ניהול המים הרדיואקטיבי של פוקושימה: תאוריות הנדסה ופתרונות

Beyond Storage: The Engineering Architecture of Fukushima's Water Management

ב-11 במרץ 2011, רעידת אדמה בעוצמה 9.0 והצנאמי שפקד את תחנת הכוח הגרעינית של פוקושימה דוצ'י, שהובילה להתמוססת כור משולשת ולשחרור חומרים רדיואקטיביים.בשנים שלאחר מכן, שנייה, מרתיעה באותה מידה את המשבר: הצטברות של מעל 1.3 מיליון מ"ק של מים מזוהמים.זאת לא רק בעיה אחסון - זה אתגר משולב של טיפול נוזלי, ניטור מבני, דינמי, ותקדים, עם , עם , ותקדים גיאוגרפי, מעט , עם היסטוריה סביבתית, עם מעט , ותקדים תרבותי, עם , ותקדים תרבותי, עם הנדסת אקלים, עם מעט , עם הנדסת אקלים, עם הנדסת אקלים, עם כמה הנדסת אקלים, ומעט , עם הגנה סביבתי.

הבעיה הליבה מקורה צורך בסיסי: מים קירור חייבים להיות מוזרקים כל הזמן לתוך ליבות הכור הפגום כדי להסיר חום ריקבון ולשמור על חיוניות תת-בקרות. ברגע שהמגעים האלה מנפחים דלק, כור פנימי, מבנים בנייה, זה הופך קוקטייל כימי מורכב המכיל מוצרי סדקים, חומרים קורוזיים מופעלים, וממסים מלחים טבעיים באמצעות מרוסקים ונפץ, כדי להוסיף את הסביבה הצטמצוקה, ללא לחץ דם אגרסיבי, ללא הפרעה.

מוקדם בתגובה, העלייה היומית נטו של מים מזוהמים עלתה על 500 מ"ק.באמצעות שילוב של מערכות מעמיסת מים קרקעיים, משאבת תת-קרקעית, ומחסום קפוא, המהנדסים הפחיתו את זה ל-100 מ"ק ליום עד 2023.אבל גם בקצב נמוך זה, בנייה ללא הגנה לא הייתה בלתי-מוחלטת.

תכונות המים: לא כל המים המחוסנים הם אותו הדבר

הנדסה יעילה מתחילה עם אופי מדויק.המים באתר נופלות לשלוש קטגוריות רחבות: מים מעגלי קירור, אשר הוא מסולק דרך ריסוס ליבה ומערכות מים; מים מזוהמים מאוד שמקורם במרתף בניין כור; וירט מי קרקע שמעולם לא מגיע המבנים, אבל דורש טיפול כמו אמצעי זהירות מוחלט.כל זרם יש טביעת אצבע רדיו ייחודי.

הסגירה היא קריטית.מהנדסים עיצבו מסלולי טיפול נפרדים לכל זרם, עם המים הדמומים ביותר המקבלים את ההשמצה הראשונית באמצעות מערכות ממונעות ניידות לפני שנכנסות למפעל הטיפול הראשי.ללא שלב זה, שדות הקרינה הגבוהים ועומסים מזחלות יחלחלו לתהליכי זרם הזרם. גישה זו קושרת משקפת עיקרון ליבה של ניהול פסולת גרעינית: לטפל בחומר הראשון הקשה ביותר, ולעולם לא תאפשר ערבוב של סיכונים שונים.

טביעות אצבע וזיכרון רקע

הבנת מלאי רדיונוקלי חיוני לתכנון טיפול יעיל.המים מכילים תערובת של איזוטופים מן העודף של אורניום ופלוטוניום, כמו גם מוצרי הפעלה של פלדה וקורוזיון בטון. Cesium-137 (חצי חיים 30 שנים) ו-Truntium-90 (חצי חיים 29 שנים) הם הראשונים של בטא-gamma פולטים, אבל עשרות של תרופות אחרות הוא 125 ק"מ, כולל ריכוזי דם, כולל ריכוזי, 125.

מערכת הטיפול הרב-Barrier

בלב אסטרטגיית הטיפול היא מערכת עיבוד נוזלי מתקדם (ALPS) Dלמרות תיאורים פופולריים כמסנן יחיד, ALPS הוא צמח הנדסה כימית רב ענישה שנועד להסיר 62 רדיונוקלידים ייעודיים לריכוזים מתחת לגבולות רגולטוריים.זה כולל אלמנטים תלת-חמצני ופחמן-מחדש 14, הדורשים גישות ניהול שונות.המערכת משלבת עמודה-מדבקות, סינון מולטימדיה, סטיות לאחור, מכיל לעתים קרובות סטיות-חשמליות מבוססות על פני כדור הארץ;

זרימת התהליך היא רצף בזהירות.מים נכנסים שלב לפני הטיפול כדי להסיר שמן, מוצקות מושעה, ולהתאים את pH לרמות אופטימליות עבור שלבים הבאים. Cesium ו סטרנטיון הוסרו במקביל או סדרה עמודות. Next, היפוך osmosis לאחור לענות על מנת לענות על סך של מצבי חירום אורגניים, במיוחד נתרן chloride ממים ימיים.

