالحركة الأرضية، وآثار الموقع على إنتاج منحنىات الخطر التي تعبر عن احتمال تجاوز مستويات الترخيص الأرضية المحددة.

فالدراسات الخاصة بالمواقع ضرورية لأن النماذج السيزمية الإقليمية كثيرا ما تفتقر إلى القرار اللازم للهياكل الأساسية الحيوية، فالتحقيقات في أعماق البحار، والخناق بين الأخطاء المشتبه فيها، والتحليل اللاهوتي، والدراسات الجيوفيزيائية تساعد على تحديد الأخطاء التي كانت غير معروفة سابقا، وفي بعض المناطق، مثل الولايات المتحدة الوسطى والشرقية، فإن السجل السيزمي قصير بالمقارنة مع فترات تكرار الزلزال، مما يؤدي إلى عدم يقين كبير في التصميمات الوبائية التي يجب أن تكون ذات طابعها.

"أرض" - "أهداف مُنتجة" "بعد الظل"

فالتذبذب الأرضي هو جزء واحد فقط من طيف الخطر، إذ أن التكتل في التربة، حيث تفقد الرمال المشبعة قوتها أثناء التحميل الدوري، يمكن أن يؤدي إلى فشل في الأساس، وإلى تسوية متمايزة، وفقدان الدعم الأفقي، ويتطلب تقييم مخاطر التكرار إجراء تحقيقات جيولوجية تقنية مفصلة، بما في ذلك اختبار التغلغل في المخابيل، وقياس سرعة موجة الأمطار، واختبار مختبرات العواصف الدورية على العينات المحتملة غير المتنازعة.

ومن الاعتبارات الحاسمة الأخرى التمزق الافتراضي عبر الموقع، إذ تحظر المبادئ التوجيهية المتعلقة بالتراخيص عموماً إقامة هياكل ذات صلة بالسلامة مباشرة على أخطاء قابلة للتحمل، ولكن تحديد حدود مناطق الغلط واحتمالات انتشار السور يمكن أن يكون موضع خلاف، وفي الحالات التي يتم فيها تحديد الأخطاء أثناء البناء، قد يتطلب المنظمون إعادة تصميم أو نقل أو اتخاذ تدابير وقائية إضافية، كما يجب تقييم مخاطر الحطام السطحي والمنحدر المتاخمة للموقع.

تحديات التصميم والهندسة

وتتطلب المرافق النووية الهندسية لمواجهة الظواهر السيزمية اتباع نهج قائم على النظم يتجاوز مجرد تعزيز المكونات الفردية، ويجب أن تؤدي المنشأة بأكملها، بدءا من بناء المفاعلات إلى إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ، وبهيكلات استحواذ المياه المبردة، كنظام متكامل تحت التحميل الدينامي، وتشتمل استراتيجيات التصميم الحديثة على نظم عزلة قاعدية، تلغي الهيكل من الحركة الأرضية باستخدام عوامل اللاهوت أو معدات التحلل.

وما زالت هياكل الاحتواء المعززة هي الدفاع الأولي عن الإطلاقات الإشعاعية، وقد زادت هوامش تصميمها زيادة كبيرة بعد الدروس المستفادة من الزلازل الماضية، حيث أن الخرسانة التي سبقت معالجتها بطبقات متعددة من التعزيزات، وخطوط الصلب الساخرة، والمرسى القوي للمؤسسة هي الآن معيار، غير أن التفاعل بين المكونات الهيكلية وغير الهيكلية - التنظيف، وخطوط الكابلات، ونماذج التهزحلقية، وأجهزة التحاليل.

ومن أكثر جوانب التصميم السيزمي صعوبة ضمان بقاء النظم الأمنية - الحرجة تعمل بعد حدوث زلزال في التصميم، ويشمل ذلك مولدات الديزل في حالات الطوارئ، ومصارف البطاريات، ومضخات التبريد، ونظم المراقبة، ولا تتطلب وظيفة ما بعد الزلزال أن تبقى المعدات على حالها، بل أن تستمر في العمل دون انقطاع، مما يدفع إلى اتخاذ قرارات التصميم مثل تثبيت البطاريات لمنع التأشيرات.

