يكي از مسائل مهم در زمينه بكارگيري تكنولوژي هسته اي و استفاده از انرژي هسته‌اي توليد شده و همچنين بازيابي سوخت‌هاي مصرفي در نيروگاههاي اتمي برر سي، كنترل، جمع آوري، نگهداري، آمايش، تثبيت و بالاخره دفن پسمانهاي مواد راديواكتيو (كه به صورت مايع، جامد و گاز توليد مي شوند) مي باشد.


اين پسمان‌ها با مقادير مشخصي، در نتيجه فعاليت مراكز تحقيقاتي، پزشكي، صنعتي و عمدتاً چرخة سوخت‌هاي هسته‌اي توليد مي گردد كه بايستي  با روش هاي صحيح و منطبق با استاندارهاي آژانس بين المللي  انرژي (IAEA) ،  كنترل و جمع آوري شده و پس از‌ آمايش، دفن و دورريزي  شوند.

آمايش پسمانهاي مايع در تأسيسات پسمانداري به روش هاي گرماتوگرافي، تبادل يوني، هم رسوبي، رسوب گيري و تبخير انجام مي گيرد.  از اين روشها مي‌توان بطور مستقل براي رفع آلودگي و كاهش حجم پسمانها با توجه به نوع راديونوكلوئيدها، ميزان اكتيويته، در تركيب شيميايي آن استفاده كرد. راديونوكلوئيدها را پس از جداسازي  از پسمان مايع كه با كاهش حجم بالايي همراه است، جهت عدم ورود آنها به محيط زيست و آبهاي  زيرزميني در سيمان، قير و شيشه تثبيت مي كنند. اين پسمانها محتوي راديونوكلوئيدها با نميه عمر بالا و متوسط بوده كه بيشترين مقدارر آن در بازفرابري سوخت‌هاي مصرف شده ايجاد مي شود.

بعلت سميت شديد راديوبيولوژيكي راديونوكلوئيدهاي موجود در اينگونه پسمانها آمايش و جامد سازي جهت جلوگيري از پخش آنها به محيط زيست ضرروي بنظر مي‌رسد. مهمترين راديونوكلوئيد موجود در پسمانهاي مايع حاصل از بازفرابري سوخت‌هاي مصرف شده در راكتور سزيم – 137 مي‌باشد. اين راديونوكلوئيد ضمن شكافت هستة اورانيم – 235 با راندمان 26/6 درصد در سوخت هسته‌اي توليد مي‌شود. حلاليت آن در  آب بي اندازه بالاست و درصد آلودگي آبهاي جاري زيرزميني نسبت به اين راديونوكلوئيد از طريق چرخة مواد غذايي مي تواند داخل بدن انسان شده، عوارض ناگواري را بوجود آورد.
ما در اين پژوهش ضمن اشاره مختصر به روشهاي آمايش و تثبيت پسمانهاي هسته‌اي به روشهاي مناسب از جمله روش كروماتوگرافي جداسازي سزيم – 137 از پسمان مايع بمنظور تثبيت اين راديو نوكلوئيد و جلوگيري  از مهاجرت  آن  به محيط زيست خواهيم پرداخت.

