حل مشکل دشوار دفع ضایعات هسته‌ای
حتی اگر همین امروز همه نیروگاه‌های هسته‌ای تعطیل شوند، کوهی از ضایعات رادیواکتیو وجود دارد که باید دفع شود. با‌این‌حال، فنلاند راه‌حل تأییدشده‌ای برای دفع ضایعات هسته‌ای دارد، درحالی‌که پروژه‌ها در ایالات متحده، بریتانیا و آلمان چندین دهه است شکست خورده‌اند و پیشرفت در سایر کشورها کند است. با افزایش تقاضا برای افزایش عمر نیروگاه‌های هسته‌ای موجود و ساخت نیروگاه‌های جدید، کوه زباله‌های رادیواکتیو که در انبارهای موقت، آسیب‌پذیر و پرهزینه قرار دارد، همچنان رو به رشد خواهد بود.
چالش دلهره‌آور است. ضایعات هسته‌ای سطح بالا که شامل سوخت هسته‌ای مصرف‌شده است، برای صدها هزار سال رادیواکتیو باقی می‌مانند، بنابراین تأسیسات دفع ضایعات باید آن را به‌مدت بسیار طولانی، به دور از سفره‌های آب زیرزمینی، آب‌و‌هوای شدید، جنگ، سقوط هواپیماها، افزایش سطح آب دریا، صفحات یخی آینده، فعالیت‌های آتشفشانی و حتی انسان‌های کنجکاو آینده حفظ کند.
درنهایت، این خصوصیات زمین‌شناسی محل دفع پیشنهادی است که مشخص می‌کند که آیا این مکان، جای امنی برای ذخیره کردن ضایعات هسته‌ای برای هزاران سال است. ارز تکنیکا با افراد دست‌اندرکار برنامه‌های فنلاند، ایالات متحده و بریتانیا درمورد آنچه بررسی سنگ‌ها و آب‌های زیرزمینی آن مکان‌ها درمورد مناسب بودن یا مناسب نبودن آن‌ها آشکار می‌کند، صحبت کرده است.
تونلی در مخزن ضایعات هسته‌ای فنلاند
دفن ضایعات بهترین گزینه است
در سراسر جهان، توافق بر این است که دفع در اعماق زمین بهترین روش برای دور نگه داشتن ضایعات هسته‌ای از منابع آب و زنجیره غذایی است تا زمانی که رادیواکتیویته آن به سطح عادی برسد. زباله‌های رادیواکتیو حاصل از تأسیسات پزشکی، تحقیقاتی و هسته‌ای که به‌عنوان ضایعات سطح پایین یا سطح متوسط طبقه‌بندی می‌شوند، مشکل اصلی نیستند.
این موارد شامل اجسامی مانند کاور کفش، دستمال‌ها، فیلترها، سواب‌ها، سرنگ‌ها، منابع تشعشع مورد استفاده در پرتودرمانی پزشکی و زباله‌های حاصل از نیروگاه‌های هسته‌ای از کار افتاده می‌شود و به‌طور معمول در ظروف مخصوصی بسته‌بندی می‌شود و در مکان‌های خاصی در عمق کم زمین دفع می‌شوند.
مشکل اصلی سوخت هسته‌ای مصرف‌شده و ضایعات حاصل از بازفرآوری هسته‌ای است که به‌عنوان ضایعات سطح بالا دسته‌بندی می‌شوند. این ضایعات در حدی که موجب مرگ می‌شوند، رادیواکیتو هستند و ازنظر فیزیکی گرم هستند و صدها هزار سال طول می‌کشد تا رادیواکتیویته آن‌ها به حد سنگ معدن اورانیوم کاهش پیدا کند.
مقوله‌های درست
براساس طرح‌های فعلی دفع ضایعات، این ضایعات رادیواکتیو در سیستمی که از چندین مانع تشکیل شده است، حفظ می‌شوند؛ مجموعه‌ای از قوطی‌ها درون قوطی‌های دیگر که طوری مهندسی شده‌اند که حتی اگر برخی از لایه‌ها از بین برود، ضایعات را برای صدها هزار سال در خود نگه‌داری می‌کنند. قوطی‌ها درنهایت دچار نشتی خواهند شد؛ اما اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش برود، این اتفاق در آینده بسیار دور و پس از واپاشی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو رخ خواهد داد.