الحواجز التنظيمية والرخصية

وتواجه الوكالات التنظيمية في جميع أنحاء العالم مهمة صعبة تتمثل في وضع معايير للسلامة تعكس التهديد السيزمي الحقيقي دون فرض شروط غير ضرورية تقنيا أو مانعة اقتصاديا، ويمكن لعملية الترخيص لمؤسسة نووية في منطقة نشطة زلزامية أن تمتد لعقد أو أكثر، ويمكن أن يؤدي تطور المعارف السيزمية خلال تلك الفترة إلى إحداث تغييرات في تصميم المجرى المتوسط تؤخر الموافقة وتصعيد التكاليف، وبالتالي يجب على الجهات التنظيمية أن تتوخى المرونة في أطرها لاستيعاب المعلومات الجديدة دون تضحية.

تحديث الأطر التنظيمية

وقد وضعت أنظمة عديدة للسلامة النووية قائمة على بيانات زلزالية من المناطق القارية المستقرة، حيث تكون مخاطر الزلازل منخفضة ومصنوعة جيدا، وتطبق هذه الأطر على المناطق التي تتسم بالتكتونيات المعقدة، مثل منطقة البحر الأبيض المتوسط، واليابان، وإندونيسيا، أو غرب الولايات المتحدة، وتحتاج إلى تكييف كبير، وتوفر الوكالة الدولية للطاقة الذرية مجموعة شاملة من معايير السلامة للتصميم السيزمي وتقييم المواقع، التي تشكل تحديا كبيرا للتنفيذ على نطاق واسع.

وتُستخدم عمليات استعراض السلامة الدورية على نحو متزايد لضمان مواكبة محطات التشغيل لتطور الفهم السيزمي، وبعد حدوث زلزال كبير - مثل زلزال توهوكو في اليابان عام 2011 - قام المنظمون بتكليف إعادة تقييم المخاطر السيزمية في النباتات القائمة، مما يؤدي إلى إعادة استخدام الأجهزة، أو تقييد السلطة، أو في بعض الحالات إلى إغلاقها بصورة دائمة، وبالتالي فإن عملية تحديث الأطر التنظيمية بطيئة لأنها تنطوي على مشاورات مع أصحاب المصلحة، واستعراض النظراء علمي، والرقابة السياسية.

وثمة عقبة تنظيمية أخرى تتمثل في معالجة ما وراء الزلازل - الحوادث التي تتجاوز الحد الأقصى للزلزال الذي يعتبره الموقع، وبعد حادث فوكوشيما، يتطلب العديد من المنظمين الآن الحصول على تراخيص لإثبات أن المصنع يملك هامش أمان كاف لتحمل الأحداث التي تتجاوز أساس التصميم دون فشل كارثي، مما أدى إلى اعتماد استراتيجيات متنوعة ومرنة لمواجهة حالات الطوارئ في أوروبا، وفي الولايات المتحدة،

الشواغل العامة والسياسية

وكثيرا ما يؤدي إنشاء المرافق النووية في المناطق النشطة زلزامية إلى إثارة معارضة عامة شديدة، بسبب المخاوف من الفشل الكارثي والتصورات القائلة بأن المنظمين لا يستطيعون السيطرة الكاملة على الخطر، وقد ضاعف حادث فوكوشيما هذه الشواغل على الصعيد العالمي، مما أدى إلى وقف أعمال البناء النووي الجديدة في عدة بلدان وإلى زيادة التدقيق في المصانع الموجودة في المناطق الزلزالية، ويمكن للمعارضة العامة أن تؤخر أو تمنع الترخيص حتى عندما تكون حالات السلامة التقنية قوية.

كما أن الضغوط السياسية تشكل نتائج الترخيص، وقد يواجه المسؤولون المنتخبون طلبات متضاربة من الجهات التي تعارض القوة النووية من حيث المبدأ، ومن دعاة الصناعة الذين يشددون على الفوائد الاقتصادية والكربونية، ومن خبراء السلامة الذين يزعمون أن المخاطر السيزمية يمكن إدارتها، وتتطلب إزالة هذه التوترات عمليات شفافة لصنع القرار، ومشاركة مستمرة من أصحاب المصلحة، والاتصال الواضح بالأساس العلمي لقرارات الترخيص.

ومن بين النهج الفعال لبناء الثقة العامة إنشاء لجان رقابة مستقلة تضم خبراء محليين وممثلين للمجتمعات المحلية وعلماء مستقلين، ويمكن لهذه اللجان استعراض تحليلات السلامة، وفحص ممارسات البناء والتشغيل، وإبلاغ الجمهور والحاكم بنتائجها، وعندما تشعر المجتمعات المحلية بأن شواغلها تؤخذ على محمل الجد وأن لها صوت في عملية الترخيص، فإن المعارضة كثيرا ما تكون ضعيفة، وإن كانت تختفي تماما.

