المفاعلات والتلوث

يتسرب الإشعاع أثناء تشغيل المفاعل إلى البيئة المحيطة بمعدل يمكن التحكم فيه. وينتج الإشعاع ايضاً عن مصانع معالجة الوقود وتحضيره وغير ذلك من العمليات المرافقة. بين الشكل (1) الجرعات الإشعاعية الممكنة والناتجة عن تشغيل محطة نووية ومصانع الوقود. يتدفق الإشعاع من المفاعل ومن مصانع الوقود بعدة طرق. فهناك تدفق إشعاعي إلى الهواء حيث تنفث المداخن النووية. اطناناً من الغازات التي تحمل بين طياتها جسيمات إشعاعية. ثم تنزل هذه الجسيمات الإشعاعية إلى الإنسان بعدة طرق. فقد يمتصها مباشرة عن طريق الاستنشاق والتنفس (أنظر الشكل 1). كما ويمكن أن تترسب هذه المواد الإشعاعية في المحاصيل النباتية أو في التربة كما ويمكن أن تنتقل إلى الحيوانات عندما تتغذى هذه على الحشائش والغابات في المراعي التي تكون قد تعرضت إلى تساقط التلوث الإشعاعي عليها. وعندما يقوم الإنسان بالتغذية على هذه المنتجات النباتية أو الحيوانية فإن نسبة من الجرعات الإشعاعية سوف تمتص.

كما ويمكن أن يتسرب الإشعاع من محطات معالجة الوقود. حيث يتم تخزين النفايات النووية في حاويات تحت الأرض. وهذه النفايات ذات مستوى إشعاعي معين ومن ثم يمكن أن يتسرب الإشعاع منها إلى الإنسان والحيوان. وذلك في صورة تعرض مباشر أو غير مباشر للإشعاع الناتج عن هذه النفايات. هناك وسيلة متبعة للتخلص من النفايات وذلك بإلقائها في البحر، وهذا يجلب مشكلة أخرى للتلوث، إذ ينتج عن ذلك تعرض الحياة المائية للتلوث. وعندما يتغذى الإنسان على الثروة السمكية فإن هذا الإشعاع ينتقل إليه. كما وقد يتعرض الإنسان إلى جرعات إشعاعية ناتجة مباشرة من الماء (النهر أو البحر) وذلك كما نبينه في الشكل (1). ولا ننسى أن الانسان غالباً ما يستعمل هذه المياه للشرب (بعد عمليات تنقية وتكرير أو من محطات التحلية). وبالتالي ينتقل إليه الإشعاع عن هذا الطريق. ثم هناك طرق أخرى يمكن أن ينتقل بواسطتها الإشعاع، فعندما نستخدم المياه الملوثة اصلاً بالإشعاع للري ومشاريع الزراعة فإن التربة والمحاصيل سوف تتلوث. وعندما يتغذى الحيوان على هذه المحاصيل النباتية سوف ينتقل الإشعاع إلى الإنسان عندما يتغذى على المنتوجات الحيوانية كالحليب واللحوم والبيض. (أنظر الشكل 1) أما المواد المشعة المتسربة إلى الهواء الجوي فهذه عبارة عن نظائر الغازات الخاملة المشعة مثل: الكريبتون رالزينون والرادون وكذلك التريتيوم والكربون -14 المشع. كما ويمكن أن تتسرب نواتج الانشطار على شكل دخان ينفث إلى الهواء الجوي.

الشكل (1)

أما التدفق الإشعاعي إلى الماء فهو عبارة عن شظايا الانشطار ومواد أخرى مشعة ناتجة عن الانشطار.

سوف نستعرض باختصار أهم النظائر المشعة الناتجة عن المفاعل والتي تسبب امتصاص جرعات إشعاعية عند تعرض الإنسان لها :

1- التريتيوم (³₁H):

التريتيوم هو أحد نظائر الهيدروجين الثلاثة وهو عنصر مشع يطلق إشعاع ^-β بطاقة تساوي 18.6 ك. أ. ف. وبعمر نصف يساوي 12.33 سنة. وينتج في المفاعل عن الانشطار الثلاثي Ternary Fission وتبلغ نسبة هذا الانشطار حوالي ^4-10 من نسبة الانشطار الثنائي المعروف. كما ويمكن أن ينتج التريتيوم عندما يمتص الديوتيريوم الموجود في الماء الثقيل المستعمل كمبرد ومهدئ نيوترون وهو ما يعرف بتفاعل (n, γ).

