Fukushima Daiichi Nükleer Güç İstasyonu'ndaki felaket başarısızlığı Mart 2011 yılında, hava, toprak ve kuzeydoğu Japonya'nın suları ile ilgili olarak, hasarlı reaktörlerin çalışmasını ve çevre kirliliğinin en karmaşık endüstriyel ve çevresel zorluklarından birini yeniden icat etti.
Kirişleme ve Malzeme Talepleri
Bu nedenle, erüpsiyonel yapılara yapılan acil yanıt, büyük ve devam eden atık akışlarını soğutmak için çok daha düşük bir su duvarı inşa etmek için büyük miktarda su dökmek ve bu nedenle, 14 milyondan fazla toprağa sahip olan bu önlemler, tek başına Fukushima Prefecture'de üretildi.
Bu bağlamda, benzersiz bir gereklilik seti yükler. Malzemeler sadece radyoyu ve yaşam döngüsünde sürdürülebilir değil, aynı zamanda sürekli düşük doz nemlendirme testi ile paralel olarak performans gösteren radyasyona ve potansiyel mikrobiyal aktiviteye sahiptir.Örneğin, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (Dönemli) ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (Dönemli) ve çevresel etkilerin en aza indirilmesi için çevresel etkilerin en aza indirgenmesi gerekir.
Nükleer Remediasyonda Sürdürülebilirlik Nedenleri
Sürdürülebilir bir gerileme idealist bir hedeften daha fazlasıdır; bu, malzeme üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarını dikkatlice düşünmek, Uluslararası Atom Enerji Ajansı (IAEA) ve ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından desteklenen ve uzun vadeli çevre kirliliğini azaltmak için savunucudur.
Önemli olarak, önerilen eco-friendly materyallerin çoğu sıradan Portland çimentodan daha etkili ve düşük geçirgenlik sunar, doğrudan radyonuklitlerin izolasyonunu geliştirir. Örneğin, geopolimers ve alkali-aktif çimentolar, metakaolin bazlı geopolimerlerin standart leach testlerinin altında tutulmasını göstermiştir.
Site Rehabilitasyonu için Yenilikçi EkoFriendly Materials for Site Rehabilitasyon
Japonya ve uluslararası araştırmacılar ve sanayisel eksiler, düşük karbonlu çimentolardan endüstriyel ürünleri tamamen yenilenebilir biyo-kompolara dahil etmek için geniş bir ürün yelpazesi araştırıyor. Aşağıdaki bölümler şu anda gelişim veya pilot test altında en umut verici kategorileri detaylandırıyor.
Geopolimer Çimentoları ve alkali-Activated Binders
Geopolimers, yüksek sıcaklık calsitasyonunu sağlayarak üretilir, CO) <2) Daha eleştirel, üç boyutlu aluminosilicate ağı, yüksek sıcaklıklara karşı mükemmel bir direnç sağlar, yüksek sıcaklıklara sahip olur.
Son rafineriler, Fukushima interimsan depolama alanında daha az miktardaki dolumlar için daha az çatlaklar sergilemeye odaklandılar. 60:40 oranında uçarak işlenebilirliği artırmak, örneğin, sodyum bazlı meslektaşlarından daha az çatlaklar sergilemeye odaklandık, daha önce değerlendirilmesi gereken yüksek seviyeli konteynerler için değerlendiriliyor.
BioBased Composites ve Green Grouts
Biyodegrad edilebilir doğal lifler hemp, jute ve kenaf gibi, biyo-resin veya mycelium bağlayıcıları ile birlikte, erozyon kontrol matları, geçici kapaklar ve form işleri dahil olmak üzere düşük miktardaki mikrobiyönemli olmayan bakteriler için araştırılıyor, yüksek çözünürlükte bulunan Tokyo'da araştırmacılar, yüksek oranda organik bir atık tüketerek, yüksek miktardaki kirliliğin azaltılması için bir miktar atık tüketilmesine izin veriyor.
Fukushima Daiichi sitesine yakın küçük bir kontraseptif denemeler, en sonunda ortaya çıkan bir sprey fiber ve bir bitki bazlı binderin koruyucu bir kabuk oluşturmak için yeniden kuruldu.Bu iki yıl boyunca, crust erozyonu% 85 oranında azalttı -geçici korumayı takip etti - düşük maliyetli bir artış gösterdi - düşük seviyeli bir şekilde, düşük konsensülasyon alanları için dairesel bir çözüm.
