پسمانهاي مواد راديو اكتيو

مقدمه
پسمانهاي مواد راديو اكتيو در تاسيسات هسته اي ، تهيه و توليد راديو ايزوتوپها ، آزمايشگاههاي راديو شيمي ، نيروگاههاي هسته اي ، صنايع ، پزشكي هسته اي و باز فراوري سوختهاي مصرف شده به صورت جامد ، مايع و گاز تشكيل مي شوند و ساطع كننده پرتوهاي يون ساز مي باشند . پسمانهاي مواد راديو اكتيو بر حسب ميزان اكتيويته به سه دسته تقسيم بندي مي شوند :
۱- LLW يا پسمانهاي با اكتيويته پايين ( در حدود m3 / ci 1/0 )

۲- MLW يا پسمانهاي با اكتيويته متوسط ( M3 / CI 4 10 – ۱/۰ )
۳- HLW يا پسمانهاي بااكتيويته بالا ( بيشتر از m3 / ci 4 10)
فاكتور رفع آلودگي مقياسي براي آمايش پسمانهاي مايع مي باشد . هر چه فاكتور رفع آلودگي بيشتر باشد نشانگر آن است كه فرايند جدا سازي بهتر صورت گرفته است . طبق تعريف فاكتور رفع آلودگي عبارت است از :
اكتيويته بعد از آزمايش اكتيويته قبل از آزمايش = DF
در روش تبخير ، فاكتور رفع آلودگي بين ۶ ۱۰ – ۵ ۱۰ است . پسمانهاي راديو اكتيو بخش عمده اي از محصول اجتناب ناپذير توليد انرژي الكتريكي حاصل از شكافت هسته در راكتورهاي تحقيقاتي و نيروگاههاي اتمي هستند . پسمانهاي راديو اكتيو در تاسيسات هسته اي به صورت مايع – جامد و گازي توليد مي شوند . اين پسمانها آلوده به مواد راديو اكتيو بوده و بيشترين مقدار آن از نظر ميزان اكتيويته در روند بازيابي سوختهاي مصرف شده ضمن عمليات جدا سازي اورانيوم و پلوتونيم از محصولات شكافت حاصل مي شود . مشكل عهده در پسمانها نيمه عمر آنهاست . بعضي از راديو ايزوتوپهاي موجود در پسمان داراي نيمه عمر بسيار طولاني بوده كه شرايط ايمني خاصي را طلب مي كند و مي بايست در مكان مناسبي نگهداري شوند تا به محيط زيست راه نيابند در غير اين

صورت آلودگيهاي خطرناك زيست محيطي را به همراه خواهند داشت . با توجه به سميت شديد راديوبيولوژيكي و شيميايي راديونوكليدهاي موجود در پسمانها آمايش و جداسازي به منظور جلوگيري از پخش و مهاجرت اين گونه عناصر سمي و پرتو زا به محيط زيست ضروري به نظر مي رسد و بايد آمايش و بهسازي بر روي پسمانها به طور اصولي و دقيق صورت گيرد .

آمايش پسمانهاي آلوده به مواد راديو اكتيو
پسمانهاي راديو اكتيو حاصل از يك كارخانه بازيابي با ظرفيت ساليانه ۱۵۰۰ تن پيش از سه ميليار كوري پرتو گاما و بتا و دو ميليون كوري پرتو آلفا توليد مي كند . مقدار اين پسمانها از نظر ميزان حجم بالغ ۰۰۰/۵۰ متر مكعب در سال مي باشد .