مقدمه
امروزه نيروگاههاي هسته اي و تاسيسات بازيابي سوخت هاي مصرف شده نقش بسيار مهمي را از نظر توازن انرژي در جهان بازي مي كنند. از اين رو براي توليد انرژي الكتريكي بايد ازطريق راكتورهاي هسته‌اي و مراكز تهيه و توليد پلوتونيوم استفاده بيشتري بشود. برخي از كشورها مثل فرانسه بيش  از 8/69 درصد،  بلژيك 67 درصد و سوئد 3/50 درصد انرژي  الكتريسيته خود را از طريق نيروگاههاي اتمي تأمين مي‌كنند طبق داده هاي ارائه شده توسط آژانس بين المللي انرژي اتمي مقدار توليد برق نيروگاههاي هسته اي يك سوم يا بيشتر از كل توليد برق در 11 كشور جهان بوده است. در 429 راكتور هسته اي پيوسته به شبكه برق در سراسر جهان 25 كشور داراي نيروگاه هسته‌اي  تقريباً  20%  از كل توليد برق جهان را توليد مي‌كنند. از آنجا  كه نفت بخاطر خصلت شيميايي و هيدروكربوري كه مي تواند به شكل مواد اوليه هزاران كالاي مورد نياز روزمره زندگي واسطه‌اي و صنعتي در‌آيد، اهميت فوق العاده‌اي يافته است. اين اهميت  بحدي است كه چهرة‌نفت از يك كالاي سوختني و آلوده كننده به يك كالاي ماندني و غير قابل جايگزين با مواد ديگر در حال تغييرات است وصاحب نظران و دانشمندان سوزاندن اين ماده حياتي را ناروا دانسته و آنرا بمثابه هدر دادن ثروتهاي ملي و بين المللي مي دانند. اين نكات را براي ذكر اين مطلب  آوردم كه حق طبيعي همه كشور‌هاست كه در صورت دارا بودن توان علمي از تكنولوژي هسته‌اي براي مقاصد صلح‌آميز از جمله توليد انرژي استفاده كنند.بديهي است كشوري مثل ايران كه حدود چهل سال است از عمر مراكز تحقيقات هسته‌اي  آن مي گذرد و داراي دانشمندان برجسته‌اي در اين زمينه مي‌باشد بخوبي  و شايستگي  توان استفاده از فن آوري اتمي در جهت مقاصد صلح آميز از جمله توليد انرژي  را دارد.پسمانهاي راديواكتيو حاصل از تأسيسات هسته‌اي مانند راكتورهاي تحقيقاتي، نيروگاههاي اتمي و همچنين بازفرابري سوخت هاي مصرف شده، ضمن عمليات جداسازي حاصل مي شوند. آمايش پسمانهاي راديواكتيو نقش بسيار مهمي را از نظر تكنولوژي هسته اي در رابطه با سالم سازي  محيط زيست بازي مي كند. يكي از مهم‌ترين راديونوكلوئيدهايي كه ضمن شكافت هسته ايجاد مي شود سزيم – 137 با نيمه عمر حدود1/30 سال است، براي جلوگيري از پخش سيزيم – 137 به محيط زيست بايد آنرا از پسمانهاي مايع به روشهاي مختلف راديوشيميايي جداسازي و سپس اين راديونوكلوئيد را در سيمان يا قير يا شيشه تثبيت نمائيم تا از ورود آن به محيط زيست جلوگيري گردد. ما در اين مقاله -  به روشهاي  آمايش و تثبيت پسمانهاي هسته‌اي و روشهاي مناسب براي  جداسازي  سزيم – 137 از پسمان مايع مي پردازيم.
 
