تأثير فوكوشيما على التعليم والبحث في الهندسة النووية

جداول أعمال البحوث التي أعيد تشكيلها في حالات الكوارث

وكشف فوكوشيما عن وجود ثغرات كبيرة في الفهم الأساسي لكيفية التصرف بالمواد النووية في ظل ظروف متطرفة، وتدفق التمويل البحثي إلى مناطق اعتُبر فيها متناهية أو منخفضة الاحتمال، وتحول الهدف الشامل من تحسين السلامة التدريجية إلى تطوير نظم يمكن أن تنجو من فقدان غير متوقع وتوسع في القوة والتدخل البشري، وقد أعاد هذا التحول في النموذج هيكلة برامج البحوث المتعلقة بالدكتوراه، والبعثات المختبرية الوطنية، وأطر التعاون الدولي.

نظم السلامة السلبية والتصميم الآمن المصاحب لها

الدرس المركزي لـ (فوكوشيما) كان غير لبسيًا، أنظمة الأمان النشطة تعتمد على تغيير الطاقة الحالية وإجراءات المشغل المعقدة غير كافية، البحث في التداول الطبيعي الناشط للحرارة، حقنة الماء المدفوع بالجاذبية، والمضخات الحرارية المتقدمة التي تم تدقيقها بشكل كبير بعد عام 2011،

وقد حصلت بحوث الوقود المسبب للحادث على ارتفاع كبير في الاهتمام بعد الحادث، وقد اتجهت مفاعلات الزركونيوم المتطورة المستخدمة في فوكوشيما إلى مفاعلات متطورة ذات سمة عالية، وهي تنتج مفاعلات الهيدروجين التي دمرت الاحتواء الثانوي.

Severe Accident Modeling and Source Term Analysis

قبل عام 2011، لم يكن وضع نماذج مفصلة لتسلسل الذيب الأساسي عبر الوحدات المتعددة مجالاً رئيسياً للبحوث، وقد شهد عصر ما بعد فوكوشيما دفعة طموحة لتحسين المحاكاة الميكانيكية للثغرات الأساسية في الحرق والانتقال وتبريد الأنقاض، وقد ساهمت الدراسة الاستقصائية التي أجرتها الدولة في إطار شركة فوكوشيما دايشي للقوى النووية في عام 2009([FLT])

وقد شهد البحث في الأجل الممتد من المصادر التي تكيف توقيت وحجم الإطلاقات المشعة نهضة حقيقية، ومن المسائل الرئيسية المفتوحة سلوك السيزيوم أثناء التفاعلات الناقصة وما تلاها من نقل في البيئة، حيث يجمع الباحثون بين ديناميات السوائل المحوسبة والقياسات الميدانية لتحسين التنبؤات بكيفية تفريق النظائر المشعة عبر المناطق الحضرية، ويسترشدون ببروتوكولات الإجلاء واستراتيجيات التدريب على إزالة التلوث في الأجل الطويل.

وقف التشغيل، والروبوتات، والوساطة البيئية

إن التحدي الذي لم يسبق له مثيل المتمثل في وقف تشغيل ثلاثة مفاعلات شديدة الضرر - وهي عملية يتوقع أن تستغرق أربعة عقود وتكلف عشرات بلايين الدولارات - قد ول َّد نظاماً إيكولوجياً نشطاً للبحوث، وقد عملت مجموعات الجامعة إلى جانب الوكالة اليابانية للطاقة الذرية والمنظمة الدولية للكيمياء المدارية على أجهزة التفتيش الآلي عن بعد، ورسم الخرائط المتحركة للصور عن طريق الخرسانة، وأجهزة إلكترونية جديدة ذات مستمدة من الإشعاعات من البحوث الطبية، والاستكشافة من الغلاف الجوي،

وقد أحرزت بحوث الإصلاح البيئي، ولا سيما إزالة التلوث الناجم عن التربة والنظم الإيكولوجية الحرجية، تقدما سريعا، وأصبحت الدراسات المتعلقة بالتدوير البيولوجي للسيزوم-137 في البيئات الحرجية نظاما نموذجيا لفهم حركة النويدات المشعة في النظم الإيكولوجية المعقدة، وقد أتاحت المحطات الميدانية للجامعات في محافظة فوكوشيما فرصا فريدة للبحث في مجال علم الأحياء المائية والاستشعار عن بعد ورسم خرائط للجرعات التقليدية القائمة على النظام العالمي للمعلومات الجغرافية لعام 2011.

