طريقة جديدة لاحتجاز النفايات المشعة في المعادن لتخزينها على المدى الطويل

حاليا يوجد حوالي 440 محطة للطاقة النووية تعمل في 32 دولة حول العالم، وتوفر حوالي 10٪ من الكهرباء في العالم، و60 مفاعلًا آخر قيد الإنشاء، وعلى طاولة الإعداد والمقترحات 300 مفاعلًا آخر.

في أستراليا مفاعل واحد فقط، يستخدم للأغراض البحثية والطبية، لكن أستراليا تنتج عادة أكثر من 5000 طن من اليورانيوم كل عام، هذا يمثل حوالي 9٪ من الإجمالي العالمي.

يمكن أن ينتج عن تعدين ومعالجة اليورانيوم وعمليات محطات الطاقة النووية مجموعة من العناصر المشعة (تسمى النويدات المشعة )، قد تكون هذه مخاطر طويلة الأمد إذا تم إطلاقها في البيئة.

تمثل النفايات المشعة السائلة تحديًا خاصًا: فهي غالبًا ما تحتوي على مزيج من النويدات المشعة، ويمكن لعدد قليل من التقنيات التقاط هذه الملوثات بشكل موثوق به واحتوائها بأمان بسرعة وكفاءة.

لقد اخترعنا عملية سريعة لالتقاط النويدات المشعة من النفايات السائلة في معدن يشبه الطين، والتي يمكن بعد ذلك خبزها لتشكيل مادة مستقرة للتخلص منها وتخزينها على المدى الطويل.

نُشر البحث في مجلة Scientific Reports، وسيتم تقديمه قريبًا في ندوة إدارة النفايات، وهو أكبر مؤتمر في العالم لإدارة النفايات المشعة.

اصطياد العناصر المشعة

من المعروف منذ فترة طويلة أن بعض المعادن يمكنها التقاط بعض النويدات المشعة، غالبًا ما تتضمن هذه العملية تمرير المياه الملوثة عبر العديد من المرشحات المعبأة بهذه المواد.

في المقابل ، تستخدم تقنيتنا المسماة ” EUREECA “، نهجًا حيث يتشكل معدن شبيه بالطين يسمى هيدروكسيد مزدوج الطبقات داخل المياه الملوثة بالنويدات المشعة، هذه المعادن هي مادة ماصة طبيعية يمكنها إزالة مجموعة من النويدات المشعة في وقت واحد، ودمجها وغيرها من الملوثات كوحدات بناء في بنيتها.

هذا النهج البسيط له العديد من المزايا مقارنة بالتقنيات التقليدية. في الممارسة العملية، يتم إضافة مادتين كيميائيتين صناعيتين شائعتين إلى المياه الملوثة، يحدث التفاعل في غضون ثوانٍ لإنتاج معدن هيدروكسيد مزدوج الطبقات مع وجود النويدات المشعة داخله.

الأهم من ذلك، أن المعدن يشتمل عادةً على أقل من 0.5٪ من كتلة المياه المعالجة. هذا يعني أن الملوثات تصبح أكثر تركيزًا بمئات المرات.

يتم أيضًا فصل المعدن بسهولة عن الماء باستخدام تقنيات الفصل الصناعية التقليدية، في الدراسات التي تستخدم مياه الصرف الصحي من منجم يورانيوم أسترالي، احتوى المعدن على ما يصل إلى 1٪ من اليورانيوم – وهو تركيز أعلى من تركيزه في خام المنجم.

تم أيضًا التقاط مجموعة من الملوثات الأخرى ، بما في ذلك مجموعة من النويدات المشعة التي تم إطلاقها أثناء التعدين والأنشطة المرتبطة به.

التخزين طويل الأمد

بعد التقاط الملوثات في معدن هيدروكسيد مزدوج الطبقات، يجب حبسها إلى الأبد.

هذه هي الخطوة التالية في عملية EUREECA المعدن لتحويله، مثل الفخار في الفرن.

قمنا بتسخين المعدن إلى أكثر من 1300، على غرار تدفق الحمم البركانية في هاواي، وحللنا مع زملائنا في جامعة كيرتن كيفية تغيره على المستوى الذري. حدثت العديد من التغييرات الرائعة.

الأول هو أن الهيدروكسيد المزدوج الطبقي يتحول إلى ثلاثة معادن منفصلة: الزبرجد الزيتوني، البريكلاز، والإسبينيل، هذا هو مزيج من المعادن الموجودة عادة في الوشاح السفلي، على بعد حوالي 2500 كيلومتر تحت سطح الأرض.

هذه المعادن ليست مستقرة فقط في درجات الحرارة والضغط المرتفعين، ولكنها أيضًا مقاومة إلى حد كبير للأضرار الإشعاعية.

عندما بردت المعادن المخبوزة اكتشفنا أن النويدات المشعة قد تركزت بشكل أكبر. تم الآن عصر اليورانيوم والثوريوم والرصاص وغيرها من الملوثات في معادن جديدة تكونت على حدود دقيقة مجهرية بين الزبرجد الزيتوني والبريكلاز والإسبينيل.

في هذه المناطق الحدودية، كان تركيز النويدات المشعة أكبر بحوالي 50،000 مرة من تركيزه في مياه الصرف الأصلية الحاملة لليورانيوم.

إزالة التلوث أسهل

تحتوي عمليتنا على العديد من التطبيقات المحتملة لالتقاط واحتواء وتخزين النفايات المشعة القابلة للذوبان إلى الأبد، بالإضافة إلى معالجة مياه الصرف الصحي من مناجم اليورانيوم، يمكن استخدامها لالتقاط واحتواء النويدات المشعة من مجاري النفايات الطبية.

كان يمكن أن يكون مفيدًا أيضًا بعد كارثة فوكوشيما دايتشي النووية في عام 2011، والتي ولدت كميات هائلة من النفايات السائلة المعقدة.

بدلاً من استخدام خطوات متعددة وإجراءات وبنية تحتية كبيرة ومعقدة في كثير من الأحيان لمعالجة المياه، كان من الممكن نشر تقنية EUREECA بسرعة لتطهير المياه وإزالة النويدات المشعة إلى معادن صلبة للتخزين طويل الأجل.

تابعنا على تطبيق نبض