معالجة النفايات المشعة

أنواع معالجة النفايات المشعة

معالجة النفايات المشعة تشير إلى معالجة الفائض من النفايات التي تحتوي على مستويات عالية من النشاط الإشعاعي. لا يمكن إعادة تدوير أو إعادة استخدام هذه النفايات، وإذا تركت دون مراقبة، فإنها تشكل تهديدًا كبيرًا للبيئة وصحة الإنسان. هناك العديد من أنواع النفايات المشعة المختلفة التي يتم تصنيفها بشكل عام إلى فئات وفقًا لمستوى النشاط الإشعاعي والمصدر الذي تم إنشاؤها منه.

• النفايات منخفضة المستوى: تشمل عادةً عناصر مثل القفازات والأدوات والملابس والمواد الأخرى التي أصبحت ملوثة بكميات قليلة من النشاط الإشعاعي. تمثل هذه النفايات 90% من النشاط الإشعاعي الموجود في مواقع النفايات النووية. ومع ذلك، فإنها تشكل فقط حوالي 1% من إجمالي حجم النفايات النووية. ستشمل معالجة النفايات المشعة منخفضة المستوى عادةً الغسيل القذر من المستشفيات والمؤسسات التي تستخدم المواد المشعة للأغراض البحثية والطبية، مثل النظائر المشعة للتشخيص والعلاج. يمكن أن تشمل أيضًا العناصر الصناعية التي تعرضت لمصادر مشعة. هذه النفايات ليست خطرة بشكل فوري ويمكن التعامل معها بأمان من قبل الجمهور بعد فترة قصيرة من الاضمحلال.
• النفايات متوسطة المستوى: يحتوي هذا النوع من النفايات على نشاط إشعاعي كافٍ ليتطلب الحماية من البشر والبيئة. ستشمل النفايات متوسطة المستوى المواد التي تنبعث منها حرارة، مثل الوقود النووي المستخدم وبعض الإجراءات الطبية، والتي يجب تخزينها في مرافق مُهندسة. وتشمل فصل المواد الكيميائية من محطات الطاقة النووية، والمصادر المختومة، وأجهزة الإشعاع المؤين. مثل النفايات منخفضة المستوى، يتم تقسيم النفايات متوسطة المستوى إلى نفايات صلبة أو نفايات سائلة. ثم يتم تحويل السائل إلى صلب باستخدام عملية التجلط.
• النفايات عالية المستوى: تتكون النفايات عالية المستوى من عناصر مشعة مثل البلوتونيوم واليورانيوم والنيبتونيوم. إنها موصلة حرارياً وذات نشاط إشعاعي عالٍ. يتم تقسيم هذا النوع من النفايات إلى وقود مُستهلك من المفاعل النووي أو نفايات عالية المستوى. حوالي 95% من حجم النفايات المشعة عالية المستوى من وقود اليورانيوم المستخدم الذي يتعرض للانشطار في المفاعلات النووية. نظرًا لخطورة النفايات المشعة عالية المستوى، فإن المعالجة والتخلص منها طويلان الأمد وبعيدة عن مناطق سكن البشر.

المواصفات والصيانة

المواصفات

تُعد بعض المواصفات الرئيسية المتعلقة بمصانع معالجة النفايات المشعة كما يلي.