Geri dönüşüme uğramış Aggregates ve Geometrik Malzeme Akışları
Hasarlı binalar ve kontraseptif topların soyu, yeni kalkan blokları için büyük miktarda malzeme üretiyor, geri dönüştürülmüş beton agresyonu veya eklenme olarak yeniden kullanılabilir. Amerika Birleşik Devletleri Nükleer Emisyon Otoritesi, Japonya ortaklarıyla işbirliği içinde, düşük seviyeli radyoaktif beton rubble'yi yeni bir kalkanlama blokları için en uygun şekilde test etti, rezerve edilmiş bir depolama katmanında bulunan ve genişleyen bir depolama alanı olarak genişletilebilir.
Önemli bir pilot proje, 10 Bq /g'nin altında bir reaktörden 500 ton kirlenmiş beton işledi ve ardından yolun % 95'inden fazla süren yüksek basınçlı su sistemiyle yıkandı. Sonuç olarak, Japonya'nın tespit seviyesi altında iki adet uygun dekontaminasyon ve kalite güvencesi ile birlikte tekrarlanan pratik ve güvenli bir şekilde kanıtlandı.
Kendini kınayan ve Akıllı Malzeme
Radyoaktiviteye maruz kalan yapılar, sodyum silikat, epoxy reçinesi veya mineral üretilebilen malzemeler için kolayca ulaşılamaz, çünkü bazı şifa ajanları radyasyon altında bozulabilir ve Fukushima ortamı özel olarak stabilize edilmiş kapsüller gerektirir.Grupleteli iyileşme stratejilerinin ötesinde, mineral fazları bile sersyumun varlığıyla dolu mikrokaplar dahil edilir, epoxy reçinesi veya mineral üretilir.
Ulusal Gelişmiş Endüstri Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü (AIST) ve TEPCO arasında bir işbirliğinde, bir fosfat temelli kaplama 100 m2 test panelinde, üç yıllık maruz kalmadan sonra, çevresel gamma radyasyonuna (~0.1 mGy/h) ve döngü ıslak bir dışlama koşulları gerektirmeden, kaplamanın iki hafta içinde yapay çatlakları azalttığı görüldü.
Contaminant Immobilizasyon için nanomalzemeler
Nanoscale zerovalent demir, manyetik nanopartiküller ve grafiklere dayalı kompozitler, reklamlarorb cesium, strontium ve hatta plutonyumu, çünkü bunlar çöpçe kazılarına enjekte edilebilir ve genellikle daha sonra radyoaktif olarak enjekte edilen su bazlı malzemeler için daha genişleyen bir şekilde belgelenmiş durumda.
Son yenilikler, Fukushima dışlama bölgelerindeki küçük bir drenaj kanalıyla yapılan biyo-derived nanofiberler, üç ay boyunca radyoaktif iodine türlerini yakalamak için kullanılmaktadır. Bu nanofiberler, ormancılık endüstrisinden kolayca toplanan ve iodine'nin maliyetinin %40'ı azaltılabilir.
Radyasyon ve Harsh Çevre Koşulları
Fukushima'da kullanılan her malzeme sürekli düşük doz kumar ve beta radyasyonuna katlanmak, zaman zaman zaman zaman dilimleri ve Pasifik'ten tuz spreyi içeren agresif kimyasal ortamlara katlanmak ve 30-50 yıl bir dozda yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte betonda betonda betonda betonda su dökmek için daha az radyolojik zeminler üretmekte ve betonda kullanılan organik olmayan yüzeyler için kullanılan doğal olmayan yüzeyler için kullanılan betonda kullanılan betonda yüksek çözünürlükte bulunan organik yağar.
Leaching direnişi başka bir kritik özelliktir. Eco-friendly material must keep radionuclitler, göçü çevreye engellemek için sıkıca sıkıca bağlı tutmalıdır. Amerikan Nükleer Toplumun ANSI/ANS-16.1 leach prosedürü, daha küçük porselen boyutlardaki performansı ölçmek için kullanılır ve JAEA'dan gelen son veriler alkaliler, alkali-küresel betonun yapılarını iki boyut daha düşük etkili difüzyon katlarına dahil ettiğini göstermektedir.
