ما سبب تَجَمُّع سحب الروثينيوم المُشِعّ في اوروبا عام 7102؟

في أحد أيام الاثنين العادية في مطلع شهر أكتوبر 2017، بدأت مواقع المراقبة النووية في جميع أنحاء أوروبا، اِكْتِشاف وجود النظير المُشِعّ، الروثينيوم-106 في المرشحات التي يستخدمونها لجمع عينات الهواء. اِكْتَشَفَ العلماء في المختبرات النظير المشع أثناء التغيير الأسبوعي للمرشحات بعد عودتهم إلى العمل من عطلة نهاية الأسبوع. بدأ أعضاء الشبكة غير الرسمية بين المختبرات، المعروفة باسم Ring of Five رجوعًا إلى أن علماؤها المؤسسون من خمسة دول مختلفة، في الاتصالِ ببعضهم البعض لمعرفة ما إذا كانوا قد سجلوا قياسات مماثلة. وعندما أدركوا انهم جميعا قد رصدوا المادة المُشعّة، تيقنوا ان حادثًا نوويًا قد وقع.

المواد المُشعّة لا تُشكِل أبدًا تهديدًا لصحة الإنسان؛ إذا كانت التركيزات منخفضة. اِسْتَنْتَجَ الباحثون من خلال عدة أدلة، أن اِنْدِلَاع حريق أو اِنْفِجار في مصنع ماياك (Mayak) في جبال الأورال الروسية هو على الأرجح السبب في تَكَوُّن سحب الروثينيوم المشع التي انتقلت عبر أوروبا في الفترة من مساء يوم 25 سبتمبر وبعد ظهر اليوم التالي (Proc. Natl. Acad. Sci .USA 2019 DOI: 10.1073/pnas.1907571116). وجد أن ذلك المصنع يُعالِج الوقود المستهلك لإنتاج السيزيوم المخصب لتجارب فيزياء الجسيمات التي تجري في مختبر جران ساسو الوطني في إيطاليا.

يقول نايل هيات (Neil Hyatt)، خبير كيمياء المواد النووية في جامعة شيفيلد: «ان هذه الحالة مميزة في علوم المباحث الاستقصائية في الكيمياء الاشعاعية» ... «إن هذا الحادث يوضح الحاجة الى المحافظة على قدرات وطنية عالية الكفاءة وشراكات دولية لدعم الرصد الإشعاعي والتحقيقات». وقد اشار بحث سابق ان حادث نووي قد وقع في اواخر سبتمبر في منطقة الاورال، لكن الهيئة النووية الروسية، روساتوم (Rosatom)، نفت وجود أي تسرب أو حادث في أي من مواقعها النووية. بدلا من ذلك اقترحت السلطات الروسية ان مصدر الروثينيوم يمكن ان يكون ناتج عن احتراق في بطارية قمر صناعي خلال عملية اعادة دخوله الغلاف الجوي.

لحل هذا اللغز، بذل جورج ستاينهاوسر (George Steinhauser)، من جامعة لايبنز، هانوفر بألمانيا، جهودا لجمع مرشحات تنقية الهواء من مواقع الرصد المختلفة. كان هدفه هو محاولة الرصد الكيميائي لمصدر الروثينيوم وكيفية انتشار سحب الروثينيوم فوق اوروبا.

أولًا، حَدّد ستاينهاوسر وفريق عمله عمر الوقود النووي من خلال قياس نسب النظير. وَصَفَ ستينهاوسر النتائج قائلًا: «ان النتائج كانت مذهلة» ... «يكون مستوي الإشعاع للوقود النووي عند أخذة من المفاعل هائل، لذلك يجب علي الباحثون الانتظار عدة سنوات قبل معالجته»... «على سبيل المثال، ينتظر الفرنسيون علي الأقل 4 سنوات والروس 3 سنوات قبل بدأ عملية المعالجة». لكن نسبة النظير المشع الروثينيوم-103 الى النظير المشع الروثينيوم-106 التي قاسها ستاينهاوسر وفريقه تشير الى ان عمر الوقود النووي المُعَالَج صغير جدًا، حيث يتراوح بين سنة ونصف الى سنتين. يقول ستاينهاوسر: «لقد كان عمر الوقود صغير جدا لدرجة اننا شككنا في البداية في دقة البيانات»... «لا يوجد اي مُنْشَأَة في العالم تجرؤ على معالجة وقود نووي بهذا العمر الصغير، لكن من الواضح أن هناك من فعل ذلك».

استبعدت نسب النظائر وكذلك مقدار الانتشار والقياسات من محطات الارصاد الجوية على عدة ارتفاعات، اِمْكانِيّة ان يكون الروثينيوم ناتج عن احتراق قمر صناعي أثناء إعادة دخوله الغلاف الجوي، كما اِفْتَرَضَ الروس. يقول ستاينهاوسر: «بدلًا من ذلك، تشير البيانات الى ان إعادة معالجة الوقود النووي ذا العمر الصغير جدا، لتصنيع مصادر مكثفة للنظير السيريوم-144، لاستخدامه في تجارب النيوترينو المعقمة في مختبر جران ساسو بإيطاليا». يمكن للمصنع ان يحصل على السيريوم-144 من خلال معالجة الوقود المستهلك ذا العمر الصغير، لكن تلك العملية أكثر تعقيدًا نظرًا للنشاط الإشعاعي العالي للوقود. استنتج ستاينهاوسر بعد معالجة جزيئات الروثينيوم الموجودة في المرشحات، ان ربما وقع حادث أثناء معالجة الوقود ذا العمر الصغير. يمكن أن تؤثر المستويات العالية للإشعاع المُتأين على التفاعلات الكيميائية المتضمنة في عملية إعادة معالجة الوقود المستهلك، كما ان الحرارة الزائدة الصادرة عن الوقود المستهلك ان تسخّن الغازات القابلة للانفجار.عندما أجري فريق ستاينهاوسر اختبارات الذوبان والتطاير على الروثينيوم العالق في المرشحات الهوائية التي جُمِعَّت من المختبرات الأوروبية، وجدوا على الاقل نوعيين مختلفين من مركبات الروثينيوم لهما خصائص مختلفة كليا. يقول ستاينهاوسر: «ان نُشُوب حريق او انفجار اثناء معالجة الروثينيوم، يمكن ان يكون السبب في انبعاث هذا المزيج من المركبات الى الهواء».تابعت الهيئة النووية الروسية (Rosatom)، اِنْكار اي حادث في اي من مفاعلاتها او منشاتها وقد صرحت الهيئة بهذا الخصوص في تصريح أُرْسِلَ الى مجلة (C&EN) الصادرة عن مجمع الكيميائيين الأمريكي تقول: «إن خبراء محليين وخبراء تحقيق دوليين مستقلين فحصوا منشأة ماياك (Mayak) عام 2017 ولم يجدوا اي دليل يشير الى تسرب النظير المشع، الروثينيوم- 106 من هذا المكان، بالإضافة الى انهم لم يجدوا اي اثر لتعرض أي من موظفي المنشأة لمستويات مرتفعة من النشاط الإشعاعي».

يقول ستاينهاوسر: «انها مجرد فرضية» ... «ان الروس خبراء في معالجة الوقود النووي المستهلك، لذلك أنا غير متأكد من سبب عدم توصلهم الى تفاصيل ما حدث» ... «حتى الان لم نفهم الاثار المترتبة عن ذلك (التسرب) ولكن كيمياء التسرب تخبرنا عن مجريات الاحداث في المُنْشَأَة وظروف الحادث».