النفايات النووية

بقلم – الدكتور على عبد النبى:

النفايات المشعة هى المخلفات الناتجة عن استخدام المواد النووية فى الطاقة والصناعة والطب والزراعة الخ، وأمثلة على ذلك، إستخدامها فى إنتاج الكهرباء، والتشخيص وعلاج من بعض الأمراض ألخ. هذه المواد إما أن تكون طبيعية أو من صنع الإنسان. وهناك أنواع معينة من المواد المشعة وكذا النفايات الناتجة عن استخدام هذه المواد لابد وأن تخضع لرقابة الهيئات الرقابية والتنظيمية التابعة للدولة.

تكنولوجيا الطاقة النووية تتحمل المسؤولية كاملة عن إدارة جميع النفايات الناتجة بما فى ذلك كامل تكاليفها والتى تدخل فى حساب سعر الكيلووات ساعة المنتج من الكهرباء، لكن كمية النفايات المشعة الناتجة تعتبر صغيرة جدا مقارنة بكمية النفايات التى ينتجها الوقود الأحفورى (غاز طبيعى أو بترول أو فحم) عند استخدامه لتوليد الكهرباء، فالنفايات المشعة فى الدول الى تمتلك الطاقة النووية نسبتها أقل من 1٪ من مجموع النفايات الصناعية السامة، كما يمكننا أن نتعامل مع الوقود النووى المحترق على أنه مصدر جديد لإنتاج الطاقة أو مجرد نفايات، ومقارنة بالنفايات الصناعية السامة، فإننا نجد أن النفايات النووية ليست خطيرة ولا تعتبر صعبة فى إدارتها، ولنا أن ننوه الى أن هناك طرق أمنة للتخلص النهائى من النفايات المشعة عالية المستوى، وقد ثبت صحتها من الناحية الفنية، وهناك إجماع دولى على أن يكون التخلص النهائى للنفايات فى مستودع جيولوجى عميق (مستودع للنفايات النووية محفور فى أعماق بيئة جيولوجية مستقرة، وعادة على عمق بيكون أقل من 300 متر).

يتم تصنيف النفايات المشعة طبقا لمستوى شدة الإشعاع الصادر منها، فهناك أربعة أنواع من النفايات وهى : نفايات ذات مستوى إشعاعى منخفض جدا very low level waste (VLLW)، ونفايات ذات مستوى إشعاعى منخفض Low-level waste (LLW)، ونفايات ذات مستوى إشعاعى متوسط Intermediate-level waste (ILW) ، ونفايات ذات مستوى إشعاعى عالى High-level waste (HLW) .

النفايات ذات المستوى الإشعاعى المنخفض جدا VLLW ، تحتوى على مواد مشعة لكن مستوى الإشعاع لا يعتبر ضار بالأشخاص أو البيئة المحيطة، وهذه النفايات مصدرها المواد الناتجة من هدم أو تفكيك أو تجديد مواقع صناعية نووية (مثل الخرسانة والجبس والطوب، والمعادن، والصمامات، والأنابيب وغيرها). ونجد ايضا أن الصناعات الأخرى، مثل الصناعات الغذائية والكيماوية والصلب وغيرها، ينتج عنها أيضا نفايات ذات مستوى إشعاعى منخفض جدا، وذلك نتيجة تركيز النشاط الإشعاعى الطبيعى فى بعض المعادن والمواد المستخدمة فى عمليات التصنيع. وبالتالى يتم التخلص من هذه النفايات مع النفايات العادية (مثلها مثل النفايات المنزلية)، لكن هناك بعض الدول تقوم حاليا بتطوير مرافق لتخزين النفايات ذات المستوى الإشعاعى المنخفض جدا.

النفايات ذات المستوى الإشعاعى المنخفض LLW، تحتوى على مواد مشعة ومعظمها قصيرة العمر، ومصدرها المستشفيات والصناعة  ودورة الوقود النووى، وهى تشمل الورق والخرق (الأقمشة البالية)، والأدوات، والملابس، والفلاتر وغيرها. وتتم عمليات المناولة والنقل بدون تدريع للوقاية من الإشعاع، ويمكن دفنها فى الأراض وعلى مستوى قريب من سطح الأرض. وغالبا ما يتم ضغطها أو حرقها قبل التخلص منها، وهى تشكل نحو 90٪ من حجم النفايات ولكنها تحتوى على 1٪ فقط من النشاط الإشعاعى للنفايات المشعة.

النفايات ذات المستوى الإشعاعى المتوسط   ILW تحتوى على كميات أعلى من النشاط الإشعاعي وبعضها يتطلب التدريع للوقاية من الإشعاع. وهى تتألف عادة من راتنجات ورواسب كيميائية (حمأة) والغلاف المعدنى للوقود النووى، بالإضافة الى المواد الملوثة الناتجة من تفكيك (تكهين) مفاعل نووى. وهى تعتبر كميات صغيرة، والمواد الغير صلبة منها يتم خلطها بالخرسانة أو الأسفلت لتصبح صلبة القوام ثم يتم التخلص منها. وهى تشكل نحو 7٪ من حجم النفايات، ولكنها تحتوى على 4٪ فقط من النشاط الإشعاعى للنفايات المشعة. بحكم طبيعتها، ونتيجة نشاطها الاشعاعى (اضمحلالها)، فإنها تولد حرارة أقل من 2 كيلووات لكل متر مكعب، لذلك تتطلب تهوية أثناء تخزينها.