قوطی‌های حاوی زباله‌های هسته‌ای برای هزاران سال در تونل‌هایی در اعماق زمین دفن می‌شوند و فضای اطراف آن‌ها با مانع دیگری از نوعی رس به نام بنتونیت پر می‌شود که نفوذناپذیر است و وقتی خیس شود، منبسط می‌شود و شکاف‌ها را پر می‌کند و در صورت ریزش تونل‌ها از قوطی‌ها محافظت خواهد کرد و آن‌ها را می‌پوشاند.
سنگی که مخزن را در خود جای داده است، به‌عنوان مانع نهایی عمل می‌کند. وظیفه آن محافظت از قوطی‌ها و بنتونیت است تا بتوانند وظایف خود را انجام دهند. این سنگ همچنین در شرایطی که قوطی‌ها درنهایت دچار نشتی شوند یا زودتر از زمان انتظار از بین بروند، به‌عنوان آخرین خط دفاعی عمل می‌کند.
بدین‌ترتیب، سنگ باید تا حداکثر زمانی که ممکن است، از رسیدن جریان ضایعات به بیوسفر جلوگیری کند. این زمان، در طرح فنلاند یک میلیون سال درنظر گرفته شده است. برای رسیدن به این هدف، سنگ باید به اندازه کافی محکم باشد که تونل سالم بماند، باید به‌طور موثری نفوذناپذیر باشد و جریان آب‌های زیرزمینی باید حداقل باشد و نباید خورنده باشد.
فنلاند دارای سنگ بستر بلورین و مکان‌های بسیاری است که به‌طور بالقوه برای ایجاد مخزن مناسب هستند. این کشور درنهایت جزیره‌ای روی سواحل بالتیک را برای ساخت مخزن اونکالو انتخاب کرد و امیدوار است که در حدود سال ۲۰۲۵ اولین تونل زباله‌های هسته‌ای خود را ببندد. آنتی ماستونن، مدیر تحقیقات پازیفا (Posiva)، سازمان مسئول مخزن ضایعات هسته‌ای فنلاند گفت: «نمی‌گویم که اونکالو ازنظر زمین‌شناسی خاص است. این مکان شرایط موردنیاز را دارد.»
تجسم هنرمند از انبار ضایعات هسته‌ای اونکالو در فنلاند. تصویر کوچک ظرف حاوی ضایعات مس را در شفت دفع ضایعات نشان می‌دهد و شفت و تونل با بلوک‌های بنتونیت پر شده است.
درمقابل، سنگ‌های پروژه مخزن کوه یوکای آمریکا که با شکست مواجه شد، از جنس خاکستر آتشفشانی متخلخل و دارای شکستگیهای بسیار است. در سال ۱۹۷۸، شورای ملی پژوهش ایالات متحده آمریکا مجموعه‌ای از معیارهای زمین‌شناسی را برای مخزن ضایعات هسته‌ای اعلام کرد و به‌گفته دکتر جین لانگ، معاون سابق انرژی و محیط زیست در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور هیچ‌یک از معیارهای لازم را نداشت. لانگ قبل از بازنشستگی روی این پروژه کار می‌کرد.
ازآن‌جا که کوه یوکا در صحرای نوادا در محلی که «منطقه هواده» نامیده می‌شود، بالای سطح ایستابی قرار دارد، انتظار می‌رفت خشک باشد. درواقع، این منطقه سالانه هفت اینچ بارندگی دارد و آب از میان سنگ‌ها می‌گذرد و به درون تونل‌ها چکه می‌کند. به‌گفته لانگ، این آب درنهایت موجب پوسیده‌شدن ظرف‌های حاوی ضایعات می‌شد و سرانجام ضایعات به سفره آب زیرزمینی محلی نشت می‌کردند.
بارش رادیواکتیو حاصل از آزمایش‌های بمب اتمی نزدیک در اعماق کوه یوکا پیدا شد که نشان می‌داد آب باران در کمتر از ۵۰ سال به اعماق مخزن نفوذ کرده بود. درنهایت، پیشنهاد شد که برای جلوگیری از چکه کردن آب از سپرهای تیتانیوم گران‌قیمت استفاده شود. لانگ گفت: «دفع ضایعات در منطقه هواده دارای شکستگی درمقایسهبا سنگ بلورین زیر سطح ایستابی چالش‌های جدی ازنظر ایمنی به همراه دارد.»
