Table of Contents
A Catastrophic Convergence of Natural Forces
وقد واجهت الصناعة النووية أشد نداء للوقوف في 11 آذار/مارس 2011، عندما عانت محطة فوكوشيما دايتشي في اليابان من سلسلة كارثية من الإخفاقات بعد وقوع زلزال هائل وتسونامي، حيث تذوب نواة المفاعلات، وتحطمت المباني الخارجية، وأجبرت السباكات المشعة على الإجلاء الطويل الأجل لعشرات الآلاف من البشر، وتحولت هذه الحادثة من مفاعلات إقليمية محفزة إلى مفاعل عالمي.
في الساعة 2: 46 مساءً، ضرب زلزال ميغاثورت بـ 130 كيلو متراً قبالة ساحل اليابان، وهزّت موجة الركاز التناسلي تلقائياً مفاعلات المياه الغليانية الثلاث في محطة فوكوشيما دييشي المزودة بموجات مائية مائية، مما أدى إلى توقف سلسلة التسلسل النووي، ودخلت أشرطة التحكم بنجاح، لكن حرارة الزلازل من الوقود الإشعاعي تتطلب ضخاً مستمراً.
فبدون القدرة على تشغيل مضخات التبريد، انخفضت مستويات المياه داخل المفاعلات، مما أدى إلى إبطال مفعول قضبان الوقود، مما أدى إلى حدوث تفاعل هائل بين البخار والزركونيوم، مما أدى إلى حدوث كميات كبيرة من الهيدروجين، وفي غضون أيام، تمزقت محركات الهيدروجين هياكل الاحتواء العليا للوحدات 1 و3 و4، مما أدى إلى تسرب المواد المشعة - 331، و133، و133.
إن الزلزال نفسه قد تسبب في تسارع أرضي يتجاوز أساس تصميم المصنع، على الرغم من أن المفاعلات التي ترتجف هيكلياً، فقد كان التسونامي، وليس الماشية، الذي أدى إلى ضربة قاتلة، وأظهر التحليل فيما بعد أن ارتفاع الموجات وصلت إلى 14 إلى 15 متراً في الموقع، مع وجود أعمق تدفقية تتراوح بين 4 و 5 أمتار في الطابق السفلي التشغيلي، وكانت هياكل تصريف مياه البحر في نهاية المطاف مضخة متخلفة في المحيط.
الخصومات الحرجة
وقد برزت أحداث فوكوشيما طبقات خلفية من السلامة المفترضة لكشف نقاط الضعف النظامية التي قلل من شأنها في الأسطول العالمي، وكان أكثر الضعف وضوحا هو وضع معدات الطوارئ الأساسية في المناطق المعرضة للفيضانات، وظل المولدات الكهربائية للديزل والبطاريات والمفاتيح الكهربائية في أماكن السرداب التي جعلتها غير قابلة للانتفاع بالمنطقة البحرية، وحتى في نهاية المطاف، تدمرت المضخات الحرارية.
فبعد التصميم المادي، كشفت الحادثة الثغرات في التوجيه الحاد لإدارة الحوادث، إذ يفتقر أفراد النبات إلى بروتوكولات واضحة لتركيب المحطة المطولة التي تؤثر على وحدات متعددة في آن واحد، كما ثبت عدم كفاية نظم إدارة الهيدروجين، وقد يعتمد معظم عمليات التراكم هذه على احتواء النيتروجين مع النيتروجين لمنع انفجارات الهيدروجينية، ولكن هذا الإلحاق يقتصر على الاحتواء الأولي، مما يجعل من المفاعلات عرضة للتأثر عندما تسرب من خلال أزمام أو تم تفريغ.
والأمر الأعمق هو كيف تم الترخيص بالمصانع استناداً فقط إلى أحداث التصاميم، وعكست جدران فوكوشيما المنخفضة بيانات تسونامي التاريخية التي لم تُسجّل حدثاً دام آلاف سنة، ودلّت الكارثة على أن حدثاً ما بعد التصميم - مع أنه لا يمكن أن يحدث، وأن مزيجاً من الإخفاقات الطبيعية والتقنية المتعددة قد يهزم الاستراتيجيات المتعمقة التي بدت قوية على الورق.
