Table of Contents
The Scale and Nature of Radioactive Discharge
The earthquake and tsunami of March 11, 2011, triggered a catastrophic cascade at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, resulting in the most accidental release of radioactive materials into the ocean in history. When supportive power was lost and reactor cores melt down, large volumes of water injected for emergency cooling became heavily contaminated through direct contact with damaged fuel. In the days and weeks that followed, the deliberate release
كما تم إطلاق السترونتيوم - 90 والتريتيوم، رغم اختلاف سلوكهما البيئي اختلافا ملحوظا، حيث أن سترونتيوم، الذي يبلغ نصف العمر، وحساب ميميكات، ويمكن أن يربط بين الأنسجة العظمية، بينما يدمج ثلاثي البيوتجين، مباشرة في جزيئات المياه، مما يجعل الفصل صعبا للغاية، وقد كان فهم الخصائص الكيميائية للنظائر الأساسية في عمليات التركز الأولي على كل من هذه المواد.
وفيما عدا النويدات المشعة الأولية، تم اكتشاف كميات من البلوتونيوم والأمريكيوم في الرواسب الساحلية بالقرب من الموقع، كما أن العناصر العابرة للمنطقة، التي نشأت عن وقود المفاعل نفسه، تُلزم بشدة بمسألة الجسيمات وتشكل خطراً طويل الأجل بسبب سميتها الإشعاعية القصوى وكميات الشوارع التي تبلغ نصف عمر آلاف السنين، بينما كانت عمليات إطلاقها الكلي أقل من حجماً من عمليات السيونسيوم.
استراتيجيات التخفيف من آثار التهجير الهندسي الأساسية
ويتطلب التصدي لتلوث المحيطات من موقع الحادث البري نظام دفاع متعدد المستويات، وقد قسم المهندسون التحدي إلى ثلاث جبهات واسعة: معالجة الكميات الهائلة من المياه الملوثة المخزنة في الموقع، ومنع الهجرة الإضافية للنويدات المشعة عن طريق المياه الجوفية والتربة، وإدارة النفايات الصلبة التي تنتجها عمليات المعالجة، ويعتمد كل واجهة على مجموعة من التكنولوجيات التي تطورت بشكل كبير منذ عام 2011.
نظام تجهيز السائل المتقدم ومعالجة المياه
(أ) إنَّ تركيبة (الناويد) في مركز إدارة المياه في الموقع هي نظام المعالجة المسبقة للسائل، ومصرف من أعمدة الاستيعاب الكيميائية المصممة لإزالة 62 من النويدات المشعة المختلفة من المياه الملوثة، ويستخدم النظام سلسلة من الرشاويات تحتوي على مواد مثل تيتانيت الصوديوم، والكربون المنشط، والوسيلة الانتقائية للثبات التي تلتقط السيونيوم، والسترونتيوم، والتركة
وقد كان الواقع العملي أكثر صعوبة من التصميم النظري، إذ أن مسائل الأداء المبكر، بما في ذلك التنظيف في القمامات، وفشلات الفقمات الصمامية، والتجميع غير المتوقع للودائع المشعة الرفيعة المستوى في الرصيف، وعمليات الإغلاق المتعددة والمخلفات، وقد استجاب المهندسون بإدخال خطوات قبل المعالجة مثل المكعب العكسي، وأجهزة التنظيف في وسائل الإعلام لتقليل الحمولة في الأعمدة الانتقائية، فضلا عن أدوات التفتيش الآلي التي تعرض للخطر.
وعلى الرغم من اسمها، فإن نظام رصد المياه لا ينتج ثعبان نظيف تماماً، ولا يمكن إزالة التريتيوم الموجود كمياه ثلاثية، وذلك عن طريق الاستيعاب الكيميائي لشبكة المياه الجوفية، حيث يُستخدم هذا النسيج في شبكة المياه الجوفية، ويُستخدم في عمليات التحلل الحراري التي تُجرى على نطاق واسع، وذلك في إطار نظام الرصد الدولي للماء المائي، وذلك بعد إجراء مزيد من عمليات التسريح.
