پسمان های مواد رادیو اکتیو
مقدمه
پسمان های مواد رادیو اکتیو در تاسیسات هسته ای ، تهیه و تولید رادیو ایزوتوپها ، آزمایشگاههای رادیو شیمی ، نیروگاههای هسته ای ، صنایع ، پزشکی هسته ای و باز فراوری سوختهای مصرف شده به صورت جامد ، مایع و گاز تشکیل می شوند و ساطع کننده پرتوهای یون ساز می باشند . پسمانهای مواد رادیو اکتیو بر حسب میزان اکتیویته به سه دسته تقسیم بندی می شوند :
LLW یا پسمانهای با اکتیویته پایین ( در حدود m3 / ci 1/0 )
MLW یا پسمانهای با اکتیویته متوسط ( M3 / CI 4 10 – 1/0 )
HLW یا پسمانهای بااکتیویته بالا ( بیشتر از m3 / ci 4 10)
فاکتور رفع آلودگی مقیاسی برای آمایش پسمانهای مایع می باشد . هر چه فاکتور رفع آلودگی بیشتر باشد نشانگر آن است که فرایند جدا سازی بهتر صورت گرفته است . طبق تعریف فاکتور رفع آلودگی عبارت است از :
اکتیویته بعد از آزمایش اکتیویته قبل از آزمایش = DF
در روش تبخیر ، فاکتور رفع آلودگی بین 6 10 – 5 10 است . پسمانهای رادیو اکتیو بخش عمده ای از محصول اجتناب ناپذیر تولید انرژی الکتریکی حاصل از شکافت هسته در راکتورهای تحقیقاتی و نیروگاههای اتمی هستند . پسمانهای رادیو اکتیو در تاسیسات هسته ای به صورت مایع – جامد و گازی تولید می شوند . این پسمانها آلوده به مواد رادیو اکتیو بوده و بیشترین مقدار آن از نظر میزان اکتیویته در روند بازیابی سوختهای مصرف شده ضمن عملیات جدا سازی اورانیوم و پلوتونیم از محصولات شکافت حاصل می شود . مشکل عهده در پسمانها نیمه عمر آنهاست . بعضی از رادیو ایزوتوپهای موجود در پسمان دارای نیمه عمر بسیار طولانی بوده که شرایط ایمنی خاصی را طلب می کند و می بایست در مکان مناسبی نگهداری شوند تا به محیط زیست راه نیابند در غیر این صورت آلودگیهای خطرناک زیست محیطی را به همراه خواهند داشت . با توجه به سمیت شدید رادیوبیولوژیکی و شیمیایی رادیونوکلیدهای موجود در پسمانها آمایش و جداسازی به منظور جلوگیری از پخش و مهاجرت این گونه عناصر سمی و پرتو زا به محیط زیست ضروری به نظر می رسد و باید آمایش و بهسازی بر روی پسمانها به طور اصولی و دقیق صورت گیرد .
آمایش پسمانهای آلوده به مواد رادیو اکتیو
پسمانهای رادیو اکتیو حاصل از یک کارخانه بازیابی با ظرفیت سالیانه 1500 تن پیش از سه میلیار کوری پرتو گاما و بتا و دو میلیون کوری پرتو آلفا تولید می کند . مقدار این پسمانها از نظر میزان حجم بالغ 000/50 متر مکعب در سال می باشد .
که پس ازعملیات رادیو شیمیایی به روشهای مختلف می توان حجم آن را به کمتر از 4000 متر مکعب تقلیل داد . هدف آمایش پسمانهای مایع ، جداسازی رادیونو کلیدهای موجود در پسمان به روشهای مختلف مانند رسوب گیری ، تبخیر و تبادل یونی است و سپس جهت عدم مهاجرت مواد رادیو اکتیو به محیط زیست می بایست آنها را در سیمان یا قیر و شیشه تثبیت کرد .