רפורמת והערכה מצד שלישי

אימות ביצועים הוא רציף.הסוכנות לאנרגיה אטומית הבינלאומית (IAEA)FLT:1 ביצעה ביקורות מרובות של פעולות ALPS, פרוטוקולים דגימה, ויושרה נתונים. TEPCO מפעילה גם מעבדה אנליטית באתר עם בקרת איכות עצמאית.כל אצווה המיועדת לפיצות הסופיות כדי להבטיח את כל 62 הלא-טריומטרידות מתחת למגבלות רגולטוריות, כמו גם מתקנות גרעיניות, אשר נועדו לפירוק, למעט, אשר חלות, אשר חלות, לפני שתקנות גרעיניות, אשר תצורה זו, אשר פועלות על ידי אימותים, אשר נועדו לתקנות, אשר נועדו לתקנות של אמצעי הגנה על ידי פיזור, אשר חלות, אשר חלות, אשר נועדו לתקנות של אמצעי הגנה על ידי פיזור, על ידי פיזור, אשר חלות, אשר נועדו לתקנות של כל אמצעי הגנה על ידי שלושה חלקים שונים, אשר נועדו לתקנות של אמצעי הגנה על ידי מזהמים, על ידי מזהמים, אשר נועדו לתקנות גרעיניות, אשר נועדו על ידי שלושה חלקים שונים, אשר נועדו לתקנות, על ידי פיזור, אשר נועדו לתקנות, אשר נועדו לתקנות, אשר נועדו לתקנות, אשר נועדו לתקנות, אשר נועדו לתקנות של כל 3, אשר נועדו לתקנות של כל 36%,

אתגר טריטיום: מדוע הפרדה אינה אפשרית ב- Scale

טריטיום (hydrogen-3) הוא איזוטופ רדיואקטיבי עם חיי 12.3 שנים מחצית חיים. במים המזוהמים, הוא קיים בעיקר כמים מעודנים (HTO), כמעט זהה לזהה רגיל H2O. Separating HTO מ H2O דורש הפרדה איזוטופית - טיפול טכני כגון זיקוק מים, אלקטרוליטי בשילוב עם החלפת מעוקבים (CE) או להחליף אותם מבחינה כימית בדרגה של מיליוני מים קטנים (FoFo-Lic) עם חסכוניים) עם מקיפים את המשתנים מבחינה תעשייתיים, בעוד שמשתנים ללא טיפול במדדים של 1000,000 (כלומר, או בינוניים של ⁇ 0.

הפתרון המונדס במקום זאת עוקב אחר נתיב המשמש באופן שגרתי במתקני גרעין בצרפת, בריטניה, דרום קוריאה, קנדה וסין: דילול מבוקר כדי לעמוד בקריטריונים של בטיחות רדיואקטיבית לאחר שחרור סביבתי. דילולציה מפחיתה ריכוז של טריטייום לרמות הנובעות ממינונים קרינה רשלנית לציבור והסביבה. גישה זו מסתמכת על העובדה כי tritiums פולטים אנרגיה נמוכה להיות עם טווח קצר של קרינה (לא סגסוגת) במגבלות ריכוזיות, או ⁇ ), אשר אינן מוגדרות על בסיס ריכוז, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הן בטווח של ריכוז, הן בטווח של ריכוז, או ⁇ , כלומר, כלומר, הן בטווח של 6 ⁇ , כלומר, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, כלומר, על בסיס ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז מים, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז מים, או ⁇ , על ידי ריכוז, על ידי ⁇ , על בסיס ⁇ , על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ⁇ , על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על ידי ריכוז, על

הפיזיקה של טריטייום דוזה ודילול

הסיכון הרדיולוגי של טריטיום הוא לעתים קרובות לא מובן מאליו, כי tritium הוא בטא חלש פולטטר, יעילותו הביולוגית היא נמוכה - המנה coefficient for ingestion of tritiated water הוא בערך 1.7 × 10-11 Sv/Bq, בערך 100 פעמים נמוך יותר מאשר זה של cesium-137 מים של ארגון הבריאות העולמי עבור triium הוא 10,000 Bq / ליטרה על בסיס 1 מ 1 מ 1 מ-160 ליטר מים, לאחר ריכוז הוא רק 1 מ-160 ליטר מים מתוכנן על ידי c {\displaystyle 1 מ-41 של מים בלבד.