كما أن الثقافة التنظيمية والتنظيمية في اليابان تخضع للتدقيق، وقد كانت شركة طوكيو للطاقة الكهربائية على علم بتقييمات مخاطر التسونامي التي أوصت بإجراء خطوط بحرية أعلى ولكنها لم تنفذها بسبب شواغل تتعلق بالتكلفة والجدول الزمني، وكانت الهيئة التنظيمية تفتقر في ذلك الوقت إلى الاستقلال والسلطة لإجبارها على رفع مستوى مقاومة المرافق، وهذا الفشل في الرقابة ليس فريدا لليابان، كما أن أجهزة التنظيم النووي في بلدان كثيرة تعمل تحت افتراضات بأن المخاطر الطبيعية يمكن أن تكون مقيدة.
الاستجابة العالمية الفورية والإصلاح التنظيمي
وفي الأشهر التي أعقبت الحادث، بدأت المنظمون الوطنيون والهيئات الدولية عمليات إعادة تقييم شاملة، ووضعت الوكالة الدولية للطاقة الذرية خطة عمل بشأن الأمان النووي، أقرتها الدول الأعضاء، وحثت البلدان على إجراء استعراضات محددة الهدف للسلامة، وتعزيز التأهب لحالات الطوارئ، وتحسين الشفافية، وأصبحت ]] تقرير الوكالة الدولية للطاقة الذرية عن حادث فوكوشيما داتشي مرجعا رئيسيا لوضع أطر جديدة للسلامة.
وقد نظم الاتحاد الأوروبي اختبارات شاملة للإجهاد في جميع مفاعلاته، وتقييم كيفية مواجهة النباتات للزلازل الشديدة، والفيضانات، والتركبات المتعددة الوحدات، وفي الولايات المتحدة، أصدرت لجنة التنظيم النووي سلسلة من الأوامر التي تتطلب ترخيصاً بتركيب مفاعلات احتواء مثقلة موثوق بها، وتعزيز أجهزة تجميع الوقود المستهلك، ووضع استراتيجيات مرنة للتخفيف من آثار أحداث ما بعد عملية التصفية.
وقد أجرت اليابان نفسها دراسة شاملة لثقافتها وهيكلها التنظيمي في مجال السلامة النووية، وأنشأت هيئة أكثر استقلالا للتنظيم النووي، كما أعادت صياغة مبادئها التوجيهية المتعلقة بالمخاطر السيزمية والتسونامي، التي تتطلب من محطات جديدة أن تصمد أمام الظواهر الطبيعية التي تتجاوز المعايير التاريخية الهامشية، وأعيدت معالجة العديد من النباتات الموجودة بأحواض بحرية أعلى وأبواب مقاومة للفيضانات ومجمعات المياه.
اختبارات الإجهاد التي أجريت في أوروبا كانت صارمة للغاية، كان على المشغلين أن يثبتوا أن نبتاتهم يمكن أن تحافظ على سلامة التبريد والاحتواء في ظل ظروف تتجاوز الأساس الأصلي للتصميم بواسطة هوامش كبيرة، كما أن التجارب تتطلب تحليلا لمواقع متعددة الوحدات، حيث يمكن أن يؤثر فشل مفاعل واحد على الآخرين من خلال نظم مشتركة أو بتحويل موارد الطوارئ، وكانت نتائج هذه التجارب قد استعرضتها أفرقة الخبراء الدوليين، وقامت بتحديث معايير جديدة للشفافية.
الابتكارات التكنولوجية في تصميمات المفاعلات الجديدة
نظم السلامة السلبية تصبح غير قابلة للتفاوض
كما أنّه في مرحلة ما بعد فوكشيما قد شهد تحولاً حاسماً نحو نظم الأمان السلبية التي يمكن أن تحافظ على مفاعل بارد لأيام بدون أي تدخل بشري أو طاقة خارجية، وفي تصميمات متطورة للمياه الخفيفة مثل نظام ويستنغهاوس ألف وجهاز إعادة تصنيع المياه المبسطة اقتصادياً في جيتاشي، توجد قوى طبيعية مثل الجاذبية، والتكفير، وأجهزة التبريد.
وقد تطورت تصميمات الاحتواء لتشمل المصيد الأساسي، ووزع مناطق العزل، والهوابات الملوّثة، ومحطة VVER-1200، ومحطة المياه التي تعمل في روسيا، وأجهزة التثبيت الأساسية، وسفن فولاذية كبيرة تحت المفاعل تصطاد وتبريد الفلين من خلال إزالة حرارة سلبية، ومنع التغلغل في القاع السفلية.
