زباله های هسته ای
استفاده از سوخت هسته ای در نیروگاه های هسته ای برای تولید انرژی و کاربرد مواد پرتوزا در پزشکی، صنایع ،تحقیقات و کشاورزی مانند دیگر صنایع همراه با تولید مواد زاید و ضایعات بلا استفاده (پسماند) می باشد. پسماندهای صنایع و بخش های غیر هسته ای با توجه به درجه سمیت تحت عملیات بسیار ساده جمع آوری و دور ریزی می شوند، اما پسماندهای پرتوزا بدلیل خصوصیات و ویژگیهای منحصر بفرد خود لازم است طبق معیار ها و ضوابط مخصوص مورد عملیات قرار گرفته و سپس نگهداری یا دفع شوند . از میان مشکلاتی که صنعت انرژی هسته ای امروزه با آن مواجه است احتمالا هیچکدام به بزرگی مشکل پسماندهای پرتوزا و چگونگی دفع آن نمی باشد.
با توجه به این که مواد پرتوزا را نمی توان با هیچ روش شناخته شده شیمیایی و مکانیکی از بین برد و تنها راه از بین رفتن آنها فروپاشی و تبدیل به عناصر پایدار می باشد،لذا مدیریت پسماند های پرتوزا شامل کنترل ، کاهش میزان دورریزی عناصر پرتوزا و تغلیظ و تبدیل آنها به شکلی است که بتوان اینگونه مواد را با اطمینان کافی تخلیه و یا برای مدت طولانی نگهداری نمود.
مقدمه
طبقه بندی کلی مواد زاید سمی و خطرناک:
• با توجه به کیفیت ویژه، مراحل تولید و خطرات ناشی از آنها، این مواد به پنج گروه اصلی تقسیم بندی میشوند:
1. زباله های اتمی
2. مواد زاید شیمیایی
3. مواد زاید بیولوژیکی
4. مواد زاید قابل اشتعال
5. مواد قابل انفجار
مواد زاید رادیواکتیو یا زباله های اتمی
• مواد وعناصری که از خود پرتوهای یونیزه ساطع میکنند مواد رادیواکتیو نامیده میشوند .
• نیروگاه های هسته ای مهمترین تولید کننده زباله های هسته ای میباشند هرچند تولید اینگونه زباله ها به سادگی انجام میشود اما موضوع جمع آوری حمل و نقل و دفع صحیح آنها به طوری که هیچگونه خطری به وجود نیاورد از مشکل ترین مسائل نیروگاه های هسته ای به شمارمیرود.
برخی مواد رادیواکتیو موجود در زباله های هسته ای
موضوع جامد کردن زباله های هسته ای برای دفع از اهمیت بالایی برخوردار است
روش های مختلفی که برای جامد کردن اینگونه زباله ها به کار می رود، عبارتند از :
خشک کردن.1
شفاف یا کریستالی کردن.2
• وجه مشترک این روشها بالا بردن درجه حرارت زباله مایع و خشک کردن تدریجی آنهاست.
• درجه حرارت مورد نیاز برای این منظور در حدود 700 تا 1200 درجه سانتی گراد بررسی شده است.
خصوصیات زباله های هسته ای برای دفع عبارتند از:
– جامد بودن
– هدایت گرمایی مناسب
– حداقل حلالیت در آب و کنترل نشت آن
– مقاوم در برابر تجزیه های شیمیایی
– مقاوم در برابر تشعشعات درونی
– محکم و مقاوم در برابر ضربه و فشار
– حداقل حجم ممکن
• زباله های جامد به شکل سرامیک یا شیشه ای از حداقل نشت ،هدایت الکتریکی و نیز استحکام مکانیکی کافی برخوردار هستند.
• مقدار زباله های جامد اتمی به نوع نیروگاه های هسته ای و سوخت آنها بستگی کامل دارد یک نیروگاه هسته ای با تولید 1000 مگاوات الکتریسیته حدود 8 تن زباله جامد به حجم 100 فوت مکعب در سال تولید میکند.