Kombine edilmiş radyasyon ve termal bisiklet altında yapılan ekstra testler, Fukushima Çevre Güvenliği Merkezi'nde özel bir yapı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. geopolimer ve fosfat çimento örnekleri% 30°C'nin tekrarlanabilirlik süreleri ile% 95 oranında artış gösterdi. geopolimerlerin üst performansı 60 gün boyunca sabit bir şekilde sabitlenmiş olan ve radyoaktif buz kristalizasyonuna karşı yüzde 30'u azaltıcı ve % 30'u artış gösterdi.
Meydanlar ve Gerçek Dünya Sınırları
Umut verici laboratuvar sonuçlarına rağmen, Fukushima'daki tüm dağıtım için eco-friendly malzemeler önemli engeller sunuyor. Kimyasal kompozisyonda tedarik zinciri, standart olarak uçacak şekilde daha az olgundur; bu ürünler için kullanım için gerekli olan tespitler, uzun süreli veri toplama ve inceleme için gereklidir.
Simülasyon, termal stres ve değişken ⁇ kimyası aktif bir araştırma sınırı olarak kalır. Örneğin, biyo bazlı groutlar radyasyona maruz kaldığında, mikrobiyal büyümeyi teşvik edebilecek ve potansiyel olarak chelasyon yoluyla yüksek çözünürlükte biyodegrad edilebilirliği uzun vadeli bir istikrarla azaltabilecektir.
Geri dönüştürülmüş malzemelerin kamu algısı başka bir engel sunar. Radyasyon seviyelerinin iyi bir şekilde tespit eşiği altındayken, “radyoaktif” terimi yerel halklar ve düzenleyici organlar arasında güçlü bir direniş yaratabilir. TEPCOCO ve hükümet uzun yıllar boyunca kesintisiz şeffaflık ve kanıtlanmış bir güvenlik gerektirir.
Pilot Projeler ve Fukushima'da Test
Araştırmadan uygulama için geçiş zaten ilerlemektedir. Fukushima Çevre Güvenliği Merkezi, erozyon direnci ve cesium tutmasını değerlendirmek için sitedeki geri dönüşümleri kullanarak geri dönüşümleri gerçekleştirmiştir.Sürekli su örnekleri için Ulusal Enstitü arasında işbirliği içinde, düşük karbonlu geopolimer atışları, ağır yağış sırasında erozyon direnci ve cesium tutmasını değerlendirmek için sitedeki bir eğim denemesine uygulandı.
JAEA'nın Colloid Formasyon ve Göç projesi, küçük bir kondüktörde nano-iron enjeksiyonlarını test etti, iyileştirici mezarlıklar olmadan% 90'tan fazla emisyon azaltımı, bu tür situ ilaçları, enerji yoğun kazı ve toprak taşımalarından kaçınan, eco-remediklerinin prensiplerini taklit edecek.
Daha yeni bir pilot, bir ulaşım koridorunun 20 metre bölümünü, bir geopolimer bazlı betonla yeniden dönüştürülen camları, yüzeysel binalardan uzaklaştırma ve geleneksel bir asfaltla karşılaştırılabilir bir mesafeye sahip oldu.Bu başarı, bir sonraki mali yılda bir kilometreye kadar gelişmiş malzemelerin ele alınabileceğini gösteriyor.
EcoMalları'nı Decommissioning Roadmap'a entegre etmek
Japonya'nın Fukushima Daiichi Nükleer Güç İstasyonu için resmi demleme planı, yıllık olarak revize edilmiş, zaten atık tedavisinin çevresel etkisini azaltmak ve en yüksek revizyonu sağlamak için çağrılar.Yolcunun son revizyonu, “gelişmiş enerjilerin daha düşük çevresel yükü olan gelişimi”, TEPCO, akademik kurumlar ve inşaat şirketleri, en az üç eko-bölgesel materyal sistemini 2028 ile kullanım için en az üç eko-küresel malzeme sistemini teşvik etmek için görevlendirilmiş bir konsorsiyumu içeriyor.
Standartlaştırma bir sonraki adımdır. Japonya'nın Mimari Enstitüsü, "yeşil nükleer beton" tasarımı ve yapımı için kılavuzları hazırlamaktadır, karıştırma tasarımı, kalite kontrolü ve yenidenlaştırma testleri. OECD Nükleer Enerji Ajansı'nın Uzman Grubu aracılığıyla işbirliği, alternatif çimentolu malzemeler üzerinde veri paylaşımını kolaylaştırır.
