Fukushima’s decommissioning Timeline: Engineering Milestones and Challenges

وفي 11 آذار/مارس 2011، كشفت " مهبط الطاقة " في شرق اليابان - وهو من الحجم 9.0 ميغاثيست - عن حدوث تسونامي غط على الجدران البحرية في محطة فوكوشيما دايشي للطاقة النووية، حيث كانت مفاعلات المياه المغلية الست (BWRs) تشكل موجة عطلت فيها جميع شبكات الطاقة الكهربائية والتبريد في حالات الطوارئ.

الحادث: سلسلة من الفشل

وقد صممت وحدات البيوت العاملة في المصانع الستة التالية بواسطة اللواء كهربائي وبدأت عمليات تجارية بين عامي ١٩٧١ و ١٩٧٩، وعندما ضرب الزلزال، كانت الوحدات ١ و ٢ و ٣ في الطاقة الكاملة؛ وأغلقت الوحدات ٤ و ٥ و ٦ في حالة الصيانة، وتركت المفاعلات تلقائيا )الحد المتحرك( كما كانت مصممة، ولكن مفاعلات التسونامي اللاحقة - بلغت ارتفاعا يتراوح بين ١٤ و ١٥ مترا في الموقع - غمر المولدات الديزلية

ويشير التاريخ إلى ضعف محدد في الموقع: حيث توجد المولدات الاحتياطية في السرداب على الرغم من مخاطر التسونامي المعروفة، وكانت جدران البحر تبلغ 5.7 متراً فقط - وهي أقل بكثير من ارتفاع الموجة الذي وصل في نهاية المطاف، وقد أعادت تشكيل قواعد السلامة النووية العالمية، وأجبرت اليابان أيضاً على مواجهة تحدٍ من وقف التشغيل لم يكن له سابقة: فقد ثلاثة حوادث متزامنة في الملجأ مع تلوث المياه بالطوابق السفلية، وألحقت أضراراً بمباني.

المرحلة 1: الاستقرار والاحتواء (2011-2013)

وفي أعقاب ذلك مباشرة، كانت الأولوية هي إعادة التبريد ومنع المزيد من الإطلاقات، وشاحنات الإطفاء التي تضخ مياه البحر إلى المفاعلات، ثم تم حقن المياه العذبة لاحقاً عن طريق التصفيق المؤقت، وكان التهوية الطارئة لسفن الاحتواء التي تطلق البخار المحتوي على الغازات المشعة ولكنها تجنبت الإفراط في الضغط الكارث، وبحلول كانون الأول/ديسمبر 2011، أعلنت شركة TEPCO أن المفاعلات قد وصلت إلى " إغلاق مبردات " - مما يعني أن الضغط كان تحت سطح المفاعلات كان تحت سطح المفاعل 100 درجة الحرارة كان مضرة.

حائط الجليد ومراقبة المياه الجوفية

ولوقف تدفق المياه الجوفية، قامت شركة TEPCO ببناء " جدار غير قابل للتداول " طوله 1.5 كيلومتر - وهو ما يسمى عادة الجدار الجليدي، ويعمم النظام على سداسي كلور البنزين في - 30 درجة مئوية من خلال الأنابيب العمودية، ويتجمد التربة المحيطة به إلى حاجز يحول النقادات المائية بعيدا عن مباني المفاعلات، وقد بدأ البناء في عام 2014، وكان الجدار يعمل بالكامل بحلول عام 2016.

معالجة المياه والآفات

ويُجمع ويُجهز الماء الملوثة من مبردات المفاعلات واقتحام المياه الجوفية من خلال نظام التجهيز المسبق للسائل، ويستخدم نظام البوليسترال سلسلة من التهطال الكيميائي، والاستيعاب، ومراحل الإثراء من أجل إزالة 62 نويدة مائية، بما في ذلك التسريح من ثلاثين ألف إلى ثلاثين ألف طن من المياه، ومن ثم يُستخدم هذا النوع من الماء تحت القيود التنظيمية للإشعاع.