אחסון הנדסת טנקים: שיעורים ב-Leak Prevention

עד שתוכנית השחרור הסתיימה, המים שהועברו בחווה של טנק מזחלת שבסופו של דבר כיסה חלק מרכזי של האתר.הטנקים הם גדולים, שטוחים, מחוסנים פלדה עם יכולות מ-1,000 עד 1,300 מ"ק.בהתחשב במיקום החוף שלהם ואת הסיכון הסיסמית'י, מהנדסים משולבים שכבות הגנה מרובות: פלדה ראשונית מחוסמת המכילה, מוסטמנט משנית מכילה דיוד או בטון, צינורות פנימיים, ומול, עם מיכלים פנימיים רבים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים, עם מיכלים פנימיים, ודליפה פנימית, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים כפולים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים רבים, עם מיכלים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים פנימיים רבים, עם מיכלים פנימיים, עם מיכלים כפולים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכלים, עם מיכל

למרות אמצעים אלה, כמה תקריות דליפות התרחשו מוקדם בתקופת האחסון.אלה לא היו כישלונות קטסטרופליים אלא ההשפלה האיטית למדי: קורוזיה של כלי רכב מאוויר מלוח-לאדן, קורוזיה חודרת בים משועבדים, והידרדרות של חיבורי flange. מהנדסים הגיבו עם שיפורים קלים של אחסון דליפה.Flange הוחלפה עם חיבורים שבהם חומרים גזי-פח היו משודרגים עד כדי למנועי לחץ דם קצרים, אשר יהיו מופחתים, אך ורק על פני מערכות קירור קבועות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אשר היו תחת לחץ דם, אשר היו ממערכות קירור קבועות, אך ורקמות, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, אך ורקמות, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, אשר היו מוחלפים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, עם שינויים קלים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחלפים, אשר היו מוחל

שיקולים של Seismic and Coastal Hazard

החווה הטנק ממוקמת באתר החוף עם סיכון סיסמי משמעותי. רעידת האדמה של 2011 עצמה גרמה ל-Liquefaction ו-קרקע deformation on-site.מהנדסים עיצבו את יסודות הטנק כדי להתאים תנועות קרקעיות צפויות, עם לוחות בטון חזקים מעוגן לערימות עמוקות.כל טנק הוא חסום באופן ססיסטי למנוע החלמה, ואת ה dimentkes נועדו להחזיק את התוכן המלא של אירוע הקירור על ידי מטריה כבדה, גם לאחר ריבועי, הוא מוגן, כי הוא מוגן, הוא מוגבל, לאחר קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת שטח הגנה, הוא כולל קיבולת גבוהה של ריבועית, כי הוא מוגן, כי הוא כולל קיבולת גבוהה יותר, 000.

Ocean Release: Engineering Dilution and Dispersion

בשנת 2021, ממשלת יפן אישרה תוכנית לשחרר את המים המוטופים אל-PS לתוך האוקיינוס השקט על ידי דילול אותו עם מי הים כדי להשיג ריכוז של 1,500 Bq / L - פחות מ 1 / 40 של מי השתייה מדריך מים מי השתייה של WHO. על ידי דילול אותו עם מתקן השחרור הוא קפדני מים, לאחר אימות סופי כי כל 62 לא טרינואידים שאינם מימיים הם מתחת למגבלות רגולטוריות גדולות, כאשר זרם מים מלוטש אחד מגובה על ידי מים מגובה על ידי מנהרה אחת מ ים, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 מים מגובה על ידי מים מטווח אחד, לאחר מכן, 000 מים מטווח אחד, לאחר מכן, 000 מטווח אחד מגובה על ידי מים מ ים, לאחר אימות סופי, 000 אחד מ ים, לאחר אימות, 000 מים מ מילימטרים, לאחר אימות סופי, 000 מים מטווח אחד מטווח אחד, 000, 000.

מודלים אלגוריתמיים, באמצעות קודים מתקדמים של פיזור חלקיקים כגון מודל האוקיינוס של פרינסטון ו- FVCOM, חוזים כי הטריטוניום צנח במהירות לרמות רקע בתוך כמה קילומטרים של נקודת השחרור.העיצוב משלב שסתום מרוטב אדום ו ניטור מקוון מתמשך של פעילות תלת-אטומית ביציאה, עם אזעקה אוטומטית כי לעצור את הפרמטרים אם הם עולים על גבולות זה-בר מבטיח את כל הזמנים המוערכים המוערכים בתוך כל הזמנים המוערכים.