كما ويمكن أن ينتج من تفاعل النيوترونات مع البورون المستخدم في قضبان التحكم بالمفاعل. وينطلق التريتيوم من المفاعل على شكل غاز أو ذائباً في الماء فيما يعرف بالماء الثلاثي (Tritiated Water) حيث يختلط هذا الماء مع ماء البحيرة أو النهر المستخدم كخزان كبير للمياه. وهكذا يمكن أن يصل التريتيوم إلى النباتات أو الحيوانات القريبة ومن ثم عندما يتغذى الإنسان على هذه المنتجات (غذاء وماء شرب) سوف يصل التريتيوم إلى الإنسان. كما ويمكن للمياه الثلاثية أن يمتصها جسم الإنسان عن طريق التنفس (بخار ماء) أو خلال الجلد. ومن ثم فسوف يصبح تعرض جسم الإنسان إلى إشعاع م الناتج من التريتيوم شاملاً للجسم كله Whole Body Exposure.

2- الكربون -14:

يطلق الكربون -14 إشعاع ^-β متحولاً إلى النيتروجين بعمر نصف قدره 5730 سنة وبطاقة تبلغ 158 ك. أ. ف. وينتج الكربون المشع في المفاعل عن طريق التفاعل N (n, p)¹⁴ C¹⁴. ويتحول الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون CO₂ ¹⁴عند معالجة الوقود المستهلك بالمفاعل وإذابته في حامض النيتريك.

ومن ثم تمتصه الحيوانات والنباتات نتيجة للعمليات الحيوية بها. وبالتالي عندما يتغذى الإنسان على المنتجات الحيوانية والنباتية (كالخضار والحليب واللحوم) فإنه يمتص معها الكربون المشع. أما استنشاقه عن طريق الهواء الجوي فنادر الحدوث.

3-  الكريبتون - Kr⁸⁵:

يطلق الكريبتون جسيمات ^-β متحولاً إلى الروبيديوم بعمر نصف قدره 10.7 سنة وبعدة طاقات تبلغ 0.67 و0.69 و0.15 م. أ. ف. ويعتبر أحد نواتج الانشطار النووي. يؤثر الكريبتون على جلد الإنسان. أما استنشاقه فليس له أثر كبير على الإنسان.

4- اليود:

ينتج عن الانشطار نظيري اليود ³³¹I و(بعمر نصف قدره 8 أيام) واليود ³³¹I (بعمر نصف قدره 20 ساعة) كما وينتج عن مصانع معالجة الوقود اليود 1291 (بعمر نصف قدره 10⁷ ×1.7 سنة). ويتسرب اليود إلى الهواء الجوي كعنصر أو كمركب عضوي (يوديد الميثيل) . ثم ينزل اليود إلى الأرض حيث يترسب على سطح الأعشاب والخضراوات. كما وأنه إذا تسربت النفايات الإشعاعية إلى المياه فإن اليود سيترسب في الأسماك والأحياء المائية الأخرى. ومن ثم يتعرض الإنسان إلى جرعات اليود الإشعاعية إما عن طريق تنفس الهواء الجوي أو عندما يتناول الخضراوات والأسماك أو الحليب أما اليود الممتص في جم الإنسان فيترسب في الغدة الدرقية . وتطلق مركبات اليود جسيمات β وأشعة γ.

أما اليود - 131 فيطلق جسيمات β بطاقات تتراوح بين 0.81، 0.60 م.أ.ف. ويتبع ذلك انطلاق أشعة γ بطاقات تتراوح بين 0.08، 0.72 م.أ.ف.

أما اليود - 133. فيطلق جسيمات β بطاقات تتراوح بين 0.451 و1.27 م.أ.ف. متحولاً إلى الزينون الذي تنطلق منه اشعة γ بطاقات تتراوح بين 0.23 و1.58 م.أ.ف.

أما اليود - 129 فيطلق جسيمات β بطاقة تبلغ 0.15 م.أ.ف. متحولاً إلى الزينون الذي ينطلق منه شعاع γ بطاقة تساوي 0.04 م.أ.ف.

5-  السترونشيوم والسيزيوم:

