6

المصادر المشعة والتقنيات البديلة في الاستعمالات الصناعية

يتعلق هذا الفصل بالاستعمالات الصناعية التي تستخدم مصادر مشعة أو تقنيات بديلة بخلاف استعمالات التعقيم، التي تم وصفها في الفصل الخامس. وهذه الاستعمالات هي التصوير الشعاعي الصناعي، والمقاييس الصناعية، وتسجيل قياسات الآبار، وأنظمة المعايرة، والمولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs). والجدير بالذكر، أن هذا الفصل لا يناقش تعديل المواد، الذي يستخدم الإشعاع من المصادر المشعة، أو الأشعة السينية، أو حزم أشعة الإلكترون لتغيير خصائص المواد للاستعمالات التجارية المختلفة مع الاستعمال الرئيسي وهو الربط المتقاطع لسلاسل البوليمر لمنتجات مثل عزل الأسلاك وإطارات السيارات والقفازات المطاطية.¹ويرجع ذلك إلى أن جزءًا صغيرًا فقط (يُقدر بأنه أقل من 10 في المائة) من الإمداد العالمي من الكوبالت 60 يُستخدم لهذا الاستعمال² وبالتالي فهو ليس دافعًا في قرارات اعتماد التقنيات البديلة.

6-1 التصوير الشعاعي الصناعي

اُستخدم التصوير الشعاعي الصناعي لأكثر من 50 عامًا وهو أداة أساسية للاختبار غير المدمر (NDT) لتقييم السلامة وضوابط الجودة في العديد من الصناعات. ووفقًا لممثل الصناعة الذي تحدث أمام اللجنة، يوجد أكثر من 10,000 مصدر للتصوير الشعاعي يتم بيعها على مستوى العالم سنويًا، ويتم بيع حوالي 4,000 منها في السوق الأمريكية. ويوجد أكثر من 1,000 جهة حاصلة على ترخيص باستخدام كاميرات التصوير الشعاعي في الولايات المتحدة.³

عتمد التصوير الشعاعي الصناعي على نقل وامتصاص / تخفيف الطاقة الكهرومغناطيسية قصيرة الموجة (فوتونات أشعة غاما والأشعة السينية) لتصوير الهياكل مثل اللحامات والمسبوكات لاكتشاف العيوب الداخلية أو المسامية؛ وأنابيب الغاز والنفط لاكتشاف الانسداد والتآكل وسماكة جدار الأنابيب؛ والهياكل الصناعية لضمان عدم وجود شقوق أو انسداد؛ وقطع غيار الطائرات والسيارات لاكتشاف العيوب. وتوجه كاميرا التصوير الشعاعي بغاما أو أنبوب الأشعة السينية شعاعًا من أشعة غاما أو الأشعة السينية إلى العنصر الذي يجري اختباره، وكاشف (فيلم أو إلكتروني) يصطف مع الشعاع على الجانب الآخر من العنصر يسجل أشعة غاما أو الأشعة السينية التي تمر عبر المادة. ويتناسب عدد الفوتونات التي تمر عبر المادة مع سمكها وكثافتها. ونظرًا لأن المادة أرق أو أقل كثافة حيث يوجد صدع أو عيب، فإن المزيد من الفوتونات تمر عبر تلك المساحة. وينشئ الكاشف صورة من الأشعة التي تمر عبره، تسمى صورة الأشعة، التي تُظهر الشقوق أو العيوب. ويُظهر التصوير الشعاعي أيضًا اختلافات في كثافة المواد. على سبيل المثال، يتم التعرف على وجود شوائب معدنية في عينة بلاستيكية، من خلال التصوير الشعاعي سواء كانت المادة ذات سماكة مختلفة أم لا عند تلك النقطة. أيضًا، قد لا ينتج عن شق أو عيب داخل مادة اختلاف سمك قابل للقياس في المادة، لكن قد ينتج عنه اختلاف في امتصاص

___________________

¹ راجع الوكالة الدولية للطاقة الذرية، تعديل المواد على https://www.iaea.org/topics/material-modification.

² إيان داوني، نورديون، عرض تقديمي أمام اللجنة في 13 أكتوبر 2020.

³ مايك فولر ومارك شيلتون، QSA Global، Inc.، عرض تقديمي أمام اللجنة في 13 أكتوبر 2020.

