تطوير تكنولوجيات التنظيف المبتكرة جهود تنظيف فوكوشيما

"مسلسل التحدي"

وقد أدى زلزال توهوكو وما تلاه من تسونامي إلى حدوث سلسلة من الإخفاقات في محطة فوكوشيما دايشي للطاقة النووية، مما أدى إلى حدوث ثلاثة مفاعلات أساسية، وتفجيرات هيدروجينية تضر بشدة بمباني الاحتواء، وإطلاق المواد المشعة في البيئة، وفي السنوات التي انقضت فيها جهود وطنية ومتعددة الجنسيات لم يسبق لها مثيل أدت إلى تطوير تكنولوجيات تطهير مبتكرة مصممة خصيصا لظروف متطرفة في الموقع.

ويقتضي فهم تكنولوجيات التنظيف أولاً إدراك التعقيد الهائل لموقع فوكوشيما ونطاقه، حيث ترك الحادث تراثاً من الحطام المذوب داخل ثلاث وحدات مفاعلية، حيث تبلغ أكثر من ألف خزان فولاذي ملوث بالمياه، وتوزع كميات كبيرة من الأنقاض المشعة عبر الموقع، وتواجه العمال حقول إشعاعية تحد من وقت الوصول إلى دقائق فقط، بينما تتحول المياه الجوفية التي تتدفق عبر الموقع إلى ملوثات جديدة.

نظم معالجة المياه المتقدمة

ولا تزال إدارة المياه الملوثة هي أكثر الجوانب وضوحاً وغطاءاً في وسائط الإعلام في عملية تنظيف فوكوشيما، ومن أجل خفض حجم المياه المخزنة وتخفيض سميتها المشعة، تم نشر نظم متعددة لمعالجة متوالية، كل منها مصمم لمعالجة النظائر المحددة ومستويات التلوث، وقد تضاءل حجم التحدي الذي يواجه المياه: فقد تولدت سرعة مئات الآلاف من المترات المكعبة من المياه الملوثة، وحافظت على تغير الظروف الأساسية للعلاج.

نظام البوليسترال وثورته

The Advance[d Liquid Processing System (ALPS) is the centerpiece of water treatment at Fukushima treated. It uses a multi-step chemical precipitation and filtration process to remove 62 radio tankclides, mostly tritium, which is chemically match to water and cannot be removed by conventional filtration. ALPS reduces concentrations of radioactive cesium, strontium, iodine discharge

وحدات معالجة المتنقلات وحالات الطوارئ

وحتى قبل أن تصل الوكالة إلى مرحلة التشغيل الكامل، تم نشر نظام لمعالجة المياه في حالات الطوارئ وضعه كوريون (وهو الآن جزء من فيوليا) بسرعة في أعقاب الحادث مباشرة، وقد استخدم هذا النظام وسائل الإعلام ذات القاعدة الزهيدة إلى صخرة من المياه شديدة التلوث، مما أدى إلى خفض مستويات الإشعاع بدرجة كبيرة، مما أدى إلى إزالة عدد من أنواع المواد الكيميائية المتطورة من المواد الكيميائية، كما استخدمت في ذلك وحدة أخرى هي نظام استعادة المياه الارتفاعية المبسّطة.

مراقبة المياه الجوفية والسور التجمد

وقد كانت الوقاية من المياه الجوفية النظيفة من دخول مباني المفاعل أولوية موازية ذات أهمية قصوى، حيث تم بناء جدار واسع النطاق غير قابل للتداول، يعرف باسم حاجز التربة المجمدة، حول مباني المفاعل، حيث تم الآن توزيع الرؤوس التي تم تطويرها في عمق الأرض على مفاعلات المياه الجوفية الملوثة بـ 30 درجة مئوية، مما أدى إلى تجميد التربة المحيطة إلى نحو 1.5 كيلومتر، مع وجود خلافات في التكاليف المتصلة بالطاقة، فإن النظام يتطلب استمرارا للإنشاءات

التلوث والتفتيش الآليان

إن المناطق الداخلية لسفن احتواء المفاعلات المتضررة هي من بين أكثر البيئات خطورة على الأرض، حيث أن ارتفاع مستويات الإشعاع والبخار والحطام غير المعروف يجعل دخول الإنسان أمرا مستحيلا، وبذلك أصبحت التكنولوجيات الآلية السبيل الوحيد لرسم خرائط الظروف، وعينات المواد، ثم بدء استرجاع الحطام الوقود في نهاية المطاف، ويوضح تطور هذه الآليات دورة سريعة من التصميم، واختبار ميداني، وتحليل الفشل، وإعادة التصميم، مع كل بناء من التجارب التشغيلية المتأصلة.

