نرم‌افزار جدیدی برای پیش‌بینی اثر زباله‌های هسته‌ای بر سیستم‌های دفع زیرزمینی

به گزارش پایگاه خبری پایداری ملی به نقل از ایسنا، هم‌زمان با این که کشور‌های سراسر جهان شاهد تجدید حیات پروژه‌های انرژی هسته‌ای هستند، پرسش‌های مربوط به محل و چگونگی دفع زباله‌های هسته‌ای همچنان به عنوان یک موضوع مهم مطرح است. به عنوان مثال، آمریکا تنها مخزن زیرزمینی بلندمدت زباله‌های هسته‌ای خود را به طور نامحدود متوقف کرده است. دانشمندان از روش‌های مدل‌سازی و تجربی برای بررسی اثرات دفع زباله‌های هسته‌ای زیرزمینی استفاده می‌کنند و امیدوارند که در نهایت بتوانند اعتماد عمومی را به فرآیند تصمیم‌گیری جلب کنند.

به نقل از‌ام‌آی‌تی نیوز، بررسی جدید پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی» (MIT)، «آزمایشگاه ملی لارنس برکلی» (LBNL) و «دانشگاه اورلئان» (University of Orléans) در این راستا پیشرفت‌هایی را نشان می‌دهد. این پژوهش نشان می‌دهد شبیه‌سازی‌های انجام‌شده از زباله‌های هسته‌ای زیرزمینی که توسط نرم‌افزار محاسباتی جدید و با کارآیی بالا تولید شده‌اند، به خوبی با نتایج تجربی یک مرکز تحقیقاتی در سوئیس مطابقت دارند.

«دائورن سارسنبایف» (Dauren Sarsenbayev)، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه‌ام‌آی‌تی و «هاروکو وینرایت» (Haruko Wainwright)، دانشیار و پژوهشگر ارشد این پروژه گفتند: فناوری‌های محاسباتی جدید همراه با آزمایش‌های دنیای واقعی مانند آزمایش‌های انجام‌شده در مرکز پژوهشی «مونت تری» (Mont Terri) در سوئیس به ما کمک می‌کنند تا بفهمیم که چگونه رادیونوکلئید‌ها در سیستم‌های زیرزمینی مهاجرت می‌کنند.

پژوهشگران امیدوارند این پژوهش، اعتماد سیاست‌گذاران و عموم مردم را به ایمنی بلندمدت دفع زباله‌های هسته‌ای زیرزمینی افزایش دهد. وینرایت گفت: این پژوهش که محاسبات و آزمایش‌ها را با هم ترکیب می‌کند، برای بهبود اعتماد ما به ارزیابی‌های ایمنی دفع زباله مهم است. با ظهور مجدد انرژی هسته‌ای به عنوان یک منبع کلیدی برای مقابله با تغییرات اقلیمی و تضمین امنیت انرژی، اعتبارسنجی مسیر‌های دفع بسیار مهم است.

دفع زباله‌های هسته‌ای در سازند‌های زمین‌شناسی عمیق زیرزمینی در حال حاضر امن‌ترین راه حل بلندمدت برای مدیریت زباله‌های رادیواکتیو سطح بالا محسوب می‌شود. به همین دلیل، تلاش‌های زیادی برای بررسی رفتار‌های مهاجرت رادیونوکلئید‌ها از زباله‌های هسته‌ای در مواد گوناگون زمین‌شناسی طبیعی و مهندسی‌شده انجام شده است.

مرکز پژوهشی مونت تری در شمال سوئیس از زمان تأسیس آن در سال ۱۹۹۶، به عنوان یک بستر آزمایشی مهم برای یک کنسرسیوم بین‌المللی از پژوهشگران علاقه‌مند به مطالعه موادی مانند رس اوپالینوس - یک سنگ رسی متراکم و ضد آب که در مناطق تونلی کوه فراوان است - عمل کرده است.

سارسنبایف توضیح داد: این مکان به طور گسترده به عنوان یکی از ارزشمندترین مکان‌های آزمایش در دنیای واقعی در نظر گرفته می‌شود، زیرا مجموعه داده‌های به‌دست‌آمده طی چند دهه، اطلاعاتی را درباره تعامل سیمان و خاک رس در اختیار ما قرار می‌دهد. این مواد، مواد مهمی هستند که پیشنهاد می‌شود توسط کشور‌های سراسر جهان در سیستم‌های مهندسی‌شده و مخازن زباله‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار بگیرند.