الفوتون والتشتت بالنسبة للمادة السليمة التي يتم الكشف عنه باستخدام التصوير الشعاعي. ومن الضروري أن يُصدر المصدر طاقة يمكنها اختراق المواد المختبرة وتؤدي إلى صورة ذات تباين وتعريف مناسبين للفيلم المُعالَج أو لصورة رقمية.

يتم إجراء بعض التصوير الشعاعي في حاويات أو خزانات محمية لحماية المشغل والجمهور من التعرض للإشعاع. وفي أغلب الأحيان، يتم إجراء التصوير الشعاعي في مواقع ميدانية نائية، مما يتطلب نقل المصدر والكاشف / الفيلم إلى الموقع، وهو ما يحدث عادة في شاحنة غرفة مظلمة متنقلة. على سبيل المثال، لفحص أنابيب النفط أو الغاز الجديدة، يتم لصق فيلم حساس فوق اللحام حول الجزء الخارجي من الأنبوب. ويتم وضع كاميرا التصوير الشعاعي إما خارجيًا أو داخليًا (عبر زحافة أنبوب) على الأنبوب، وينتقل مصدر لمشع إلى موضع اللحام. وعندما يصل إلى الموضع، يصبح المصدر المشع مكشوفًا عن بُعد ويتم إنتاج صورة إشعاعية للحام على الفيلم، والتي يتم إظهارها وفحصها لاحقًا بحثًا عن علامات على وجود عيوب. وتشمل الأمثلة الأخرى التي يتم إجراء التصوير الشعاعي الصناعي فيها من خلال هذا المجال مصافي النفط والمصانع الكيماوية والمنصات البحرية وصنادل مد الأنابيب وخزانات التخزين وأوعية الضغط وخطوط الأنابيب والجسور والمباني.

6-1-1 تقنيات النظائر المشعة

تستخدم معظم كاميرات التصوير الشعاعي الإيريديوم 192، لكن عددًا كبيرًا من أجهزة التصوير الشعاعي تستخدم الكوبالت 60 أو السيلينيوم 75. وتعتمد النظائر المشعة المختارة على المادة المراد تصويرها بالأشعة وسمكها. وتُستخدم أشعة غاما عالية الطاقة من الكوبالت 60 عادةً للأجزاء السميكة من الفولاذ، من بوصة واحدة إلى عدة بوصات. ويُستخدم الإيريديوم 192 للصلب حتى سمك 2.5 سم، ويُستخدم السيلينيوم 75 للمعادن الأخف وزنًا والأرق. وعادةً ما تندرج مصادر التصوير الإشعاعي ضمن مصادر الفئة 2 في نظام الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA). ويوضح الجدول 1-2 العمر النصفي والانبعاثات المشعة وطاقات هذه النظائر المشعة، ويلخص الجدول 6-1 الخصائص الأساسية لكاميرات التصوير الشعاعي الصناعية بناءً على النظائر المشعة المعينة.

تُصنع كاميرات تصوير أشعة غاما من غلاف فولاذي، يكون عادة ملحومًا ومغلقًا، والذي يغلف اليورانيوم المستنفد أو التنغستين أو درع الرصاص. ويُستخدم اليورانيوم المستنفد (DU) عادةً كدرع للإيريديوم 192 نظرًا لكثافة اليورانيوم المستنفد وقدرته على حماية المصادر عالية النشاط بأمان مع معدلات الجرعة الخارجية التي تلبي المتطلبات التنظيمية. ويستخدم التنغستين عادة لحماية مصادر السيلينيوم 75. ويتم توصيل المصدر بسلك قصير أو كبل مرن قصير غالبًا ما يسمى "سلك التوصيل" (راجع الشكل 6-1) الذي يضع المصدر في الوضع المحمي ويسمح بإغلاق المصدر بشكل آمن في الوضع المخزن.

من الممكن أن تكون كاميرا تصوير أشعة غاما إما على غرار جهاز الإسقاط أو بالنمط الاتجاهي (راجع الشكل 6-2 أ-ج). وفي الكاميرا بنمط جهاز الإسقاط، يُسقط المصدر من الموضع المحمي للكاميرا وينتقل في أنبوب توجيه إلى الموضع المطلوب ثم يُعاد إلى الوضع المحمي في نهاية وقت التعريض. وفي الكاميرا ذات النمط التوجيهي، لا يغادر المصدر الجهاز، لكن يتم نقله من موضع التخزين المحمي إلى نقطة حيث يمكن للمصدر أن يكشف كائنًا في اتجاه محدود.

