مخزن زباله های هسته ای در فنلاند برای دوام بیشتر از تمدن مدرن طراحی شده است

بالابر اضطراری در مخزن Onkalo در فنلاند، جایی که زباله های هسته ای به طور نامحدود ذخیره می شوند.

تونل های اونکالو کیفیتی بی انتها دارند. و این نکته است. این گذرگاه ها که در بیش از 400 متر زیر زمین در صخره حک شده اند، بخشی از تأسیساتی هستند که برای طولانی مدت ساخته شده اند. دراز مدت افراطی.

آلیسون مک فارلین از دانشگاه بریتیش کلمبیا در کانادا، که پیش از این به عنوان رئیس کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای در ایالات متحده خدمت می‌کرد، می‌گوید: در واقع، تأسیساتی مانند اونکالو «باید حداقل برای 100000 یا نه یک میلیون سال دست نخورده وجود داشته باشد». "اینها مقیاس های زمانی زمین شناسی هستند."

اونکالو پاسخ فنلاند به یکی از پیچیده‌ترین سؤالات انرژی هسته‌ای است: با زباله‌ها چه می‌کنید؟ با توجه به اینکه انرژی هسته ای دوباره در حال گسترش است که تا حدی به دلیل جستجوی انرژی کم کربن است، باید در پاسخ به آن بسیار بهتر شویم.

اجماع گسترده ای وجود دارد که دفن زباله بهترین گزینه است. اما یک گرفتاری وجود دارد. عناصر رادیواکتیو می‌توانند در مقیاس‌های زمانی خطرناک باقی بمانند که مهندسی عادی را کوتاه‌مدت به نظر می‌رساند. هرم بزرگ جیزه مصر حدود 4500 سال قدمت دارد. برخی از مخازن هسته ای باید محتویات خود را بیش از 20 برابر بیشتر نگه دارند. قبل از اینکه زباله‌ها بی‌ضرر شوند، تمدن‌ها ممکن است بالا بیایند و سقوط کنند، و صفحات یخی ممکن است بیایند و بروند.

تلاش قبلی برای ذخیره زباله در مقیاس های زمانی زمین شناسی به طرز شگفت انگیزی پس از چند دهه شکست خورد. مهندسان Onkalo، و در تعداد معدودی از سایت‌های مشابه که اکنون در سراسر جهان برنامه‌ریزی یا ساخته می‌شوند، فکر می‌کنند که می‌توانند بسیار بهتر عمل کنند. بنابراین، در حالی که Onkalo آماده پذیرش اولین محموله زباله خود در ماه های آینده است، مهندسان دقیقا چگونه تاسیسات خود را در آینده اثبات کرده اند؟

نکته ناخوشایند در مورد زباله های هسته ای این است که برخی از خطرناک ترین مواد از پاک شدن خودداری می کنند. بسیاری از مواد تولید شده توسط صنعت هسته‌ای دارای سطوح نسبتا پایینی از رادیواکتیویته هستند و می‌توان آن‌ها را با نمایش کمی اداره کرد.

اما سوخت مصرف شده و مواد مورد استفاده برای ساخت و محافظت از رآکتور هسته ای اصلی موضوع دیگری است. برخی از عناصر رادیواکتیو موجود در آنها برای مدت زمان شگفت انگیزی در اطراف معلق هستند. برای مثال، نیمه عمر ید-129 تقریبا 16 میلیون سال است.

خوب، با آن چه کار می کنید؟ در طول دهه‌ها، محققان ایده‌های شگفت‌انگیزی را ارائه کرده‌اند. یکی از چشم نوازترین ها: انفجار آن در فضا.

مک فارلین می‌گوید: «من یک پاسخ تک کلمه‌ای به آن دارم که «چلنجر» است. ما اغلب راکت‌ها را به فضا می‌فرستیم، و در راه منفجر می‌شوند. و اگر زباله‌های هسته‌ای حمل می‌کند، به این معنی است که شما می‌توانید آن را تنفس کنید و سپس خطر ابتلا به سرطان را تا حد زیادی افزایش دهید.»

با توجه به این امکان، در نهایت، راه حل مطلوب همان راه حلی است که ما برای دهه ها از آن استفاده می کنیم: یک چاله بسیار عمیق حفر کنید، زباله ها را داخل آن قرار دهید و آن را بپوشانید.