تقسیم بندی زباله های اتمی :
با توجه به مقدارمواد رادیواکتیو و خاصیت زیان بخشی اینگونه مواد، آنها به 3 گروه تقسیم بندی میشوند:
الف- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو قوی
در نیروگاههای هسته ای به وجود می آیند – اشعه ی آنها بسیار قوی است – بسیار گرمازا هستند.
ب- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو متوسط
در نیروگاه های هسته ای به وجود می آیند – اشعه ی آنها نسبتا قوی است- از خود تولید حرارت نمیکنند.
ج- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو ضعیف
در تمام اماکنی که انسان به نحوی با اشعه رادیواکتیو سرو کار داشته باشد به دست می آیند.
مهمترین آسیب های ناشی از زباله های اتمی عبارتند از: ایجاد بیماری های سرطانی و ایجاد اختلال در ژن ها
جمع آوری و حمل و نقل زباله های رادیو اکتیو
آژانس بین المللی انرژی اتمی پس ماند های رادیواکتیو جامد را در چهار گروه درجه بندی کرده و مقررات ویژه ای در زمینه ی جمع آوری و حمل و نقل آنها پیشنهاد کرده است:
درجه یک – پسماندهایی که پرتوزایی آنها از 2/0 راد درساعت کمتر بوده و مولد اشعه های گاما و بتا هستند این پسماندها بدون مقررات ویژه حمل و نقل قابل دفن هستند.
درجه دو- پسماندهایی هستند که پرتوزایی مواد رادیواکتیو آن بین 2/0 تا 2 راد درساعت بوده و بیشتر مولد اشعه های گاما و بتا هستند. برای حمل و نقل اینگونه پس ماندها باید از ظروف مخصوصی که دارای حفاظ سیمانی یا سربی باشند استفاده کرد.
درجه سه – پس ماندهایی هستند که اشعه گاما و بتا تولید میکنند و مقدار اشعه گاما قابل توجه نیست شدت رادیواکتیو این مواد بیش از 2 راد در ساعت است حمل و نقل این مواد طبق مقررات ویژه بین المللی باید دقیقا رعایت شود.
درجه چهار- این نوع پسماندها مولد اشعه آلفا هستند که دارای نیمه عمرهای بسیار طولانی میباشند پرتوسازی این مواد معمولا بر حسب کوری در مترمکعب گزارش میشود.
اشکالی که به این نوع تقسیم بندی وارد است عدم درجه بندی پسماندهایی است که به طور مشترک دارای پرتو های آلفا، گاما و بتا هستند.
روشهای مختلف دفع زباله های اتمی
ذخیره موقت مواد در سطح زمین
مراکز نگهداری زباله های اتمی باید مورد اطمینان بوده وبه دیواره بتنی ضخیمی مجهز باشند تا امکان صدور تشعشعات آنها در محیط اطراف به حداقل برسد با وجود این قسمتهای مشخصی از تاسیسات ویژه دفع این مواد در اعماق زمین و بخشی از آنها که خطراتی در پی نداشته باشند در سطح زمین بنا میگردد. حفره های طبیعی بزرگ نیز میتواند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرند برای ذخیره کردن اینگونه زباله ها در آغاز ظروف استوانه ای استیل به قطر 30 و ارتفاع 300 سانتی متر استقرار یافته و به محل ارسال میگردند.
ذخیره دائم
روش اول- در این روش نخست چاهی به عمق حدود 3000 متر احداث میکنند سپس وسایل و ابزار لازم را به قسمت های تحتانی چاه انتقال میدهند پس ازطی این مرحله کانال های متعددی به صورت افقی در جهت های مناسب به طول 1000 متر از عمق چاه نخست احداث کرده و به تدریج مخازن استوانه ای شکل را که حاوی مواد هسته ای بوده و به خوبی محافظت شده اند در آنها قرار میدهند در پایان تا ارتفاع 3/4 این مخازن را از خاک پر میکنند و 4/1 بقیه بسته به نوع پسماند با مواد حفاظتی ویژه پوشیده خواهند شد.