• نوع النفايات: نوع معالجة النفايات المشعة التي تُعالجها المنشأة. تشمل الخيارات النفايات عالية المستوى، أو متوسطة المستوى، أو منخفضة المستوى، أو النفايات المشعة المختلطة.
• تقنيات المعالجة: الطرق المستخدمة لمعالجة النفايات المشعة، مثل الزجاجة، والاحتراق، والاستخلاص، والتصلب، والتحويل، أو الفصل.
• قدرة إدارة النفايات: كمية أو حجم النفايات المشعة التي يمكن لمصنع المعالجة التعامل معها خلال فترة محددة. عادةً ما يتم قياسها بالأمتار المكعبة أو الأطنان سنويًا. على سبيل المثال، قد تُنتج محطة الطاقة النووية حوالي 3000 متر مكعب من النفايات المشعة منخفضة المستوى سنويًا. يمكن أن تتمتع منشأة مركزية لمعالجة النفايات المشعة بقدرة على إدارة ما يصل إلى 10000 طن من النفايات عالية المستوى سنويًا.
• الموقع: الموقع الجغرافي لمنشأة معالجة النفايات المشعة. إنه أمر بالغ الأهمية لأنه يجب أن يكون في منطقة مناسبة لإدارة النفايات المشعة بأمان. على سبيل المثال، يجب أن تكون المنشأة في تكوين جيولوجي مستقر لحمايتها من الكوارث الطبيعية المحتملة. سيضمن الموقع أيضًا أن السكان بعيدون بما فيه الكفاية لتقليل أي تعرض محتمل للإشعاع.

بالإضافة إلى المواصفات المذكورة أعلاه، فإن مصانع معالجة النفايات المشعة تحتوي عادةً على العديد من الميزات الحاسمة. تم إبراز بعض هذه الميزات أدناه.

الميزات الرئيسية

• الاحتواء: تُبنى ميزة احتواء مثل مبنى قوي، أو كبسولة، أو خزان من الخرسانة المُسلحة السميكة أو الفولاذ. تُستخدم دائمًا لتخزين أو نقل النفايات الخطرة بأمان.
• الفصل: تتمتع منشأة المعالجة بميزات لفصل مختلف أنواع النفايات المشعة. قد تكون تقنيات الاستخلاص أو الترشيح الخاصة ضرورية في بعض الأحيان لإزالة الملوثات المحددة، مثل العناصر عبر اليورانيوم أو اليود.
• المعالجة: تُستخدم مجموعة متنوعة من الطرق لمعالجة النفايات المشعة. على سبيل المثال، تغير الطرق الحرارية مثل الاحتراق الخواص الفيزيائية والكيميائية للنفايات من خلال درجات حرارة عالية. وبالمثل، فإن الطرق الكيميائية مثل التصلب أو التحبيس تنطوي على استخدام بوليمرات، أو أسمنت، أو مصفوفات زجاجية لتثبيت وتثبيت النفايات الخطرة.
• التغليف: تُصنع عادةً عبوات تخزين النفايات المشعة من مواد مقاومة للإشعاع والتآكل. إنها حاويات أو براميل متينة مُصممة لحماية البيئة وصحة الجمهور من التلوث الإشعاعي. يختلف تغليف النفايات المشعة عن العبوات المستخدمة للمواد الخطرة الأخرى. على سبيل المثال، تُعد عبوات الفئة 7 للمواد المشعة بموجب لوائح السلع الخطرة IATA نظام تغليف محدد. وهي مُصممة لتلبية المعايير الدولية ذات الصلة عند نقل المواد المشعة. عادةً ما يشمل التغليف صناديق خارجية قوية، وحاويات داخلية، ومواد ماصة.

نصائح الصيانة

من الضروري إجراء صيانة منتظمة للأجهزة المستخدمة في التعامل مع النفايات المشعة. تُعطى بعض نصائح الصيانة الأساسية أدناه.

• إجراء فحوصات روتينية لتقييم أي علامات على التدهور، مثل التلف، أو التسرب، أو التآكل، ومعالجة هذه المشكلات على الفور.
• تنفيذ تدابير وقائية، مثل التنظيف الدوري، وإزالة التلوث، وتعقيم الأجهزة، لتقليل مخاطر التلوث المتبادل.
• الحفاظ على المشغلين والنفايات بعيدًا عن الأجهزة التي تُعالج النفايات المشعة، قدر الإمكان، لتقليل التعرض وضمان استمرار فعالية المعدات.
• معايرة وصيانة أي أنظمة مراقبة أو اكتشاف مثبتة في أجهزة معالجة النفايات بشكل دوري لضمان دقتها وموثوقيتها.
• وضع وتنفيذ خطة صيانة شاملة تتضمن الخدمة الروتينية، والإصلاحات، والترقيات لجميع أجهزة التعامل مع النفايات المشعة.