Yol haritası ayrıca, günlük olarak yapılan maddi seçimler için özel bir bütçe hattı da içerir. 2025 yılında başlayan, Fukushima sitesindeki tüm yeni inşaat ve paketleme projelerinin %30 oranında düşmesi gerekir, ancak bu düzenleyici itme, kısmi kabul edilenlere karşı bile önemli azaltıcı karar verir. TEPCO, ilk yıl içinde yer alan beton kullanımı ile ilişkili karbon emisyonlarının% 30'u tamamen alternatif bir karbon ayak izi analizine yol açtı.
Ekonomik ve Sosyal Boyutlar
Çevre ölçümlerinin ötesinde, eco-friendly materyallerin kullanımı yerel toplulukların yeniden canlanmasını destekleyebilir. Bazı biyo temelli reçineler ve fiberler geliştirme altında, Fukushima'nın geri kazanılmasında ürün tarafından kaynaklanabilir ve daha sonra geçici bir maliyetle "yerel bir malzeme" ekonomiyi oluşturur. Örneğin, kenaf - hızlı büyüyen bitki - sitelerden gelen malzemeler üzerinde yetiştirilebilir, rahatlatıcı bir iletişim kurmadan tasarruf sağlar ve ardından geçici yapılar için fiberboard'da işlenir.
Bakım ve yedek maliyetleri daha dayanıklı olmayan eko-malzemeler, 15-20 yıl sonra diğer ihmal etme sorunları için para biriktirebilir. Maliyet-benefit analizi, geopolimer precast elementlerinin ön fiyatının geleneksel betondan %20 daha yüksek olduğunu gösteriyorsa, genişletilmiş hizmet hayatı ve daha düşük denetim frekansı verimsiz tasarruflar 15-20 yıl sonra bütçe kirliliğinin kabul edilmesi durumundaki talepler bütçeye uygun olarak kabul edilme durumu güçlendiriyor.
Beton örneği: Planlanan üst düzey atıklar için planlanan depolama araçları için, geleneksel bir polimer kaplaması yerine, her beş yıldan her 20 yıla kadar beklenen bakım döngülerinin azaltılmasına yol açabilir.Projede 60 yıllık işletim süresi boyunca, bu, toplam yaşam döngüsünin% 40 oranında azaltımı ve yeniden şekillendirme işlemlerinden daha verimli bir şekilde en aza indirmek için radyoaktif atık üretimi azaltılabilir.
Future Research
Bir sonraki sınır, çok sayıda yaşam döngüsü için tasarlanmış gerçekten “cirler” materyallerin geliştirilmesidir. Üretimdeki bir kapsayıcı duvar hayal edin, ayrıca 3D baskı onarımı ve yerel malzemeleri ve minimum atıkları kullanarak yeniden etkinleştirilebilir ve yeniden etkinleştirilebilir, ulaşım ihtiyacını azaltır.
Yapay zeka ve makine öğrenimi, mühendislerin on yıllar boyunca yaşlanmasına izin vermek için kullanılıyor, en iyi malzeme kompozisyonları tespit ediyor.Bu araçlar son derece nükleer atık formlarının gözden geçirilmesinde vurgulandı.
Başka bir yükselen alan, “kendi teşhis malzemeleri” malzemelerini atık paketleri için gömülü sensörler veya duyarlı boyaları içeren bir kullanımdır. Örneğin, düşük bir geopolimer, kumarlama altında gideren bir boya ile yapılır.
Uluslararası işbirliği önemlidir. Avrupa Komisyonu'nun H2020 projesi "E-CoRehab" Japonya, Fransa ve Birleşik Krallık'tan biyo-polimerlere ve geopolimer dayanıklılığına ilişkin verileri değiştirmek için bir araya geldi.
Fukushima rehabilitasyonu devam ettikçe, eco-friendly materyallerin entegrasyonu, hem güvenli hem de sürdürülebilir olan malzemelerden geçecek. Fukushima projesinin birleşimi, gelişmiş performans ve temizlenmenin çevresel ayak izinlerini azaltma taahhüdünün kendisini kurtarma misyonuyla uyumlu hale getireceğini gösteriyor: gelecek nesiller için araziyi restore etmek için.