The Ongoing Evolution of Radiological Cleanup at Fukushima

إن الحادث النووي الذي وقع في عام 2011 في فوكوشيما دايتشي والذي بدأ في إطاره أحد أكثر الجهود التي بذلت على الإطلاق في مجال الإصلاح البيئي تعقيدا، كما أن إطلاق الساتيوم المشع، والسترونتيوم، والنظائر الأخرى في جميع أنحاء الأرض والمياه والهياكل الأساسية تتطلب أساليب تطهير لم يسبق لها مثيل، مع حماية العمال والنظم الإيكولوجية، وبعد مرور أكثر من عقد من الزمن، تمثل التقنيات التي يجري تنقيحها في الموقع تقدما هائلا يتجاوز الابتكارات في مجال السلامة في التربة والضغط المبكر.

فهم جدول الهيمنة الكامل

وفي 11 آذار/مارس 2011، كان من شأن حدوث زلزال ضخم وأمواج تسونامي، وهو ما أدى إلى حجب دفاعات محطة الطاقة النووية في فوكوشيما دايشي، حيث بلغت ثلاثة من نوبات المفاعلات مستويات الارتحال، وتفجيرات الهيدروجين التي أخلت بمباني الاحتواء، ووزعت ما يقدر بـ 520 إلى 000 1 من أنواع المواد المشعة في البيئة.

ولم يكن التلوث موحداً، فقد ظهرت مجموعة معقدة من أنماط الترسبات استناداً إلى الظروف الجوية أثناء الإفراج، والطبوغرافيا المحلية، واستخدام الأراضي، حيث استولت المنحدرات الجبلية ذات الغابات الثقيلة على جزء كبير من التداعيات الأولية، بينما شهدت الوديان والمناطق المأهولة بالسكان تقلل من مستوى الرواسب، ولكنها لا تزال كبيرة، مما يعني أن اتباع نهج واحد لتطهير الأراضي لا يمكن أن يعمل في كل مكان.

حدود أساليب الاستجابة المبكرة

وفي أعقاب ذلك مباشرة، كان نزع التلوث يعني إلى حد كبير تجريد التربة السطحية، وقطع الغطاء النباتي، وغسل الأسطح الصلبة بالماء أو الطائرات ذات الضغط العالي، وكانت أساليب الإزالة المادية هذه واضحة ولكنها جاءت مع معاقبة العيوب:

  • Massive waste generation:] Soil removal from farmland, schoolyards, and forests produced bags of radioactive debris that filled temporary storage sites. At its top, the program generated over 14 million cubic meters of bagged waste, and the plan to permanently store some of this material outside Fukushima Prefecture continues to face political and logistical hurdles.
  • Secondary contamination:] Pressure-washing could drive radionuclides deep into porous concrete or create runoff that spread contamination to lower elevations and waterways. In some cases, washing of building exteriors simply moved cesium from walls to adjacent soil, requiring additional cleanup.
  • High worker doses:] Manual labor in high-dose-rate areas, even with full protective equipment including respirators and multiple layers, pushed against occupational exposure limits and created a constant demand for fresh personnel. Rota cycles shortened as cumulative doses approached regulatory limits.
  • Limited efficacy on rough surfaces:] The method worked reasonably well on smooth concrete but was far less effective on gravel, asphalt, cracked pavement, and deeply weathered surfaces where cesium had migrated below the outermost layer.

وقد أدت هذه القيود إلى حفز البحث في أساليب يمكن أن تقلل من حجم النفايات، أو تفجر الملوثات الموجودة، أو إزالة هذه المواد بأقل من الوجود البشري بكثير، مما أسفر عن مجموعة من التكنولوجيات المبتكرة، التي ينتقل العديد منها الآن من الدراسات التجريبية إلى الانتشار الكامل في الميدان.