اعتراض المياه الجوفية وحواجز سطح الأرض
وقد تطلب منع المياه الجوفية النظيفة من دخول مباني المفاعل ومنع المياه الملوثة من الهروب إلى الميناء أحد أكثر المشاريع الهندسية المدنية اتساعا التي نفذت في موقع الحادث النووي، ونشر المهندسون شبكة من الحواجز الرأسية، وضخ الآبار، وسور التربة المجمّد الذي يشكل معا نظاما للاحتواء الهيدروليكي، وكان يتعين أن يحسب التصميم الجيولوجيا المحلية المعقدة التي تشمل طبقة من الرمل والمقدارات المحتوية على تبدلات.
وقد أدى الجدار غير القابل للتداول في جانب الأرض، الذي تم تشييده بتوصيل أكوام من الصلب، إلى ارتفاع 30 متراً في أعماق حجر الطين ذي القدرة المنخفضة، إلى قطع تدفق المياه الجوفية الجبلية نحو منطقة المفاعل، ووصل إلى شبكة من 150 بئراً عميقاً من المياه الجوفية المتجمدة إلى السطح قبل أن تصبح ملوثة؛ وعينة المياه هذه، وإذا كانت نظيفة، تُطلق في المحيط من خلال نظام تجويف.
وعلى جانب المحيط، فإن جدار كومة من الأنابيب الصلبة بمفاصل المياه يُغلق في المنطقة الساحلية القريبة من الأرض، كما أن هناك تجديدا غير قابل للتداول يغطي قاع البحر لمنع الرواسب الملوثة من إعادة البيع، وفي حوض المرفأ هذا، يقوم نظام مؤتمن من المضخات المرهقة في الغواصات بجمع أي مياه جوفية تجتاز الحواجز وتعيد توجيهها إلى مرافق المعالجة.
إصلاح الرواسب ومسح قاع البحار
وتربط السيزمة المشعة بقوة بقطع الجسيمات في الرواسب البحرية، مما يخلق خزانات من التلوث يمكن أن تستمر لعقود، ويوفر مساراً لل الكائنات الحية القاعية، وبعد الحادث مباشرة، تبين أن الرواسب في الميناء تحتوي على تركيزات من السيزيوم-137 تتجاوز 000 100 بيك/كغ، وقد أدى التصدي الهندسي إلى تطاير أعلى كميات من تسرب المياه في مواقع التركز.
وقد أدى التنظيف المستهدف باستخدام أكياس السحب الهيدروليكية إلى إزالة أكثر الرواسب السطحية تلوثا من الميناء والكانال مباشرة أمام وحدات المفاعل، حيث تم إزالة المواد المسيلة من المياه، وتثبيتها، ووضعها في مرافق تخزين مأمونة في الموقع، أما بالنسبة للمناطق التي كان فيها التحلل غير عملي بسبب البنى التحتية أو العمق، فقد وضع المهندسون طبقة من ملوثات المياه الجوفية تغطيها 50 سنتا
تثبيت النفايات الصلبة وتخزينها
وتنتج عمليات معالجة المياه حمأة مشعة مركزة، ووسيلة للتصفيق المستنفد، ومجموعة متنوعة من النفايات الصلبة الثانوية، وتمثل هذه المواد الجزء الأكثر صعوبة من المهمة الهندسية، لأنها يجب أن تكون معزولة عن البيئة لفترات تتجاوز بكثير عمر تصميم البنية التحتية التقليدية، ويتمثل النهج الأساسي في تطهير النفايات باستخدام الأسمنت أو الزجاج أو تقنيات الترسيب الجيوبوي، ويزيد من حدة التحدي الذي يُعالج بالتغير الكيميائي في البقعدة.