کوه یوکا همچنین در منطقه زلزله‌خیزی در نزدیکی آتشفشان‌های اخیر (ازنظر زمین‌شناسی) قرار دارد و معادنی نیز نزدیک آن قرار دارند که همه این موارد، معیارهای شورای تحقیقات ملی ۱۹۷۸ را نقض می‌کنند. نوادا آن به‌عنوان مکانی که به‌طور استثنایی بد است، خواند و پروژه در سال ۲۰۱۰ لغو شد. با‌این‌وجود، کمیسیون ساماندهی هسته‌ای ایالات متحده آمریکا در سال ۲۰۱۵ به این نتیجه رسید که کوه یوکا شرایط ایمنی لازم را دارد.
درحالی‌که توده‌های سنگ‌های آتشفشانی دارای شکستگی کوه یوکا ایده‌آل نیستند، انواع دیگر سنگ‌ها ممکن است برای دفع ضایعات مفید باشند. نمک یکی از انواع سنگ‌ها است که برای دفع ضایعات هسته‌ای مطلوب است. ایالات متحده از غارهای نمکی در نیومکزیکو برای دفع ضایعات فرا اورانیومی (مشابه ضایعات سطح متوسط) حاصل از منابع نظامی استفاده می‌کند.
نمک برای این کار موردتوجه است، زیرا در طول زمان جاری می‌شود. غارهای نمکی در نیومکزیکو هر سال سه تا پنج اینچ کوچک‌تر می‌شوند. این امر موجب بسته‌شدن شکاف‌ها و بیرون نگه داشتن آب می‌شود؛ اما همچنین به این معنا است که ضایعات سطح بالا که گرمای زیادی تولید می‌کنند، می‌توانند به مرور زمان موجب شوند که نمک تحت‌تأثیر گرما قرار گیرد و به مخزن ضایعات آسیب بزند.
اگرچه همه محوطه‌های نمکی مناسب این کار نیستند. آلمان چندین دهه را صرف بررسی یکی از آن‌ها کرد و درنهایت به این نتیجه رسید که آب‌های زیرزمینی آن مطلوب نیستند، بنابراین این کشور اکنون به‌دنبال پیدا کردن مکان‌های جدید است.
فرانسه و بلژیک درحال ساختن انبارهایی در خاک رس هستند. رس نیز مانند نمک تحت فشار تغییر شکل می‌دهد و بنابراین حفره‌ها و شکاف‌ها خودبهخود پر می‌شوند؛ اما همچنین بدان معنا است که تأسیسات نمی‌تواند خیلی عمیق باشد وگرنه حین انجام کار رس به درون تونل‌ها فرو می‌ریزد. سایت سیژئو در فرانسه که در لایه ضخیمی از رس دوران ژوراسیک قرار دارد، قرار است در سال ۲۰۳۵ افتتاح شود.
اصل سادگی
هر نوع سنگی باشد، اگر ویژگی‌های زمین‌شناسی و شیمی آن نسبتاً ساده باشد، مفید است. این امر نشان دادن ایمنی آن را به سازمان‌های ناظر و مردم آسان‌تر می‌کند و تجزیه‌و‌تحلیل‌ها را ساده‌تر و قوی‌تر می‌کند.
طبق معیار ۱۹۷۸، انتخاب مکانی توصیه می‌شود که عادی باشد و با موارد عجیب و غیرمنتظره همراه نباشد. ازاین‌نظر، پروژه دفع ضایعات هسته‌ای بریتانیا (که در سال ۱۹۹۷ متوقف شد) درمقابل آن قرار داشت. تیتوس مورای، دانشمند زمین‌شناسی که در دهه ۱۹۹۰ روی این پروژه کار می‌کرد، گفت: «هرچه بیشتر حفاری می‌کردیم، بیشتر متوجه می‌شدیم که درمورد آن نمی‌دانیم.»
مورای موظف شد یک مدل زمین‌شناسی و آب زیرزمینی را از مکان پیشنهادی بریتانیا تهیه کند که شامل خاکستر آتشفشانی سفت‌شده حاصل از مجموعه‌ای از فوران‌های شدید باستانی بود؛ اما به‌گفته مورای، مدل به قدری پیچیده شد که خشم دیگران را برانگیخت.
