اليود المشع المتطاير : غاز يجب حجزه تظهر الاختبارات التجريبية والنمذجة أن زيوليت مخدر بالفضة

اليود المشع المتطاير : تظهر الاختبارات التجريبية والنمذجة أن زيوليت مخدر بالفضة ، مادة مسامية ، له مزايا جيدة جدًا في منع اليود الغازي من الهروب من محطة للطاقة النووية في حالة وقوع حادث خطير.

في حالة وقوع حادث في مفاعل ، فإن أحد المخاطر الرئيسية للسكان المحيطين هو تعرضهم لإطلاق اليود المشع. في الواقع ، عند استنشاقه أو تناوله ، يرتبط هذا العنصر بالغدة الدرقية ، وهي غدة أساسية للتنظيم الهرموني ، ويمكن أن تسبب السرطان. للتعامل مع هذا الموقف ، اعتماد على سيناريو الحادث وبناء على أمر السلطات ، ي من المحتمل أن يتعرض لابتلاع قرص يود مستقر والذي ، عن طريق تشبع الغدة الدرقية ، يمنع ارتباط اليود المشع إليها. ويصاحب هذا الإجراء إستراتيجية لإيواء أو إخلاء السكان ، حسب درجة خطورة الموقف.

جدول المحتويات

في حالة حدوث سيناريو شديد

“في حالة حدوث سيناريو شديد ، تثير هذه الاستراتيجيات أسئلة مختلفة. متى تكون اللحظة الأكثر ملاءمة لتناول اليود المستقر ، وكم عدد الجرعات الممكنة ، وفي أي محيط ، وما إلى ذلك. ؟ حل آخر يتمثل في تقليل هذه الإطلاقات من اليود المشع. ولذلك ، فإننا نسعى إلى تحسين أمان المنشت النووية . في هذا الاتجاه ، “كما يقول لوران كانتريل ، رئيس مختبر البيئة والكيمياء في IRSN.

إقرأ أيضا:مشكل الربو

إنه أولاً وقبل كل شيء سلوك هذا العنصر المشع . داخل محطة الطاقة التالفة. وفي الظروف القاسية لحادث خطير (مع الانهيار الأساسي) الذي تحاول فرق IRSN فهمه منذ خمسة عشر عامًا.

اليود المشع المتطاير : ينتج اليود 131 أثناء انشطار اليورانيوم والبلوتونيوم

ينتج اليود 131 أثناء انشطار اليورانيوم والبلوتونيوم. لذلك فهو مبدئيًا عند مستوى الوقود ، في قلب المفاعل. ومع ذلك ، إذا أثر حادث خطير على مفاعل ، فإن نواتج الانشطار تنطلق جزئيًا: فهي تمر عبر نظام التبريد في الدائرة الأولية ، ويترسب بعضها هناك ، ويصل الآخر إلى الاحتواء ، وهو الحاجز الأخير قبل الرفض المحتمل. التفاعلات الكيميائية داخل المفاعل أثناء وقوع حادث معقدة. إنها تؤدي ، من بين أمور أخرى ، إلى إنتاج اليود في شكل رذاذ معلق ، يترسب على الهياكل ، مذابًا في الماء وفي شكل غاز في الغلاف الجوي للحاوية.

لكن في الثمانينيات ، بعد أول حادث خطير في مصنع ثري مايل آيلاند في الولايات المتحدة ، لم نكن نعرف كل هذا. لم تكن المعرفة والأدوات كافية إما لوصف الظواهر المعقدة التي ينطوي عليها انصهار قلب المفاعل ، أو للتنبؤ بكميات اليود المشع المتطاير المنتج “، يتذكر لوران كانتريل. ويضيف: “لكن الحادث أدى في ذلك الوقت إلى مراجعة سلامة المفاعلات النووية ، وتجهيزها في فرنسا بنظام تهوية وترشيح للحفاظ على سلامة الاحتواء”.

إقرأ أيضا:الاستثمار المربح

حاوية الاحتواء بحجم يتحمل ضغط حوالي 5 بار. في حالة وقوع حادث ، إذا تجاوز الضغط هذه العتبة ، يجب تنشيط النظام لخفض ضغط الغرفة. ثم تقوم بإخلاء الهواء الذي يحتويه تدريجياً إلى الخارج من خلال مرشح معدني وطبقة من الرمل. أظهرت اختبارات التأهيل التي أجريت في تسعينيات القرن الماضي أن الجهاز كان فعالاً بالنسبة لهباء اليود المشع حيث تشير التقديرات إلى أنها محاصرة بنسبة 99.9٪. ومع ذلك ، نظرًا لعدم تصميمها في الأصل لتصفية الغازات ، فإنها لا تحتفظ بها.