وترسيخ الأسمنت، وهو أكثر الطرق استخداما، ينطوي على خلط الحط من الأسمنت في بورتلاند، والإضافة لتشكيل أحاديث صلبة، وتتكون القطع الناتجة من طبول فولاذية وتوضع في مبان تخزين مكرّسة، غير أن ارتفاع محتوى المياه وردة المواد الكيميائية من الحوض الزجاجي يمكن أن يسبب التورم والتصدع على مر الزمن.
1-2 تم توسيع قدرة التخزين المؤقتة في الموقع بحيث تزيد على 000 3 خزان من الصلب الثقيل ومباني تخزين النفايات الصلبة العديدة، وجميعها موجودة على أرض مرتفعة فوق منطقة التسونامي، وتتجاوز نظم الرصد الهيكلي المتقدمة، بما في ذلك أجهزة الاستشعار ذات الأولوية المستمرة وأجهزة التآكل، وتتتبع حالة كل مرفق، وتتوخى الخطط الطويلة الأجل نقل النفايات المثبتة إلى مخزن ثانوي مبني الغرض(35).
الأجهزة الآلية والرصد عن بعد للبيئات الخطرة
فالميادين الإشعاعية الشديدة داخل مباني المفاعل وحولها تجعل التدخل البشري المباشر مستحيلا بالنسبة للعديد من المهام الحاسمة، بما في ذلك تحديد الموقع الدقيق للوقود المذوب وحالته، واكتشاف تسربات دقيقة، واستجابة لذلك، استثمرت المنظمة وشركاؤها الدوليون كثيرا في الروبوتات المائية والأرضية التي تصمم خصيصا لبيئة عالية الإشعاع، وقد أدت التجربة التراكمية من فوكوشيما إلى تطوير جيل جديد من الأجهزة الإلكترونية المزودة بالإشعاعات التي تتجاوز 000 1 جهاز.
وتُظهر المركبات التي تعمل عن بعد والمجهزة بكاميرات مأخوذة بالإشعاع، ومطياف غاما، ومعينات المياه التي تفتش بصورة روتينية الهياكل المغمورة للوحدات من 1 إلى 4، وهي تعمل على مسح مواقع مركبة ذاتية ذاتية، حيث تُستخدم هذه الآلات في شكل كميات من الأشعة المكشوفة من عدة مئات من اللصوص، وذلك بفضل الموصلات شبه المُتَبَعَة الإشعاعية التي لا تُستخدم فيها أجهزة الصيان.
وقد استخدم الأسطول الذي يُجرى من أجهزة التفتيش المُتعقَب والمجهزة بأجهزة الكشف عن الليدار والغمونات في سفن الاحتواء دون حفر حفر واسعة النطاق من أجهزة الاستطلاع، كما أن رسم الخرائط المُعدة عن طريق أجهزة الاستشعار الآلي التي تم وضعها في الأصل لأغراض الاستكشاف الجيولوجي، يقيِّد تسارع عمليات فرز أجهزة الأشعة الكونية لوضع خرائط للكثافة في المنطقة الأساسية للمفاعلات، وقدَّمت هذه التقنية بعض الأدلة الأولى على توزيع الحطام.
تدابير انتعاش الأسماك
ولا يمكن اعتبار استراتيجية التخفيف من الآثار الهندسية كاملة دون استثمار مواز في الإصلاح الإيكولوجي، ففي حين أن أثر تآكل المحيط المفتوح قد حافظ على مستويات الأشعة في الأسماك المشتعلة قبالة ساحل فوكوشيما دون أضيق حدود الأمان التي تبلغ 100 بيكوغرام/كغ في اليابان منذ عام 2015، فقد دمر الصيد الساحلي بسبب الحادث وما تلاه من أضرار في السمعة، وقد أسهمت المساءلة الهندية في الانتعاش من خلال تصميم أجهزة استشعارية محمولة.