العملية من بعد والروبوت

المسح الآلي ورسم الخرائط

ومن بين التحولات الأوائل والأشد تأثيراً استحداث مركبات تعمل عن بعد لرسم خرائط الإشعاع، أما المركبات الجوية غير المأهولة المجهزة بمطياف أشعة غاما، و " ليدار " فيمكنها الآن أن تنتج خرائط تلوث ذات قدرة عالية على إحداث التلوث دون وضع مشغلين في الميدان، وقد قامت شركة توليد الطاقة الكهربائية " (Tokyo) [FopeT:1] بنشر أجهزة آلية.

ويضم الجيل القادم من روايات المسح التعلم الآلي لتحديد الشذوذ بصورة مستقلة وتعديل أنماط البحث فيها، وقد أصبحت بعض النظم قادرة الآن على توليد خرائط الحرارة الإشعاعية أثناء الطيران، ونقل البيانات إلى مركز قيادة مركزي يستطيع فيه المخططون مباشرة إعادة تشكيل أطقم الأرض، وقد أدى هذا التكامل بين الروبوتات والاستشعار وتحليل البيانات إلى إحداث تحول في سرعة ودقة التميز الإشعاعي في الموقع.

التجمّع الآلي وتطهير السطح

فبعد رسم الخرائط، تؤدي الآلية الآن مهام إزالة التلوث المادي داخل الهياكل التي تحظر فيها مستويات الإشعاع دخول البشر، ولا يمكن لنظم التمزيق التي تُقام على الأسلحة التي تُتحكم فيها عن بعد أن تُبخر طبقات رقيقة من الخرسانة أو المعادن الملوثة داخل المفاعلات، وتُسجّل الجسيمات الناتجة عن ذلك في مساحات ملوثة بالأشعة فوق البنفسجية.

Sorbents Advanced and Chemical Fixation

:: خط مواز من مراكز الابتكار على المواد التي يمكن أن تغلق الأنيون المشعة، ومنع هجرتها إلى المياه الجوفية أو النظم البيولوجية، وفي فوكوشيما، يجري تطبيق هذه العوامل على التربة وعلى الكميات الهائلة من المياه الملوثة التي لا تزال تتراكم في الموقع.

Prussian Blue Analogs and Cesium Adsorption

ومن أكثر الأدوات الكيميائية فعالية، أسرة الأناموس الزرقاء الروسية - المواد النانوية ذات كفاءة عالية وانتقائية جداً لأيونات السيزيوم، وفي إزالة التلوث في الأراضي الزراعية، فإن هذه المركبات تختلط في التربة بهدف إبطال مفعول الأسمدة، مما يقلل بشدة من استهلاكها في محاصيل مثل الأرز.

In-Situ Chemical Fixation

فبدلا من حفر ونقل التربة، تسعى النُهج الجديدة إلى معالجة الأرض الملوثة في مكانها، ويمكن أن تُحقن حلول التسرب المرتجفة في المنطقة الفرعية، حيث تكون استجابة السيزيوم لتشكل مناطق ثابتة وعزلة من المعادن شبيهة بالهيكل الطبيعي، ولا تؤدي هذه العملية إلى الحد من القدرة على التوافر الأحيائي للقطع المشعة فحسب، بل تؤدي أيضا إلى إزالة الحاجة إلى حفر مواقع واسعة النطاق للأختام الأرضية.

Electrokinetic and Thermal Techniques

إصلاح التربة الكهربائية

ويستخدم العلاج الكهربي الكهربي المباشر في مجال الطاقة الحالية لدفع الملوثات إلى الكهرباء المُدخلة إلى الأرض، ويُحتمل أن تُحدَّد من هذه المواد في مناطق الطاقة الكهروائية المنخفضة التي تُستخدم فيها الطاقة، وتُحدَّد فيها نسبة الارتفاع في المناطق التي تُستخدم فيها الطاقة الكهروائية، وتُحدِّد فيها نسبة الارتفاع في التربة، وتُسُبُرُها في هذه المادة في إطار الكيمائية.

الرش والاستيعاب الحراري

أما بالنسبة لمعظم المواد العضوية الملوَّثة بشدة مثل القمامة الحرجية، والمخلفات الزراعية، والخشب من المباني المهدمة، فإن المعالجة الحرارية يمكن أن تقلل من الحجم بعوامل تتراوح بين 10 و100.

