ضایعات هسته‌ای

ضایعات هسته‌ای (Nuclear waste) به‌عنوان پسمانده‌های آزمایش‌های تحقیقاتی در کشاورزی، در صنعت، پزشکی، و محصول فرعی فرایند تولید انرژی هسته‌ای همواره ناخواسته تولید می‌شوند.

تعاریف و دسته‌بندی 
در آمریکا، ضایعات هسته‌ای را بر حسب نوع محتویات، پتانسیل تولید حرارتی و شدت پرتوزایی دسته‌بندی می‌کنند. این دسته‌بندی ضایعات هسته‌ای را به سه قسمت تقسیم می‌کند:
 LLW: ضایعات سطح پایین (Low Level Waste)
 TRU: ضایعات فرا اورانیومی (Transuranic Waste)
 HLW: ضایعات سطح بالا (High Level Waste) همانند Sr-90, Y-۹۰، و Cs-۱۳۷

در این دسته‌بندی، ۹۰ درصد کل ضایعات هسته‌ای از نوع اول می‌باشند.

برای ضایعات دسته اول هسته‌ای، چال کردن کم‌عمق یا ذخیره‌سازی کوتاه مدت راه حل در نظر گرفته شدهٔ استاندارد می‌باشد. برای دو دستهٔ آخر، چال کردن عمیق ضایعات هسته‌ای راه حلی است که بسیاری از کارشناسان در نظر گرفته‌اند.

منابع اصلی ضایعات هسته‌ای 
 آلایندگان طبیعی همانند پتاسیم-۴۰
 زغال سنگ (تجمع رادیوایزوتوپ‌ها حاصل از سوخت ناقص)
 نفت و گاز (منجر به آزادسازی رادون)
 معادن (بخصوص در معادن فسفاتی)
 استفاده‌های پزشکی (بطور مثال Tc-99m)
 صنایع
 محصولات چرخهٔ سوختی
 بازپردازش سلاحهای هسته‌ای

روش‌های پردازش و دفع ضایعات هسته‌ای 
امروزه روش‌های پردازش و دفع ضایعات هسته‌ای نوین عبارتند از:
 فشرده‌سازی 
 پردازش شیمیایی 
 شیشه سازی 
 محفوظ‌سازی 
 ذخیره‌سازی 

در میان مواد باقی‌مانده در یک چرخه هسته‌ای اورانیوم مصرف شده از همه مهم‌تر است. یک رآکتور هسته‌ای بزرگ هر سال در حدود سه متر مکعب (۲۵ تا ۳۰ تن) اورانیوم مصرف شده تولید می‌کند. این مواد مصرف شده از مقداری اورانیوم و همچنین مقداری پلوتونیوم و کوریوم تشکیل شده‌است و به‌طور کلی حدود ۳٪ از آن از مواد باقی‌مانده از شکافت تشکیل شده. اکتینیدها (اورانیوم، پلوتونیوم، و کریوم) موجود در این ترکیب موجب به وجود آمدن تششعات بلند مدت و کوتاه مدت رادیواکتیویته می‌شوند.

سوخت مصرف شده دارای خاصیت رادیواکتیو بالایی است و برای حمل آن‌ها باید تمام جوانب احتیاط را رعایت کرد. البته خاصیت رادیواکتیو این مواد در طول زمان کاهش می‌یابد. پس از ۴۰ سال تششعات رادیواکتیو این مواد تا ۹۹٪ کاهش می‌یابند ولی با این حال هنوز هم خطرناک هستند.

میل‌های سوخت مصرف شده به‌طور حفاظت شده در حوضچه‌های مخصوص (spent fuel pools) نگهداری می‌شوند. آب داخل حوضچه گذشته از خنک کردن اورانیوم از خروج تششعات رادیواکتیو جلوگیری می‌کند. پس از گذشت چند ده سال سوخت‌ها را که حالا از خاصیت تششع پراکنی آن‌ها در حد قابل توجهی کم شده از حوضچه‌ها خارج کرده و به انبارهای خشک انتقال می‌دهند. در این انبارها سوخت‌ها را در داخل محفظه‌های فلزی یا بتنی نگه می‌دارند، در این مرحله نیز تششعات ایجاد شده توسط سوخت‌ها هنوز خطرناک است. مدت نگه‌داری سوخت‌ها در این مرحله بسته به نوع سوخت می‌تواند از چند سال تا ده‌ها سال متغیر باشد، ولی به هر ترتیب سوخت‌ها باید آنقدر در این مرحله بمانند تا میزان تششعات آن‌ها به حد استاندارد برسد.

تا سال ۲۰۰۳ ایالات متحده آمریکا بیش از ۴۹۰۰۰ تن از انواع سوخت‌های مصرف شده در رآکتورهای خود را انبار کرده بود. یکی از پیشنهادهایی که دربارهٔ انبار کردن سوخت در ایالات متحده مطرح شده انبار کردن سوخت‌های مصرف شده در انبارهای زیرزمینی در کوه‌های یاکا در نوادا است. به عقیده آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا، پس از گذشت ۱۰۰۰۰ سال سوخت‌های مصرف شده هسته‌ای دیگر هیچ تهدید زیست‌محیطی برای انسان‌ها و دیگر موجودات زنده نخواهند داشت.