اما حتی این هم ساده تر از انجام دادن است.

در سال 1967، مقامات آلمان غربی در آن زمان شروع به ذخیره سازی زباله های رادیواکتیو در Asse II، یک معدن نمک سابق کردند. در طول دهه‌های بعد، بیش از 125000 بشکه، که عمدتا حاوی زباله‌های سطح پایین و متوسط ​​بودند، در اتاق‌هایی که صدها متر زیر زمین قرار داشتند، چیده شدند. در ذهن مهندسان، سنگ نمک میزبان ایده آلی به نظر می رسید. این سنگ به طور استثنایی نسبت به آب غیرقابل نفوذ است و به آرامی تحت فشار تغییر شکل می دهد، به این معنی که اگر شکافی شروع به باز شدن کند که از طریق آن آب زیرزمینی جریان داشته باشد، سنگ می تواند خود را ببندد تا معدن و محتویات آن را ایمن نگه دارد.

اما واقعیت به ندرت به این سادگی است.

بشکه های زباله هسته ای در تاسیسات Asse II در آلمان

در سال 1988، اپراتورها متوجه شدند که آب شور در واقع به معدن سرازیر شده است. مشکل، همانطور که در گزارش سال 2011 توسط پانل بین‌المللی مواد شکافت‌پذیر بیان شد، این بود که معدن‌چیان خیلی نزدیک به لبه رسوبات نمک حفاری کرده بودند و پس از اتمام کار، به اندازه کافی غارها را پر نکرده بودند. این امر ساختار زیرزمینی را تضعیف کرد و خطر فروپاشی را افزایش داد، نمک را سریع‌تر از آن‌چه که می‌توانست خودبزبانی کند شکسته شد و آب به داخل نفوذ کرد.

این گزارش حاکی از آن است که احتمال وقوع چنین فروپاشی در سال 1979 اعلام شده بود، اما این هشدار نادیده گرفته شد.

مردم تنها در سال 2008 از این مشکل آگاه شدند. مقامات آلمانی اکنون وظیفه غیر قابل رغبتی برای بازیابی مواد دفن شده دارند: حدود 47000 متر مکعب زباله رادیواکتیو.

Asse II به همان اندازه که می توانید بخواهید، درسی واضح از مشکلات مهندسی در زمان عمیق است. به دست آوردن زباله های رادیواکتیو در زیر زمین آسان است، اما شیطان آن را برای دوره های زمانی بسیار فراتر از هر افق مهندسی معمولی ایمن می کند. سدی که برای یک قرن به طرز اطمینان‌بخشی محکم به نظر می‌رسد ممکن است بیش از 1000 سال خورده شود، بشکند یا جابجا شود. این جدول زمانی را به 10000 یا 100000 سال افزایش دهید و اعتماد مهندسی کاهش می یابد.

یک رویکرد برای این عدم اطمینان این است که فرض کنیم ذخیره سازی طولانی مدت شدید ممکن است در واقع مورد نیاز نباشد. زباله های رادیواکتیو لزوما بی فایده نیستند. سوخت هسته ای مصرف شده هنوز حاوی مواد بالقوه ارزشمندی است. به عنوان مثال، تقریبا 97 درصد از مواد موجود در سوخت مصرف‌شده را می‌توان بازیافت و با سوخت تازه مخلوط کرد و فناوری‌های آینده ممکن است بتوانند استفاده بیشتری را از آن استخراج کنند. حتی اگر نتوانند، قرن‌ها بعد مردم ممکن است راه بهتری برای مقابله با این مسائل ابداع کنند.

مهندسان در فرانسه این ایده را در ذهن دارند. آنها قصد دارند در یک مخزن زیرزمینی در شمال شرقی فرانسه به نام Cigéo بسازند، یک راه‌آهن فونیکولار در محل قرار خواهد گرفت تا زباله‌های هسته‌ای، اصولا بتوانند در آینده به سطح زمین منتقل شوند.