روش هاي پيشنهادي  جهت جلوگيري از ورود پسمان‌هاي هسته‌اي به محيط زيست

براي كاهش حجم پسمان هاي مايع از روش هاي رسوبگيري، هم رسوبي، تبادل يوني و تبخير و كروماتوگرافي استفاده مي شود. پس از اينكه مايع آمايش شد براي تثبيت آنها از روشهاي سيمان كردن، قير كردن و شيشه كردن استفاده  مي گردد. روش سيمان كردن روش مناسبي از نظر اقتصادي  براي جامد سازي پسمانهاي راديواكتيو مايع مي‌باشد.  اين روش در سازمان انرژي ايران در مقياس آزمايشگاهي با  موفقيت انجام گرفته است. روش شيشه كردن براي پسمانهاي با اكتيويته بالا استفاده مي شود.در شيشه هاي بورسيليكات و شيشه‌هاي سراميكي راديو نوكلوئيد، در شبكه كريستالي آنها بصورت پايداري  بسته مي شود. اين شيشه ها در تماس با آب در مدت 000/10 سال، حلاليتي به مقدار 2 درجه از خود نشان مي دهد. از روش هاي ديگر: روش اسمز معكوس، روش جذب، روش قسمت كردن، روش قير كردن، روش پليمريزه كردن مي‌باشدكه شرح آنها در اين مقاله مقدور نيست هدف ما در اين پژوهش جداسازي سزيم – 137 به روش كروماتوگرافي از پسمانهاي مايع با اكتيويته متوسط (MAW ) توسط تبادل كنندگان معدني آمونيوم موليبدات فسفات Ammoniummolydbatophosphate (AMP) از پسمانهاي حاصل از بازفرابري سوختهاي مصرف شده و همچنين استفاده از ساير تبادل كندگان معدني مانند آمونيم هگزا سيانوكبالت و فرات Ammoniumhexacyanocobaltousferrate (NCFC)، سيركونيوم فسفات Zinkoniumphosphete (ZPH) آنتيموت پنت اكسيد Ant imonypentoxid (HAP) در ‍PH  هاي مختلف مي باشد. اين تركيبات معدني براي جذب سزيم – 137  قدرت بازدارندگي بالائي را از خودشان نشان مي‌دهند  كه اين قدرت بازدارندگي براي NCFC 35 گرم سزيم بر كيلومترگرم در (PH = 12) و براي ZPH 100 گرم سزيم كيلوگرم در PH = 7  و براي AHP 55 گرم سزيم  بركيلوگرم در PH = 2 مي‌باشد.
برتري اصولي روش استخراج بطريق كروماتوگرافي بشرح ذيل مي باشد:
-    هيچگونه محلول اضافي به جريان پسمان مايع هدايت نمي شود.
-     تنظيم PH در اكتيويته بالا كه بزمان زيادي نياز دارد، حذف نمي شود.
-     از تشكيل رسوبات نامطلوب، كه اغلب از محصولات خورندگي، ضمن بالارفتن PH محلول پسمان حاصل مي گردد، اجتناب مي شود. اين خود يك برتري نسبت بساير  روشها است، كه درروند آمايش پسمان، از اهميت ويژه اي برخوردار است. از  اين فرايند مي توان بر تصفيه آب راكتورها نيز نسبت سزيم  -137 بخوبي استفاده كرد.در اين كارپژوهشي از بررسيهائي كه براي جداسازي سزيم – 137 توسط تبادل كنندگان معدني  در PH  و ملاريته‌هاي مختلف اسيد انجام شده است.
 
 نتايج
-    در اين پژوهش نتايج زير حاصل گرديده است:
1-    آزمايش هاي انجانم شده نشان مي دهد كه براي جداسازي سزيم – 137 حاصل از بازفرابري سوخت‌هاي مصرف شده آمونيم موليبدن AMP  در شرايط مختلف در تابعيت از pH  در شرايط مختلف در تابعيت از pH، شدت يوني و ملاريته هاي مختلف اسيد نيتريك  بهترين قدرت بازدارندگي را از خود نشان مي دهد. در حاليكه ساير تبادل كنندگان معدني در PH  خنثي يا محيط اسيد و قليائي از قدرت بازدارندگي بالائي برخوردار مي‌باشند.
2-     براي جداسازي سزيم – 137 توسط تبادل كنندگان معدني با توجه به غلظت نمك نيترات سديم كه مقدار آن در پسمانهاي حاصل از بازفرابري سوخت مصرف شده معمولا در حدود 300 گرم بر ليتر است، ضمن استفاده از اين تبادل كنندگان به نكات ذيل توجه شود:
الف: تبادل كنندگان بايستي در محيط اسيد نيتريك (يك تاچهار دلار) قابل استفاده باشد.
ب- يونهاي سديم اضافي موجودر در محلول‌ پسمان نبايد هيچگونه تاثير روي قدرت بازدارندگي سزيم – 137 توسط تبادل كنندگان  معدني  داشته باشد.
ج-‌ جذب سزيم -7 13 توسط تبادل كنندگان معدني در يك گسترده وسيع از PH  در محلول پسمان امكان پذير باشد.
 