سيناريوهات معالجة النفايات المشعة

ترتبط سيناريوهات إدارة النفايات المشعة بشكل أساسي بصناعة الطاقة النووية والقطاعات التي تستخدم النظائر المشعة في عمليات التصنيع. فيما يلي بعض سيناريوهات الاستخدام لصناعة معالجة النفايات المشعة.

• محطات الطاقة النووية: تلعب دورًا لا غنى عنه في ضمان التعامل مع النفايات المشعة الناتجة عن عملية الانشطار النووي بأمان وفعالية. في مثل هذه الحالات، تكون معالجة النفايات المشعة ذات أهمية حيوية. أشارت بيانات من جمعية الطاقة النووية العالمية إلى أن الطاقة النووية أنتجت حوالي 10% من إمدادات الكهرباء العالمية في عام 2020. في بعض البلدان، شكلت جزءًا كبيرًا من إجمالي إنتاج الكهرباء.
• الصناعة الطبية: تنطبق معالجة النفايات المشعة أيضًا في مجال الطب. تستخدم المستشفيات ومرافق الرعاية الصحية العلاج بالنظائر المشعة لعلاج المرضى المصابين بأمراض مثل السرطان. ومع ذلك، فإن النظائر المشعة المستخدمة في المساعي التشخيصية والعلاجية تؤدي إلى حدوث نفايات مشعة يجب معالجتها والتخلص منها بعناية. أكدت الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) في بيان أن النفايات المشعة هي منتج ثانوي لا غنى عنه للتطبيقات الطبية. كما شددت الوكالة الدولية للطاقة الذرية على ضرورة التعامل مع هذه النفايات ومعالجتها بكفاءة لحماية الأفراد والبيئة.
• الاستخدام الصناعي: تُستخدم مجموعة متنوعة من القطاعات، بما في ذلك التصنيع، وإنتاج الطاقة، والمساعي البحثية، المواد المشعة لأهداف متنوعة. قد تتضمن هذه الأهداف اختبار عدم التدمير، والتصوير الإشعاعي، والمعايرة، والتتبع، وغيرها. تشمل الصناعات التي تُطبق معالجة النفايات المشعة قطاع النفط والغاز، وتوليد الطاقة، وبناء خطوط الأنابيب، وصناعة المعادن، وصناعة أشباه الموصلات. وفقًا لتقرير بحث السوق من قبل Kinsley، قُدرت قيمة سوق إدارة النفايات المشعة العالمية بحوالي 11 مليار دولار في عام 2022، مع نمو سنوي مركب متوقع (CAGR) بنسبة 7.7% من عام 2023 إلى عام 2030.
• البحث والتطوير: تستغل القطاعات العلمية بشكل متكرر العناصر المشعة لإجراء الاستفسارات، وصياغة مواد جديدة، وتنفيذ التقييمات. يمكن أن تؤدي مثل هذه المساعي إلى إنتاج مخلفات مشعة خطرة تتطلب التخلص منها من خلال تقنيات المعالجة. يمكن أن يحدث هذا النوع من السيناريو في الجامعات والمؤسسات التعليمية حيث يُركز البحث على العلوم والتكنولوجيا النووية. يمكن أن يحدث أيضًا في مختبرات الحكومة حيث تُجرى عدد كبير من تجارب النظائر المشعة.

كيفية اختيار معدات معالجة النفايات المشعة

عند شراء معدات إدارة النفايات المشعة، يجب مراعاة العوامل التالية:

• نوع النفايات المشعة

  يُعد نوع النفايات المشعة التي تُنتجها الشركات مُحددًا رئيسيًا في اختيارهم لمعدات معالجة النفايات. تتطلب أنواع مختلفة من النفايات المشعة (صلبة، أو سائلة، أو غازية) معدات معالجة نفايات مميزة. على سبيل المثال، تُعد محارق النفايات مناسبة للنفايات المشعة الصلبة القابلة للاحتراق، بينما تُعد محطات معالجة النفايات أكثر ملاءمة للنفايات المشعة السائلة.

