علماء روس يبتكرون تقنية قد تغير طريقة التعامل مع النفايات النووية عالميا

وتجمع الطريقة التي تم تطويرها بين طين الـ"كاولين" الطبيعي الوفير وتقنية التلبيد بالبلازما الشرارية التفاعلية (R-SPS)، ما يُنتج مصفوفة كثيفة منخفضة التسرب قادرة على حبس الـ"سترونتيوم" داخل المعادن البلورية لفترات زمنية جيولوجية، حسب ماورد في بوابة "روسيا العلمية"، ونورد فيما يلي أهم ماجاء حول هذ الموضوع.

لماذا يُعد الـ"سترونتيوم-90" مشكلة حرجة؟

يُعد الـ"سترونتيوم-90" أحد أخطر نواتج الانشطار الناتجة عن المفاعلات النووية التي تعمل باليورانيوم، حيث يبلغ عمر النصف له نحو 30 عامًا، ويتميز بسميته الإشعاعية العالية.

يتميز هذا العنصر بذوبانه العالي وحركته السريعة في البيئة، وبمجرد امتصاصه من قبل الكائنات الحية، يميل إلى التراكم في أنسجة العظام، حيث يمكن أن يُسبب جرعات إشعاعية داخلية طويلة الأمد.

ولذلك، يُعد عزل النفايات الحاملة للـ"سترونتيوم-90" بشكل آمن عن الغلاف الحيوي لمئات السنين، تحدّيًا أساسيًا لأي دولة تستخدم الطاقة النووية.

وتُعاني الطرق التقليدية مثل التثبيت بالإسمنت أو التزجيج (التثبيت باستخدام الزجاج)، من عيوب عدة، فالتثبيت بالإسمنت يزيد من حجم النفايات وقد يُسبب تشققات، بينما لا تضمن العديد من تركيبات الزجاج استقرارًا مطلقًا طويل الأمد في ظل الظروف الجيولوجية.

ويسعى هذا العمل الجديد، الذي تقوده جامعة الشرق الأقصى الفيدرالية الروسية، إلى التغلب على هذه القيود من خلال محاكاة سلوك المعادن الطبيعية، التي حفظت العناصر المشعّة على مدى ملايين السنين.

مجتمع

علماء روس يطورون نظاما فريدا لإعادة "ضبط" الجهاز العصبي

2 أبريل, 07:14 GMT

السيراميك المصنوع من الـ"كاولين" بتقنية التلبيد بالبلازما الشرارية

استخدم الفريق الـ"كاولين" (الطين الأبيض) من رواسب "أوختيار في" في منطقة كاريليا كولا كمادة أساسية، وخلطه مع كربونات الـ"سترونتيوم" غير المشعة (SrCO₃) لمحاكاة النفايات المشعة المحتوية على الـ"سترونتيوم-90"، ثم تم تلبيد المزيج المسحوق باستخدام تقنية التلبيد بالبلازما الشرارية التفاعلية (R-SPS)، وهي تقنية يتم فيها تسخين العينة بنبضات قصيرة وعالية التيار تحت ضغط أحادي المحور.

تتيح هذه الطريقة للمادة الوصول إلى درجات حرارة تقارب 1000 درجة مئوية في غضون 5 دقائق فقط، أي أسرع بكثير من التلبيد التقليدي في الأفران، حيث يُعزز التسخين السريع والضغط المُطبّق تفاعلًا كيميائيًا أحادي الخطوة، ولا يقتصر الأمر على احتجاز الـ"سترونتيوم" في المسام، بل يندمج بنيويًا في الشبكات البلورية لمعدنين مُتشكلين حديثًا، "فلسبار السترونتيوم" (SrAl₂Si₂O₈) و"ميليليت السترونتيوم" (Sr₂Al₂SiO₇).

ولأن العملية قصيرة والعينة مضغوطة، فإن احتمالية تسرب النويدات المشعّة المتطايرة أو سهلة التحرر أقل بكثير مقارنة بمعالجات الفرن طويلة الأمد.