الجدول 6-1 الخصائص الأساسية لكاميرات التصوير الإشعاعي الصناعية القائمة على النظائر المشعة

(أ) من ASNT،2019.

تحتوي كاميرات التصوير الشعاعي التقليدية على غلاف مادي مضغوط لمصادر الإيريديوم 192 والسيلينيوم 75 التي تتطلب تدريعًا أقل وبالتالي فهي أخف وزنًا من كاميرات مصدر الكوبالت 60. ولا تتطلب كاميرات التصوير الشعاعي أيضًا أي طاقة كهربائية، مما يجعلها جذابة للعديد من الصناعات لأن معظم عمليات الفحص تحدث في مواقع ميدانية خارجية نائية. ويمكن أن تعمل كاميرات تصوير أشعة غاما في ظل الظروف المناخية والمادية الصعبة. وتم تصميم معظم كاميرات التصوير الشعاعي الصناعية لتحمل الظروف العادية وظروف الحوادث أثناء الاستخدام وفقًا للمعيار المعمول به (ISO 3999) وأثناء النقل بناءً على إرشادات الوكالة الدولية للطاقة الذرية (2018 ج). وبموجب هذا التوجيه، يجب أن تفي الكاميرات بمتطلبات الاختبار الصارمة مثل اختبار السقوط من ارتفاع 9 أمتار والاختبار الحراري عند 800 ° مئوية. وتجعل هذه المتطلبات كاميرا تصوير أشعة غاما قوية ومناسبة تمامًا للاستخدام في الاستعمالات الميدانية.

يوفر الحجم الصغير لكاميرات التصوير الشعاعي التقليدية بأشعة غاما (خاصة تلك التي تستخدم مصادر الإيريديوم 192 والسيلينيوم 75) سهولة نقلها والتعامل معها في مواقع العمل (راجع الشكل 6-3 أ-ج) التي تواجه تحديات مادية مثل العمل في المرتفعات، والظروف الموحلة أو المتربة، ودرجات الحرارة القصوى. ويمكن المناورة بها بسهولة حول المنشآت، ويمكنها التنقل عبر الأنابيب صغيرة الأقطار للحصول على صور بالأشعة دون صعوبة. ومع ذلك، فإنها تنطوي على عيوب تتعلق بالسلامة والأمن لأن الكاميرات تحتوي على نويدات مشعة عالية النشاط من الفئة 2، وكثيرًا ما يتم نقلها وغالبًا ما تستخدم في مواقع نائية بدون تدابير أمان خاصة في بعض البلدان. وعندما تكون كمية المواد المشعة كبيرة، كما هو الحال مع مصادر التصوير الشعاعي الصناعي، من الممكن أن تتسبب الحوادث في عواقب وخيمة أو حتى مميتة (كويتوكس وآخرون (Coeytaux et al.)، 2015؛ الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، 1998). ويوجد عدد يُقدر بالآلاف من هذه الكاميرات قيد الاستخدام أو قيد النقل حول العالم في أي وقت.