روش دوم – در این روش چاه هایی به عمق 6000 متر احداث میکنند ودر حدود بیش از 2000 متر از آن را برای دفن زباله های هسته ای که در مخازن استوانه ای جا دهی میشوند اختصاص میدهند بقیه ارتفاع چاه با مواد حفاظتی ویژه که پیش از آن با توجه به نوع و میزان مواد رادیواکتیو بررسی شده باشند پوشش داده و پر میشود.
دفع زباله های اتمی در یخچالهای قطب شمال
لایه های یخ در قطب شمال از ضخامت بسیار خوبی برخوردار هستند این مناطق به علت دوری از اجتماعات انسانی و عدم امکان اکتشاف اگر خارج از چارچوب مناطق زلزله خیز باشند محل مناسبی برای دفع زباله های هسته ای به شمار میروند.
دفع مواد زاید هسته ای در این اماکن به طریق زیر انجام میشود :
فرو رفتن تدریجی در یخ -1
با احداث یک چاهک عمیق در یخ و قرار دادن مخازن در داخل آن یخهای اطراف به ویژه مناطق تحتانی چاهک در اثر حرارت مخازن ذوب شده و محموله ها به طرف پایین میروند و در اعماق لایه های یخ ته نشین میشوند.
استفاده از کابل سیمی -2
مخزن حاوی زباله های هسته ای در حفره ای با ارتفاع مشخص قرار میگیرد و به وسیله کابل به قسمت های پایین لایه های ضخیم یخ فرستاده میشود تا ارتباط کاملی با مخزن حاوی مواد وجود داشته باشد بدین ترتیب حفاظت کاملی به وسیله سطوح مختلف لایه های یخ به وجود آمده و زباله های اتمی در محدوده مشخصی دفن و قابل کنترل خواهند بود کاهش حرارت در این مرحله نیز از مزایای این روش است.
معایب :
این راه حل چندین مشکل دارد. به طور مثال امکان حرکت ناپایدار یخ که ظرفیت پذیرش زباله را تعیین می کند و همچنین افزایش گرمای زمین را نباید دست کم گرفت. از طرف دیگر، در صورتی که سلول های نگهداری زباله آسیب ببینند امکان دارد زباله ها در سطح گسترده ای پراکنده شود که نکته بسیار مهمی است. هر چند که این پیشنهاد برای بسیاری از سیاستمداران خوشایند است ولی ممکن است آسیب های شدیدی به بشر وارد آورد.
فواید:
چنانچه زباله در مرکز ورقه های یخی در قطب قرار داده شود، تجمع و حرکت یخسار، به اندازه کافی کند هست و تا پیش از رسیدن زباله به حاشیه یخ، هزاران سال طول می کشد. طی این زمان بلندمدت، زباله های پرتوزا بی زیان خواهند شد.
ریختن زباله های هسته ای در بستر اقیانوس نیز مدنظر قرار گرفته است. زیرا تصور می شود که زباله در نهایت طی فرآیندهای فرورانش می تواند به درون گوشته زمین انتقال یابد. از لحاظ نظری با ریختن این زباله ها در اقیانوس می توان این معضل را حل کرد ولی شناخت کافی در مورد وضعیت کلی رسوبات این ژرفناها وجود ندارد تا بتوان اطمینان داشت که این زباله ها به مرور زمان بیرون رانده نمی شوند، هرچند که پاکستانی ها از این روش استفاده کردند.
ریختن زباله های هسته ای در بستر اقیانوس
روش دیگری که بررسی می شود دفع زباله های اتمی در فضا است به طوری که مواد پرتوزا در یک راکت قرار گرفته و به فضا فرستاده شود، تا بدین ترتیب این مشکل از زمین دور شود. این در حالی است که این روش بسیار پرهزینه و خطرناک است به طوری که اگر راکت در هنگام برخاستن از زمین منفجر شود فاجعه بزرگی رخ می دهد.