التجارب والدروس المستفادة في مجال الروبوتات المبكرة

وفي السنوات القليلة الأولى من الحادث، كان يمكن أن تُرسل إلى المباني التي تُجرى فيها عمليات التفتيش الآلية التي تم اختبارها بواسطة جهاز " iRobot " ، وأجهزة " كوييف " ذات الشكل الياباني، وذلك لمسح الأضرار، وقياس الإشعاع، وضبط الفيديو، وتركت هذه الأجهزة التي كانت مصممة بجهاز تلاعب، لقطات حرجة من قاع المفاعلين، مما كشف عن مدى الضرر الهيكلي ومكان وجود أجهزة إشعاعية عالية.

أخذ العينات من الوقود والجيل القادم

إن تحديد مواقع ووصف الوقود المذوب هو أهم مهمة آلية ومفتاح التخطيط للإزالة النهائية لحطام الوقود، وفي عام 2019، فإن وجود مسبار مصمم خصيصا ومجهز بجهاز كشف الإشعاع، ومطياف الحرارة، والكاميرات، قد تم تخفيضها إلى سفينة الاحتواء التابعة للوحدة، وقد تم التطرق إليه وتلقي عينات صغيرة من الحطام، مما يوفر أول دليل مادي مباشر على موقع التعبئة، والتماسك، والتكوين الكيميائي.

أجهزة دروب تحت الماء وأجهزة الترميز

ونظرا لأن العديد من المناطق داخل الاحتواء قد غرقت، فإن الروبوتات تحت الماء أثبتت أنها لا تقدر بثمن بالنسبة للتفتيش والتصنيف، كما أن المركبات التي تعمل عن بعد والمجهزة بمجسدات السونار، والمجسسات الإشعاعية، والكاميرات ذات التعريفات العالية التي تبث المياه الغامضة في المناطق المتجمدة، وهياكل رسم الخرائط، والحطام السميك، وقد طور الباحثون اليابانيون طائرات ذات أجسامات التي يمكن أن تتكيف مع العقبات التقليدية ومع مستويات الإشعاع التي قد تسوء.

Advanced Decontamination Techniques

فبعد مباني المفاعل ذاتها، يتطلب انتشار تلوث التربة والغابات والمناطق المأهولة بالسكان مجموعة من تكنولوجيات الإصلاح، وكان الهدف هو خفض الجرعات الإشعاعية المحيطة، مما يتيح لبعض السكان الذين تم إجلاؤهم العودة إلى ديارهم بأمان، ويدمج النهج الأساليب الميكانيكية والكيميائية والبيولوجية، التي تصمم خصيصا لظروف محددة ومستويات التلوث عبر المشهد المتضرر.

إغسل التربة الكيميائية والميكانيكية

وتحتاج إزالة التربة السطحية إلى الطريقة الرئيسية لخفض التلوث الأرضي، ولكن الحجم الهائل من التربة المزالة، الذي يبلغ حوالي 14 مليون متر مكعب، مما أدى إلى تطوير تكنولوجيات خفض الحجم، كما أن محطات غسل التربة تستخدم معدات المحار ومضافات كيميائية لفصل الجسيمات الدقيقة التي تربط بين التركيب المكثف والأنظف، ويمكن إعادة استخدام الرمل المنظف والمقبر في ملء الإنشاءات.

Laser and Blasting Decontamination

يمكن أن تُحدث أكثر من ذلك في مناطق التصريف المُلوثة بالثلج الجاف أو الجزيئات الغاربة طريقة قياسية لإزالة التلوث السطحي، ولكن نظم التراكم الليزري قد اختبرت لتقليل توليد النفايات الثانوية، حيث تُحدث طبقة أشعة الليزر عالية الطاقة طبقة سطحية ملوثة دون إنتاج كميات كبيرة من نفايات الصبغة.

إصلاح الغابات والأراضي الزراعية

وقد تم ربط الأكسجين المشعة بقوة بزراعة المعادن في التربة وبوحة الأشجار والأوراق، مما يشكل تحديات فريدة في مجال إصلاح المناطق الحرجية والزراعية، وقد تم تقييم ونشر عدد من النهج المبتكرة في مجال معالجة التربة باستخدام زهرة الشمس أو غيرها من النباتات المتراكمة للضغط على الأسقف، وهي عوامل تتسم بالكفاءة ولكنها بطيئة، مما أدى إلى تزايد تأثير المواسم الزراعية على نحو مجد.