جرد غير منشور لأشكال اليود

منذ ذلك الحين ، تحسنت المعرفة بشكل كبير. بين عامي 2005 و 2018 . برنامج CHIP (كيمياء اليود في الدائرة الأولية) ، الذي طورت IRSN من أجله جهازًا تجريبيًا فريدًا ، ركز على توصيف أنواع اليود المختلفة داخل الدائرة الأولية. ثم برنامج STEM / STEM2 (تقييم المصطلح المصدر والتخفيف). الذي تم تنفيذه بين عامي 2011 و 2019 – جعل من الممكن دراسة المصادر المحتملة للشكلين الرئيسيين لليود الغازي – ما يسمى بالشكل “غير العضوي” ، اليود الجزيئي (I2 ) ، والشكل العضوي . يوديد الميثيل (CH3I). من المهم التمييز بينهما لأنه ليس لهما نفس العواقب على الغدة الدرقية ولا نفس السلوكيات الكيميائية. وبالتالي لن يكون بالضرورة محاصرين بنفس الطريقة.

إقرأ أيضا:التعديل الجيني .. حياة أفضل أم مستقبل مرعب

اليود المشع المتطاير : “في غضون خمسة عشر عامًا ،

“في غضون خمسة عشر عامًا ، تم فحص معظم التفاعلات المحتملة لليود مع المركبات الأخرى التي يحتمل أن تكون تفاعلية والتي تتعدد مصادرها (الدهانات التي تحتوي على مذيبات وبوليمرات الكابلات الكهربائية والزيوت وما إلى ذلك) ، في الدائرة الأولية أولاً ، ثم في الاحتواء. وهذا ، في ظل الظروف التمثيلية لدرجة الحرارة والغلاف الجوي والإشعاع التي يمكن أن تولد حادث انصهار لب المفاعل “، يلخص لوران كانتريل.

كل هذا العمل ، التجريبي والنمذجة ، يجعل من الممكن الآن تحديد مصير بضع مئات من الجرامات.من اليود في حجم 50000 م ³ مع عدم يقين مقبول لسيناريوهات الحوادث المختلفة.

يتمثل التحدي اليوم في إيجاد حل فعال يمكن نقله إلى نطاق صناعي لاحتجاز هذه الأنواع المتقلبة

يتمثل التحدي اليوم في إيجاد حل فعال يمكن نقله إلى نطاق صناعي لاحتجاز هذه الأنواع المتقلبة بطريقة مستدامة وفي ظل الظروف القاسية للحادث. هذا هو موضوع مشروع MIRE – التخفيف من الإطلاقات إلى البيئة في حالة وقوع حادث نووي – الذي تم إطلاقه في سبتمبر 2013 لمدة ست سنوات وتم تمديده حتى عام 2022. بقيادة IRSN وبتمويل من ANR (الوكالة الوطنية للبحوث) ، هذا البرنامج يجمع تسعة شركاء أبحاث (IRSN ، CNRS ، جامعة ليل ، جامعة لورين ، جامعة إيكس مرسيليا ، Armines) ، شركة صغيرة ومتوسطة (Somez) واثنين من الشركات المصنعة (EdF ، Framatome).

ما نوع الحلول التي نهدف إليها ، مع العلم أننا نبحث عن نظام لإضافته إلى الفلتر الحالي الذي أثبت جدواه بالنسبة للأيروسولات؟ الاستراتيجية الأكثر موثوقية هي استخدام مواد ماصة مسامية لاحتجاز غاز اليود داخل هيكلها البلوري. لكن ما هي أنسب مادة؟

تم التخلص من الكربون المنشط ، المستخدم بالفعل في ظل ظروف اسمية ، بسرعة. هذه المواد ، التي تكون شديدة الحساسية للرطوبة وقابلة للاشتعال ، ليست مناسبة لظروف الحوادث الشديدة ، حيث يتكون الغلاف الجوي بشكل أساسي من بخار الماء وحيث يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية.

اليود المشع المتطاير : وقع الاختيار بعد ذلك على دراسة نوعين من المواد الواعدة

وقع الاختيار بعد ذلك على دراسة نوعين من المواد الواعدة: الزيوليت من ناحية ، عائلة من البلورات الدقيقة المكونة من سيليكات الألمنيوم ، و MOF (الإطار العضوي المعدني) من ناحية أخرى ، المركبات الهجينة ، المعدنية والعضوية. لماذا ؟ الزيوليت ، أولاً وقبل كل شيء. “تُستخدم هذه المواد بالفعل لتنقية الغازات على المستوى الصناعي ، وهي مقاومة إلى حد ما للأكسدة وظروف التشعيع وليست حساسة جدًا لدرجة الحرارة” ، يوضح لوران كانتريل. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر العمل الرائد الذي تم تنفيذه في الولايات المتحدة .في السبعينيات أنه إذا تم تخصيبها بالفضة ، فيمكنها احتجاز اليود الغازي. ترجع سعة الامتزاز هذه إلى هيكلها البلوري. تحتوي الزيوليت على هيكل عظمي من السيليكون وذرات الألومنيوم ، التي يمكن إثرائها بالكاتيونات المعدنية *. في الواقع ، إذا استبدلنا ذرة سيليكون بذرة من الألومنيوم ، فإننا نخلق شحنة سالبة يمكننا تعويضها عن طريق إضافة كاتيون .

