یکی از خطرناک‌ترین اجزای زباله‌های هسته‌ای، ید-129 (I-129) است که میلیون‌ها سال رادیواکتیو باقی می‌ماند و هنگام بلعیدن در غدد تیروئید انسان تجمع می‌یابد. در ایالات متحده، زباله های هسته ای حاوی I-129 در مخازن عمیق زیرزمینی دفع می شوند، که دانشمندان می گویند به اندازه کافی آن را ایزوله می کند.
در همین حال، در سراسر جهان، فرانسه به طور منظم زباله های رادیواکتیو سطح پایین حاوی ید-129 و سایر رادیونوکلئیدها را در اقیانوس آزاد می کند. فرانسه سوخت هسته ای مصرف شده خود را بازیافت می کند و کارخانه بازفرآوری هر سال حدود 153 کیلوگرم ید-129 تحت محدودیت مقررات فرانسه منتشر می کند.
آیا رقیق کردن راه حل خوبی است؟ بهترین راه مقابله با سوخت هسته ای مصرف شده چیست؟ یک مطالعه جدید توسط محققان MIT و همکاران آنها در آزمایشگاه‌های ملی، انتشار I-129 را در سه سناریو مختلف اندازه‌گیری می‌کند: رویکرد ایالات متحده برای دفع مستقیم سوخت مصرف‌شده در مخازن عمیق زیرزمینی، رویکرد فرانسوی رقیق‌سازی و رهاسازی، و رویکردی که از فیلترها برای گرفتن I-129 و دفع مجدد آن در زیر زمین استفاده می‌کند.
محققان دریافتند که روش کنونی فرانسه برای بازفرآوری حدود 90 درصد از I-129 زباله را در زیست کره آزاد می کند. آنها سطوح پایین I-129 را در آب اقیانوس‌های اطراف فرانسه و سایت‌های فرآوری سابق بریتانیا از جمله کانال مانش و دریای شمال پیدا کردند. محققان دریافتند اگرچه سطح پایین I-129 در آب های اروپا به عنوان یک خطر برای سلامتی در نظر گرفته نمی شود، اما رویکرد ایالات متحده برای دفع اعماق زیرزمینی منجر به انتشار بسیار کمتر I-129 می شود.
محققان همچنین تأثیر قوانین و فناوری های زیست محیطی مرتبط با مدیریت I-129 را برای روشن کردن مبادلات مرتبط با رویکردهای مختلف در سراسر جهان بررسی کردند.
استادیار دانشگاه MIT، هاروکو وین رایت، نویسنده اول مقاله، که در بخش‌های علوم و مهندسی هسته‌ای و مهندسی عمران و محیط‌زیست همکاری دارد، گفت: «کنار هم قرار دادن این قطعات برای ارائه دید جامعی از ید-129 مهم است. دانشمندانی هستند که عمر خود را صرف پاکسازی ید-129 در سایت های آلوده می کنند. این دانشمندان گاهی اوقات از اینکه برخی کشورها در حال انتشار این مقدار ید-129 هستند شوکه می شوند. این کار همچنین یک چشم انداز چرخه زندگی را ارائه می دهد. ما فقط به دفع نهایی و زباله های جامد نمی پردازیم، بلکه به بررسی زمان و مکان رهاسازی همه قطعات نیز هستیم.
دانشجوی فارغ التحصیل MIT، کیت ویتاکر SM ’24 بسیاری از تحلیل ها را با وین رایت رهبری کرد. نویسندگان مشترک آنها هانسل گونزالس رایمت، مایلز دنهام، یان پگ، دانیل کاپلان، نیکولا قافوکو، دیوید ویلسون، شلی ویلسون و کارول ادی دیلک هستند. این مطالعه امروز در ظاهر می شود تاب آوری طبیعت.
مدیریت پسماند
ید-129 اغلب یک تمرکز کلیدی برای دانشمندان و مهندسان است زیرا آنها ارزیابی های ایمنی سایت های زباله هسته ای را در سراسر جهان انجام می دهند. نیمه عمر آن 15.7 میلیون سال است، در محیط بسیار متحرک است و در صورت بلعیده شدن می تواند باعث سرطان شود. ایالات متحده محدودیت شدیدی را برای میزان انتشار I-129 و مقدار I-129 در آب آشامیدنی تعیین می کند – 5.66 نانوگرم در لیتر، که کمترین میزان رادیونوکلئید است.
Wainwright می گوید: «ید-129 بسیار متحرک است، بنابراین معمولاً در ارزیابی ایمنی به بالاترین دوز کمک می کند.
برای این مطالعه، محققان انتشار I-129 را در سه استراتژی مختلف مدیریت پسماند با ترکیب داده‌های تاسیسات پردازش فعلی و سابق، و همچنین مدل‌های ارزیابی ذخیره‌سازی و شبیه‌سازی محاسبه کردند.
نویسندگان اثرات زیست محیطی را به عنوان انتشار I-129 در بیوسفر که ممکن است انسان در معرض آن قرار گیرد و همچنین غلظت آن در آب های سطحی تعریف کردند. آنها میزان انتشار I-129 را برای کل انرژی الکتریکی تولید شده توسط یک نیروگاه 1 گیگاواتی در یک سال اندازه گیری می کنند که به عنوان kg/GWe.y نشان داده می شود.