النفايات ذات المستوى الإشعاعى العالى HLW، تنتج من “حرق” وقود اليورانيوم فى قلب المفاعل النووى. هذه النفايات تحتوى على نواتج الانشطار وعناصر تالية لليورانيوم تكونت فى قلب المفاعل. هذه النفايات ذات إشعاعية عالية ودرجة حرارتها مرتفعة بسبب الحرارة الناتجة من الإضمحلال (نشاطها الإشعاعى)، فهذه النفايات لديها طاقة حرارية أعلى من 2 كيلووات لكل متر مكعب، لذلك يتطلب الأمر تدريعها وتبريدها عند تخزينها. هذه النفايات تحتوى على أكثر من 95٪ من النشاط الإشعاعى الكلى للنفايات الناتجة من عملية توليد الكهرباء، ومكوناتها من العناصرالمشعة إما تكون ذات عمر طويل (معمرة) أو عمر قصير. هذه النفايات تتواجد فى صورتين، إما تكون فى صورة الوقود النووى المحترق نفسه (حزم الوقود النووى)، وإما تكون فى صورة وقود نووى تم إعادة معالجته. عموما إذا أمكن فصل نواتج الانشطار قصيرة العمر عن الأكتينات طويلة العمر، فأنه يصبح من الإمكان إدارة هذه النفايات بسهولة والتخلص منها.

الوقود النووى المحترق بعد خروجة من المفاعل يتم تخزينه لمدة تتراوح مابين عام الى 20 عام، وتسمى مرحلة التبريد، ويتم التخزين ناتج المفاعل الواحد (حوالى 27 طن) فى حوض به “ماء وبورون” وعادة يكون الحوض فى موقع المفاعل، أو فى حوض مشترك لعدد من المفاعلات، أو فى بعض الأحيان فى حوض مركزى على مستوى الدولة.

تحظى النفايات ذات المستوى الإشعاعى العالى HLW بإهمية كبيرة لدى دول العالم وخاصة الدول النووية، فهناك إهتمام كبير بإدارة الوقود النووى المحترق حتى التخلص منه نهائيا، وهناك خطط تتضمن أن تكون تكاليف جميع المراحل حتى التخزين النهائى واقعية ومتوازنة، حتى لا تسبب أعباء مادية على الطاقة النووية، وحتى تظل الطاقة النووية رخيصة، كما أنها لا تفرض أعباء غير ضرورية على الأجيال القادمة.

لو نظرنا الى الإحصائيات التى تخص النفايات النووية والناتجة من إستخدام المحطات النووية فى توليد الكهرباء، نجد أن:

• حجم النفايات النووية على مستوى العالم ذات المستوى الإشعاعى المنخفض والمتوسط هو 200000 متر مكعب سنويا، وأن حجم النفايات ذات المستوى الإشعاعى العالى هو 10000 متر مكعب سنويا.
• حجم النفايات النووية منخفضة ومتوسطة المستوى الإشعاعى (مباشرة وغير مباشرة) لمحطة نووية  من نوع الماء الخفيف المضغوط PWR، وذو قدرة 1000 ميجاوات، يتراوح ما بين 200- 350  مترمكعب سنويا.
• حجم النفايات النووية ذات المستوى الإشعاعى العالى لمحطة نووية من نوع الماء الخفيف المضغوط PWR، وذو قدرة 1000 ميجاوات، هو 20 متر مكعب سنويا،  وهو يساوى 27 طن، ويكون حجمها بعد التغليف إذا تم التعامل معها كنفايات هو 75 متر مكعب. أما فى حالة إعادة معالجة الوقود المحترق، سيكون حجم النفايات المزججة هو 3 متر مكعب (التزجيج هو عملية تحويل المادة إلى مادة صلبة غير متبلورة شبيهة بالزجاج خالية من أى بنية بلورية، وذلك إما عن طريق التخلص السريع من الحرارة أو إضافة المزيد من الحرارة أو خلطها مع إضافات)، وسيصبح حجمها بعد وضعها فى إسطوانات للتخلص منها هو 28 متر مكعب.

ملحوظة: محطة توليد كهرباء تعمل بالفحم وقدرتها مساوى للمحطة النووية سالفة الذكر (1000 ميجاوات)، ينتج عنها سنويا 400000 طن من الرماد الملوث.

والى أن نلتقى فى مقالة قادمة لإستكمال موضوع النفايات النووية ،،، لكم منى كل الشكر والتقدر ومع وافر تحياتى .