معضلی که پیچیدگی ایجاد می‌کند، این است که برای درک زمین‌شناسی آن مکان به حفاری‌های بیشتری نیاز است؛ اما شما می‌خواهید حفاری را محدود کنید تا سنگ میزبان و آب‌های زیرزمینی را تا حد ممکن دست‌نخورده باقی بگذارید.
اول، آسیبی نرسانید
ساخت انبار ضایعات هسته‌ای مانند هشدار میراندا است: هر کاری که به یکپارچکی مخزن آسیب بزند، می‌تواند علیه شما استفاده شود؛ اما تکنیک‌های غیرمخربی مانند ژئوفیزیک و زمین‌شناسی سطح فقط تصویری کلی به شما ارائه می‌دهند. شما باید هنوز سنگ‌ها را حفر کنید تا ببینید چه چیزی در آنجا وجود دارد و آب زیرزمینی را آزمایش کنید. حفره‌هایی که ایجاد می‌شوند، باید در حداقل ممکن باشد و باید پس از اتمام کار برای پیشگیری از تبدیل‌شدن به مسیری برای جریان آب زیرزمینی، مهر‌و‌موم شوند.
همچنین ایجاد تونل بدون ایجاد ناحیه‌ای به نام «ناحیه آسیب‌دیده از حفاری» یا EDZ غیرممکن است. علت آن است که سنگی که در اعماق زمین قرار دارد، تحت فشار است، بنابراین در فضای خالی تونل رها می‌شود و شکاف‌هایی را پشت رویه سنگ باز می‌کند که می‌تواند ضایعاتی را که نشت کرده‌اند، به سمت سطح هدایت کند. بنابراین، معضل دیگر این است که چگونه می‌توان تونلی را بدون آسیب‌رساندن به رویه سنگ باز کرد؟
در اونکالو، حفرکننده‌ها با احتیاط حفاری را انجام می‌دهند. آن‌ها رویه سنگ را با دقت سوراخ می‌کنند؛ با طرح دقیقی از ۱۱۴ سوراخ حفاری که خیلی بیشتر از حدی است که معمولاً برای انفجار معدن‌های عادی یا تونل جاده‌ای استفاده می‌شود. این کار با استفاده از دستگاهی تحت هدایت کامپیوتر انجام می‌شود.
آن‌ها به‌جای استفاده از مواد منفجره امولسیونی مایع، سوراخ‌ها را با کارتریج‌های نیترات آمونیوم منفجره پر می‌کنند، زیرا کارتریج‌ها دقیق‌تر هستند. کیمو لیتولا، مدیر محوطه در مخزن اونکالو گفت: «مقام‌های هسته‌ای این موضوع را به دقت بررسی می‌کنند و باید به همان شکلی که طراحی کرده‌ایم، انجام شود. تمام مقادیر مواد منفجره و نوع چاشنی را که استفاده کرده‌ایم، مقام‌ها بررسی می‌کنند، بنابراین کاری بسیار سختگیرانه است.»
آماده‌شدن برای انفجار: یک دستگاه حفاری تحت هدایت کامپیوتر در اونکالو به‌طور هم‌زمان در سه محل سوراخ‌هایی ایجاد می‌کند تا مواد منفجره در آن‌ها قرار داده شود. سوراخ‌هایی پایینی با مواد منفجره پر می‌شوند و توسط لوله‌ها از ریزش آوار ممانعت می‌شود.
این انفجار درواقع توالی پیچیده‌ای از انفجارها است که در حد میلی‌ثانیه زمان‌بندی شده است و درمجموع بیش از شش ثانیه طول می‌کشد. سه حفره خالی در مرکز رویه سنگ فضایی برای خرده‌سنگ‌های ایجاد شده براثر انفجار اولیه ایجاد می‌کند، سپس انفجار بعدی سنگ‌ها را به فضای ایجادشده توسط انفجار قبلی شلیک می‌کند و این رویداد به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند تا توالی به محیط تونل برسد. دراین‌جا، انفجارهای نهایی سنگ را بین سوراخ‌هایی می‌شکافد که فقط ۲۵ سانتی‌متر از هم فاصله دارند. انفجار سنگ را نمی‌شکند، بلکه شکافی بین حفره‌ها ایجاد می‌کند.