مجتمع

علماء روس يتمكنون من إطالة عمر الفولاذ حتى 3500 ضعف

2 أبريل, 17:57 GMT

البنية والاستقرار وأداء الترشيح

أظهر الفحص المجهري الإلكتروني وتحليل طور الأشعة السينية أن السيراميك الناتج متجانس، حيث يتوزع الـ"سترونتيوم" بدقة وانتظام عبر الأطوار المعدنية المُتشكلة حديثًا.

تشبه هذه المادة إلى حد كبير معادن الألومينوسيليكات الطبيعية، التي بقيت مستقرة في قشرة الأرض لملايين السنين، وهو معيار تصميم أساسي لمصفوفة التخلص الجيولوجي.

وتأتي النتيجة الأكثر دلالة من اختبارات الترشيح المائي، فعند تعريض السيراميك للماء، لم يتجاوز معدل ترشيح أيونات الـ"سترونتيوم" 1.79 × 10⁻⁵ غ/(سم²·يوم) عندما كانت نسبة الـ"سترونتيوم" المُحاكاة تُقارب 30% من كتلة السيراميك، وعلى مدار 30 يوما من الاختبار، لم يُطلق من المصفوفة سوى 0.62% فقط من إجمالي محتوى الـ"سترونتيوم".

ويُعدّ هذا الأداء المنخفض للترشيح أفضل بعشرة أضعاف ما يُحقق عادةً مع أنواع السيراميك المُشابهة المُصنّعة من أكاسيد نقية، ما يُؤكد فعالية الطريقة القائمة على الكاولين.

مجتمع

علماء روس يبتكرون تقنية تحول انبعاثات المصانع لمواد تغليف صديقة للبيئة

8 أبريل, 14:52 GMT

يشير الباحث الرئيسي أوليغ شيشالين إلى أنه على الرغم من أن معدل الترشيح الحالي منخفض للغاية، إلا أنه لا يزال أقل بقليل من المعايير الدولية الأكثر صرامة للمستودعات الجيولوجية.

ويخطط الفريق لمزيد من تحسين تركيبة المسحوق الأولي ومعايير التلبيد بالبلازما الشرارية المقاومة (R-SPS) لرفع مقاومة الترشيح إلى مستوى أقرب إلى المعيار الذي وضعته الأنظمة المعدنية الطبيعية.

آثار أوسع نطاقا على إدارة النفايات النووية

يُظهر المشروع إمكانية تحويل النويدات المشعة طويلة العمر، مثل السترونتيوم-90، من مركبات متحركة وخطرة إلى مكونات ثابتة كيميائيًا ضمن مادة صلبة متراصة تشبه المعادن، وتُحاكي صخور الأرض.

وبالاعتماد على الكاولين المتوفر بكثرة وتقنية تلبيد سريعة نسبيًا وموفرة للطاقة، تُوفر هذه الطريقة أيضا مسارا قابلًا للتطوير وفعالًا من حيث التكلفة لمعالجة تيارات النفايات عالية الإشعاع قبل التخلص منها في أعماق جيولوجية.

شارك في هذا العمل متعاونون من: جامعة سخالين الحكومية، معهد كيمياء وتكنولوجيا العناصر النادرة والمواد الخام المعدنية، مركز كولا العلمي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، معهد الكيمياء العامة وغير العضوية التابع للأكاديمية الوطنية للعلوم في بيلاروسيا، وفي حال توسيع نطاق هذا النموذج الخزفي المغلف والتحقق من صحته باستخدام مواد مشعة حقيقية، فإنه سيحقق نتائج واعدة.

علماء روس يطورون "حارسا رقميا" يتنبأ بالنوبات القلبية ويرسل نداءات استغاثة فورية

روسيا والصين توسعان التعاون الفضائي عبر تجارب مشتركة على محطات مأهولة