والذي يربط نفسه بهذا العمود الفقري. بهذه الطريقة ، عن طريق تعديل نسبة السيليكون / الألومنيوم ، يتم تخدير المادة بالكاتيونات. هذه الكاتيونات هي التي تتفاعل بشكل انتقائي مع غاز اليود. في حالة الفضة ، يتفاعل الكاتيون (Ag +) مع اليود (I2) أو (CH3I) لتكوين يوديد الفضة (AgI) . والذي سيبقى ثابتًا في مسام الهيكل. هذه الكاتيونات هي التي تتفاعل بشكل انتقائي مع غاز اليود. في حالة الفضة ، يتفاعل الكاتيون (Ag +) .مع اليود (I2) أو (CH3I) لتكوين يوديد الفضة (AgI) ، والذي سيبقى ثابتًا في مسام الهيكل. هذه الكاتيونات هي التي تتفاعل بشكل انتقائي مع غاز اليود. في حالة الفضة ، يتفاعل الكاتيون (Ag +) مع اليود (I2) أو (CH3I) لتكوين يوديد الفضة (AgI) ، والذي سيبقى ثابتًا في مسام الهيكل.

اختبار في ظروف مفاعل تالف

كيف يمكن تحديد أنسب نوع من الزيوليت والكاتيون الأكثر كفاءة في ظل ظروف احتواء المفاعل التالف؟ في بداية المشروع في عام 2013 ، كان لا بد من الإجابة على مجموعة من الأسئلة: هل الفضة حقًا أفضل كاتيون؟ إذا كان الأمر كذلك ، فما هو المحتوى الفضي الأمثل لمرشح فعال؟ هل الاصطياد مستدام؟ ما هو تأثير الغازات الأخرى الموجودة على قدرة امتصاص هذه المادة؟ تحت إشراف لوران كانتريل وبرونو أزامبر من جامعة لورين ، بدأ محب الشابي ، الباحث الآن في IRSN ، أطروحته: “بدأنا باستكشاف أداء الكاتيونات المختلفة ، مثل النحاس والفضة والرصاص ، إلخ. لهيكل زيوليت معين ، من خلال الجمع بين حسابات الكيمياء النظرية التي تمثل التفاعلات الإلكترونية بين الذرات والتحليلات التجريبية. كشف الطريقتان في نفس الوقت أن الفضة (Ag +) كانت بالفعل الأكثر قدرة على التقاط اليود من غازات I2 و CH3I على المدى الطويل ، في ظل ظروف درجة الحرارة والرطوبة والإشعاع لحادث خطير “، يشرح.

اليود المشع المتطاير : لا يزال في إطار مشروع

لا يزال في إطار مشروع MIRE ، قام الباحثون بعد ذلك باختبار تجريبي ومنهجي لحوالي خمسة عشر زيوليتًا مختلفًا مخدرًا بالفضة ، وتأثيرات البنية والملمس ومحتوى الفضة على قدرة امتصاص اليود وكذلك على استقرار المركبات المحاصرة. نتيجة لذلك ، ثبت أن الفوجاسيت ، وهو زيوليت كبير المسام (انظر الرسم البياني) ، هو أكثر المواد الواعدة. غني بالفضة بنسبة تصل إلى 20٪ ، وهو يحقق أفضل أداء في الاحتفاظ واستقرار التخزين في حدود عدة مئات من الملليغرامات من اليود المأخوذ لكل جرام من مادة الامتصاص ، 80٪ منها على شكل راسب AgI ، وهو مستقر للغاية.

بعد ذلك ، أكد فريقان Laurent Cantrel و Céline Monsanglant-Louvet ، من IRSN ، أداء هذه المادة على المقاعد التجريبية Safari و Persée التابعة لـ IRSN ، والتي تتيح خصائصها الإضافية تغطية الظروف المحددة للحادث (درجة الحرارة ، الغاز) التدفق والرطوبة ونوع الغاز واليود المستقر أو المشع). لذلك من الواضح أن هذا الزيوليت مرشح جيد جدًا.

بالنسبة إلى الأطر المعدنية ، فإن المجموعة الثانية من المواد التي تم التحقيق فيها ، والبحث الذي أجراه فريق تييري لويسو وكريستوف فولكينغر من جامعة ليل ، قيد التنفيذ. لا يزال يتعين حفر هذا المسار.

بحلول عام 2022 ، خلال العامين الأخيرين من مشروع MIRE ، سيتم تنفيذ عمل إضافي لضمان أن النتائج التي تم الحصول عليها على نطاق المختبر لا تزال صالحة في ظل ظروف مناسبة للتنفيذ المحتمل في المفاعلات.

ملاحظة: الكاتيونات المعدنية هي أيونات موجبة الشحنة تتكون من ذرات العناصر المعدنية التي فقدت إلكترونًا واحدًا أو أكثر.

ملاحظة: الكاتيونات المعدنية هي أيونات موجبة الشحنة تتكون من ذرات العناصر المعدنية التي فقدت