طرح مخزن فنلاند به کف مسطح نیاز دارد تا کارگران بتوانند شفت‌های دفع ضایعات با عمق ۸ متر و عرض ۱/۷۵ متر را برای جادادن قوطی‌های حاوی ضایعات حفر کنند. ماستونن گفت برای دستیابی به این هدف، بیل‌های مکانیکی کف را با استفاده از یک ابزار معدنکاری با کلنگ‌های کاربید تنگستن صاف می‌کنند و بیشتر سنگ‌های آسیب‌دیده را نیز حذف می‌کند. وقتی تونل آماده شد که به‌طور دائمی بسته شود، بیل مکانیکی شکاف‌های ناحیه آسیب‌دیده در دیواره‌های تونل را خرد می‌کند و آن‌ها را مسدود می‌کند، بنتونیت در فضای داخل به کار برده می‌شود و هرگونه جریانی بین قسمت‌های حفاری‌شده مسدود می‌شود.
میدان آزمایش
دانشمندان باید حجم وسیعی از داده‌ها را درمورد زمین‌شناسی و آب‌های زیرزمینی مخزن پیشنهادی جمع‌آوری کنند تا ایمنی آن محل را به سازمان‌های ناظر نشان دهند. آن‌ها این کار را با استفاده از تکنیک‌هایی انجام می‌دهند که از دهه ۱۹۸۰ در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سوئد، سوئیس، بلژیک و کشورهای دیگر توسعه یافته و اصلاح شده‌اند.
ارزیابی ایمنی پازیفا برای مخزن اونکالو بیش از ۲۵۰ تجزیه‌و‌تحلیل مختلف از داده‌هایی را شامل می‌شود که حاصل بیش از چهار دهه تحقیق و بررسی در این مخزن است. ماستونن توضیح داد: «ما مطالعات ژئوفیزیک انجام می‌دهیم. ما مطالعات آب‌زمین‌شناسی (هیدروژئولوژی) انجام می‌دهیم؛ اینکه آب چگونه جریان پیدا می‌کند و چه نوع اتصالاتی از نقطه‌ای به نقطه دیگر دارد و چه نوع تاثیراتی بر شیمی آب‌های زیرزمینی دارد.»
تکنسین‌ها در فنلاند درحال انجام آزمایش تزریق آب برای اندازه‌گیری میزان و جهت جریان آب هستند.
این داده‌ها همچنین به دانشمندان اجازه می‌دهد تا اطمینان حاصل کنند که تونل‌های دفع ضایعات از مناطق مشکل‌داری مانند نواحی شکستگی دور هستند. این نواحی می‌توانند آب زیادی را هدایت کنند، همان‌طور که ماستونن طی ساخت تونل منتهی به مخزن آن را تجربه کرد. ماستونن گفت: «ما یک چاه آزمایشی را در ناحیه شکستگی بزرگی حفر کردیم و اندازه‌گیری کردیم که چقدر آب از آن حفره می‌آید... اندکی کمتر از ۲۰۰ لیتر در دقیقه بود.»
به‌منظور ایمنی بلندمدت مخزن بسیار مهم است که چنین نشت‌هایی به‌طور دائمی مسدود شوند. در معدن یا تونل جاده‌ای، کارگران معمولاً نواحی شکستگی را با دوغاب سیمان می‌بندند؛ اما سیمان pH آب زیرزمینی را تغییر می‌دهد، بنابراین، فنلاندی‌ها ناحیه شکستگی و سایر موارد مشابه را با درزگیر سیلیکا پر کردند که ماستونن آن را مانند کوارتز مایع توصیف می‌کند. این تزریق‌ها به‌طرز چشمگیری مؤثر بوده‌اند. ماستونن گفت، امروز، کل شبکه تونل‌ها فقط حدود ۲۰ درصد از آبی را تولید می‌کند که زمانی از آن یک عدد چاه جریان پیدا می‌کرد.