از آنجاییکه نیمه عمر رادیو ایزوتوپهای موجود در پسمانهامعمولاً بسیار بالاست پس از انجام موارد فوق باید این پسمانها را در مکانهایی خاص و دور از دسترس نگهداری نمود تا ضمن تلاشی به نو کلیدهای پایدار تبدیل شوند . از روشهای مناسب و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه جهت آمایش پسمانهای مایع و جامد می توان به روشهای سمنت کردن ، قیر کردن ، شیشه کردن ، روش خاکستر کردن اتمی و بالاخره فرستادن آنها به کرات دیگر دیگر اشاره کرد . شیشه های بر سیلیکات به طور ماکزیمم قادر است 10 کوری اکتیویته از محصولات شکافت را در خود نگهدارد . برای دفع زباله های اتمی در پسمانگور باید به مسایل زمین شناسی ، خاک شناسی ، آب شناسی ، زلزله نگاری و تعیین عمق آبهای زیر زمینی توجه شود . به هر صورت زباله های اتمی وحشت زا بوده و مهندسین شیمی و دانشمندان علوم هسته ای باید راه حلهای علمی و رضایت بخشی باید راه حلهای علمی و رضایت بخشی را برای جدا سازی عناصر ترانس اورانیوم از محصولات شکافت به طور دقیق بررسی نموده و از عملیات جدا سازی با دقت بالا در مقیاس صنعتی استفاده نمایند تا بتوان عناصر ترانس اورانیوم به خصوص پلوتونیم 239 را که هسته قابل قابل شکافت می باشد با پرتودهی در راکتور به محصولات با نیمه عمر کوتاه تبدیل نمود و از پخش و مهاجرت آن به محیط زیست جلوگیری به عمل آورد . طبق رفرنسهای موجود ، دفع پسمانهای هسته ای در اعماق زمین که از سال 1945 معمول شده روش اطمینان بخشی نمی باشد . زیرا پوسیدگی تدریجی و نشت آب از محفظه هاو همچنین سیل وزلزله و آتش فشانها می تواند این پسمانها را بر روی زمین بیاورد . و آبهای سطحی و همچنین محیط زیست را آلوده و مسموم نماید . لذا زباله های اتمی معمایی بسیار بزرگ و پیچیده تر از خود اتم و سلاحهای هسته ای راتشکیل می دهد زیرا هنوز قانون قاعده و استاندارد کشوری برای مدفون ساختن دایمی پسمانهای رادیو اکتیو با نیمه عمر بالا در کار نیست و هیچ محل همیشگی نیز برای این کار وجود ندارد . خوشبختانه کشورما در شرایط کنونی باامکانات وسیع و گسترده خود بااین گونه پسمانها در حال حاضر سر و کار ندارد . به هر صورت کنترل و نگهداری پسمانهای رادیو اکتیو باید بر اساس مقررات و بررسیهای عمده از نظر ایمنی برای سلامتی نسلهای حال و آینده ارزیابی شود . چه ما علاوه بر وظیفه رفع خطر از نسلهای کنونی مسئولیت خطیری در مقابل حفظ سلامتی چندین هزار نسل آینده را نیز به عهده داریم و این در صورتی است که تولید پسمانها به همین جا ختم می شود . زیرااگر تولید انرژی در آینده به طور گسترده تری از صنایع هسته ای تامین می شود . مشکل دفع پسمانهای رادیو اکتیو از نظر تکنولوژی نهتنها ساده نبوده بلکه به مخارج کمر شکن از نظر اقتصادی نیز منتهی می شود . با توجه به درجه سمیت این مواد پرتو زا از نظر رادیو تو کسیکولوژی ، بررسی ، کنترل ، نگهداری ، آمایش و دفع آنها مسئولیت سنگینی را برای مسئولین مربوطه ایجاد می نماید . در مراکز هستهای مسئولیت بررسی ، جمع آوری ، دوزیمتری و انتقال و دفع پسمانهای موارد رادیو اکتیو به عهده واحدی بنام پسمانداری می باشد ، که هدف آن بررسیهای علمی ، فنی ، اقتصادی و انتخاب روش های مناسب و دقیق جهت حفظ محیط زیست نسبت به آب دریاها ، دریاچه ها و اقیانوسها و رودخانهها و