• السعة والقابليّة للتوسّع

  يجب على المنشآت تقييم سعة معدات معالجة النفايات لمعالجة أحجام النفايات المشعة الحالية والمستقبلية. يجب عليهم اختيار المعدات ذات السعة المناسبة لمعالجة معدلات توليد النفايات الحالية لديهم. بالإضافة إلى ذلك، تُعد القابلية للتوسع معلمة مهمة يجب مراعاتها. مع زيادة أحجام النفايات، يجب أن تكون معدات معالجة النفايات قادرة على زيادة سعة المعالجة دون تكبد تكاليف باهظة أو التسبب في انقطاع العمليات.

• ميزات السلامة والامتثال للوائح

  يجب إعطاء الأولوية لميزات السلامة لمعدات معالجة النفايات المشعة، مثل أنظمة الاحتواء، والحماية من الإشعاع، وأنظمة المراقبة / قفل السلامة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتوافق معدات معالجة النفايات مع اللوائح والمعايير المُنشأة. تحتاج المنشآت إلى التأكد من أن المعدات التي تُشتريها تُلبي متطلبات التنظيم ذات الصلة لتجنب المخاطر القانونية والمالية المحتملة.

• التكلفة والعوامل الاقتصادية

  يحتاج المشترون إلى مراعاة تكاليف رأس المال وتكاليف التشغيل لمعدات معالجة النفايات المشعة. يجب عليهم تقييم الاستثمار الأولي للمعدات، ونفقات التثبيت، والطاقة، والصيانة، وتكاليف المواد الاستهلاكية خلال فترة حياتها. بالإضافة إلى ذلك، يجب مقارنة فعالية التكلفة لخيارات المعدات المختلفة لضمان الاستخدام الأمثل للموارد المالية.

الأسئلة والأجوبة

س1: كيف تعمل أنظمة الاحتراق في معالجة النفايات المشعة؟

ج1: الاحتراق هو طريقة حرارية لمعالجة النفايات المشعة تُقلل من حجم النفايات الصلبة بنسبة تتراوح بين 90% إلى 95%. تنطوي الطريقة على حرق النفايات في جو مُتحكم به عند درجات حرارة عالية لتدمير المواد العضوية. تُعد بقايا العملية رمادًا، لا تزال مشعة وتتطلب التخزين.

س2: ما هي فوائد الضغط في معالجة النفايات المشعة؟

ج2: الضغط هو طريقة مفيدة في معالجة النفايات المشعة لأنه يُساعد على تقليل حجم النفايات بنسبة تصل إلى 80% في عملية واحدة. الطريقة بسيطة وتشمل سحق أو ضغط النفايات في كتلة أصغر. يُقلل هذا من مساحة التخزين المطلوبة للنفايات المشعة.

س3: ما هي فوائد الترشيح في معالجة النفايات الغازية؟

ج3: فوائد الترشيح في معالجة النفايات الغازية باستخدام المرشحات عديدة. يمكن أن تُزيل الطريقة ما يصل إلى 99% من المواد الخطرة في النفايات. ثانيًا، تُقلل من حجم النفايات بنسبة تتراوح بين 90% إلى 95%، مما يجعلها طريقة فعالة للغاية لمعالجة النفايات.

س4: ما هي الطرق المختلفة لمعالجة النفايات الفيزيائية؟

ج4: هناك العديد من طرق معالجة النفايات الفيزيائية. بعض الطرق الشائعة التي تُستخدم تشمل التكسير، وهو قطع أو تمزيق النفايات إلى قطع أصغر؛ والتثبيت، الذي ينطوي على تحويل النفايات إلى شكل صلب مثل الخرسانة؛ والترشيح، الذي يفصل المواد الغازية الضارة باستخدام المرشحات.