ينطلق نتيجة للانشطار النووي السترونشيوم  Sr⁹⁰ الذي يتحلل عن طريق ^-β بعمر نصف قدره 28.8 سنة. وبطاقة قدرها 0.55 م.أ.ف. متحولاً إلى التيريوم Y⁹⁰ الذي يتحول بدوره إلى الزركانيوم وذلك بإطلاق جسيمات β بطاقة تبلغ 2.28 م. أ. ف. وبعمر نصف قدره 64 ساعة. وتنطلق تبعاً لذلك من الزركانيوم عدة فوتونات تتراوح طاقاتها بين 0.4 و2.3 م. أ. ف. ويتسرب السترونشيوم إما إلى الهواء الجوي أو عن طريق المياه. ومن ثم يدخل إلى جسم الإنسان عن طريق دورة الغذاء ومياه الشرب. ويترسب غالباً في العظام شأنه في ذلك شأن الكالسيوم. ومن ثم يؤثر - على المدى الطويل - على تركيب دم الإنسان. أما مركبات السيزيوم التي تنتج عن الانشطار فهي ¹³⁴C_s بعمر نصف قدره 2.06 سنة ويطلق إشعاع ^-β بطاقات تتراوح بين 0.08 و5 1.4 م.أ.ف. يتبعها إشعاع γ بطاقات تتراوح بين 0.2 و6 1.3 م. أ. ف. كما وينتج السيزيوم - 137 بعمر نصف قدره 30 سنة حيث تنطلق منه أشعة β بطاقات تتراوح بين 0.5 و1.17 م. أ. ف. كما وتنطلق أشعة γ بطاقة تساوي 0.662 م. أ. ف. ويتسرب السيزيوم كما في حالة السترنشيوم عن طريق الهواء أو الماء . وتكمن خطورته الحيوية في أنه يمكن أن يحل محل البوتاسيوم في أجسام الكائنات الحية وينتشر فيها عن طريق مركباته السهلة الذوبان في الماء.

6- البلوتونيوم:

هناك العديد من نظائر البلوترنيوم المشعة التي تحظى باهتمام المتخصصين في الفيزياء الصحية، نذكر من هذه النظائر: البلوتونيوم - 238 (بعمر نصف قدره 87.8 سنة) والبلوتونيوم - 239 (بعمر نصف قدره 10³ × 24 سنة) والبلوتونيوم - 240 (بعمر نصف قدر 6450 سنة) والبلوتونيوم - 241 (بعمر نصف قدره 14.4 سنة) والبلوتونيوم - 242 (بعمر نصف قدره 10⁵× 3.9 سنة). وتتسرب هذه النظائر إلى الهواء أو المياه في صورة أكاسيد PuO₂ أو النترات PuNO₃. حيث يمكن أن يستنشمها الإنسان ومن ثم يترسب البلوتونيوم في الرئتين. كماويمكن أن يترسب البلوتونيوم في نسيج العظامعندما يتناول الإنان الخضار واللحوم والحليب والأسماك أو مياه الشرب الملوثة بالبلوتونيوم. وبالإضافة إلى ذلك فالبلوتونيوم هو مادة سامة.

7- نظائر أخرى مهمة:

هناك العديد من النظائر الأخرى التي تنتج عن الانشطار ومصانع إعادة معالجة الوقود وتساهم في إثراء الجرعة الإشعاعية المعرض لها الإنسان. وهذه تشمل: السيلينيوم والثيليريوم والأنتيميون والروثينيوم وغيرها، كما وتشكل الأكتينيدات الثقيلة كالأمرييوم رالكوريوم معدلات إشعاعية عالية ويشبه تأثيرها على الإنسان تأثير البلوتونيوم.

نبين في الجدول (1) كميات نواتج الانشطار والأكتينيدات المتواجدة في الوقود المستهلك في المفاعلات بمعدل احتراق يساوي 33000 ميجاوات يومياً/طن وبزمن تبريد يساوي 150 يوماً.

الجدول (1)

لاحظ أنه خلال قرن من الزمان فإن معظم نواتج الانشطار سوف تتحلل إلى مستويات منخفضة إلا أن عناصر ما بعد اليورانيوم (Pu, ²³⁹Pu, ²⁴³Am, ²⁴¹Am, ²⁴²Pu²⁴⁰) ستحتاج إلى مئات السنين لكي تهبط فعاليتها إلى قيم معقولة، ومن ثم تمثل هذه مشكلة أساسية لتلوث البيئة. ويجب التفكير جدياً في طرق ناجحة لعزلها وحفظها.

نبين في الجدول (2) النجاحات والإخفاقات لمفاعلات رئيسية عاملة هذه الأيام.

الجدول (2)

يبين الجدول اعلاه النجاحات والاخفاقات لتقانات المفاعلات الرئيسية. تكون المنشآت فاشلة اقتصاديا اذا كانت عليه التكلفة او تنتج كهرباء بشكل متقطع بحيث لا تستحق التشغيل، وتكون المنشآت فاشلة من ناحية السلامة والامان عندما يؤدي حادث ما الى ايقافها عن العمل. فمثلا أصيبت منشآة، (ثري مايل أيلاند)، رقم 2 بفشل امان لوقوع حادث فيها عام 1979 ادى الى توقف مهمتها. اما (منشأة شوريهام) .Shorejam L.I فقد اصابها فشل اقتصادي لان سلطات الولاية لم تسمح لأصحابها بتجديد استثمارهم لها.