آبهای زیر زمینی است . عمده ترین رادیونو کلیدها از نظر تولید پسمان ، استرانسیم ، 90 و سزیم – 137 با نیمه عمرهای 28 و 1/30سال می باشد که بررسی و کنترل آنها از نظر مسایل زیست محیطی وظیفه مهم و پر مسئولیتی را برای تشکیلاتی پسمانداری ایجاد می نماید . در کشورهای پیشرفته ای نظیر آلمان ، پسمانهای با اکتیویته کم و متوسط را پس از جداسازی و تثبیت در سیمان ، یا قیر ، در گنبدهای نمکی با عمق بیش از 1000 متر دفن می کنند . لازم به ذکر است که دولت آلمان از دفن پسمانهای عناصر ترانس اورانیوم در این گنبدهای نمکی خودداری می نماید . زیرااین عناصر بی اندازه سمی و خطرناک بوده و چنانچه در طی زمان این گنبدها به زیر آب روند ، آب دریاها را شدید آلوده خواهند نمود . عناصر ترانس اورانیوم ( به جز پلوتونیوم که به صورت پیش تشکیل یا primordial در پوسته زمین وجود دارد ) به طور مصنوعی تهیه می گردند . این عناصر از نپتونیم شروع شده و شامل 14 عنصر بعد از آن در جدول تناوبی می باشد که همگی در حال پرکردن اربیتال داخلی 5f می باشند و لذا از نظر خواص شیمیایی بسیار شبیه به هم عمل کرده ، بنابراین جدا سازی آنها نیز بسیار دشوار است .
با توجه به قدرت مهاجرت بالای عناصر ترانس اورانیوم در صورت ورود این عناصر به محیط زیست ( از جمله محیطهای آبی نظیر دریاها ، دریاچه ها و اقیانوسها ) آلودگیهای شدید زیست محیطی ایجاد خواهد شد .. به عنوان مثال پلوتونیم – 239 که امروزه در جهان از نظر استراتژیکی بسیار بااهمیت است ، دارای نیمه عمر 24400 سال بعد می باشد وبنابراین قادر است به طور وحشتناکی برای قرنهای متمادی محیط را آلوده نماید .
نقش آلودگیهای رادیو اکتیو در اکو سیستمهای آبی
همزمان با مطالعاتی کهدر زمینه آلودگیهای هستهای در اتمسفر بهعمل آمده مطالعات و پژوهشهای گسترده ای هم در محیط های آبی رخ داده و مشخص گردیده که نسبت مستقیمی بین رها سازی پسمانهای مایع ناشی از تاسیسات هسته ای و افزایش آلودگیهای رادیو اکتیو در محیط آبی ( نظیر دریاها و اقیانوسها ) وجود دارد. در واقع محیط های دریایی قسمت اعظم ریزش پسمانهای مایع را در بر دارند . معمولاً رادیو ایزوتوپها جذب ذرات معلق موجود در آب شده و سپس با توجه به نوع بستر دریا ( که خاصیت تبادل یونی قوی یا ضعیف داشته باشد ) در آن جایگزین می شوند . به عنوان مثال کربوناتها به علت خاصیت تبادل یونی ضعیف کمتررادیونو کلیدها را جذب می کند .تخلیه رادیونو کلیدها در یک منطقه سبب آلودگی رسوبات در جهت عمودی شده به طوری که ذرات جدید بر روی ذرات قدیمی قرار می گیرند این فرایند به نام فرایند رشد یا افزایش شناخته شده است . قابل توجه است که مواد رادیو اکتیو به علت جذب سطحی و عمقی در حیوانات دریایی می توانند وارد زنجیره عذایی گردند . مثلاً جلبکها یکی از عوامل انتقال مواد رادیو اکتیو به جانوران دریایی محسوب می شوند و در واقع به عنوان یک ردیاب مناسب برای رادیو نو کلیدهایی که تعیین آنها در آب مشکل است به شمار می روند ( البته خاصیت جذب مواد رادیو اکتیو در انواع مختلف جلبکها متفاوت است . ) هملانطور که اشاره شد از عناصر رادیو اکتیو بسیار خطرناک ، پلوتونیم می باشد . پس از ورود پلوتیونیمبه محیط زیست از جمله دریاها این عنصر وارد زنجیره غذایی شده و در نهایت می تواند وارد بدن انسان شود .