دانشمندان با اسکن دیواره‌ها به کمک رادار زمین‌نفوذ منطقه آسیب‌دیده براثر حفاری را تحت‌نظر دارند و برای تشخیص شکاف‌های عمیق درون سنگ‌ها از امواج صوتی استفاده می‌کنند. آن‌ها همچنین استحکام و مکانیک محل حفاری را آزمایش می‌کنند، امواج‌لرزه‌ای ریز تولیدشده براثر ایجاد ترک را تحت‌نظر دارند و با استفاده از جی‌پی‌اس و بررسی سطح زمین، مراقب حرکات سطح بالای محل حفاری هستند.
در اونکالو، دانشمندان توانستند با استفاده از هلیوم نشان دهند که آب زیرزمینی چقدر بی‌حرکت است. اورانیوم و توریمی که به‌طور طبیعی در سنگ‌ها وجود دارد، وقتی دچار تجزیه رادیواکتیو می‌شود، هلیوم تولید می‌کند و وقتی آب زیرزمینی با سنگ تماس داشته باشد، هلیوم در آن تجمع پیدا می‌کند. آبی که در سطح جریان پیدا می‌کند، هلیوم اندکی دارد. سطح هلیوم در آب‌های زیرزمینی در سطح مخزن نشان می‌دهد که حدود ۱۳ میلیون سال است که در آنجا وجود دارد.
یکی دیگر از نگرانی‌های ایمنی اثر گرمای تولیدشده توسط ضایعات هسته‌ای است. حتی پس از اینکه برای دهه‌ها در حوضچه‌ها خنک می‌شود، سوخت هسته‌ای مصرف‌شده طی فروپاشی رادیواکتیو گرما تولید می‌کند و دما را در نزدیکی قوطی‌های حاوی ضایعات افزایش می‌دهد. این گرما ممکن است بتواند قوطی‌ها را تخریب کند، به بنتونیت آسیب بزند یا حتی موجب ترک خوردن سطح سنگ شود. بنابراین، طرح‌های فنلاندی و سوئدی برای جلوگیری از جمع‌شدن بیش‌ازحد گرما، قوطی‌های حاوی ضایعات را در هر شفت از هم جدا می‌کنند.
ماستونن گفت: «دما تا حد زیادی مشخص می‌کند که قوطی‌ها چقدر می‌توانند به یکدیگر نزدیک باشند.» پازیفا درحال انجام نمایش عملی طولانی‌مدت و با اندازه کامل با استفاده از هیترهایی در قوطی‌های ساختگی است که اطراف آن‌ها را بنتونیت و حسگرهای دما فراگرفته‌اند. ماستونن گفت پس از سه سال، دما در محدوده قوطی حدود ۷۰ درجه سانتیگراد است. آزمایش مشابهی در سوئیس ۱۸ سال طول کشید و نشان داد که بنتونیت تا حداقل ۱۰۰ درجه سانتیگراد به‌عنوان ماده آببندی‌کننده مناسب عمل می‌کند.
مدل‌سازی آینده
داده‌های حاصل از حفاری و نظارت به سه مدل کامپیوتری سه‌بعدی افزوده می‌شود که به‌نوبه‌خود برای پیش‌بینی آنچه کاوشگرها با آن رو‌به‌رو می‌شوند، استفاده می‌شوند. همان‌طور که داده‌های جدید، پیش‌بینی‌ها را تأیید می‌کنند، موجب اطمینان در این زمینه می‌شود که مدل‌های دانشمندان چگونه سنگ و آب مخزن امروزی را نشان می‌دهند.
برای پیش‌بینی اینکه چگونه سنگ و آب‌های زیرزمینی در هزاره‌های آینده بر زندگی انسان‌هایی تأثیر می‌گذارد که نزدیک آن‌ها زندگی می‌کنند، دانشمندان باید با استفاده از آزمایش‌ها و داده‌ها به‌عنوان نقطه شروع، مدل‌سازی عددی انجام دهند. ماستونن گفت: «ما با سناریوهای مختلف و انتشارات احتمالی، آن میلیون سال را شبیه‌سازی کرده‌ایم و به‌نظر می‌رسد انتشارات قابل‌قبول باشند.»