دفع زباله های اتمی در فضا
فجیع ترین راه دفع زباله های هسته ای
ساخت بمبهای کشتار جمعی توسط ارتش وسازمان انرژی آمریکا
نیروهای متجاوز آمریکا و انگلیس درجنگ با عراق از بمبهای استفاده می کنند که از(اورانیوم ضعیف شده)نوعی زباله هسته ای تهیه شده است. امریکا سال1991 در جنگ خلیج فارس 300 تن ازاین مواد وسازمان ناتو در بمباران سال1994 بوسنی و کوزوو و صربستان 10 تن از زباله های هسته ای را مصرف کرد که باعث آلودگی شدید منطقه با مواد رادیواکتیو شد. کاربرد این گونه سلاحهای کشتار جمعی به معنای زیر پا گذاشتن کلیه قطعنامه های سازمان ملل است.
محققان دانشگاه یونیفورم سرویس در امریکا با به کارگیری فناوری مهندسی ژنتیک نوعی میکرب بی خطر موسوم به داینوکوکوس رادیودورانس را قادر به از بین بردن زباله های هسته ای کرده اند.این میکرب برای انسان بیماریزا نیست و جزو معدود میکرب هایی است که می تواند در مجاورت امواج رادیواکتیو زنده بماند.محققان پیش از این نیز با استفاده از فناوری مهندسی ژنتیک قابلیت از بین بردن فلزات سنگین و موادشیمیایی سمی همچون تولوئن را در این باکتری ایجاد کرده بودند. آنها معتقدند این راهکار می تواند در از بین بردن زباله های هسته ای موثر باشد.افزون بر این ، از این راهکار می توان برای پیشگیری از آلوده شدن محیط به علت نشست مواد رادیواکتیو بهره جست.
به گزارش شبکه خبری ژنوم، این باکتری «نزدیک به 50 سال پیش در یک قوطی گوشت که با وجود استرلیزه شدن توسط تابش اشعه فاسد شده بود», کشف شد.
استفاده ازفناوری ژنتیک
هم اکنون بهترین گزینه ای که توسط برخی از کشورها همچون آمریکا و بریتانیا و فرانسه مورد استفاده قرار می گیرد، دفع زباله در یک مخزن سنگی است.
در این روش زباله را در یک مخزن در نزدیکی سطح زمین نگهداری می کنند تا امکان مراقبت بیشتری فراهم باشد. هرچند این روش به محافظت بیشتری نیاز دارد ولی با ایجاد تونل های کم عمق در کوه ها و بررسی های انجام شده، بسیار قابل اطمینان تر از دیگر روش ها است.براساس مقررات آژانس حفاظت از محیط زیست مناطق دفع زباله های هسته ای باید توانایی قرنطینه و دور نگهداری زائدات هسته ای از محیط زیست را به مدت ۱۰ هزار سال داشته باشد، زیرا این مدت حداقل زمانی است که مواد هسته ای به صورت خطرناک باقی می مانند.
در حدود ۲۰ سال قبل کنگره آمریکا، کوهستان یوکا واقع در ایالت «نوادا» را به عنوان مناسب ترین منطقه برای نگهداری زباله های هسته ای پرعیار تعیین کرد، هر چند که دو منطقه دیگر واقع در ایالت های تگزاس و واشینگتن نیز محل دفع زباله های اتمی آمریکا است.