النُهج البيولوجية: المعالجة البيولوجية والتنويع المغناطيسي

وتوفر الكائنات الحية مجموعة أدوات مختلفة اختلافاً جوهرياً لمعالجة النشاط الإشعاعي المتناثر، وفي حين أن الإصلاح البيولوجي لا يمكن أن يدمر الذرات المشعة نفسها، فإنه يمكن أن يركز أو يحتوي على أو يغير من توافرها البيولوجي إلى درجة تيسر إزالة الذخائر أو تقلل من المخاطر.

التفاعلات الدقيقة مع النويدات المشعة

وعلى الرغم من أن بعض البكتيريا والفطريات يمكن أن تُحْلَب السوسيوم والسترونتيوم من خلال التراكم الأحيائي أو التهيج لها على أنها فوسفات وكربونات عالية التحلل، ففي فوكوشيما، يُمكن للباحثين أن يُعَزلوا ميكروبات التربة التي تزيد من الاحتفاظ بالسموم في مصفوفة التربة، مما يقلل من ميلهم إلى القفز إلى المياه الجوفية، وذلك بتعديل التربة التي تستخدم فيها المواد المغذيات التي تشجع هذه المجتمعات الطبيعية على نحو بطء.

مصنعا للتغذية والتراكم المغناطيسي

أما الصور الوسيطة لزهور الشمس التي تزرع لسحب السيزيوم من تربة فوكوشيما فقد أصبحت رمزا مبكرا للأمل، ولكن الواقع أكثر دقة، فبينما يمكن لزهور الشمس أن تتراكم في السوسيوم، فإن عامل التحويل من التربة إلى الكتلة الحيوية منخفض نسبيا، وأكثر واعدة هو بعض الأسمدة والبرازيكا التي تم تحديدها من خلال برامج واسعة النطاق لفحص الأنسجة.

معالجة المياه وتحدي النظام الآلي للبيانات الجمركية

ولم يلفت أي جانب من جوانب تنظيف فوكوشيما اهتماما دوليا أكثر من إدارة المياه الملوثة، فقد تم تخزين أكثر من ١,٣ مليون متر مكعب من الماء لملء أكثر من ٥٠٠ حوض سباحة أوليمبية - في مواقع في صهاريج مكتظة، وترمي المياه، وهي مزيج من المياه الجوفية التي تتسلل إلى مباني المفاعلات والماء المجهز لتبريد الوقود المذوب، وتحتوي على قنابل من أجهزة الاستطلاع اللاسلكية

وتواجه النسخ المبكرة من نظام رصد الأرض والملوثات المائية في اليابان مستويات مكرّسة من الموثوقية والنباتات، مع وجود انقطاع في المرشات والصيانة، إلا أن النظام كان يعامل بصورة روتينية مئات من المترات المكعبة في اليوم، وتمثل الخطوة الرئيسية سلسلة من الأعمدة التي تُجمع بمواد انتقائية من أجل الإسمنت والسترونيوم، والآداب الأخرى.

متكاملة لاستعادة الأراضي وإزالة التلوث المجتمعي

إن إزالة التلوث ليست مشكلة تقنية فحسب، بل هي مشكلة اجتماعية واقتصادية، إذ إن إعادة الأشخاص الذين يتم إجلاؤهم إلى منازلهم تتطلب خفض الجرعة المثبتة وإعادة الثقة في سلامة البيئة، وقد وضعت خريطة الطريق التي وضعتها الحكومة اليابانية نهجاً مترابطة: فقد تم تنظيف المناطق المأهولة بالسكان، بحيث أصبحت هدفاً سنوياً إضافياً يتمثل في 1 مليسيفيرت، بينما تم إلى حد كبير إدارة الغابات والمناطق الجبلية النائية.

وفي مدن مثل أوكوما وفوتابا، كان العمال يقطعون أشجاراً ذات أعالي وأشجاراً مهجورة، ويُغسلون الطرقات والمباني بالقطع، ولكن الحجم الأكبر من المصانع المهدرة التي كانت تُستخدم حالياً في مرافق التخزين المكعبة، حيث أصبح عدد المصانع التي تُغلق على نطاق واسع، يُعنى بتفكك هذه المواد، وتُسدِّر في أعداد كبيرة من المواد العضوية المحتوية على مواد معدنية من التربة المعدنية.