‌  بحث
در خصوص نتايج حاصل از اين كار پژوهشي  مي توان در چهارقسمت طرح بشرح ذيل بحث نمود:
1-    بررسي قدرت بازدارندگي تبادل كنندگان معدني AMP و NCFC و ZPH و HAP  توسط محلول پسمان محتوي سزيم  -137  در غلظت هاي مختلف اسيدي.
2-     تعيين قدرت بازدارندگي تبادل كنندگان فوق توسط سزيم –137 و همچنين محلول نيترات سديم
3-     گرفتن سزيم توسط آمونيوم موليبدن فسفات AMP از پسمانهاي مايع تهيه شده در PH  و ملاريته‌هاي مختلف اسيد با توجه به تاثير شدت يوني نمك نيترات سديم.
4-     بررسي سينتيكي بر روي تبادل كنندگان فوق بازداردندگان سزيم نسبت به آمونيوم هگزا سيانوكبالت و فرات NCFC  در محلول آبي و همچنين در غلظت هاي بالاي نيترات سديم بروش ديناميكي و استاتيكي انجام،  نتايج حاصل نشان مي دهد كه درمحيط قليائي در گستره 5/12 – 9 = PH  قدرت بازدارندگي آن برابر 3 گرم سزيم براي هر كيلوگرم از NCFC مي‌باشد.در محيط اسيدي و خنثي  و همچنين در حضور نمك  نيترات سديم به غلظت 5/3 ملارقدرت بازدارندگي كاهش يافته و  نمي ‌توان از اين تبادل  كننده براي آمايش پسمانهاي حاصل از بازفرابري سوخت‌هاي مصرف شده استفاده كرد.سيركونيم فسفات ZPH در آزمايش هاي ديناميكي در محيط خنثي بعنوان يك تبادل  كننده بسيار خوب با ظرفيت گيرندگي بالا قدرت بازدارندگي مناسبي براي سزيم دارا مي‌باشد. يك كيلوگرم آن قادر است طبق شرايط بالا 100 گرم سزيم را از محلول پسمان جداسازي كند. در حاليكه قدرت بازدارندگي آن در محيط اسيد نيتريك و قليائي و همچنين در محلول پسمان محتوي نيترات سيدم، كاهش  چشم‌گيري را از خود نشان مي‌دهد. از اين تبادل كننده مي تو.ان بخوبي براي تصفيه آب راكتور كه محتوي سزيم
_  137 مي باشد  بطور پيوسته از روش كروماتوگرافي استفاده كرد. زيرا قدرت بازدارندگي آن در PH = 7 بي اندازه بالا مي باشد.آزمايش هاي انجام شده بروشني نشان مي دهد كه آمونيم موليبدن فسفات AMP براي جداسازي سزيم – 137 حاصل از بازفرابري سوخت هاي  مصرف شده با توجه به غلظت اسيد نيتريك 4-1 ملاروهمچنين با توجه به  غلظت نمك نيترات سديم 300 گرم بر ليتر و تغييرات pH  محلول بهترين قدرت بازدارندگي را بمقدار 62  گرم سزيم بر كيلوگرم را از خود نشان مي دهد. از اين تبادل كننده مي توان جهت جداسازي سزيم از پسمان‌هاي  حاصل از آزمايش سوخت‌هاي پرتويافته در راكتور استفاده كرد. تصوير شماره 1  قدرت بازدارندگي اين تبادل كننده را در شرايط مختلف نشان مي دهد.

گردآورندگان:

1-ايرج بيات، دكتراي راديوشيمي

 

2-  سيدحسين اميدياني، دكتراي فيزيك هسته‌اي

[استفاده از مقاله  با ذکر  منبع مجاز می باشد]