کوهستان یوکا دارای ظرفیت ۷۷هزار تنی برای نگهداری زباله های اتمی است و تا سال ۲۰۳۰ میلادی به طور کامل پر نخواهد شد. قرار است برای جلوگیری از نشت آن و نگهداری مناسب به عنوان یک پروژه برای نگهداری زباله ها به مدت چند صدسال دیگر گسترش و تکامل یابد. از طرفی مقدار بارش در این منطقه در حدود ۱۵سانتی متر است و مقدار ناچیزی از این بارش به زمین نفوذ می کند و آبی هم که در سطح زمین قرار دارد قبل از نفوذ کردن بخار می شود. در نتیجه سنگ هایی که در اعماق مخزن این کوهستان قرار گرفته اند، خشک و بدون رطوبت هستند که این مسئله باعث افزایش طول عمر این مخزن می شود. در هر حال بسیاری از مناطق جهان که خصوصیات نگهداری زباله های اتمی را دارند، هنوز به طور کامل قابل اطمینان نیستند و لازم است که از محل های مطمئن تر و روش های پیشرفته تری برای این منظور استفاده شود .
آژانس بین المللی انرژی اتمی مدتی پیش در گزارش خود به شورای امنیت از دو منطقه، به عنوان محل دفن زباله های هسته ای ایران نام برد. یکی منطقه "آق اولر" در کوه های تالش و دیگری "سفید تپه" بین مسیر چابکسر به رامسر. این خبر به هیچ وجه توسط جمهوری اسلامی ایران تایید نشد.
اما مسئله اینجاست که هزینه دفن این زباله ها آنقدر زیاد است که هر کشوری قادر به پرداخت آن نیست.
کشور های صاحب انرژی هسته ای زباله های هسته ای خود را به دو منظور دفن می کنند: اولین منظور بازیافت بخشی از زباله های هسته ای است برای آنکه بتوان مجددا آنها را به عنوان مواد سوخت به کار برد. دومین منظور هم انبار کردن بخش دیگری از آن زباله ها در لایه های عمیق زیر زمینی به منظور کم اثر کردن بار رادیو اکتیوشان است.
حالت اول که خطرات بازیافت دوباره، مانند تصادفات در مواقع حمل و نقل به کارخانه های بازیافتی و باز تکثیر پلوتونیوم، بسیارخطرناک است، طرفدار ندارد. علاوه برآنکه هزینه های اضافی برای بازیافت هم چندان عاقلانه نیست. حالت دوم نیز به هزینه زیادی احتیاج دارد. هزینه ای که دکتر ژیلبرت اگرمونت، استاد دانشگاه آزاد بروکسل فقط برای زباله های رادیواکتبو ضعیف، آن را بین 16 تا 20 میلیارد یورو تخمین زده است. بودجه ای که برای زباله نیروهایی که به منظور غنی سازی اورانیوم ساخته شده، و زباله هایی که رادیواکتیو قوی تولید می کند، بسیار بیشتر است.
علاوه براین بودجه هزینه های جانبی یک مرکز اتمی را نیز باید در نظر گرفت. نیروگاه های اتمی عمر محدودی دارند و وقتی عمرشان به پایان رسید باید نابود شوند. آمار نشان می دهد نابودی فقط یک نیروگاه در ایالت ماساچوست آمریکا 450میلیون دلار خرج برداشته است. در ضمن باید توجه داشت که به علت آلوده بودن دیواره های ساختمان به مواد رادیواکتیو فقط آدم های مصنوعی قادر به انجام عمل نابودسازی هستند.
امروزه مراکز محدودی در دنیا قادرند زباله های هسته ای را انبار کنند. مراکزی که چند ملیتی هستند و برمعادن اورانیوم دنیا نیز اعمال نظر دارند. حتی آلمان نیز قادر به چنین کاری نیست و دفن زباله های هسته ای اش به عهده فرانسه است. با این اوصاف دفن زباله های هسته ای اولا نیازمند دقت و توجه زیاد و به کار بردن روش ها و آزمایشات فراوانی است، و دیگر اینکه هزینه بسیار بالایی دارد که از عهده هرکشوری بر نمی آید. اما آیا ایران در این حد پیشرفتگی هست که زباله های هسته ای را خود به تنهایی و البته به روشی علمی نابود کند؟
. 4] عمرانی ،قاسمعلی، ،مواد زائد جامد ، کتاب،انتشارات دانشگاه آزاد ، 1378
1. Rainey FA, Ray K, Ferreira M, Gatz BZ, Nobre MF, Bagaley D, et al. Extensive diversity of ionizing-radiation-resistant bacteria recovered from Sonoran Desert soil and description of nine new species of the genus Deinococcus obtained from a single soil sample. Applied and Environmental Microbiology.