تخزين النفايات وإدارتها الابتكارية

ويولد التنظيف مجموعة متنوعة من مسارات النفايات: حطام الوقود العالي المستوى، والحمأة المعالجة للمياه، والتربة الملوثة، والفرك، ومعدات الحماية الشخصية، وتتطلب إدارة هذه المواد بأمان على المدى الطويل وجود نظم قوية للاحتواء والرصد، فضلا عن استراتيجيات لخفض الحجم تقلل إلى أدنى حد من البصمة النهائية لمستودع النفايات.

التخزين المؤقت الموحد والمرفق الدولي

ولتصدي أزمة التخزين الفورية، أنشأت المنظمة آلاف من صهاريج الصلب الكبيرة للمياه، فضلا عن خلايا الخرسانة النموذجية للنفايات الصلبة، حيث أن مرفق التخزين المؤقت في بلدتي أوكوما وفوتابا قد أنشئ لتوطيد وتخزين التربة والنفايات الملوثة من إزالة التلوث في المواقع، وتشتمل هذه المرافق الهندسية على نظم كشف التسرب وأجهزة التخزين ذات العجلات المزدوجة.

اختبارات التأشيرة والتجميع

وبالنسبة للنفايات الثانوية من معالجة المياه، بما في ذلك الزيلات العالية الإشعاع والحمأة، والتهوية، وخلطها بالمواد التي تستخدم الزجاج وتسخينها في كتلة زجاجية مستقرة، هي الحل المفضل على المدى الطويل، كما أن مرافق البحث في اليابان والشراكات مع المختبرات الخارجية قد اختبرت تركيبات زجاجية مختلفة لضمان قابلية الارتداد على مدى آلاف السنين، كما أن تقنيات أخرى مثل تركيبة النفايات الأرضية تقل أيضا عن مستوى درجات الحرارة إلى حد التحلل المستمر.

التوائم الرقمية للرصد عن بعد

ويحتاج الموقع إلى أدوات رقمية متقدمة لإدارة آلاف حاويات التخزين عبر موقع ممتد، ويستخدم شبكة استشعار لرصد مستويات الصهاريج والإشعاع والنـزاهة الهيكلية باستمرار، ويُمكن التوأم الرقمي في منطقة التخزين، الذي يُحتفظ به في الوقت الحقيقي، من تحفيز المشغلين على الشيخوخة، وكشف الشذوذ، وصيانة الخطط دون تفتيش مادي، ويحد هذا الإدماج من الآثار الهندسية المحتملة على شبكة الإنترنت (IoT) والزلازل في إدارة النفايات من التعرض للأدوات.

التعاون الدولي والارتقاء بالمهارات

ولا يمكن لأي دولة أو شركة واحدة أن تتصدى للتحديات العديدة وحدها، إذ أن تطهير فوكوشيما قد حفز على التعاون العالمي المكثف الذي ما زال يعجل بالتقدم، وتعمل الوكالة اليابانية للطاقة الذرية على تشغيل مركز تنمية التكنولوجيا الخفية في ناراه، حيث تقوم الشركات والجامعات باختبار أجهزة آليات في شكل مكبرات كاملة من مكونات المفاعلات، بما في ذلك تكرار لسفن الاحتواء داخلها.

المستقبل

ومن المتوقع أن يستمر التنظيف في فوكوشيما لمدة 30 إلى 40 سنة أخرى، مع إخضاع التكاليف والجداول الزمنية للتنقيح عند ظهور معلومات جديدة، وتشمل الأولويات الحالية للبحث والتطوير تصميم نظام واسع النطاق لاسترجاع الحطام الوقود قادر على تشغيله تحت سطح الماء، ووضع حلول قابلة للتكرار وأكثر أمناً لتخزين النفايات العالية المستوى، وتنفيذ رصد بيئي شفاف لبناء الثقة العامة.

فبعد الانتعاش الفوري، تشكل الابتكارات التي تولدت في فوكوشيما الجيل القادم من الأمان النووي، كما أن تصميمات المفاعلات الآمنة والمتشددة ومعدات الاستجابة لحالات الطوارئ، وإلغاء تشغيل الآليين، كلها مستفادة من الدروس المستفادة من الموقع، ولا يعد التنظيف مجرد عودة إلى حالة ما قبل وقوع الحوادث، بل هو عملية مستمرة من عمليات الاختراع التي ستترك خلفا دائما منهج علميا وهندسيا.

For more detailed technical reports, visit the TEPCO Fukushima Portal and the ]JAEA Fukushima Research Database . The International Atomic Energy Agency provides comprehensive review documents and safety assessments on its dedicated Fukushima page. Additional technical details on RobicFT are available through [4]