المرحلة 2: إزالة الوقود المستهلك (2013-2021)

وقبل أن يمكن محاولة استرجاع حطام الوقود المذوب داخل المفاعلات، كان يتعين تفريغ مجمعات الوقود المستهلك في مباني المفاعلات، وكانت هذه المجمعات، التي تقع في ارتفاع مرتفع في كل وحدة، تحمل آلاف مجمعات الوقود المستهلك التي يمكن أن تشكل خطراً على الحرائق إذا انخفض مستوى المياه، وكانت المجمعات في الوحدات ١ و ٣ و ٤ قد تضررت بسبب الحطام الناجم عن انفجارات الهيدروجين، بينما كانت الوحدة ٢ " .

الوحدة 4: تحقيق إنجاز كبير

وعلى الرغم من أن الوحدة 4 قد أغلقت وقت وقوع الحادث، فإن مجمع الوقود المستهلك فيها يحتوي على 535 1 مجمعا من الوقود - وهو حمل أساسي كامل تم نقله من المفاعل خلال فترة انقطاع في عام 2010، وقد أثبت الانفجار الذي ألحق الضرر بالمبنى أن المجمّع قد تعرض للعناصر، كما قام المكتب ببناء غطاء حرفي من الصلب على المبنى لمنع وقوع المزيد من الحطام في موقع التشغيل الحرفي، وإنقاذ العمال.

الوحدات 1 و 2 و 3

وقد عالجت الوحدات الثلاث المتبقية تحديات أكبر بكثير، إذ أن الوحدة ١ قد طلبت بناء كشاف كبير لاحتواء الغبار المشع أثناء إزالة الوقود، وقد تجاوزت الدراسات الاستقصائية الآلية التي تستخدم كاميرات مصفحة بالأشعة، وكشفت جميع أنواع الحطام ذات الجرعات العالية داخل المبنى، وفي الوحدة ٢، بدأ إزالة مركبات الوقود المستهلك لاحقا، وبدأ العمل في عام ٢٠٢٢ بعد عملية تنظيف واسعة النطاق، وأزيلت مركبات الوقود التابعة للوحدة ٣ في أوائل عام ٢٠٢٣.

المرحلة 3: استعادة حطام الوقود الممل (2021-2031)

والتحدي الرئيسي - الذي يدفع التكنولوجيا إلى حدودها - هو استخراج حطام الوقود المذوب: الخليط الصلب من الوقود النووي، والرقيق، والمواد الهيكلية التي تقع في قاع سفن ضغط المفاعل، وفي الوحدات ١ و ٢ و ٣، قد يكون من المحتمل أن يكون قد اخترق سفن الاحتواء الرئيسية، وتقدر الشركة وجود نحو ٨٨ طنا من الحطام في الوحدات الثلاث، قبل أن يكون التكوين الدقيق لأية وممتلكات آلية غير معروفة بالنسبة لسنوات طويلة.

الجهاز الآلي وعلم الإنسان

وقد كشفت وحدة التعدين عن وجود مجموعة من الروبوتات ذات القدرة المتزايدة في المناطق الداخلية المظلمة والمشعة، كما أن الاختبارات المبكرة - مثل " السطو " و " سمك الشمس " - قد واجهت عقبات: فقد أدت أجهزة الاتصال بالآلات المتدهورة بسرعة، وكابلات وقود الاتصالات التي تم تلفها على الحطام، كما أن معدلات الجرعات غير المتوقعة قد اضطرت إلى الإنهاء المبكر للبعثات.

خطط لارجو - سكال لاسترجاعها

وقد تطلب خارطة الطريق التي وضعتها المنظمة استرجاع الحطام التجريبي في الوحدة ٢ في منتصف العشرينات، وهو نهج ينطوي على إدخال ذراع تعمل عن بعد من خلال عملية اختراق صغيرة في سفينة المفاعل، باستخدام مزيج من قطع الحطام، وإلغاءه، والوصم إلى إزالة كميات صغيرة من الحطام تحت غطاء مائي للتدفئة من الإشعاع، وستبلغ الدروس المستفادة من المحاولات الأولى زيادة عدد الأدوات والأساليب التي تم التوصل إليها في الجدولين الأول والثالث.