2005; 71(9):5225-35.
5] وب سایت مفاهیم/زباله های هسته ای/ 1385 ]
"منابع ومراجع"
-روشهای جامد کردن زباله های هسته ای را نام برده و توضیح دهید؟1
-خشک کردن
-شفاف یا کریستالی کردن
سوالات
• وجه مشترک این روشها بالا بردن درجه حرارت زباله مایع و خشک کردن تدریجی آنهاست.
• درجه حرارت مورد نیاز برای این منظور در حدود 700 تا 1200 درجه سانتی گراد بررسی شده است.
الف- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو قوی
در نیروگاههای هسته ای به وجود می آیند – اشعه ی آنها بسیار قوی است – بسیار گرمازا هستند.
ب- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو متوسط
در نیروگاه های هسته ای به وجود می آیند – اشعه ی آنها نسبتا قوی است- از خود تولید حرارت نمیکنند.
ج- زباله های اتمی دارای مواد رادیواکتیو ضعیف
در تمام اماکنی که انسان به نحوی با اشعه رادیواکتیو سرو کار داشته باشد به دست می آیند.
2-تقسیم بندی زباله های اتمی بر اساس مقدار مواد رادیواکتیو چگونه است؟
فواید:
چنانچه زباله در مرکز ورقه های یخی در قطب قرار داده شود، تجمع و حرکت یخسار، به اندازه کافی کند هست و تا پیش از رسیدن زباله به حاشیه یخ، هزاران سال طول می کشد. طی این زمان بلندمدت، زباله های پرتوزا بی زیان خواهند شد.
معایب :
این راه حل چندین مشکل دارد. به طور مثال امکان حرکت ناپایدار یخ که ظرفیت پذیرش زباله را تعیین می کند و همچنین افزایش گرمای زمین را نباید دست کم گرفت. از طرف دیگر، در صورتی که سلول های نگهداری زباله آسیب ببینند امکان دارد زباله ها در سطح گسترده ای پراکنده شود که نکته بسیار مهمی است. هر چند که این پیشنهاد برای بسیاری از سیاستمداران خوشایند است ولی ممکن است آسیب های شدیدی به بشر وارد آورد.
3-مزایا و معایب روش دفع زباله در یخ های قطب شمال را بیان کنید؟
5-علت دفن زباله های هسته ای توسط کشورهای صاحب این انرزی چیست؟
کشور های صاحب انرژی هسته ای زباله های هسته ای خود را به دو منظور دفن می کنند: اولین منظور بازیافت بخشی از زباله های هسته ای است برای آنکه بتوان مجددا آنها را به عنوان مواد سوخت به کار برد. دومین منظور هم انبار کردن بخش دیگری از آن زباله ها در لایه های عمیق زیر زمینی به منظور کم اثر کردن بار رادیو اکتیوشان است.
4-روش ذخیره سازی موقت زباله های اتمی را شرح دهید؟
مراکز نگهداری زباله های اتمی باید مورد اطمینان بوده وبه دیواره بتنی ضخیمی مجهز باشند تا امکان صدور تشعشعات آنها در محیط اطراف به حداقل برسد با وجود این قسمتهای مشخصی از تاسیسات ویژه دفع این مواد در اعماق زمین و بخشی از آنها که خطراتی در پی نداشته باشند در سطح زمین بنا میگردد. حفره های طبیعی بزرگ نیز میتواند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرند برای ذخیره کردن اینگونه زباله ها در آغاز ظروف استوانه ای استیل به قطر 30 و ارتفاع 300 سانتی متر استقرار یافته و به محل ارسال میگردند.
Thank you for your attention