Cigéo که قرار است تا دهه 2050 به بهره برداری برسد، در سنگ های رسوبی حک می شود، ماده ای غیرقابل نفوذ که جریان آب های زیرزمینی را محدود می کند و باید زباله های مدفون را خشک نگه دارد. اما حفظ توانایی حذف زباله های هسته ای نیز به عنوان یک بیمه نامه عمل می کند، فقط در صورت بروز مشکلاتی مشابه مشکلات موجود در مخزن Asse II.

مک فارلین می‌گوید: «مردم [در فرانسه] می‌خواهند مطمئن باشند که اگر مشکلی در سایت پیش آمد، می‌توانند همه زباله‌ها را حذف کنند».

نگرانی دیگری در مورد ذخیره‌سازی درازمدت واقعی وجود دارد: مردمی که از این به بعد هزاره‌ها زندگی می‌کنند ممکن است هیچ اطلاعی از وجود مخازن هسته‌ای نداشته باشند و ممکن است به طور تصادفی در یکی از آنها حفاری کنند و فاجعه‌ای زیست‌محیطی ایجاد کنند.

مردم راه های عجیب و غریبی برای جلوگیری از این نتیجه ارائه کرده اند. برخی از محققان، با آگاهی از تغییر زبان ها یا حتی از بین رفتن زبان ها در دوره های زمانی طولانی، فکر می کنند مهم است که بدون کلمات مکتوب علامت خطر را نشان دهیم. در کارخانه آزمایشی جداسازی زباله در نیومکزیکو - اولین و تنها مخزن هسته‌ای عمیق زمین‌شناسی عملیاتی در ایالات متحده، که در سال 1999 افتتاح شد - محققان در نظر گرفتند کارهای خاکی وسیع و بناهای تاریخی شوم بسازند، از جمله منظره‌ای از خارهای غول‌پیکر که قصد دارند به نسل‌های آینده هشدار دهند که در آنجا حفاری نکنند. اما آن منظره ممنوعه هرگز ساخته نشد.

یکی از مشکلات آشکار این است که خرابه‌های مرموز عادت دارند انسان‌های کنجکاو را در شکار گنج دفن شده جذب کنند.

معترضان در سال 2008 به سمت تاسیسات Asse II در آلمان راهپیمایی کردند تا مخالفت خود را با انرژی هسته ای اعلام کنند.

مک فارلین فکر می کند این تلاش بهتر است در جای دیگری صرف شود. او می‌گوید: «فقط تسلیم شوید. فکر این که «اوه، من می‌توانم نشانه‌ای طراحی کنم که مردم در آینده درک کنند»، غرور زیادی است.

آژانس ملی مدیریت پسماندهای رادیواکتیو فرانسه که بر پروژه Cigéo نظارت دارد، چیزی کمتر نمایشی در ذهن دارد. مهندسان آن در حال آزمایش دیسک‌های یاقوت کبود هستند که می‌توانند با حداکثر 40000 صفحه مینیاتوری متن و تصویر حکاکی شوند. این دیسک‌ها که هر کدام 20 سانتی‌متر عرض دارند، به اندازه‌ای سخت هستند که از گرما، خراشیدگی و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی موجود در محیط جان سالم به در ببرند. اگر چنین دیسک‌هایی در جایی نزدیک به سایت Cigéo ذخیره شوند، ممکن است نسل‌های آینده را از وجود مخزن آگاه کنند.

در همین حال، در سوئد، محققانی که برای شرکت مدیریت پسماند هسته‌ای این کشور کار می‌کنند، پیش‌نویس سند دیجیتالی 42 صفحه‌ای را تهیه کرده‌اند که جزئیات یک مخزن هسته‌ای در اعماق زمین در فورسمارک، مکانی در حدود 130 کیلومتری شمال استکهلم، ساخته شده است. برنامه به روز رسانی، ترجمه و انتقال سند به نسل هاست.

ممکن است راه های جایگزینی برای زنده نگه داشتن دانش وجود داشته باشد. تنظیم کننده هسته ای سوئد همچنین پیشنهاد کرده است که استفاده از دانش مخازن در آموزش و فرهنگ ممکن است از تولید اسناد فیزیکی بادوام تر باشد. پیشینه‌های بالقوه‌ای برای این موضوع وجود دارد: یک دهه پیش، مردم‌شناسان شواهدی را گزارش کردند که نشان می‌دهد اطلاعات مربوط به افزایش سطح آب دریاها که حداقل 7000 سال پیش رخ داده است، در داستان‌هایی که جوامع بومی در اطراف سواحل استرالیا گفته‌اند، حفظ شده است.