المعايير الدولية والتعاون

ونظرا للآثار المترتبة على حادث نووي عبر الحدود، فإن التعاون الدولي بشأن معايير الترخيص السيزمي ضروري، وتشمل مجموعة معايير الأمان الخاصة بالوكالة متطلبات محددة بشأن السلامة في تقييم الموقع (SSR.1) ومتطلبات السلامة التصميمية (SSR -2/1)، التي تشمل المخاطر السيزمية، والتحقيقات الجيوتقنية، وتصميم الهياكل والنظم والعناصر ضد الزلازل، وهذه المعايير ليست ملزمة قانونا، بل تعتمدها على نطاق واسع أطر التنسيق الوطنية للرابطة.

ويمكن للاتفاقات الثنائية بين البلدان ذات البرامج النووية المتقدمة وتلك التي تستحدث بناءات جديدة أن تيسر نقل المعارف والمساعدة التقنية، فعلى سبيل المثال، أبرمت لجنة التنظيم النووي في الولايات المتحدة اتفاقات مع عدة بلدان في جنوب شرق آسيا والشرق الأوسط لتقديم التوجيه بشأن استعراضات السلامة السيزمية.() كما أن [[FLT:]] [خطة الاستعراض الموحدة التابعة للدول الأعضاء في الوكالة الدولية للطاقة الذرية] تقدم إجراءات قبول مفصلة.

وتنسق وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي المشاريع الدولية المتعلقة بالمخاطر السيزمية، والتفاعل بين هياكل التربة، وتأهيل المعدات، وتولد هذه المشاريع بيانات ونماذج متاحة مجانا للمنظمين والمرخصين، وتخفض الازدواجية في الجهود وتعزيز التقارب التقني، ومع تحول تصميمات المفاعلات الجديدة، بما في ذلك المفاعلات النموذجية الصغيرة، إلى منح التراخيص، فإن المواءمة الدولية بشأن معايير التصريف الذاتي ستيسر تحقيق مستويات أكثر اتساقا.

دراسات الحالة والدروس المستفادة

وتوفر تجربة العالم الحقيقي من الزلازل الكبيرة الاختبار النهائي لأطر الترخيص وممارسات التصميم، وتبين دراسات الحالات الإفرادية التالية أنواع التحديات التي تنشأ والدروس التي أُدرجت في متطلبات الترخيص الحديثة.

حادثة فوكوشيما دايتشي

وقد تسبب زلزال توهوكو في 11 آذار/مارس 2011 وما تلاه من تسونامي في وقوع حادث مسبب للخسائر في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية أدى إلى انهيار أساسي، وتفجيرات هيدروجين، وإطلاق مواد مشعة، وفي حين أن السبب المباشر للحادث كان عظمة أمواج تسونامي في دفاعات الموقع، فإن هذا الوضع نفسه تسبب في أضرار كبيرة في عمليات التصف الأرضي، والمعدات الكهربائية، ومرافق تخزين الوقود.

وفي أعقاب ذلك، قام المنظمون اليابانيون بإصلاح إطار الأمان النووي في البلد، وإنشاء هيئة التنظيم النووي بولاية الإشراف المستقل، وتشمل متطلبات الترخيص الجديدة افتراض أن الأخطاء التي يمكن أن تنتج زلزالاً من الحجم ٧,٠ أو أكثر موجودة داخل المنطقة الواقعة تحديداً ما لم يكن هناك انحراف، وأن العناصر المتعددة المتصلة بالسلامة التي كثيراً ما تكون موجودة من مخاطر السيزم وأمواج تسونامي، كما أن تجربة فوكوشيما التي تنطوي على زيادة في إدارة عمليات التبني الواسعة النطاق

محطة الطاقة التابعة ل ديابلو كانيون

وقد كانت محطة ديابلو كانيون النووية، التي كانت موجودة في الساحل المركزي لكاليفورنيا، في مركز مناقشات الترخيص السيزمي لعدة عقود، وكانت المفاعلة قد صُممت أصلاً لتحمل أكبر زلزال متوقع من الأخطاء المحلية، ولكن الدراسات التي أجريت فيما بعد حددت أخطاء غير معروفة سابقاً - مثل الريدج وسان لويس وخسائر الشورلين إلى الموقع أكثر مما تم الاعتراف به أصلاً.