كه پس ازعمليات راديو شيميايي به روشهاي مختلف مي توان حجم آن را به كمتر از ۴۰۰۰ متر مكعب تقليل داد . هدف آمايش پسمانهاي مايع ، جداسازي راديونو كليدهاي موجود در پسمان به روشهاي مختلف مانند رسوب گيري ، تبخير و تبادل يوني است و سپس جهت عدم مهاجرت مواد راديو اكتيو به محيط زيست مي بايست آنها را در سيمان يا قير و شيشه تثبيت كرد .
از آنجاييكه نيمه عمر راديو ايزوتوپهاي موجود در پسمانهامعمولاً بسيار بالاست پس از انجام موارد فوق بايد اين پسمانها را در مكانهايي خاص و دور از دسترس نگهداري نمود تا ضمن تلاشي به نو كليدهاي پايدار تبديل شوند . از روشهاي مناسب و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه جهت آمايش پسمانهاي مايع و جامد مي توان به روشهاي سمنت كردن ، قير كردن ، شيشه كردن ، روش خاكستر كردن اتمي و بالاخره فرستادن آنها به كرات ديگر ديگر اشاره كرد . شيشه هاي بر سيليكات به طور ماكزيمم قادر است ۱۰ كوري اكتيويته از محصولات شكافت را در خود نگهدارد . براي دفع زباله هاي اتمي در پسمانگور بايد به مسايل زمين شناسي ، خاك شناسي ، آب شناسي ، زلزله نگاري و تعيين عمق آبهاي زير زميني توجه شود . به هر صورت زباله هاي اتمي وحشت زا بوده و مهندسين شيمي و دانشمندان علوم هسته اي بايد راه حلهاي علمي و رضايت بخشي بايد راه حلهاي علمي و رضايت بخشي را براي جدا سازي عناصر ترانس اورانيوم از

محصولات شكافت به طور دقيق بررسي نموده و از عمليات جدا سازي با دقت بالا در مقياس صنعتي استفاده نمايند تا بتوان عناصر ترانس اورانيوم به خصوص پلوتونيم ۲۳۹ را كه هسته قابل قابل شكافت مي باشد با پرتودهي در راكتور به محصولات با نيمه عمر كوتاه تبديل نمود و از پخش و مهاجرت آن به محيط زيست جلوگيري به عمل آورد . طبق رفرنسهاي موجود ، دفع پسمانهاي

هسته اي در اعماق زمين كه از سال ۱۹۴۵ معمول شده روش اطمينان بخشي نمي باشد . زيرا پوسيدگي تدريجي و نشت آب از محفظه هاو همچنين سيل وزلزله و آتش فشانها مي تواند اين پسمانها را بر روي زمين بياورد . و آبهاي سطحي و همچنين محيط زيست را آلوده و مسموم نمايد . لذا زباله هاي اتمي معمايي بسيار بزرگ و پيچيده تر از خود اتم و سلاحهاي هسته اي راتشكيل مي دهد زيرا هنوز قانون قاعده و استاندارد كشوري براي مدفون ساختن دايمي پسمانهاي راديو

اكتيو با نيمه عمر بالا در كار نيست و هيچ محل هميشگي نيز براي اين كار وجود ندارد . خوشبختانه كشورما در شرايط كنوني باامكانات وسيع و گسترده خود بااين گونه پسمانها در حال حاضر سر و كار ندارد . به هر صورت كنترل و نگهداري پسمانهاي راديو اكتيو بايد بر اساس مقررات و بررسيهاي عمده از نظر ايمني براي سلامتي نسلهاي حال و آينده ارزيابي شود . چه ما علاوه بر وظيفه رفع خطر از نسلهاي كنوني مسئوليت خطيري در مقابل حفظ سلامتي چندين هزار نسل آينده را نيز به عهده داريم و اين در صورتي است كه توليد پسمانها به همين جا ختم مي شود . زيرااگر توليد انرژي در آينده به طور گسترده تري از صنايع هسته اي تامين مي شود . مشكل دفع پسمانهاي راديو اكتيو از نظر تكنولوژي نهتنها ساده نبوده بلكه به مخارج كمر شكن از نظر اقتصادي نيز منتهي مي

