توزيع النويدات المشعة الصناعية في كسور التربة بحسب حجم الجسيمات

لماذا لا تزال التربة تحت مواقع الاختبارات القديمة مهمة

بعد عقود من توقف تجارب التفجيرات النووية، يمكن أن تظل الأرض حول مواقع الاختبارات السابقة ملوثة بهدوء. تطرح هذه الدراسة سؤالاً عملياً ذا تبعات واقعية: هل يمكن تنظيف مثل هذه التربة بكفاءة أكبر بالاستفادة من كيفية ارتباط الإشعاع بأحجام حبيبات التربة المختلفة؟ من خلال فصل عينات من تربة موقع سيمي بالاتينسك للاختبارات النووية في كازاخستان إلى جزيئات خشنة وناعمة بعناية، استكشف الباحثون أين تنتهي اثنتان من النويدات المشعة المصطنعة — أشكال من السيزيوم والأمريشيوم — داخل التربة، وما إذا كان نخلها جافاً وببساطة يمكن أن يساعد في تقليل حجم النفايات التي يجب التعامل معها كمادة خطرة.

الفوهات القديمة كمختبرات طبيعية

عمل الفريق في أربع فوهات مملوءة بالماء أنشأتها أنواع مختلفة من الانفجارات النووية: انفجار سطحي، انفجار نووي للانشطار الحراري لأغراض الحفر، واثنان من الاختبارات تحت الأرض للحفر. تحيط بهذه الحفر أكوام ضخمة من الصخور والتربة التي قذفها الانفجار، وأظهرت مسوحات سابقة أن تربتها تحتوي على مستويات عالية من السيزيوم‑137 والأمريشيوم‑241. بدلًا من اعتبار كل هذه التربة خطرة بالمثل، تساءل الباحثون عما إذا كان التلوث موزعًا بشكل غير متساوٍ بين جزيئات ذات أحجام مختلفة — من قطع تشبه الحصى إلى حبيبات دقيقة كالغبار. إذا كان معظم الإشعاع محبوسًا في جزء فقط من المادة، فقد يكون التنظيف المستهدف ممكنًا.

فرز التربة حسب حجم الحبيبات

في المختبر جفف العلماء التربة بالهواء ومرّروها عبر صف من المناخل ذات فتحات متناقصة الحجم. نتج عن ذلك عدة كسور مميزة: جزيئات أكبر من 10 مليمترات، ثم 10–5 مم، 5–2 مم، 2–1 مم، 1–0.5 مم، وأخيرًا الكسرة الأكثر نعومة أصغر من 0.5 مم (أو أصغر من 1 مم في أحد المواقع). وزن كل كسر لمعرفة كم من كتلة التربة الأصلية يمثله ثم حُلل بواسطة كاشفات أشعة غاما الحساسة لقياس كمية السيزيوم‑137 والأمريشيوم‑241 التي يحتويها. الفكرة الأساسية كانت بسيطة: إذا كانت الحبيبات الأكثر نعومة تحمل إشعاعًا أعلى بكثير لكل كيلوجرام من التربة الكلية، فإن إزالتها قد تقلل بشكل كبير من خطورة ما تبقى.

أين يختبئ الإشعاع

أظهرت النتائج نمطًا واضحًا للسيزيوم‑137. عبر الفوهات الأربع، زادت نشاطيته لكل كيلوجرام بشكل متواصل مع تناقص حجم الجسيمات، وكان أعلى تركيز في أصغر الحبيبات. في العديد من العينات حملت الكسرة الأكثر نعومة نشاطاً سيزيومياً أعلى بكثير من التربة الكلية، بينما حملت القطع الأكبر نشاطًا أقل. أما الأمريكيوم‑241 فتصرف بتقلب أكبر. عند موقعي الانفجارات الحفرية، كان يميل أيضًا إلى التركّز في الكسور الأكثر نعومة، مكرراً سلوك السيزيوم. أما في موقعي الانفجار السطحي والانفجار النووي للحفر، فكان توزيع الأمريكيوم يعتمد بدرجة كبيرة على الاتجاه حول الفوهة، أحيانًا يميل نحو الجسيمات الكبيرة وأحيانًا نحو الصغيرة. بشكل عام، عندما حسب الباحثون النشاط المطلق — مؤخذين في الحسبان كل من النشاط لكل كيلوجرام وكتلة كل كسر — وجدوا أن الجسيمات الأصغر من 1 مليمتر غالبًا ما هي المسيطرة على الحِمل الكلي لكلا النويدين المشعين.

قياس الثراء، ليس التركيز فحسب

لمقارنة مدى اكتساب أو فقدان كل كسر للإشعاع بالنسبة للتربة السطحية غير المقسمة، استخدم المؤلفون عامل الثراء: نسبة نشاط النويد المشع في كسر معين إلى نشاطه في التربة الكلية. عامل الثراء الأكبر من واحد يعني أن الكسر أكثر تلوثًا من المتوسط؛ وأقل من واحد يعني أنه أنظف. أظهر السيزيوم‑137 عوامل ثراء متزايدة باستمرار باتجاه أحجام حبيبات أصغر في جميع المواقع، مؤكداً أن الحبيبات الأفلترة أكثر ثراءً تفضيليًا. كان ثراء الأمريكيوم‑241 أكثر خاصية بالموقع، ومع ذلك عند فوهات الانفجارات الحفرية أظهرت الكسور الأصغر مرة أخرى أكبر تراكم. تبين أن هذا المقياس هو الأكثر إفادة لوصف كيفية توزيع النويدات المشعة الصناعية عبر أحجام الحبيبات.

ماذا يعني هذا لتنظيف الأراضي الملوثة

للقارئ العام، الخلاصة هي أن السيزيوم المشع الناتج عن الانفجارات النووية يميل إلى الالتصاق بأصغر جزيئات التربة، بينما غالبًا ما يفعل الأمريكيوم الشيء نفسه في أنواع معينة من مواقع الاختبار. وبما أن تلك الحبيبات الدقيقة تشكل جزءًا فقط من الكتلة الكلية، فإن فصلها ميكانيكيًا عبر النخل الجاف قد يزيل، من الناحية المبدئية، قدراً كبيرًا من الإشعاع بينما يترك حجمًا أكبر من التربة ذات تلوث أقل قد يكون أسهل وأرخص في المعالجة. لا تحل الدراسة جميع تحديات التنظيف، خاصة حيث يتصرف الأمريكيوم بشكل غير متوقع، لكنها توضح أن عملية فيزيائية بسيطة نسبيًا يمكن أن تركز أخطر المواد في كسر أصغر، مما يوفر أداة واعدة لترميم أكثر كفاءة للترب الملوثة بالسيزيوم في مواقع الاختبارات النووية السابقة.

الاستشهاد: Kunduzbayeva, A., Kabdyrakova, A., Mendubayev, A. et al. Distribution of artificial radionuclides in particle-size soil fractions. Sci Rep 16, 8068 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39072-8

الكلمات المفتاحية: تربة مشعة, موقع تجارب نووية, سيزيوم-137, أمريشيوم-241, ترميم التربة