سارسنبایف و وینرایت با «کریستوف تورناسات» (Christophe Tournassat) و «کارل استیفل» (Carl Steefel) دو پژوهشگر دیگر این پروژه، همکاری و نرم‌افزار محاسباتی با کارآیی بالا را برای بهبود مدل‌سازی تعاملات بین زباله‌های هسته‌ای و مواد مهندسی‌شده و طبیعی ابداع کرده‌اند.

چالش‌های متعددی تا به امروز درک دانشمندان را از چگونگی واکنش زباله‌های هسته‌ای به موانع سیمانی-رسی محدود کرده‌اند. این موانع از موادی با ترکیب نامنظم در اعماق زمین ساخته شده‌اند. علاوه بر این، مدل‌هایی که معمولاً برای شبیه‌سازی تعامل رادیونوکلئید با موانع سیمان-رسی استفاده می‌شوند، اثرات الکترواستاتیکی مرتبط با کانی‌های رسی دارای بار منفی در موانع را در نظر نمی‌گیرند.

نرم‌افزار جدید تورناسات و استیفل، اثرات الکترواستاتیک را در نظر می‌گیرد و آن را به تنها نرم‌افزاری تبدیل می‌کند که می‌تواند این تعاملات را در فضای سه‌بعدی شبیه‌سازی کند. این نرم‌افزار موسوم به «CrunchODiTi» با الهام از نرم‌افزار شناخته‌شده‌ای به نام «CrunchFlow» توسعه داده شده و امسال به‌روزرسانی شده است. این نرم‌افزار به گونه‌ای طراحی شده است که بتوان آن را به طور موازی روی بسیاری از رایانه‌های با کارایی بالا اجرا کرد.

پژوهشگران در این پروژه، یک آزمایش ۱۳ ساله را با تمرکز اولیه بر تعامل سیمان-سنگ رس بررسی کردند. در چند سال گذشته، ترکیبی از یون‌های دارای بار منفی و مثبت به سازند اضافه شد. پژوهشگران روی ناحیه‌ای به ضخامت یک سانتی‌متر بین رادیونوکلئید‌ها و سیمان-رس تمرکز کردند. آنها نتایج آزمایش خود را با شبیه‌سازی نرم‌افزاری مقایسه کردند و دریافتند که دو مجموعه داده با یکدیگر همسو هستند.

سارسنبایف گفت: نتایج بسیار قابل توجه هستند، زیرا پیش از این، مدل‌ها به خوبی با داده‌های میدانی مطابقت نداشتند. جالب است که می‌توان از پدیده‌های ریزمقیاس در لایه بین سیمان و خاک رس که خواص فیزیکی و شیمیایی آنها با گذشت زمان تغییر می‌کند، برای تطبیق داده‌های تجربی و شبیه‌سازی استفاده کرد.

نتایج آزمایش نشان داد که این مدل با موفقیت اثرات الکترواستاتیکی مرتبط با سازند غنی از رس و تعامل بین مواد در مونت تری را در نظر گرفته است. سارسنبایف گفت: فرضیه‌ای مطرح شده است مبنی بر این که در این فصل مشترک، رسوب مواد معدنی و گرفتگی تخلخل وجود دارد و نتایج ما قویاً این را نشان می‌دهد. این کاربرد به میلیون‌ها درجه آزادی نیاز دارد، زیرا این سیستم‌های دارای چند مانع به وضوح بالا و قدرت محاسباتی زیادی نیاز دارند. این نرم‌افزار واقعاً برای آزمایش مونت تری ایده‌آل است.

سارسنبایف خاطرنشان کرد که این مدل برای سایر پژوهشگران نیز قابل دسترسی است و تلاش‌های آینده را می‌توان بر استفاده از یادگیری ماشینی برای توسعه مدل‌های جایگزین کم‌هزینه‌تر متمرکز کرد.

داده‌های بیشتر از این آزمایش در اواخر ماه جاری در دسترس خواهند بود و پژوهشگران قصد دارند این داده‌ها را با شبیه‌سازی‌های بیشتر مقایسه کنند.

این گروه پژوهشی در حال حاضر امیدوارند پژوهش آنها به ارائه یک راه حل بلندمدت برای ذخیره زباله‌های هسته‌ای بینجامد که سیاست‌گذاران و عموم مردم از آن حمایت کنند.

این پژوهش در مجله «PNAS» به چاپ رسید.