وقد خلص التقييم النهائي للسلامة السيزمية إلى أن ديابلو كانيون يمكن أن يتحمل بأمان زلزال التصميم المستكمل، ولكن العملية أبرزت الصعوبات التي تواجه مرافق الترخيص في المناطق التي يتطور فيها الفهم السيزمي بمرور الوقت، وأن التأخيرات والتكاليف المرتبطة بإعادة التقييم أصبحت دراسة حالة يستخدمها كل من مؤيدي ومعارضي الطاقة النووية، وأن درس أطر الترخيص يتطلب عمليات مهيكلة لدمج معلومات جديدة عن مخاطر السيزمات دون إيجاد تحديث.

محطة كاشيوازاكي للطاقة النووية في كاريوا

وشهدت محطة كاشيوازاكي - كاريوا في اليابان حركة أرضية قوية خلال الزلزال الذي ضرب نيغاتاكين تشويتسو - أوكي في عام 2007، والذي تجاوز الأساس الذي وضعه تصميم المصنع به هامش كبير، وبالرغم من أن نظم الأمان تعمل على النحو المقصود ولم يكن هناك إطلاق للمواد المشعة، فقد تسبب هذا الحادث في أضرار جسيمة للمعدات غير المتصلة بالسلامة، بما في ذلك المحولات، ونظم حماية الحرائق، ومباني تخزين النفايات.

وقد أدى التحقيق في فترة ما بعد الزلزال إلى إعادة تقييم شامل لممارسات التصميم السيزمي في اليابان، وشملت الدروس الرئيسية أهمية تركيب جميع المعدات المتصلة بالسلامة لتحمل التسارعات التي تفوق ما تم النظر فيه أصلا، والحاجة إلى نظم الصمامات الخلوية التي يمكن أن تستوعب حالات التشرد الكبيرة، وأهمية بروتوكولات التفتيش بعد الزلزال التي يمكن أن تقيّم بسرعة السلامة الهيكلية.

التكنولوجيات والنهج الناشئة

وقد أدت التطورات في علوم الزلازل والهندسة إلى تحسين القدرة على الترخيص وتشغيل المرافق النووية في المناطق النشطة من الناحية السيزمية، وقد أصبح تحليل المخاطر السيزمية الافتراضية أكثر تطورا، حيث يتضمّن نماذج للأخطاء الثلاثة، وعمليات المحاكاة الدينامية، وعمليات حساب المواقع غير المباشرة المحددة، وهي عوامل تؤدي إلى الحد من عدم اليقين الوبائي وتوفر أساسا أكثر قوة لقرارات التصميم.

وتمنح المفاعلات النموذجية الصغيرة مزايا محتملة للترخيص السيزمي بسبب انخفاض حجمها وبساطة تصميمها، إذ أن العديد من تصميمات العلاقات بين المناطق الصناعية تشمل تركيباً أقل من المستوى، مما يحد بطبيعة الحال من الاستجابة السيزمية، حيث أن بعض التصميمات تستخدم سفن احتواء الفولاذ بدلاً من هياكل ملموسة كبيرة، مما يقلل الكتلة التي يجب دعمها بالسيك، كما أن التخليس المصانعي يحسن من مراقبة الجودة، مما يقلل من احتمالات وجود عيوب في تصميمات في تصميمات التي يمكن أن تؤثر على الأداء السيزمية.

وثمة نهج واعد آخر يتمثل في استخدام نظم الرصد السيزمي المتقدمة التي توفر بيانات آنية عن الاستجابة الهيكلية خلال الزلازل وبعدها، ويمكن لهذه النظم أن تؤدي تلقائيا إلى إجراء عمليات التفتيش، وتحديث هوامش الأمان، وإبلاغ إجراءات الاستجابة في حالات الطوارئ، وعندما تقترن بتوائم رقمية في المصنع، يمكن أن تحفز نظم الرصد أثر الحركة الأرضية الملاحظ على السلامة الهيكلية وتشغيل النظم، مما يوفر للمشغلين والمنظمين صورة دينامية عن حالة السلامة في فترة ما بعد الزلزال.

خاتمة

إن إصدار تراخيص للمرافق النووية في المناطق النشطة من الناحية الزلزالية يتطلب نهجا صارما ومتكيفا وشفافا يدمج أفضل العلوم المتاحة، وتصميم هندسي قوي، ومشاركة مستمرة من أصحاب المصلحة، حيث أن مخاطر الزلازل غير مؤكدة في جوهرها، ويجب أن تتطور الأطر التنظيمية لتعكس المعرفة الجديدة، والثقة العامة هي أمر أساسي وإن كان هشا، ومع ذلك فإن الدروس المستفادة من الزلازل السابقة - من فوكوشيما إلى كاشيا.