دانشمندان برای کار با سنگ‌هایی که در آن‌ها آب زیرزمینی از میان شکاف‌ها و شکستگیهای آن‌ها عبور می‌کند (مانند مورد اونکالو)، مدل‌های کامپیوتری به نام شبکه‌های شکستگیهای گسسته یا DFN را ایجاد می‌کنند. ازآن‌جا که غیرممکن است که متوجه شویم هر شکستگی کوچک چگونه به شکستگیهای دیگر متصل می‌شود، مدل از طیفی از جایگشت‌ها برای نحوه اتصال شکاف‌ها و توزیع آن‌ها در کل سنگ استفاده می‌کنند و هر جایگشت به مشاهدات ارتباط داده می‌شود. به‌این‌ترتیب، بسیاری از جریان‌های ممکن مختلف را می‌تواند برای ایجاد طیف وسیعی از پیامدهای احتمالی شبیه‌سازی کرد. ماستونن گفت: «مدل DFN مدل اصلی ما برای درک حرکات آب‌های زیرزمینی است.»
جریان مدل‌سازی‌شده در شکستگی‌ها. سرعت جریان (چپ) و فشار (راست) در بخشی از مدل شبکه شکستگیهای گسسته.
دانشمندان سپس با فرض اینکه همه‌چیز طبق برنامه‌ریزی پیش برود، پیش‌بینی می‌کنند که در طول یک میلیون سال آینده برای ضایعات چه اتفاقی می‌افتد. آن‌ها همچنین چندین سناریوی «چه خواهد شد، اگر» را مدل‌سازی می‌کنند. این پیش‌بینی شامل بررسی تنش‌ها و فشارهای آب زیرزمینی ناشی از احتمالاتی مانند مدفون‌شدن زیر صفحه یخی آینده و سپس ذوب شدن آن صفحه یخی، تغییر در سطح آب دریا، تغییر در شیمی آب زیرزمینی و خراب‌شدن قوطی‌های حاوی ضایعات است.
در اونکالو، دانشمندان محاسبه می‌کنند که حتی در بدترین شرایط، حداکثر مقداری که آزاد می‌شود، یک دهم محدوده مجاز خواهد بود که خود حدود یک صدم مقداری است که فنلاندی‌ها هر سال به‌طور عادی درمعرض آن قرار می‌گیرند.
طبیعت قبلاً این کار را انجام داده است
ماستونن در پاسخ به این سؤال که او پیش‌بینی می‌کند مخزن فنلاند تا چه مدت ضایعات را در خود نگه دارد، گفت: «اگر همه‌چیز طبق برنامه‌ریزی پیش برود، به‌طوری‌که آب‌های زیرزمینی ازنظر تعامل با موانع در شرایط مناسب بماند، باید میلیون‌ها سال طول بکشد.» این ادعا ممکن است اغراق‌آمیز به‌نظر برسد؛ اما با نمونه‌هایی در طبیعت پشتیبانی می‌شود.
در رویدادی عجیب در حدود دو میلیارد سال پیش، مجموعه‌ای از رآکتورهای هسته‌ای طبیعی به‌طور خودبهخود در گابن در غرب آفریقا شروع شدند و سوخت مصرف‌شده طبیعی تولید کردند. جالب اینکه اورانیوم و محصولات شکافت از آن زمان تاکنون به‌خاطر ترکیبی از زمین‌شناسی پایدار، وجود پوششی از خاک رس در اطراف رآکتورها و فقدان اکسیژن که شیمی آب‌های زیرزمینی را تغییر دهد، حرکت زیادی نکرده‌اند.
خاک رس همچنین ذخیره اورانیوم سیگار لیک را در کانادا به مدت ۱۰۰ میلیون سال از آب‌های زیرزمینی دور نگه داشته است. امروزه اثری از اورانیوم در سطح ۴۵۰ متری بالاتر از آن ذخیره اورانیوم وجود ندارد. پنیا بلانکا در مکزیک ذخیره اورانیومی است که ازنظر شرایط آب‌و‌هوایی و زمین‌شناسی شبیه کوه یوکا است و همچنین در ناحیه هواده بالای سطح ایستابی قرار گرفته است. اورانیوم، توریم و پروتاکتینیم در این منطقه عمدتا در طول ۲۰۰ هزار سال گذشته بی‌حرکت بودند؛ اما همانند مورد پیچیدگی‌های کوه یوکا، رادیوم اخیراً از شکستگی‌ها به سمت بیرون جریان پیدا کرده است و همچنین بخشی از این ذخیره به‌منظور جا‌به‌جایی اورانیوم باز شده است.