وقد أعيد تصميم هياكل الشعاب المرجانية، التي كانت في الأصل من معززات لموائل الأسماك، بأجهزة مثبتة من غاما تنقل بيانات مستمرة عن نوعية المياه إلى موقع عام على شبكة الإنترنت، وهذه " الشعاب الذكية " تخدم غرضا مزدوجا: توفير موائل للحضانة للأنواع المهمة تجاريا مثل النبات والأبلون، والعمل كشاشات مجهزة لأي عملية إعادة تشكيل غير متوقعة.
وقد استكملت معالجة قاع البحار في المناطق الأكثر تضرراً بزرع الكائنات الحية التي تتغذى على المرشات على نطاق تجريبي، مثل المحار والطيور التي تتراكم عادة في ملوثات التعقب، بينما لا يشكل هذا النهج القائم على التطهير الأولي، فإنه يوفر قياساً ذا صلة بيولوجية لتقييم عملية بيع الأطعمة النباتية ويشرك المجتمعات المحلية في عملية إعادة التلويث.
الاتجاهات المستقبلية والتعاون الدولي
وتواجه البعثة الهندسية في المستقبل تحديين متميزين ولكن مترابطين: إذ أن استكمال عملية إزالة موقع فوكوشيما دايشي وتطوير تكنولوجيات يمكن نشرها بسرعة في حالة وقوع حادث بحري نووي في المستقبل، ويسود التحدي الأول باسترجاع حطام الوقود المحصور، الذي يُعتزم القيام به في إطاره بجهاز آلي مصمم خصيصا ومرسل بجهاز للتحكم في التضاريس، مع وجود نظام متزامن للاحتجاز.
وقد حفز التحدي الثاني الاهتمام العالمي بنظم المعالجة بالغازات والمناورات التي يمكن نقلها جوا إلى موقع للحوادث الساحلية، وقد تؤدي النماذج الأولية قيد التطوير في مركز الحوادث والطوارئ التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى إحداث فصل مغنطيسي رفيع المستوى في مواقع النانوبات المحتوية على الإسيوم والكهرباء، إلى إحداث تلوث في مواقع ما قبل الشحن.
ويظل التعاون الدولي هو محور التقدم، إذ أن حادث فوكوشيما قد أحدث ثروة من البيانات المتعلقة بنقل النويدات المشعة في البيئة البحرية التي أدمجت في نماذج الوصول المفتوحة التي تحتفظ بها منظمة معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية والوكالة الدولية للطاقة الذرية، وهي تمثل الآن أدوات تخطيطية للأمم الساحلية، مما يتيح لها التنبؤ بالتطورات المحتملة في قياس الأعمدة الملوثة في غضون دقائق من إطلاقها، وترتيب الإجراءات الوقائية المتزايدة مثل نشر تقنيات الصمامات الساتلية
وثمة حدود واعدة أخرى تتمثل في استحداث مواد انقائية مستمدة من الأنابيب الزرقاء الروسية وأطر رغدة المعادن التي يمكن أن تستخرج من مياه البحر وجهاز استنشاق مائي واحد يبلغ طوله 000 1 ضعف في إطار دراسة الملوثات العضوية الثابتة، وهذه المواد، إذا ما اختلفت في صحائف قابلة للاسترداد أو في شكل حمض مدمج، يمكن أن تُسحب من خلال المياه الملوثة أو ترتكز على قنوات بديلة
خاتمة
إن التلوث البحري الناجم عن حادث فوكوشيما دايشي يتطلب تعبئة المواهب الهندسية التي نادرا ما ينظر إليها في إصلاح المحيطات، ومن قطارات النسيج المتعددة النويدات في المنطقة إلى الجدار المتجمد للتربة، ومن الشعاب الذكية التي تقوم الآن برصد المياه الساحلية، فإن كل حل يجسد مزيجا من المواد الكيميائية والمدنية والتخصصات الهندسية الآلية، إذ أن الخبرة المكتسبة لم تخفف من المخاطر التي تهدد المحيط، بل شملت أيضا،