البته راه‌هایی برای کاهش میزان زباله‌های هسته‌ای نیز وجود دارد، یکی از بهترین روش‌ها باز فرآوری سوخت هسته‌ای است. در واقع زباله‌های هسته‌ای حتی اگر اکتینیدهای آن‌ها را جدا کنیم، حداقل برای مدت ۳۰۰ سال فعالیت رادیواکتیوی دارند البته مدت تششعات در صورتی که اکتینیدها وجود داشته باشند به هزاران سال می‌رسد. عده‌ای عقیده دارند بهترین راه‌حل ممکن در حال حاضر انباشتن زباله‌های هسته‌ای در انبارهاست چراکه احتمالاً در آینده با پیشرفت تکنولوژی راهی برای استفاده از این مواد پیدا خواهد شد به این ترتیب این مواد می‌توانند خیلی با ارزش‌تر از آن باشند که دفن شوند.

همچنین صنایع هسته‌ای حجمی از مواد کم تششع را نیز تولید می‌کنند. این مواد معمولاً در اثر سرایت مواد تشعشع‌زا به وجود می‌آیند که می‌توانند شامل لباس‌ها یا پوشش‌ها، ابزارآلات، تجهیزات پالاینده آب و دیگر موادی که به گونه‌ای با رآکتور و مواد تشعشع‌زا ارتباط دارند، باشند. در ایالات متحده کمیسیون تنظیم فعالیت‌های هسته‌ای مکرراً اعلام کرده که این مواد می‌توانند جزئی از زباله‌های عادی باشند و در زباله‌دان‌ها با زباله‌های عادی دفع شوند یا حتی بازیافت شوند. سطح تششع در بیشتر مواد کم تششع بسیار پایین است و تنها به دلیل استفاده شدن در فعالیت‌های هسته‌ای جزو زباله‌های هسته‌ای محسوب می‌شوند و نه برای سطح تشعشعشان. برای مثال براساس استاندارد NRC از نظر سطح تششع یک لیوان قهوه نیز به اندازه زباله‌های کم تششع تشعشع‌زاست.

در ایالات متحده آمریکا، پسماندهای هسته‌ای که از چرخه سوخت در نیروگاه هسته‌ای یا تولید سلاح هسته‌ای تولید شده‌است، در استخرهای ویژه جهت ذخیره‌سازی موقت، و نیز در صحراهای‌های جنوب غرب ایالات متحده همانند لایه‌های عمیق نمکی در نیو مکزیکو دفن می‌شوند.

پروژهٔ بزرگ‌ترین محل دفن عمیق زباله‌های هسته‌ای سطح بالای جهان که در کوه یاکا در ایالت نوادا مدت‌ها در حال ساخت بوده‌است، کماکان دچار مشکلات متعدد مدیریتی، قانونی، و دولتی می‌باشد.

در اروپا بیشتر زباله‌های هسته‌ای را در نیروگاه‌ها نگهداری می‌کنند. انگلستان و فرانسه نیز با ایجاد مراکز بازفرآوری مواد هسته‌ای، به دنبال استفاده مجدد از مواد هسته‌ای هستند.

در کشورهایی که دارای نیروگاه هسته‌ای هستند زباله‌های تشعشع‌زا کمتر از ۱٪ از کل زباله‌های سمی تولیدی را تشکیل می‌دهند. همچنین بسیاری از زباله‌های سمی با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند و به هیچ وجه تجزیه پذیر نیستند. به‌طور کلی مواد تولیدی در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی می‌توانند از زباله‌های تولید شده در یک نیروگاه هسته‌ای خطرناک‌تر باشند. برای مثال یک نیروگاه زغال سنگی می‌تواند آثار عمیقی بر روی طبیعت بگذارد و حجم زیادی از مواد سمی و پرتوزا را تولید کند. برخلاف عقیده عموم حجم مواد پرتوزای منتشر شده توسط یک نیروگاه زغال سنگی از یک نیروگاه هسته‌ای بیشتر است.

زباله‌های تولید شده بر اثر همجوشی هسته‌ای با انبار شدن پس از صد سال دوباره قابل استفاده هستند، در مقابل زباله‌های تولیدی از شکافت هسته‌ای تا ۱۰۰۰۰ سال می‌توانند آثار رادیواکتیوی داشته باشند.

منابع 

 Alan Moghissi, H.W. Godbee, S.A. Hobart. Radioactive Waste Technology. American Nuclear Society. 1997

پیوند به خارج 
 Nuclear Science & Technology: Waste

جستارهای وابسته 
 راکتور هسته‌ای
 آلایش هسته‌ای
 استخر سوخت مصرف شده
 فیزیک بهداشت
 اورانیوم فرسوده
 سایت هنفورد

پسماند هسته‌ای
پرتوزایی
پسماند خطرناک
فناوری هسته‌ای