إدارة النفايات المشعة والسلامة البيئية

إن وقف التشغيل يولد نفايات على نطاق هائل - يتجاوز بكثير حطام الوقود نفسه، فالماء الملوث، والحمأة من نظم المعالجة، والمعدات الفاشلة، والملابس الواقية، والتربة التي تم حفرها خلال إصلاح الموقع، يجب أن تدار كلها، ويتوقع أن يتجاوز الحجم الإجمالي للنفايات الصلبة في الموقع 000 770 متر مكعب، لا يشمل المياه المعالجة بمبيدات الآفات، والكميات الهائلة من التربة التي تم التخلص منها خارج الموقع.

التربة الملوثة والتنظيف غير الموضعي

وقد تم إزالة التلوث الكبير بمواقع فوكوشيما عن طريق إزالة التربة السطحية والنباتات والمواد العضوية، مما أدى إلى وجود نحو 13 مليون متر مكعب من التربة والنفايات المنخفضة التلوث، التي تم تخزينها مؤقتا في مرافق التخزين الوسيطة في المحافظ، وتهدف الحكومة اليابانية إلى نقل هذه المادة إلى موقع التخلص النهائي خارج فوكوشيما بحلول عام 2045، ولكن اختيار المباني ذات الحجم الطويل الأجل وقبولها العام.

ALPS-Treated Water Discharge

ولا يزال إطلاق المياه المعالجة بمبيدات الآفات في المحيط الهادئ أحد أكثر الجوانب دقة في عملية وقف التشغيل، كما أن التقييمات المستقلة التي تجريها لجنة السلامة النووية الكندية ، وغيرها من الجهات التنظيمية الوطنية، قد أكدت أن التصريف المقرر - مع انخفاض تركيزات الترايتيوم إلى أقل من 500 1 بركة للتر الواحد - يشكل مخاطرة كبيرة.

التخلص الطويل الأجل من النفايات الرفيعة المستوى

إن حطام الوقود نفسه هو نفايات عالية المستوى تتطلب التخلص الجيولوجي العميق، مثل الوقود المستهلك من المفاعلات التقليدية، غير أن شكله الكيميائي والمادي - وهو خليط من أكسيد اليورانيوم والزركونيوم والفولاذ والخرسانة - قد يكون جديدا، ولا يزال استقراره الطويل الأجل في بيئة مستودعية، وتقوم وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي والشركاء الدوليون بتنسيق برامج بحثية لتحديد خصائص الحطام ووضع أشكال ملائمة من النفايات في القرن المستودع.

الابتكارات الهندسية والتعاون الدولي

وقد أدت البيئة الإشعاعية الشديدة داخل مباني المفاعل - مع معدلات الجرعة التي ستنخفض إلى البشر في غضون دقائق - إلى ابتكار ملحوظ في علم الروبوتات والاستشعار عن بعد وعلوم المواد، وقامت وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة في اليابان والوكالة اليابانية للطاقة الذرية بتمويل تطوير المناولة العرفية، والكاميرات المتحملة للإشعاع، والوصلات الافتراضية الواقعية لتدريب المشغلين.

Remote Robotics and Simulation

كما تم نشر الأجيال المتعاقبة من الروبوتات: " العقرب " ذيله المفص َّل، و " سمك الشمس " الذي يسبح في المناطق المغرقة، و " آلية الاسترجاع الحراري " التي تستخدم جهازاً آلياً ذا فتحات متحركة ذات تردد حراري، و " جهازاً تدريبياً " مجهزاً بأجهزة برمجية ذات ترديدية ذات تردد إشعاعية، و " ، و " ، و " ، و " مجهزة ذات " ، و " مجهزة ذات طابع تجاري " .

الشراكات العالمية

ويستفيد من جهود إزالة المضاربة من الخبرات المستمدة من جميع أنحاء العالم، وتقوم الوكالة الدولية للطاقة الذرية بانتظام بنشر تقارير استعراضية ] تستند إلى بعثات خبراء إلى الموقع، وتتقاسم هيئة التخلي عن المواد النووية في المملكة المتحدة الدروس المستفادة من شركة سيلافيلد، ولا سيما في مجال استعادة النفايات وتدمير المباني، وتساهم الخبرة المكتسبة في مجال إزالة الحطام الفضائي في إطار لجنة الطاقة الذرية البديلة الفرنسية.