تحت رویکرد ایالات متحده برای دفع اعماق زیرزمینی با سیستم های مانع، با فرض اینکه ظروف مانع پس از 1000 سال از کار می افتند (یک برآورد محافظه کارانه)، محققان دریافتند که 2.14 x 10-8 kg/GWe.y I-129 بین 1000 تا 1 میلیون سال از امروز آزاد می شود.
آنها تخمین می زنند که 4.51 کیلوگرم در گیگاوات در سال از I-129، یا 91 درصد کل، تحت سناریویی که سوخت مجدداً پردازش می شود و فاضلاب رقیق و رها می شود، به بیوسفر رها می شود. حدود 3.3 درصد از I-129 توسط فیلترهای گاز گرفته می شود که سپس در مناطق کم عمق زیر سطحی به عنوان زباله های رادیواکتیو سطح پایین دفع می شوند. 5.2 درصد دیگر در جریان زباله کارخانه بازفرآوری باقی می ماند که سپس به عنوان زباله سطح بالا دفع می شود.
اگر زباله ها با فیلترهای گاز بازیافت شوند تا I-129 مستقیماً جذب شود، 0.05 کیلوگرم بر گیگاوات وزن I-129 آزاد می شود، در حالی که 94 درصد در محل های دفن زباله سطح پایین دفع می شود. در دفع کم عمق، فرض بر این است که پس از انقضای کنترل دولتی یا نهادی (معمولاً 100-1000 سال)، نوعی اختلال و نفوذ انسانی رخ خواهد داد. این منجر به انتشار بالقوه مقدار تخلیه شده در محیط پس از دوره کنترل می شود.
به طور کلی، روش فعلی بازیافت سوخت هسته ای مصرف شده، بیشتر I-129 را در محیط زیست آزاد می کند، در حالی که دفع مستقیم سوخت مصرف شده حدود 1/100,000,000 از این مقدار را در 1 میلیون سال آزاد می کند. هنگامی که از فیلترهای گاز برای گرفتن I-129 استفاده می شود، بیشتر I-129 به انبارهای کم عمق زیرزمینی می رود که ممکن است به طور تصادفی توسط انسان در طول خط آزاد شود.
محققان همچنین غلظت I-129 را در آب‌های سطحی مختلف در نزدیکی تأسیسات پردازش سوخت فعلی و سابق، از جمله کانال مانش و دریای شمال در نزدیکی کارخانه‌های فرآوری در فرانسه و بریتانیا اندازه‌گیری کردند. آنها همچنین رودخانه کلمبیا ایالات متحده را در پایین دست سایتی در ایالت واشنگتن که در آن مواد تسلیحات هسته ای در طول جنگ سرد تولید می شد، تجزیه و تحلیل کردند و سایت مشابهی را در کارولینای جنوبی مورد مطالعه قرار دادند. محققان غلظت های بسیار بالاتر I-129 را در منطقه ای از کارولینای جنوبی پیدا کردند که در آن فاضلاب های رادیواکتیو سطح پایین از رودخانه های اصلی تخلیه می شد و بنابراین منجر به رقیق شدن کمتری در محیط می شد.
Wainwright می گوید: «ما می خواستیم عوامل محیطی و تأثیر رقت را کمی کنیم، که در این مورد بر غلظت ها بیشتر از مقادیر تخلیه شده تأثیر می گذارد. شاید بتوان نتایج ما را این گونه برداشت کرد که رقیق‌سازی همچنان کار می‌کند: غلظت آلاینده‌ها را کاهش می‌دهد و آنها را در یک منطقه بزرگ پخش می‌کند. از سوی دیگر، در ایالات متحده، دفع ناقص منجر به غلظت‌های محلی بالاتر در آب‌های سطحی شده است.
چرخه سوخت و سیاست
واین رایت نمی خواهد یافته های او کشورها را از بازیافت سوخت هسته ای منصرف کند. او می‌گوید کشورهایی مانند ژاپن قصد دارند از فیلتراسیون پیشرفته برای گرفتن I-129 هنگام بازفرآوری سوخت مصرف‌شده استفاده کنند. فیلترهای I-129 را می توان طبق مقررات ایالات متحده به عنوان زباله های سطح پایین دور انداخت.
Wainwright می گوید: «از آنجایی که I-129 یک سرطان زا داخلی بدون تشعشعات نافذ قوی است، دفع کم عمق زیرزمینی در راستای سایر زباله های خطرناک مناسب است. “تاریخچه حفاظت از محیط زیست از دهه 1960 از دفع زباله و رهاسازی به مهار تغییر کرده است. اما هنوز هم صنایعی وجود دارند که زباله ها را در هوا و آب رها می کنند. ما دیده ایم که اینها اغلب باعث ایجاد مشکلاتی در زندگی روزمره ما می شوند – مانند CO.2جیوه، PFAS و سایرین – به ویژه زمانی که منابع متعددی وجود دارد یا زمانی که تجمع زیستی رخ می دهد. جامعه هسته ای از دهه 1950 در خط مقدم استراتژی ها و فناوری های مهار زباله قرار داشته است. این تلاش ها باید بیشتر تقویت و تسریع شود. اما در عین حال، اگر کسی انرژی هسته ای را به دلیل مشکلات پسماند انتخاب نکند، صنایع دیگر با استانداردهای زیست محیطی بسیار پایین تر را تشویق می کند.
این کار توسط صندوق دانشکده سریع پیشروی آب و هوا MIT و وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی شد.