لم يتغير شيء يذكر في التصوير بأشعة غاما خلال السنوات العشر الماضية؛ ومع ذلك، أدت بعض التغييرات في تصميم المعدات إلى تحسين سلامة التشغيل. ويمثل نظام التصوير الشعاعي للمنطقة الصغيرة الخاضعة للرقابة (SCAR) نظام تصوير بأشعة غاما توجيهيًا يستخدم مصدرًا إشعاعيًا منخفض النشاط (السيلينيوم 75) داخل جهاز تعريض صغير الحجم مع توجيه مدمج لتعزيز القدرة على الفحص الشعاعي مع جرعة جسم بالكامل أقل احتمالية ولتقليل منطقة استبعاد السلامة الإشعاعية إلى بضعة أمتار بدلاً من 100 متر (راجع الشكل 6-4 أ-ب). ويسمح كذلك بإجراء أعمال أخرى في الموقع لأن تشتت الإشعاع أقل. ويستخدم التصوير الشعاعي للمنطقة الصغيرة الخاضعة للرقابة (SCAR) في المواقع التي تكون فيها منطقة إجراء التصوير الشعاعي صغيرة نسبيًا، مثل منصات البترول. وتعتبر تقنية التصوير الشعاعي للمنطقة الصغيرة الخاضعة للرقابة (SCAR) أكثر شيوعًا في البلدان الأخرى عنها في الولايات المتحدة. ويرجع هذا على الأرجح إلى استخدام بلدان أخرى، تاريخيًا، مصادر ذات نشاط أقل لإجراء التصوير الشعاعي الصناعي مقارنة بالولايات المتحدة لأن الحد الأقصى للجرعة السنوية للعامل هو 2 ريم (20 مللي سيفرت) مقابل حد الولايات المتحدة البالغ 5 ريم (50 مللي سيفرت). وتبلغ أنشطة المصادر شائعة الاستخدام في الولايات المتحدة 100-150 كوري (3.7-5.6 تيرا بيكريل) من الإيريديوم 192، في حين أن أنشطة المصادر المستخدمة في معظم البلدان الأخرى تتراوح من 20 إلى 50 كوري (740 جيجا بيكريل) إلى 1.85 تيرا بيكريل) للحد من تعرض الأفراد.

6-1-2 التقنيات البديلة

في حين أن كلاً من فوتونات الأشعة السينية وأشعة غاما يمكن أن تنتج جودة صورة مماثلة على صورة شعاعية يتطلبها الكود الصناعي، فإن المعدات نفسها مختلفة تمامًا. وعلى عكس النويدات المشعة، تولد أجهزة الأشعة السينية نطاقًا مستمرًا من طاقات الفوتون يصل إلى حد أقصى معين اعتمادًا على جهد التشغيل. وتتطلب أجهزة الأشعة السينية التقليدية عمومًا طاقة 220 فولت، والتي قد يكون من الصعب توفيرها في الميدان. وتتطلب كذلك نظام تبريد، وهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن نقلها عبر وحول الأنابيب والبنية التحتية الأخرى. وتعد معظم أنظمة الأشعة السينية أكثر ملاءمة لأعمال التركيب الدائمة ولا يمكن استخدامها في معظم مواقع العمل المؤقتة اقتصاديًا بسبب حجمها ووزنها وإمكانية الوصول إليها ومتطلبات الطاقة الكهربائية، وعادة ما تتطلب سقالات باهظة الثمن. وبالمقارنة، يمكن إدخال أنابيب دليل المصدر المستخدمة في كاميرات التصوير بأشعة غاما في مناطق صغيرة للغاية ومحصورة لإنتاج صور إشعاعية.

لا تتمتع أنظمة الأشعة السينية عادة بالقوة في البيئات المادية الصعبة مثل كاميرات التصوير الصناعي بأشعة غاما. ومن المرجح أن يتعرض أنبوب الأشعة السينية للضرر في البيئة الميدانية. ولذلك، في حين أن مصادر الأشعة السينية مناسبة للاستخدام في منشأة ثابتة، إلا أنها لم تكن الخيار المفضل للتصوير الشعاعي في المواقع الميدانية. ومع ذلك، أدت التطورات في تصميم الأشعة السينية إلى تطوير مصادر الأشعة السينية النبضية التي تعمل باستخدام طاقة البطارية وذات حجم مادي قريب من علب المصدر المشع (لايت (Light)، 2008). وتحسنت وحدات الأشعة السينية النبضية بشكل كبير من حيث قابلية النقل والصلابة على مر السنين ويمكن أن تكون بديلاً قابلاً للتطبيق في بعض المواقع النائية (غولدن (Golden)، 2014). وتتمتع ببعض المزايا على التصوير التقليدي بأشعة

غاما، مثل تقليل أوقات التعريض والحاجة إلى مناطق أصغر خاضعة للسيطرة. ومع ذلك، لا تزال الحاجة إلى الاستبدال المتكرر المكلف للأنابيب والاستخدام المتكرر تجعل التصوير بأشعة غاما الخيار الأكثر موثوقية والمفضل.