مفاهيم المفاعلات المتقدمة التي عالجتها شركات امتياز الأمان

وفي حين أن فوكوشيما ألقى ظلا على تكنولوجيا مفاعلات المياه الخفيفة، فقد حفز أيضا البحث في مفاهيم المفاعلات التي تزيل إمكانات الذيب الأساسي من خلال الفيزياء الشديدة، حيث أصبحت مفاعلات الملح المتحركة مذابة في مبردات الملح السائلة التي تزيد من درجة الحرارة وتخفض من سرعة التسخين في المفاعلات إذا ما تم إفراطهال الباحثين الأكاديميين وبدء تشغيلها.

وقد تحولت بحوث دورة الوقود إلى الحد من السمية المشعة الطويلة الأجل للنفايات وتقليل المخزون الذي يمكن إطلاقه في حادث ما إلى أدنى حد، وأصبحت دراسات التجزئة والتحول، التي تهدف إلى فصل وحرق المواد الخامية الطويلة الأجل، عناصر روتينية من هذه المواد، وتعكس هذه التحول فهما استراتيجيا بأن قبول الجمهور للطاقة النووية لا يتوقف على سلامة النباتات فحسب، بل أيضا على مسار إدارة النفايات يتسم بالمصداقية والشفافية.

التعاون العالمي والتفويض التنظيمي

لقد أكدت الكارثة أن الحوادث النووية لا تحترم الحدود، ويجب أن تكون استجابة مجتمع البحوث دولية بنفس القدر، وقد وضعت خطة عمل الوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن الأمان النووي، التي أقرتها جميع الدول الأعضاء، إطاراً لتحسينات السلامة المنسقة، ولكن أهم تركة لها هي شبكات البحوث التعاونية التي أتاحتها، والتي غيرت بشكل أساسي كيفية توليد المعرفة بالسلامة النووية والتحقق منها وتبادلها.

شبكات البحوث الدولية والمشاريع المشتركة

وقد وسعت المشاريع التعاونية الكبيرة التي تنفذ في إطار لجنة أمان المنشآت النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي نطاقها لكي تعالج بشكل منهجي دروس فوكوشيما، ووفر المشاركون الأكاديميون من الصين وكوريا وأوروبا وأمريكا الشمالية بيانات عن المعايير الهيدروليكية الحرارية، واختبار العزلة السيزمية، ونموذج المخاطر المحتملة، ووفر إطار الوكالة الوطنية لاستكشاف الحدود الدافعة للأشعة، إمكانية إدخال مضارب في الجامعات.

وقد مولت برامج الاتحاد الأوروبي المتعلقة ببحوث السلامة النووية المكرسـة التي تتطلب اتحادات عبر الحدود، وقد أقامت مشاريع مثل الجيل الثاني من الأسلحة النووية والتحالف الثالث روابط بين الجامعات ومراكز البحوث والصناعة للنهوض بسلامة مفاعلات المياه الخفيفة، مدفوعاً صراحة بتجربة فوكوشيما، وأبرمت اتفاقات ثنائية بين الولايات المتحدة واليابان، من خلال خبراء في مجال السلامة النووية في مجموعة يو سيان باليابان.