طبق بررسیهای به عمل آمده تجمع پلوتونیم در ماهیان آبهای شیرین بیشتر در اندامهایی نظیر جگر ، کلیه ، طحال و استخوانها دیده می شود . گسترده فاکتور انتقال از آب به ماهی حدود 10 تا 1000 می باشد . اما برای ماهیان دریاها این فاکتورکوچکتر است . نیمه عمر بیولوژیکی برای پلوتونیم معمولاً حدود 30 روز است که در موارد نادر تا 200 روز هم افزایش می یابد . در موجوداتی نظیر خرچنگها ، جذب پلوتونیم از آب دریا به آرامی صورت می گیرد . علاوه بر این قسمتی از پلوتونیم که از طریق پوست وارد بدن جانور می شود می تواند از طریق اسکلت قدیمی جدا شده خارج گردد . تنظیم تعادل در خرچنگ دریایی بعداز 150 تا 250 روز مشاهده می گردد . پس از فاجعه چرنوبیل ( انفجار راکتور شماره 4 نیروگاه هسته ای چرنوبیل – 26 آوریل 1986 ) بیش از پنجاه میلیون کوری مواد گوناگون پرتوزا نظیر رید- 131 ، سزیم – 134 و 137 پلوتونیوم 239 و ... در حجم های مختلف و در گستره 400-300 کیلومتری پخش شده و این در حالی است که ورزش باد ذرات سبکتر را تا کشورهای دور دست نیز انتقال داد . خوشبختانه طی نمونه برداری و مراحل مختلف و پیچیده آماده سازی و آنالیز رسوبات دریای خزر ( در سال 1374 ) در دو منطقه آستارا و انزلی نسبت به عنصر خطرناک پلوتونیوم ، مشخص گردید که مقدار این عنصر در مقایسه با مناطق آلوده بسیار ناچیز و قابل اغماض است .
از آنجایی که پلوتونیوم عنصریی با پرتو دهی آلفاست می تواند ضایعات جبران ناپذیری را برای بدن به همراه آورد . ذرات آلفا در ارگانهای بحرانی بدن نظیر جگر ذخیره شده و آنگاه این ذره با برد کم و انرژی بالایی ( 4-8 mev ) که دارد قادر است انرژی خود را بدون کم و کاست به یک سلول منتقل کرده و آنرا نابود نماید . البته در این مرحله مغز استخوان مجددا شروع به سلول منتقل کرده و آنرا نابود نماید . البته در این مرحله مغز استخوان مجدداً شروع به سلول سازی خواهد نمود . اما اگر شعله آلفا به DNA برخورد کند از آن یک رادیکال ساخته خواهد شد . و آنگاه این رادیکالبارادیکال های دیگر ترکیب شده پیوند شیمیایی را به وجود می آورد که برای انسان نا شناخته بوده وبه مرگ دردناکی می انجامند. همچنین فرایند موتاسیئون که در روند تکامل انسان در نسل بشر اختلال ایجاد می کند ، یکی دیگر از عوارض پرتوهای یونساز مواد رادیواکتیو می باشد .