كما ذكرنا في الفصل الرابع، طورت شركة RadiaBeam، وهي شركة صغيرة مستفيدة من برنامج أبحا ابتكار الأعمال الصغيرة (SBIR)، التابع للإدارة الوطنية للأمن النووي مسرعًا خطيًا صغيرًا درسته الشركة كبديل محتمل لمصادر الإيريديوم 192 للتصوير الشعاعي الصناعي. وتم اعتبار هذه الآلات باهظة الثمن للغاية ولا يمكنها منافسة التكلفة المنخفضة نسبيًا لمصادر الإيريديوم 192. وتعتبر RadiaBeam في مراحل البحث الأولية لتطوير مسرع خطي صغير الحجم بقدرة 1 ميغا إلكترون فولت يعمل بالبطارية والذي، إذا نجح، سينتج أشعة سينية أعلى طاقة من أنبوب الأشعة السينية وبالتالي سيمتلك طاقات مماثلة لتلك الموجودة في الإيريديوم 192. ونظرًا لانخفاض استخدام الطاقة، لن تتطلب هذه التقنية التبريد بالمياه. ويتطلب هذا المفهوم المقترح عملاً إضافيًا كبيرًا لإنشاء نموذج عمل يمكن اختباره ميدانيًا. وأقر ممثل RadiaBeam الذي تحدث للجنة أنه من غير المحتمل أن تتناسب هذه التقنية الجديدة مع السعر المنخفض لاستخدام النظائر المشعة المتاحة بسهولة التي أثبتت جدواها، على الرغم من الحاجة إلى الاستبدال الروتيني لمصادر الإيريديوم 192.⁴

يُصدر الاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية (AUT)، كبديل للتصوير الشعاعي الصناعي، موجات فوق صوتية إلى مادة تخضع للفحص. وتعكس هذه الموجات أو تكشف العيوب أو الشوائب في المادة وكذلك الأسطح الخارجية للمادة. ويقيس الكاشف الفوارق الزمنية في عودة هذه الموجات الصوتية من العيوب والأسطح الخارجية لتحديد أشكال ومواقع العيوب. ويتعين فحص عمليات المسح وتفسيرها بمهارة بواسطة فنيين مدربين ومعتمدين، ويمكن أن يكون تفسير الصور ذاتيًا بناءً على خبرة المشغل (موران وآخرون (Moran et al.)، 2015). وعلى الرغم من أن طرق التصوير الشعاعي بالنظائر المشعة والأشعة السينية يمكن أن تكتشف مجموعة واسعة من العيوب التي قد تترتب عن اللحام، فإن الاختلافات في الفيزياء تجعل كل طريقة حساسة لنوع معين من العيوب - التصوير الشعاعي مناسب لاكتشاف العيوب الحجمية مثل الخبث والمسامية، في حين أن الموجات فوق الصوتية أكثر ملاءمة لاكتشاف العيوب المستوية مثل الشقوق ونقص الانصهار. ويعرض الجدول 6-2 مقارنة لاستجابة القياس بين التصوير الصناعي باستخدام بأشعة غاما والاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية.

في عام 2009، مولت اللجنة التنظيمية النووية الأمريكية مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني (PNNL) لإجراء مراجعة للأبحاث (موران وآخرون (Moran et al.)، 2010) للمساعدة في فهم القضايا المتعلقة بإمكانية التبادل للاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية مع التصوير الشعاعي الصناعي. واستهدفت مراجعة مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني استبدال التصوير الشعاعي بالاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية على وجه التحديد أثناء بناء مفاعلات الطاقة النووية؛ ومع ذلك، فمن المحتمل استقراء النتائج للاستخدامات الحالية الأخرى للتصوير الشعاعي والاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية. وخلصت المراجعة إلى أن الاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية كان ممكنًا للتصوير الشعاعي في بعض الحالات؛ ومع ذلك، فإن أساليب استخدام الاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية غير محددة حاليًا بشكل كافٍ وستحتاج إلى تحديد أو يلزم تحديد معيار أداء.

6-1-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

لا تزال المصادر المشعة الطريقة المفضلة للاختبار الصناعي غير التدميري في العمليات الميدانية النائية لأن البدائل ليست متساوية أو متفوقة حتى الآن من حيث قدرتها على اكتشاف الأعطال، حيث توفر صورًا لا يمكن تفسيرها بسهولة، وهي أعلى تكلفة-

___________________

⁴ سليم باوتشر، شركة راديابيام تكنولوجيز، عرض تقديمي أمام اللجنة في 17 ديسمبر 2020.