ويمتد التركيز على السلامة السلبية إلى هيكل الاحتواء نفسه، إذ أن العديد من التصميمات الجديدة تتضمن احتواءات ملموسة مصممة على الصلب يمكن أن تصمد أمام الضغط ودرجة الحرارة في حادث حاد دون تسرب، وتظل نظم التهوية المطلة، التي كانت غائبة في فوكوشيما، ذات معايير، وتسمح هذه النظم للمشغلين بالإفراج الآمن عن الضغط من الاحتواء أثناء حادث، بينما تخترق الجسيمات المشعة واليود، وتخفض الجرعات من خارج الموقع.
المفاعلات المتقدمة والتشييد النموذجي
يمكن أن تتسارع دروس فوكوشيما في تطوير المفاعلات النموذجية الصغيرة والتصميمات المتقدمة للمياه غير الخفيفة، حيث يمكن أن تكون مفاعلات السوائب، التي تولد عادة أقل من 300 ميغاواط، مجمّعة جزئيا أو كليا، وتخفض مخاطر البناء في الموقع، وتخفض أحواضها الأصغر حجما، مما يجعل من السهل التبريد السلبي، والكثير من مفاهيم SMR، مثل نموذج التداول في منطقة السود.
وتدفع مفاهيم المفاعلات الجيل الرابع السلامة المتأصلة إلى حد أبعد، وتستخدم المفاعلات ذات الغاز العالي التمرين في مادة الترسبات الأيزوترونية (تريسو) التي تستخدم في تصميمات الغازات المبردة في البلدان المتقدمة التي ترتفع فيها الحرارة إلى أكثر من 600 1 درجة مئوية دون أن تذوب، وتزيل بفعالية سيناريوهات الذوبان الأساسية.
كما يتيح النهج النموذجي نماذج جديدة للنشر، ويضمن اختلاق وحدات المفاعلات مراقبة متسقة للجودة ويتيح الإنتاج المسلسل الذي يمكن أن يقلل التكاليف بمرور الوقت، ويمكن تحديد مواقع العلاقات بين المفاعلات في مواقع غير مناسبة لمصانع كبيرة، مثل مواقع محطات الفحم المُعاد استخدامها أو المرافق الصناعية النائية، وتشتمل بعض التصميمات على تخزين الطاقة بالبطارية أو تشغيلها الهجين بمصادر متجددة، وتوفر خدمات استقرار الشبكات، مع الاحتفاظ بقدرات من الأمان.
سلفات في قاعدية سيزمية وهندسة مدنية
عزلة السود الزلزامية، استجابة مباشرة أخرى لكارثة اليابان، هي الآن معيار للعديد من البنايات الجديدة، حيث إن المطاط الصلب المقوى والفولاذ يزيلان مبنى المفاعل من الحركة الأرضية، ويقللان سرعة الانتقال إلى الهيكل بنسبة تصل إلى 75 في المائة، كما أن نفس التكنولوجيا التي حافظت على المباني في طوكيو خلال فترة الطفاف عام 2011 تتكيف مع النباتات النووية في المناطق النشطة الزلزالي، كما تم استكشافها بواسطة [العزلة الأعلى]
كما تقدمت الهندسة المدنية في تصميم هياكل الاستيعاب ونظم المياه التبريدية، وكثيرا ما تستخدم محطات جديدة أبراج التبريد المغلقة بدلا من التبريد المحيطي الذي كان يحدث من قبل، مما يقلل من الاعتماد على المتناولات الساحلية المعرضة، وكبديل لذلك، تبنى الأنفاق المتحصلة تحت سطح البحر وتُعرض في نقاط متعددة لمنع تسرب الحطام، وتوضع هياكل تصريف مياه البحر في مواقد مرتفعة تشمل تصميمات مستقلة من مصادر الطاقة.
الأجهزة الرقمية، والمراقبة، وأمن الفضاء الإلكتروني
كما أن بيئة ما بعد فوكوشيما قد أدت إلى تحديث نظم الأجهزة والتحكم، حيث قامت محطات جديدة بنشر وسائل متنوعة ومزدحمة ومستقلة لرصد بارامترات الأمان الحرجة مثل مستوى مياه المفاعلات، وضغط الاحتواء، ودرجة حرارة مجمعات الوقود المستهلك، وقد أصبحت محطات عديدة الآن تعمل في مواقع لرصد الإشعاعات يمكن أن تعمل خلال حادث شديد، وتحيل البيانات عبر وصلات الاتصالات الساتلية أو غيرها من وسائل الاتصال المرنة.