شود . با توجه به درجه سميت اين مواد پرتو زا از نظر راديو تو كسيكولوژي ، بررسي ، كنترل ، نگهداري ، آمايش و دفع آنها مسئوليت سنگيني را براي مسئولين مربوطه ايجاد مي نمايد . در مراكز هستهاي مسئوليت بررسي ، جمع آوري ، دوزيمتري و انتقال و دفع پسمانهاي موارد راديو اكتيو به عهده واحدي بنام پسمانداري مي باشد ، كه هدف آن بررسيهاي علمي ، فني ، اقتصادي و انتخاب

رودخانهها و آبهاي زير زميني است . عمده ترين راديونو كليدها از نظر توليد پسمان ، استرانسيم ، ۹۰ و سزيم – ۱۳۷ با نيمه عمرهاي ۲۸ و ۱/۳۰سال مي باشد كه بررسي و كنترل آنها از نظر مسايل زيست محيطي وظيفه مهم و پر مسئوليتي را براي تشكيلاتي پسمانداري ايجاد مي نمايد . در كشورهاي پيشرفته اي نظير آلمان ، پسمانهاي با اكتيويته كم و متوسط را پس از جداسازي و تثبيت در سيمان ، يا قير ، در گنبدهاي نمكي با عمق بيش از ۱۰۰۰ متر دفن مي كنند . لازم به ذكر است كه دولت آلمان از دفن پسمانهاي عناصر ترانس اورانيوم در اين گنبدهاي نمكي خودداري مي نمايد . زيرااين عناصر بي اندازه سمي و خطرناك بوده و چنانچه در طي زمان اين گنبدها به زير آب روند ، آب درياها را شديد آلوده خواهند نمود . عناصر ترانس اورانيوم ( به جز پلوتونيوم كه به صورت پيش تشكيل يا primordial در پوسته زمين وجود دارد ) به طور مصنوعي تهيه مي گردند . اين عناصر از نپتونيم شروع شده و شامل ۱۴ عنصر بعد از آن در جدول تناوبي مي باشد كه همگي در حال پركردن اربيتال داخلي ۵f مي باشند و لذا از نظر خواص شيميايي بسيار شبيه به هم عمل كرده ، بنابراين جدا سازي آنها نيز بسيار دشوار است .
با توجه به قدرت مهاجرت بالاي عناصر ترانس اورانيوم در صورت ورود اين عناصر به محيط زيست ( از جمله محيطهاي آبي نظير درياها ، درياچه ها و اقيانوسها ) آلودگيهاي شديد زيست محيطي ايجاد خواهد شد .. به عنوان مثال پلوتونيم – ۲۳۹ كه امروزه در جهان از نظر استراتژيكي بسيار بااهميت است ، داراي نيمه عمر ۲۴۴۰۰ سال بعد مي باشد وبنابراين قادر است به طور وحشتناكي براي قرنهاي متمادي محيط را آلوده نمايد .

نقش آلودگيهاي راديو اكتيو در اكو سيستمهاي آبي
همزمان با مطالعاتي كهدر زمينه آلودگيهاي هستهاي در اتمسفر بهعمل آمده مطالعات و پژوهشهاي گسترده اي هم در محيط هاي آبي رخ داده و مشخص گرديده كه نسبت مستقيمي بين رها سازي پسمانهاي مايع ناشي از تاسيسات هسته اي و افزايش آلودگيهاي راديو اكتيو در محيط آبي ( نظير درياها و اقيانوسها ) وجود دارد. در واقع محيط هاي دريايي قسمت اعظم ريزش پسمانهاي مايع را در بر دارند . معمولاً راديو ايزوتوپها جذب ذرات معلق موجود در آب شده و سپس با توجه به نوع بستر دريا ( كه خاصيت تبادل يوني قوي يا ضعيف داشته باشد ) در آن جايگزين مي شوند . به عنوان مثال كربوناتها به علت خاصيت تبادل يوني ضعيف كمترراديونو كليدها را جذب مي كند .تخليه راديونو كليدها در يك منطقه سبب آلودگي رسوبات در جهت عمودي شده به طوري كه ذرات جديد بر روي ذرات قديمي قرار مي گيرند اين فرايند به نام فرايند رشد يا افزايش شناخته شده است . قابل توجه است كه مواد راديو اكتيو به علت جذب سطحي و عمقي در حيوانات