محققان حدس می‌زنند که داستان‌ها به این دلیل باقی ماندند که جوامع از سیستم پیچیده‌ای از بررسی‌های متقاطع استفاده می‌کردند، که در آن نسل‌های جوان و قدیمی‌تر هم از داستان‌ها آگاه بودند و هم در صورت بروز خطا، یکدیگر را تصحیح می‌کردند.

اما در فنلاند، محققان رویکرد متفاوتی در پیش گرفته اند. چندین دهه پیش، چندین سایت احتمالی برای مخزن هسته ای فنلاند مورد بررسی قرار گرفت. یکی از چیزهایی که محققان به دنبال آن بودند، منطقه ای زیرسطحی است که به قدری فاقد منابع مفید مانند نفت است که هیچ کس به احتمال زیاد به حفاری در آن فکر نمی کند. ایده این است که مهندسان لازم نیست نگران هشدار دادن به نسل‌های آینده در مورد مخزن هسته‌ای در عمق زیر زمین در چنین مکانی بدون منابع باشند. در عوض، مخزن را می توان مهر و موم کرد و سپس فراموش کرد.

در جزیره Olkiluoto در جنوب غربی فنلاند، آنها آنچه را که به دنبال آن بودند، پیدا کردند. و از سال 2004، این جایی است که آنها روی مخزن Onkalo کار می کنند.

پتری ووریو، مدیر توسعه این مرکز می‌گوید: «حتی در حال حاضر، وقتی به اینجا می‌رسید، تقریبا یک سایت صنعتی مدرن دارید. اما هرچه عمیق تر و عمیق تر سفر می کنید، سایت شروع به احساس متفاوت می کند. او می‌گوید: «محیط اطراف ساکت‌تر می‌شود و با رفتن به زیر زمین، صخره‌ها بیشتر حضور پیدا می‌کنند.

به گفته محققان فنلاندی، سنگ بستر Onkalo تقریبا بهترین چیزی است که می توانید در یک فروشگاه هسته ای به آن امیدوار باشید. این سنگ عمدتا از گنیس، یک سنگ دگرگونی فوق العاده متراکم و نفوذناپذیر تشکیل شده است. برای افزودن به امنیت مهندسی، این سنگ به دقت ترسیم شد تا از هر گونه شکستگی بزرگ یا ضعف ساختاری کوچکی که ممکن است روزی به آب‌های زیرزمینی اجازه نفوذ به غارهای ساخت بشر را بدهد، جلوگیری شود. اکنون در این مناطق بدون شکستگی است که کیلومترها تونل اونکالو قرار دارد.

اما آن سنگ کافی نیست.

مهندسانی که در تاسیسات اونکالو کار می کنند

سیستمی از چندین گاوصندوق موسوم به KBS-3 که توسط شرکت سوئدی زباله هسته ای SKB توسعه یافته است نیز در حال استقرار است. سوخت مصرف شده ابتدا برای استحکام در یک ظرف چدنی بارگذاری می شود. سپس هر ظرف در داخل ظرف مسی با دیواره هایی به ضخامت 5 سانتی متر مهر و موم می شود. مطالعات نشان داده‌اند که مس عنصری تقریبا توسط محیط‌های رادیواکتیو و پرفشار بدون تغییر باقی می‌ماند و آن را کاندید خوبی برای چنین سپر محافظی می‌کند.

سپس قوطی تمام شده در سوراخی که در کف سنگ بستر یکی از تونل های دفع Onkalo حفر شده است پایین می آید. سپس بنتونیت، نوعی خاک رس، در اطراف قوطی بسته بندی می شود. این خاک رس در هنگام خیس شدن متورم می شود تا یک سد متراکم و تقریبا ضد آب ایجاد کند، بنابراین اگر آبی به داخل تونل ها راه پیدا کرد، خاک رس باید از خشک ماندن زباله های هسته ای اطمینان حاصل کند. بنتونیت همچنین ضایعات را در برابر هرگونه حرکت در سنگ محافظت می کند.