وقد برز الأمن السيبرى كشاغل مواز، حيث تتطلب أجهزة التنظيم حماية نظم الأمان الرقمي من الهجمات الإلكترونية التي يمكن أن تقلل من وظائف الرقابة، وتحتاج مكونات المفاعل الجديد (IC) إلى نظم منفصلة للسلامة والسلامة غير الآمنة، وتستخدم منابر متنوعة لتجنب الفشل في الحركة المشتركة، وتدمج اختبار التغلغل الدوري، ويصبح إدماج المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلاتي لأغراض الصيانة التنبؤية أكثر شيوعية، ولكن يجب أن تظهر الصناعة.
النظم العالمية والسجلات التشغيلية
إن الإطار التنظيمي لما بعد فوكوشيما أكثر تحفظاً وشمولاً بكثير من سابقه، وقد دعا إعلان فيينا للوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن الأمان النووي، الذي اعتمد في عام 2015، المنظمين الوطنيين رسمياً إلى النظر في الحاجة إلى منع الحوادث التي تسببها أحداث خارجية متطرفة، مما أدى إلى تحول توافق الآراء العالمي بعيداً عن مجرد إظهار الامتثال لقائمة محددة من أخطاء التصميم إلى نهج أكثر شمولاً في تحديد المخاطر، يتطلب من الجهات الفاعلة أن تخفف من حدة الآثار.
في الواقع، هذا يعني تعديلات كبيرة في المصانع في الأساطيل الموجودة، المشغل الفرنسي (إي دي دي دي) أنفق بلايين الدولارات في تركيب معدات الطوارئ التي سبقت التجهيز، وبناء حواجز فيضانات حول موقعي فيسينهايم وتريساكين، وإنشاء قوات تدخل سريعة يمكنها الوصول إلى أي محطة فرنسية خلال 24 ساعة، وفي كوريا الجنوبية، أعيد النظر في تصميم مجموعة المواد الهيدروجينية الارتجالية في عمليات الاحتواء الحاد
وقد تغيرت الفلسفة التشغيلية تغيراً عميقاً، فبرامج ثقافة الأمان تعطي الأولوية الآن لمواقف الاستجواب، والتقيد الصارم بالإجراءات، والتعرف الاستباقي على نقاط الضعف الكامنة، وعمليات التدريب في حالات الطوارئ تحفز بشكل روتيني على انقطاع محطات التشغيل المتزامنة، والظواهر السيزمية، والفيضانات عبر مفاعلات متعددة، وتعطي U.S.NRC دروس تعلمت لوحة [FLK]
وقد أجرت الهيئات التنظيمية نفسها إصلاحات، وقد أنشأ العديد منها عمليات رسمية لاستعراضات السلامة الدورية تتطلب من المصانع إعادة تقييم أساس تصميمها كل 10 سنوات ومعالجة أي معلومات جديدة عن المخاطر الطبيعية أو الخبرة التشغيلية أو التقدم التكنولوجي، وقد أصبح مفهوم التحسين المستمر، الذي كان شائعا في صناعات أخرى ذات مخاطر عالية مثل الطيران وتجهيز المواد الكيميائية، جزءا من التنظيم النووي.
الأبعاد الاقتصادية والاجتماعية والبيئية
فالسلامة تأتي بتكلفة، كما أن العبء الاقتصادي للارتقاءات بعد فوكوشيما كان كبيرا، إذ إن إعادة تجهيز النباتات القائمة ذات الفتحات الصلبة، وجدران الفيضانات، ومصادر الطاقة في حالات الطوارئ المتنوعة كثيرا ما تكلف مئات الملايين من الدولارات لكل وحدة، وقد اعتبرت بعض النباتات القديمة، ولا سيما في أوروبا، غير اقتصادية للارتقاء بها وإغلاقها بشكل دائم، فعلى سبيل المثال، عجلت ألمانيا بالتخلص التدريجي من الطاقة النووية في أعقاب إغلاق أسواق فوكوشيما الثمانية.