توافق؛ مشکلی حتی سخت‌تر
با موفقیت آشکار تلاش‌های فنلاند، آیا برای کشورهای دیگر آسان‌تر می‌شود تا تلاش‌های دفع ضایعات هسته‌ای خود را مورد بازنگری قرار دهند؟ چشم‌اندازها به آموختن درس‌های سیاسی بستگی دارد. ماستونن گفت: «فکر می‌کنم که بیشتر از زمین‌شناسی، این جنبه‌های اجتماعی‌اقتصادی است که تعیین می‌کند که آیا یک پروژه می‌تواند پیشرفت کند یا نه.»
یکی از درس‌های کلیدی دررابطه‌با انتخاب محل ساخت مخزن ضایعات هسته‌ای، این است که گزینش از بالا به پایین مکان‌های دفع ضایعات هسته‌ای موفقیت‌آمیز نیست. بریتانیا در سال‌های ۱۹۸۷، ۱۹۹۷ و ۲۰۱۳ شکست خورد. در ایالات متحده، سیاستمداران علیه پروژه کوه یوتا مبارزه کردند و مجوز آن را لایحه گند زدن به نوادا خواندند.
تونلی در کوه یوکا
اکنون، بیشتر کشورها رویکردی مبتنی‌بر توافق دارند که در آن جامعه محلی و دولت محلی برای میزبانی یک مخزن توافق می‌کنند؛ اما اگر این رویکرد مکان‌های بدون سنجش زمین‌شناسی، مهندسی و پایداری حمل‌ونقل را انتخاب کنند، کشورها درمعرض خطر شکست پرهزینه و طولانی دیگری قرار می‌گیرد.
هم لانگ و هم مورای فکر می‌کنند ناسازگاری بین جوامع در شکست پروژه‌ها در ایالات متحده و بریتانیا نقش داشته است. به قول معروف، اگر تنها چیزی که دارید چکش است، هر چیزی را شبیه میخ می‌بینید. مورای طرز فکر مهندسی اولیه را درمورد پروژه بریتانیا مانند انجام یک کار درزگیری بزرگ توصیف کرد. لانگ در مقاله‌ای که سال ۲۰۰۴ منتشر شد، نوشت: «در کوه یوکا، ذهنیت مهندسی همه‌چیز را به‌عنوان تحلیل سیستم و ارزیابی ریسک می‌دید، درحالی‌که ذهنیت علوم زمین درک محدودی از تأثیر دانش جدید بر موضوع اصلی یعنی ایمنی مخزن داشت.»
به‌گفته لانگ، زمانی که کنگره در سال ۱۹۸۷ به بررسی مکان‌های جایگزین پایان داد، ذهنیت مهندسی کوه یوکا به‌جای اینکه ببیند که آیا مکان مذکور شرایط زمین‌شناسی تعین‌شده را دارد یا، مجبور شد از پروژه دربرابر هر موضوع نابخردانه‌ای که مطرح می‌شد، دفاع کند. لانگ گفت: «کل رویکرد قهقرایی بود. آن‌ها باید شرایطی را برای یک سایت ذاتا ایمن تعیین می‌کردند و سپس بررسی می‌کردند که آیا آن سایت آن شرایط را دارد یا نه، نه اینکه سایتی را به دلایل سیاسی انتخاب کنند و سپس تلاش کنند تا نشان دهند آن سایت مناسب است.»
دیوید مک‌اینتایر، سخنگوی کمیسیون ساماندهی هسته‌ای ایالات متحده گفت، عجیب اینکه قانون ایالات متحده همچنان کوه یوکا را به‌عنوان مخزن آمریکا درنظر می‌گیرد و در مقررات فعلی هیچ‌گونه الزاماتی برای سنگ میزبان تعیین نمی‌شود. البته پروژه کوه یوکا که ۱۵ میلیارد دلار هدر داده است، درمقایسهبا حدود ۵۰ میلیارد دلار خسارتی که مالیات‌دهندگان آمریکایی مجبور شده‌اند به تأسیسات هسته‌ای بدهند، زیرا دولت نتونسته است به تعهد خود برای دریافت زباله‌های هسته‌ای تا سال ۱۹۹۸ عمل کند، ناچیز است.