الأطر التنظيمية التي استُرشد بها البحث الأكاديمي

وقد قامت الجامعات بتشكيل الأطر التنظيمية التي تحكم تشغيل المفاعلات اليوم، وعمل الباحثون الأكاديميون في أفرقة خبراء حددت كميات السيزمية والفيضانات التي لا تزال في طور التصميم والتي يجب أن تصمد الآن النباتات في الولايات المتحدة وأوروبا واليابان، كما أن لجان التقييم التقني التابعة للجنة التنظيمية النووية التابعة للولايات المتحدة تساعد على تطوير توصيات فرقة العمل المعنية بالتأهب للكوارث بعد فوكوشيما، التي تُصدر بها تكليفات بإجراء اختبارات للإجهاد، وتطويرها على نحو مكثف.

الاتصالات بالمخاطر والثقة العامة بوصفها من المنافسات الأساسية

ولعل أهم تحول في التعليم هو الاعتراف بأن الثقة العامة ليست عاملاً خارجياً بل هي مظلة أساسية من عناصر سلامة النظام، وقد أثبت فوكوشيما أن وجود مظروف قوي للسلامة التقنية غير كاف إذا فشلت الشفافية والاتصال، وبالتالي فإن برامج الهندسة النووية تدمج الآن دراسات وسائط الإعلام وعلم النفس في مجال المخاطر وعلم الاجتماع والتكنولوجيا في مناهجها الدراسية، ويبحث الطلاب كيفية إيصال عتبات الجرعات الإشعاعية خلال عملية الإجلاء، مما يؤثر على تأثيرات النفسية الاجتماعية في الأجل الطويل.

وتتحدى التمرينات الطلاب من أجل تحقيق التوازن بين الدقة التقنية والوضوح، وتفادي الجارجون المتخصصة التي تستبعد غير الخبراء، وتستضيف بعض الإدارات منتديات سنوية للعلوم والمجتمع النووي حيث يقدم الطلاب البحوث إلى الأفرقة المجتمعية المحلية ويتلقىون تعليقات مباشرة من المقيمين بالقرب من المرافق النووية، والهدف هو إنتاج مهندسين يرون أن الحوار العام المستنير واجب مهني أساسي، وليس بعد التفكير، وهذا التركيز على مهارات الاتصال يمثل تغييرا دائما في الهوية المهنية للمهندسين النوويين.

تكنولوجيات الجيل القادم وإرث المظلة

وقد أصبحت دروس فوكوشيما مدمجة الآن في الموجة القادمة من الابتكار النووي، إذ أن المفاعلات النموذجية الصغيرة والمفاعلات المجهرية التي يجري تطويرها حالياً تعتمد بشدة على بحوث السلامة السلبية التي حُفّزت الحادثة، وتزيل العديد من تصميمات العلاقات بين الدولار الرطبة التي تمدد فيها الرزم الرئيسي، وتضع سفينة المفاعل في قبو تحت الأرض، وتعتمد على التداول الطبيعي لتصميمات الفوقية المميتة.

وتستفيد مفاهيم الجيل الرابع، ولا سيما المفاعل العالي جداً لدرجات الحرارة والمفاعل السريع الملغوم من تركيز البحوث المكثفة على جسيمات وقود الترسبات التركيبية التي تحتفظ بمنتجات الإنشطار عند درجات الحرارة تفوق بكثير ما يشاهد في مفاعلات المياه الخفيفة، كما أن حلقات الاختبار الجامعية مؤهلة الآن للوقود لهذه النظم المتقدمة في ظل ظروف الحوادث المحاكاة، مما يولد البيانات المطلوبة للحصول على شهادات المنشأ.

إن تركة فوكوشيما في مجال التعليم والبحث في مجال الهندسة النووية ليست مجرد تراجع بل هي إعادة تأهيل أساسية، وقد أجبر الحادث على النضج، وضم التصلب المتعدد التخصصات، ومعاملة السلامة كنقطة انطلاق مستمرة بدلاً من قائمة مرجعية للامتثال، وأصبح إنتاج المصانع الآن مهندسين يفكرون في النظم، ويتوقعون أحداثاً نادرة، ويتواصلون مع التواضع والوضوح، وقد صممت خطط البحث على نحو أكثر استحالة إلى تكنولوجيات جديدة.