ولا يزال التصور العام أحد أصعب العقبات، كما أن النتائج الظاهرة لمناطق الاستبعاد من الحوادث، والجهود الواسعة النطاق لتطهير الأراضي، والإطلاقات البحرية من المياه المعالجة قد تركت أثرا لا يمكن تحصيله على الثقة العامة، وفي اليابان، اضطرت شركات المرافق العامة إلى أن تنفق عقوداً أخرى على بناء الثقة المجتمعية، ولا تزال العملية مستمرة، كما أن التواصل عبر الحدود بشأن سمات الأمان الجديدة، والرقابة المستقلة، والتخطيط الطارئ القوي أصبح الآن جزءاً لا يتجزأ من عملية الترخيص.
وقد تم تعطيل سلسلة الإمدادات النووية العالمية، حيث استعرضت البلدان التزاماتها ووقفت مشاريع التشييد في انتظار إعادة تقييم السلامة، وزادت تكلفة رأس المال للمشاريع النووية الجديدة حيث طالب المستثمرون بأقساط مخاطر أعلى، غير أن التجربة أدت أيضا إلى الابتكار في مجال خفض التكاليف من خلال توحيد المعايير والبناء النموذجي، ويهدف تصميم نظام الطاقة المتجددة في نظام " نيوزل " ، على سبيل المثال، إلى تحقيق وفورات الحجم من خلال الإنتاج الصناعي الشامل بدلا من تقييم الإنتاج في المواقع.
ومن الناحية البيئية، أدت الكارثة إلى تحسين شبكات الرصد خارج الموقع وإلى زيادة المحافظة على معايير الحماية من الإشعاع، كما أن إدراك ما بعد فوكوشيما بأنه حتى حدثاً منخفض الاحتمال يمكن أن يلوث مناطق كبيرة دفع إلى وضع مبادئ توجيهية دولية للتوصية بمزيد من التخطيط للمناطق الاستبعادية، والتوزيع المسبق لأدوية البيوتاسيوم الملوَّثة، وفي الوقت نفسه، فإن التحدي المتمثل في إدارة المياه الملوثة وحطام الوقود في موقع دايتشي لا يزال يُبلغ السكان بالتشرد الآلية.
الطريق: الطاقة النووية الأكثر أمنا
وعلى الرغم من صدمة فوكوشيما، فإن الطاقة النووية قد تحملت بسبب وعدها بانخفاض الكربون، فإن الكهرباء التي تحملها لا تزال محورية في أهداف إزالة الكربون على الصعيد العالمي، كما أن الوكالة الدولية للطاقة، ومشروع النماذج المناخية العديدة التي ستصل إلى انبعاثات صافية الصفر بحلول عام 2050، ستتطلب نموا كبيرا في القدرة النووية، وقد تمثلت استجابة الصناعة في تسخير الدروس المستفادة من عام 2011 لصناعة جيل جديد من المفاعلات التي هي أكثر ثمارا.
برامج البحث تركز الآن على الوقود المسبب للحادث - المزلاجات التي يتم إنتاجها من قشطة السيليكون أو من مسبحات الصخرة - الصخور التي يمكن أن تنجو من البخار العالي الحرارة لفترات أطول دون توليد الهيدروجين، وهذه الوقود يتم اختبارها في المفاعلات التجارية ومن المتوقع أن تكون متاحة للنشر في غضون العقد.
وقد تحولت القوة العاملة نفسها، إذ تركز برامج التدريب الآن على إدارة الحوادث الشديدة، والقدرة على التكيف في ظل ظروف متطرفة، والتنسيق بين الوحدات، وتستخدم مراكز المحاكاة نماذج كاملة من غرف المراقبة لتدريب المشغلين في سيناريوهات تتجاوز الأساس التصميمي، وتكفل نظم إدارة المعارف استخلاص الدروس من فوكوشيما ونقلها إلى الجيل القادم من المهندسين والمشغلين، وقد نقحت جامعات كثيرة مناهجها الهندسية القصوى لتشمل تقييم المخاطر المحتملة.
فوكوشيما لم تنهي الطاقة النووية، ولكنها غيرت بشكل دائم معايير قبولها، وكل متر مكعب من الخرسانة المعززة، وكل مركب سلبى، وكل محول سيزمي، وكل مصدر طاقة زائد في منشأة نووية حديثة، هو صدى ملموس بعد ظهر ذلك آذار/مارس، ولا يجب أن تكون مفاعلات الغد أكثر استحالة، بل ستصمم بتركة مخففة يمكن أن تكون مبعثرة.