دريايي مي توانند وارد زنجيره عذايي گردند . مثلاً جلبكها يكي از عوامل انتقال مواد راديو اكتيو به جانوران دريايي محسوب مي شوند و در واقع به عنوان يك ردياب مناسب براي راديو نو كليدهايي كه تعيين آنها در آب مشكل است به شمار مي روند ( البته خاصيت جذب مواد راديو اكتيو در انواع مختلف جلبكها متفاوت است . ) هملانطور كه اشاره شد از عناصر راديو اكتيو بسيار خطرناك ، پلوتونيم مي باشد . پس از ورود پلوتيونيمبه محيط زيست از جمله درياها اين عنصر وارد زنجيره غذايي شده و در نهايت مي تواند وارد بدن انسان شود .

طبق بررسيهاي به عمل آمده تجمع پلوتونيم در ماهيان آبهاي شيرين بيشتر در اندامهايي نظير جگر ، كليه ، طحال و استخوانها ديده مي شود . گسترده فاكتور انتقال از آب به ماهي حدود ۱۰ تا ۱۰۰۰ مي باشد . اما براي ماهيان درياها اين فاكتوركوچكتر است . نيمه عمر بيولوژيكي براي پلوتونيم معمولاً حدود ۳۰ روز است كه در موارد نادر تا ۲۰۰ روز هم افزايش مي يابد . در موجوداتي نظير خرچنگها ، جذب پلوتونيم از آب دريا به آرامي صورت مي گيرد . علاوه بر اين قسمتي از پلوتونيم كه از طريق پوست وارد بدن جانور مي شود مي تواند از طريق اسكلت قديمي جدا شده خارج گردد . تنظيم تعادل در خرچنگ دريايي بعداز ۱۵۰ تا ۲۵۰ روز مشاهده مي گردد . پس از فاجعه چرنوبيل ( انفجار راكتور شماره ۴ نيروگاه هسته اي چرنوبيل – ۲۶ آوريل ۱۹۸۶ ) بيش از پنجاه ميليون كوري مواد گوناگون پرتوزا نظير ريد- ۱۳۱ ، سزيم – ۱۳۴ و ۱۳۷ پلوتونيوم ۲۳۹ و … در حجم هاي مختلف و در گستره ۴۰۰-۳۰۰ كيلومتري پخش شده و اين در حالي است كه ورزش باد ذرات سبكتر را تا كشورهاي دور دست نيز انتقال داد . خوشبختانه طي نمونه برداري و مراحل مختلف و پيچيده آماده سازي و آناليز رسوبات درياي خزر ( در سال ۱۳۷۴ ) در دو منطقه آستارا و انزلي نسبت به عنصر خطرناك پلوتونيوم ، مشخص گرديد كه مقدار اين عنصر در مقايسه با مناطق آلوده بسيار ناچيز و قابل اغماض است .
از آنجايي كه پلوتونيوم عنصريي با پرتو دهي آلفاست مي تواند ضايعات جبران ناپذيري را براي بدن به همراه آورد . ذرات آلفا در ارگانهاي بحراني بدن نظير جگر ذخيره شده و آنگاه اين ذره با برد كم و انرژي بالايي ( ۴-۸ mev ) كه دارد قادر است انرژي خود را بدون كم و كاست به يك سلول منتقل كرده و آنرا نابود نمايد . البته در اين مرحله مغز استخوان مجددا شروع به سلول منتقل كرده و آنرا نابود نمايد . البته در اين مرحله مغز استخوان مجدداً شروع به سلول سازي خواهد نمود . اما اگر شعله آلفا به DNA برخورد كند از آن يك راديكال ساخته خواهد شد . و آنگاه اين راديكالباراديكال هاي ديگر تركيب شده پيوند شيميايي را به وجود مي آورد كه براي انسان نا شناخته بوده وبه مرگ دردناكي مي انجامند. همچنين فرايند موتاسيئون كه در روند تكامل انسان در نسل بشر اختلال ايجاد مي كند ، يكي ديگر از عوارض پرتوهاي يونساز مواد راديواكتيو مي باشد .