עיצוב דיפרצ'ר ו- Near-Field Mixing

מנהרה מתחת למים מסתיימת במערך diffuser המורכב ממספר נמלים המתפתלים לאורך החלק הסופי של הצינור.כל נמל נועד להזריק את המים המלוטשים בזווית ומהירות אשר מקדם שילוב מהיר עם מים ימיים מבולחים.הנמלים מכוונים ליצור מדידות שדה סוערת כי מתפתלת במים, השגת גורם דילול של כמה מאות בתוך כמה מטרים קודם לכן, הוא מבטיח את הפיזור האוויר הנוכחי עם מערכת השמשה חזקה.

אתר אינטרנט: Multi-Tier Network

ניטור סביבתי הוא מערכת מונדסת בפני עצמה.TEPCO, עם פיקוח על רשות ה-IEA והתקנות הגרעיניות של יפן, ביססה רשת הכוללת צגים תלת-ממדיים בזמן אמת, ליד נקודת השחרור, מים ים סדירים מדגימים במעמקים ומרחקים רבים, ודגימה מקיפה של ביו-טי-ת-ת הים, וחילת משקעים ימיים היא זמינה לציבור באמצעות פלטפורמת ה-FARK 1Fnapmauk ו-ALTs.

הערכת ההשפעה הסביבתית הרדיואקטיבית, שאומת באופן עצמאי על ידי IAEA, מעריכה כי המינון השנתי המקסימלי לחברה מכל מסלולי החשיפה - כולל צריכת מאכלי ים ושחייה - יהיה רחוק מ 0.01 מילימטרים.עבור ההקשר, קרינה רקע טבעי ביפן היא בערך 2.1 מיליליטרים בשנה, והממוצע העולמי מכל המקורות הטבעיים הוא כ-2.4 מיליליטרים לשנה זו, הם על בסיס מודלים של פיזור ימיים וספקים משמעותיים של גורמי בטיחותיים.

ניטור ביוטקופולציה ו Bioaccumulation

דאגה מרכזית בכל שחרור ימי היא ביוקבולציה - העלייה של רדיונוקלידים על ידי אורגניזמים ימיים וריכוז פוטנציאלי שלהם דרך האינטרנט מזון. טריטייום, כמו HTO, משולבת במהירות לתוך תא מים-קליד של אורגניזמים ואינו ביוקמיציה באופן משמעותי, מחקרים של tritium בסביבות ימיות, כולל אלה המבוצעים סביב נקודות האג ו-Sellafield, מראים כי הם גורמים דלקתיים אחרים של ריכוז.

חלופות נחשבות ומדוע שחרור האוקיינוס נבחר

לפני שהתיישבו בשחרור האוקיינוס, ממשלת יפן העריכה חלופות רבות, כל אחת מהן עם מכשולים הנדסיים משמעותיים:

• (FLT:0)Geosphere הזרקת (הספק עמוק): אנדרט 1:1 מזרקת מים לתוך היווצרות גיאולוגי עמוק נחשב, אבל הידרוגולוגיה של האזור ואת הסיכון של סיסמיות מושרה עשה את זה בידוד לא מעשי.
• (FLT:0) שחרור של תשואות: ⁇ : 1:1 בולים המים ושחרור קיטור היה אפשרי מבחינה טכנית, אבל שליטה בפיזור באווירה וניהול התפיסה הציבורית, בתוספת צריכת האנרגיה הגבוהה (כ-1.3 GWh ל-1,000 מ'3 מים) והפוטנציאל לדירות מרוכזות, עשה את זה פחות נוח מאשר דילול האוקיינוס.
• (FLT:0) שחרור Hydrogen לאחר אלקטרוליזה: ⁇ 1 (האלקטרוליזה) לייצר מימן עם tritium ולאחר מכן שחרור אטמוספירי מבוקר היה אפשרי מבחינה קונספטואלית, אך טיפול בנפח גדול של גז מימן (שניתן לגרור פיצוצים) והפיזור הבלתי מבוקר של טריטיום כ-HT או HTO נשא בטיחות גבוהה יותר ובאופן רגולטורי לא בטוח גם את האנרגיה עבור אלקטרוזה משמעותית.
• (FLT:0) סולידריות ומחסן פני השטח ארוך טווח: התחדשות המים בטון או מזחלות אחרות ידרוש כמויות עצומות של חומר מוצק (נפח המים של 1.3 מיליון מ'3 יניב כ-3 מיליון מ' של פסולת קונקרטית), שליטה מוסדית קבועה, והעלאת חששות לגבי שימוש בקרקע וירידה מבנית לאורך עשרות שנים או מאות שנים.