رصد الوقت الحقيقي والتوائم الرقمية

كما أن التطهير العلمي الحديث في فوكوشيما قد أصبح تحت وطأة شبكة كثيفة من أجهزة رصد الإشعاع في الوقت الحقيقي، ومحطات الطقس، ومستشعرات المياه الجوفية، والبيانات المستمدة من آلاف النقاط عبر مسارات الموقع إلى نموذج رقمي افتراضي يحفز على هجرة النويدات المشعة في ظروف مختلفة، ويمكن للمخططين اختبار مختلف تسلسلات التطهير، والتنبؤ بأثر أحداث سقوط الأمطار على المدى الذري.

التعاون الدولي وتبادل المعارف

وقد استلزم حجم عملية تنظيف فوكوشيما مستوى غير مسبوق من التعاون الدولي، كما أن ] وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي تنسق مشروعا متعدد الجنسيات يجمع بين خبراء من عشرات البلدان لتبادل نتائج البحوث، وأساليب الاختبار، ووضع حلول مشتركة، وقد عجل هذا التعاون من وتيرة الابتكار من خلال إتاحة الفرصة للباحثين للبناء على أعمال بعضهم البعض بدلا من تبادل المعلومات عن النفايات.

التحديات التي تبقى

وعلى الرغم من هذه الخطوات، فإن العقبات الكبيرة التي تعترض سبيل إزالة الحطام، وهي أكثرها خطورة، وهي إزالة المخلوط الصلب من الوقود النووي المذوب، والربط، والمواد الهيكلية - من المفاعلات المضرورة، وهذا لا يزيل التلوث من بُعد، بل هو شكل من أشكال المعالجة البيئية القصوى، إذ أن مستويات الإشعاع مميتة، وتصل إلى درجة حرارة، وترتفع تركيبة الحطام وموقعه إلى حد بعيد.

وثمة تحد آخر يتمثل في الإدارة الطويلة الأجل للمياه الثلاثية، وفي حين أكدت الوكالة الدولية للطاقة الذرية أن التصريف المقرر يفي بمعايير السلامة الدولية، فإن النزعة الرهيبية بين البلدان المجاورة ومجتمعات الصيد المحلية لا تزال عالية، وهذا ما أدى إلى حفز البحث في تقنيات بديلة لفصل ثلاثيات القرن، مثل الانهيار الكهربائي المتطور والحصى الجزيئي، وإن لم يكن هناك أي منهما حتى الآن على نطاق الحاجة إلى برامج لمصائد الأسماك في فوكوشيما.

دروس من أجل السلامة النووية على الصعيد العالمي

وقد أصبح فوكوشيما أكبر مختبر في العالم للانتصاف الإشعاعي، ويجري تدوين الدروس المستفادة في التوجيه الدولي، كما أن الدروس المستفادة من تقرير الوكالة الدولية للطاقة الذرية عن حالة إصابة الإنسان بالمرض الآلي، التي تُعد أهميتها الآن، تبين قيمة الحماية المطبقة بعمق، ولكنها تؤكد أيضا أنه يجب التخطيط لاسترداد ما بعد الحوادث مسبقا بنفس السمات الجامدة التي تُستخدم في الوقاية من الحوادث.

النظر إلى الرأس

وما زالت البحوث التي تجري في فوكوشيما ومؤسسات الإغاثة الشريكة في جميع أنحاء العالم تضغط على حدود ما يمكن القيام به في مجال الإصلاح الإشعاعي، وتُعدّ هذه الأدوات التي يمكن أن تُحدّد تلقائياً من النظائر البيئية التي تُعدّها منظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي، وتُحدّد أكثر من غيرها من التحديات التي تواجه المجتمع المحلي في المستقبل، وتُحدّد هذه التكنولوجيات من سرعة تعرض العمال، وتُقلل إلى حدّد نطاق عمليات التنظيفها.