آلودگي حرارتي
آلودگي حرارتي نوع جديدي از آلودگي بوده كه ناشي از افزايش آهنگ رشد جوامع بشري و صنايع و نياز آنها به انرژي مي باشد . احداث سريع تعداد زيادي از نيروگاههاي حرارتي ( كه با سوختهاي فسيلي كار مي كند ) و نيروگاههاي هسته اي در امتداد جريانهاي آبي و سواحل مي تواند اكو سيستم آبي را تغيير معمولاً در جهت بهبود محيط زيست و بهره برداري قاره اي و دريايي نيست . با انتشارات گزارشات سالهاي ۱۹۶۵-۱۹۶۲ دولت آلمان فدرال – آشكار شد كه حدود۰۰۰/۷۰۰

ماهي طي افزايش حرارت آب از بين رفته اند . محاسبات انجانم شده از نتايج نمونه برداريهاي نيروگاههاي حرارتي در رودخانه سن بين پاريس و لوهاور نشان مي دهد كه فاصله بين اين نيروگاهها تا رودخانه ، بايستي چه ميزان باشد تا دماي آب در حد قابل قبولي باقي بماند .
در واقع گرم شدن آب موجب كاهش مقدار اكسيژن محلول و در نتيجه كاهش قدرت خود پالايي رودخانه مي گردد . بنابراين آلودگي ناشي از مواد آلي در رودخانه ها افزايش يافته و در نحوه پخش و پراكنش موجودات رودخانه كه در حالت طبيعي به طور عادي زندگي مي كنند تغييراتي به وجود

مي آورد . به عنوان مثال مي توان به از بين رفتن نوعي ماهي استخواني به نام SALMONIDE و رشد غير عادي آميبهايي كه شرايط بهداشتي محيط را به هم مي زنند اشاره كرد . از بعد ديگر سوختهاي فسيلي موجب بالارفتن درجه حرارت اتمسفر و افزايش ميزان co2 در سطح جهاني نيز مي شوند و در صورت افزايش CO2 در دراز مدت ، شاهد افزايش درجه حرارت كره زمين ، ذوب يخهاي قطبي ، بالا آمدن سطح آبها و به زير رفتن مناطق ساحلي خواهيم بود . قابل توجه است كه در مقايسه نيروگاههاي هسته اي ، آلودگي بسيار كمتري راايجاد مي كنند . بر طبق گزارش آژانس بين المللي انرژي اتمي ، بيش از۱۷-۱۶ درصد منابع توليد برق در جهان ، نيروگاههاي اتمي هستند و اين امر موجب مي شود تا ميلياردها تن از ميزان گاز CO2 كه عانمل اصلي اثر گلخانه اي است كاسته شود . بنابراين نيروگاههاي هسته اي به مثابه شمشير دو لبه اي هستند كه در صورت استفاده درست و حساب شده انرژي پاكيزه تر را به ارمغان مي آورند و در صورتي كه نكات حساس و دقيق ايمني در مورد آنهارعايت نشود نه تنها موجب بروز آلودگي حرارتي مي شوند بلكه پسمانهاي راديو اكتيو خطرات عمده اي را ( در صورت عدم آمايش و حذف بهينه ) براي محيط زيست به بار خواهند آورد .