مهندسان استدلال می‌کنند که این ترکیبی از اقدامات حفاظتی باید نزدیک‌ترین چیز را به یک سیستم ایمن که می‌تواند برای هزاران سال زنده بماند، ارائه دهد.

کلر باند، زمین شناس دانشگاه آبردین، بریتانیا، که هیچ ارتباط عملیاتی با این پروژه ندارد، می گوید: «سوار مهندسی شده باید خودش کار را انجام دهد، اما اگر به هر دلیلی این کار را نکرد، پس زمین شناسی واقعا خوبی دارید.

در اکتبر 2026، دولت فنلاند مجوز رسمی بهره برداری را برای راه اندازی تاسیسات Onkalo اعطا کرد. در ماه های آینده، اولین محموله زباله های هسته ای وارد خواهد شد. هنگامی که Onkalo کاملا پر شد، تمام تونل ها و شفت ها با مواد غنی از بنتونیت بیشتری بسته می شوند و مهر و موم می شوند. این تأسیسات، به معنای واقعی کلمه، دوباره در صخره ناپدید خواهد شد.

سال ها می گذرد، اما سایت Onkalo باید مهر و موم باقی بماند. فقط 20000 سال پیش، این سایت در زیر یک صفحه یخی ضخیم قرار داشت، و در طول عمر گسترده مخزن هسته ای، ممکن است دوباره - شاید چندین بار - تکرار شود. باند می گوید: "وزن یخ ناپدید می شود و پوسته باز می گردد. و این می تواند باعث شکستگی شود." اما او می افزاید که تحقیقات قابل توجهی برای مدل سازی ایمنی سایت های مخزن هسته ای مانند Onkalo تحت چنین تغییرات آب و هوایی انجام شده است.

ووریو می‌گوید: «هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد، اما تا اینجای کار خوشحالیم. اگرچه هنوز مسائلی برای حل وجود دارد، اما ما به خط پایان نیز نزدیک هستیم.

Onkalo ممکن است اولین مخزن دفن و فراموش شود که با در نظر گرفتن آینده عمیق ساخته شده است، اما آخرین نخواهد بود. برنامه‌هایی برای چیزی مشابه در کانادا وجود دارد، اگرچه ساخت و ساز هنوز چند سال باقی مانده است. کار بر روی مخزن Forsmark در سوئد آغاز شده است و همچنین از همان سیستم حفاظتی چندلایه مس، بنتونیت و سنگ بستر استفاده خواهد کرد. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، باید در دهه 2030 عملیاتی شود.

بریتانیا عقب تر است و هنوز در مرحله انتخاب مکانی برای ذخیره زباله های هسته ای خود - که شامل بزرگترین انبار پلوتونیوم درجه رآکتور در جهان است - است.

نیل حیات، مشاور علمی ارشد خدمات پسماند هسته‌ای در بریتانیا، می‌گوید: «زباله‌های بریتانیا متنوع و پیچیده هستند و برای مثال با زباله‌هایی که در فنلاند دفع می‌شوند، تفاوت چشمگیری دارد.

به گفته باند، این کشور در حال حاضر در حال ارزیابی دو سایت برای یک مخزن است که هر دو سنگ های غیر قابل نفوذ در شمال غربی انگلستان در نزدیکی سایت هسته ای سلافیلد را هدف قرار می دهند. هر کدام که انتخاب شود، اسناد دولت بریتانیا نشان می دهد که این طرح ساخت یک مخزن دائمی با یک سیستم مهار چندلایه است که به طور گسترده شبیه به سیستمی است که در Onkalo استفاده می شود.

در تمام این مکان‌های ذخیره‌سازی، از مهندسان خواسته می‌شود تا در چارچوب زمانی غیرقابل درک فکر کنند - یک چالش فوق‌العاده. اما حقیقت این است که تنها ناظرانی که در آینده‌ای دور زندگی می‌کنند، می‌دانند که آیا این تلاش‌های عمیق موفق بوده یا خیر. ووریو می‌گوید: «حتی پس از صدها بازدید زیرزمینی، احساس فروتنی می‌کنم. "کاری که ما در اینجا انجام می دهیم کاری است که باید تضمین شود که هزاران سال مانند آن است. این چیزی است که حتی توصیف آن سخت است."