التحديات المتبقية والطريق إلى عام 2051

وعلى الرغم من التقدم الكبير، يواجه المشروع عقبات تقنية وتنظيمية واجتماعية هائلة، ويتطلب الحفاظ على الزخم على جهد متعدد المستويات تمويلا مستمرا، وقوة عاملة مدربة، ومشاركة عامة مستمرة، والمجالات التالية حاسمة.

سلامة العمال وإدارة الجرعات

وفي الموقع، يعمل آلاف العمال يوميا، ويرتدون أجهزة التنفس ذات الوجه الكامل، وطبقات متعددة من الملابس الواقية، وأجهزة المقاييس الإلكترونية، وقد استثمرت هذه الشركة في تحسين التدريع - مثل الحواجز التي تُفرض على خطوط الموجات الأمامية - وألواح الرصد عن بعد التي تسمح للمشرفين بتتبع الجرعات التراكمية في الوقت الحقيقي، وتنشأ أكبر المخاطر من ارتفاع معدلات الإشعاع خلال التحقيق في الحطام أو استرجاعه، ومن مخاطر مادية مثل سقوط الحطام الثقيل.

الاتصالات العامة والثقة

إن الأزمة المبكرة قد استُنفدت بسبب تأخر وتناقض المعلومات، مما يلحق ضرراً شديداً بالثقة العامة، كما أن إعادة بناء الثقة أمر أساسي لصلاحية المشروع على المدى الطويل، حيث يعمل المكتب حالياً بوابة رصد الإشعاع في الوقت الحقيقي، ويعقد جلسات إحاطة إعلامية منتظمة للمجتمع المحلي، ويدعو وسائط الإعلام الدولية والخبراء إلى مراقبة العمليات، كما أن المنظمات المستقلة مثل مشروع " فوكوشيما ميماموري " (FLT:1]) تقوم بتقويض البيانات المتعلقة بالثقة العمال.

ألف - الجوانب المالية واللوجستية

وتقدر تكاليف وقف التشغيل الإجمالية في البداية بنحو ٨ تريليون ين )حوالي ٥٣ بليون دولار(، ولكن التوقعات الأحدث التي تشمل التعويض، وإزالة التلوث، والتخزين المؤقت تصل إلى ٢١,٥ تريليون ين )أكثر من ١٤٠ بليون دولار( ويأتي التمويل من برنامج التدريب المهني، والحكومة اليابانية، وفي نهاية المطاف من مستهلكي الكهرباء عن طريق رسوم إضافية خاصة، ويجب أن تتغير هذه الالتزامات المالية الطويلة الأجل في القيادة السياسية، والظروف الاقتصادية.

دروس من أجل السلامة النووية على الصعيد العالمي

وقد أدى إلغاء تشغيل فوكوشيما دايتشي بالفعل إلى توليد ثروة من المعارف التي يجري تطبيقها على السلامة النووية في جميع أنحاء العالم، ومن الدروس الرئيسية أهمية وجود نظم قوية ومتنوعة للطاقة الاحتياطية فوق مستويات الفيضانات المحتملة، ومن الدروس الأخرى ضرورة وضع خطط للاستجابة في حالات الطوارئ التي تُعزى إلى أحداث طبيعية بالغة تتجاوز الأساس التصميمي، كما أن استخدام الروبوتات والتكنولوجيات النائية قد تطورا كبيرا؛ ويجري الآن النظر في استخدام تقنيات في مفاعل فوكوشيما في مرافق نووية أخرى، بما في ذلك إزالة الوقود المستهلك.

الاستنتاج: الطريق إلى الأمام

إن وقف تشغيل فوكوشيما دايتشي ليس مجرد عملية تنظيف؛ بل هو بعثة هندسية رائدة تحدد أفضل الممارسات للاستجابة للحوادث الشديدة للأجيال، وكل مرحلة - الاستقرار، وإزالة الوقود المستهلك، واسترجاع الحطام، وإدارة النفايات - تشكل خطوة نحو الهدف النهائي المتمثل في إعادة الموقع إلى دولة آمنة، إما ك " حقول خضراء " أو كمرفق يمكن رصده بصورة سلبية دون إجراء استعراض دولي.