كاربرد هاي صلح آميز عناصر راديو اكتيو
با توجه به خواص مهم عناصر راديو اكتيو يعني پرتو دهي آنها اين عناصر كاربردهاي گسترده اي هم پيدا مي كند . چنانچه انرژي پرتوهاي آلفا ، بتا و گاما را يكسان در نظر بگيريم مشاهده مي گردد كه اين سه پرتو داراي اثرات بيولوژيكي يكساني نخواهد بود . اشعه آلفا بيشتر از mm 05/0 در بافت بدن نمي تواند نفوذ نمايد . ولي از آنجايي يكه كليه انرژي خود را بدون كم و كاست به سلول منتقل مي نمايد موجبات تخريب سلول رافراهممي كند . در صورتي كهدر مقايسه با آن اشعه بتا برد بيشتر و انرژي كمتري دارد . اشعه گاما به صورت سه پديده فوتو الكتريك ، كامپتون و توليد زوج الكترون با برد بسيار زياد انرژي اندك خود را به سلول منتقل مي نمايد . بنابراين از نقطهنظر حفاظتي و كنترل افراد نسبت به پرتوهاي يونساز ، فاكتور كيفي اشعه آلفا و نوترون ۲۰ و اشعه گاما يك د

ر نظر گرفته شده است .
با توجه به موارد فوق و نوع پرتو ساطع شده عناصر راديو اكتيو كاربردهاي مختلفي ( علاوه بر تسليحات هسته اي ) خواهند داشت . مثلاً از عناصر هسته اي ) خواهند داشت . مثلاً از عناصر ساطع كننده پرتو آلفا مي توان به پلوتونيوم – ۲۳۹ و ۲۳۸ ، آمريسيم ، كوريم- ۲۴۲ و كاليفرنيم – ۲۵۲ اشاره كرد . قدرت حرارتي يك گرم كوريم ۲۴۲ ، w/g 120 مي باشد و ۷/۰ گرم آن قار است يك ليتر آب را در نقطه جوش نگهدارد . توجه بهانرژي اينراديونو كليد در شرايط خاص ، از آن جهت

ساخت باطريهاي راديو ايزوتوپهاي در ماهواره هااستفاده مي شود . همچنين پلوتونيوم – ۲۳۸ ، به عنوان منبع حرارتي در ماهواره ها به كار رود . در دستگاه هاي تنظيم ضربان قلب ( maker pace ) نيز اين عنصر كاربرد دارد . كاليفرنيم – ۲۵۲ يكي ديگر از عناصر با ارزش و مهم سري ترانس اورانيوم است كه البته تهيه آن به تكنولوژي بسيار پيشرفتهاي نياز دارد . از اين راديونو كليد بهعنوان چشمه نوتروني براي آناليز مواد در اعماق اقيانوسها استفاده مي شود . از ديگر كاربردها كاليفرنيم ، در پزشكي هستهاي و بمباران كردن و تخريب غدد سرطاني را مي توان برشمرد . بهاين ترتيب كه كاليفرنيم را در سوزنهاي مخصوص قرار داده و توسط ايريديم و پلاتين coating شده و سپس آنرادر غدد سرطاني فرو مي برند . از آنجايي كه حدود ۸۰% غد سرطاني محتوي آب مي باشند ، نوترون ضمن برخورد با پروتون جايگزين آن شده و پروتون را خارج مي كند . انرژي پس زني پروتون قادر است كه سلولهاي سرطاني را از بين برد ( بدين ترتيب مشاهده مي شود كه مي توان سلولهاي

سرطاني را تا حد بسيار بالايي توسط اين راديو نو كليد معالجه نمود اما گراني و عدمدسترسي مشكل ساز است ) با توجه به موارد مذكور در صورت رعايت اصول ايمني مشاهده مي شود كه عناصر راديو اكتيو استفاده هاي بسيار سودمندي را براي بشر به همراه خواهند داشت . اما در غير اين صورت با توجه به همان خواص ويژه خود ( پرتو دهي و نيمه عمر بالا ) مي توانند خطرات فراواني را براي محيط زيست ايجاد نمايند .