שחרור האוקיינוס, בשילוב עם דילול חזק ניטור, הופיע כפתרון הבטוח ביותר, מוכח ביותר, והמונדס ביותר.זה אותה גישה המשמשת מתקני גרעין ברחבי העולם תחת רגולציה לאומית ובינלאומית.הממשלה היפנית ערכה גם התייעצות נרחבת עם דייגים מקומיים, תושבים ובעלי עניין בינלאומיים, המוביל להקמת קרן פיצוי ותוכנית תקשורת מקיפה כדי לטפל בדאגות ציבוריות.

פיקוח בינלאומי ואיחוד עצמאי

השקיפות והלגיטימיות של התוכנית התחזקו על ידי סקירה מקיפה של ה-FLT:0IAEA Task ForceFLT:1 [הסקירה מכסה את איכות המים, ביצועים של ALPS, עיצוב הנדסי מתקן, הערכת השפעה סביבתית רדיואקטיבית, אישור רגולטורי, ו ניטור.הדו"ח הסופי, שפורסם ב-2023 ביולי, סיכם כי הגישה עקבית עם סטנדרטים רלוונטיים של בטיחות בינלאומית וכי ההשפעה הרדיולוגית על הסביבה הנית על הסביבה הנית והחזקה אמיתית של IDEEA מחויבת לשמירת מידע בינלאומי, היא עמידה על הסביבה הבינלאומית, והיא מחויבת, והיא מחויבת, והיא מחויבת, שמירה על אבטחת מידע בינלאומי, והיא מחויבת, והיא מחויבת, והיא עמידה על אבטחת מידע רב-ACR.

הגשה של אתר ארוך-טווח והדרך לפירוק

ניהול מים הוא בשילוב הדוק לתוכנית ההשמצה הגדולה, אשר מוערך לקחת 30 עד 40 שנים.המכשול הבסיסי לסיים את מחזור הצטברות המים הוא הרצף של פסולת דלק מהליבות הכור.כל עוד נשאר דלק פגוע, קירור מים חייב לזרום באופן דרסטי, מגע עם דלק מייצר מים מזוהמים חדשים.

The Frozen Soil Wall: A Novel hydrogeological Isolation

קיר הקרקע הקפוא, הידוע גם בשם "מסך הצדק", הוא אחד הפרויקטים הגדולים ביותר של טיהור מלאכותי שבוצעו אי פעם.הוא מורכב ממערך צינורות מותקנים אנכית סביב ארבעת מבני הכור, בעומק של כ -30 מטרים להגיע לשכבת החימר מתחת לאתר. תערובת קרירה של קיר מנקה וסידן מואץ' מופצה דרך צינורות בטמפרטורות מתחת ל -30 מעלות צלזיוס, הקפאה סביב משטח של כ קיבולת 40 יום לאחר שגובה של כ סנטימטר רבוע של כ סנטימטר רבוע של כ סנטימטר רבוע של כ סנטימטר רבוע של כ -200 ימים.

שיעור התעשייה הגרעינית

הניסיון של ניהול המים של פוקושימה השפיע מאוד על הנדסה גרעינית ברחבי העולם.הרעיון של הגנה לעומק עכשיו כולל במפורש ייצור מאגר דלק רב עוצמה ומערכות ניהול מים תאונות חמורות. עיצובים כור חדש משלבים תכונות קירור פסיביות הפועלות ללא חשמל לתקופות מורחבות, צמצום ההסתברות של אירועי נזק ליבה שעלולים להוביל לצומת מים בקנה מידה גדול טכנולוגיות טיפול מתקדמות - סלקטיבי יותר, קרינה ממוקדת, כמו גם קרינת סביבתית רחבה, כמו למערכות אבטחה קיצוניות, כמו מקיפים של מערכות.

תהליך השחרור המתמשך, המעקב אחר IAEA ונתמך על ידי מערך של חיישנים מתקדמים ומודלינג, מייצג דרך מונדסת בקפידה לחסל בסופו של דבר את מלאי המים הקולוסאליים באתר, בעוד שאין פתרון שיכול להיות מושלם בהתחשב בחומרה של התאונה המקורית, הגישה מבוססת המדע, רב-באריירית - תוך שימוש ב- ALPS טיהור, ניהול טוהר קשיח, דילול רחב, פיקוח מקיף ושקוף - הגנה מפני סטנדרט גרעיני חמור לאחר תאונות קשות.