وليست قوية. ولهذه الأسباب، كان اعتماد بدائل مثل الأشعة السينية والاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية للاختبار الصناعي غير التدميري بطيئًا.

كما هو الحال في الاستعمالات الطبية، مع التقدم المحرز في الموارد الحاسوبية والبرامج التحليلية المتطورة، يزيد التصوير الشعاعي الصناعي من استخدامه للتصوير الشعاعي الرقمي ليحل محل صور الأفلام التقليدية في بعض الاستعمالات. ويتم التقاط الصورة على ألواح الفوسفور وترقيمها، والتي يمكن بعد ذلك تفسيرها وتخزينها بسهولة. ويمكن تحسين الصورة الرقمية باستخدام البرامج، مما يجعل الصورة أسهل في التفسير. ونظرًا لأن ألواح الفوسفور تتطلب طاقة أقل لإنتاج صورة، فمن الممكن تقليل وقت التعريض ومنطقة استبعاد الإشعاع. وبالإضافة إلى ذلك، تسمح باستخدام مصادر مشعة منخفضة النشاط.

توجد حاليًا بعض عيوب استخدام التصوير الشعاعي الرقمي مقابل الفيلم، مثل ارتفاع تكاليف رأس المال الأولية، والقيود المفروضة على استخدام لوحات الفوسفور في المواقع الميدانية، ولوحات الفوسفور المسطحة التي لا يمكن ثنيها حاليًا حول الأنابيب، ومتطلبات التدريب الإضافية. ومع ذلك، عند تناول هذه الأمور، من المتوقع أن يزداد استخدام التصوير الشعاعي الرقمي. ويعرض مستند تقني من عام 2017 صادر عن SGS، وهي شركة رائدة في خدمات فحص الاختبارات، تقديرات تشير إلى أن استخدام التصوير الشعاعي الرقمي تمثل حوالي 10 في المائة من جميع التصوير الشعاعي ومن المرجح أن يزداد في المستقبل (مونتيس وتايلور (Montes and Taylor)، 2017).

كما هو الحال مع التصوير الشعاعي مقابل الاختبار الآلي بالموجات فوق الصوتية، من المرجح أن تكمل تقنيات المسرع التصوير الشعاعي، بدلاً من أن تحل محله. ومن المحتمل استخدام التقنيات الأحدث مع المصادر المشعة ما لم تحظر اللوائح النظائر المشعة أو كانت هناك تحديات تتعلق بتوافر النظائر المشعة. وتنطبق المبادئ الفيزيائية المختلفة على أنواع وخصائص مختلفة من الأيونات وأشعة الإلكترون، لذا فإنها تقيس جميعًا عوامل مختلفة وكلها ذات قيمة. وخلصت ورشة في عام 2019 حول المسرعات نظمتها وزارة الطاقة (2019) إلى وجود حاجة إلى تحسينات تقنية أساسية إضافية لتصغير وتثبيت (أي زيادة العمر التشغيلي والصلابة)، وخفض تكلفة توليد حزم أشعة عالية الطاقة من الأيونات والإلكترونات.

تستخدم الدول النامية أيضًا تقنيات النظائر المشعة في الاختبارات غير المدمرة. وتجدر الإشارة إلى أن الوكالة الدولية للطاقة الذرية تقدم المساعدة التقنية بشأن مجموعة متنوعة من تقنيات الإشعاع للاختبار غير المدمر للدول الأعضاء التي تطلب مثل هذا التدريب والتوجيه. على سبيل المثال، في عام 2009 بمساعدة الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، بدأ مركز الاختبارات غير المدمرة التابع لمعهد الطاقة الذرية الفيتنامي في اعتماد التصوير الشعاعي الرقمي ليحل محل أفلام الأشعة السينية التقليدية، وقام بعد 10 سنوات بتشغيل 15 آلة تصوير إشعاعي رقمية (ماريه (Marais)، 2019).

تعتبر معدات التصوير الشعاعي الصناعية قوية للغاية ويمكن استخدامها لعقود مع حاجتها إلى الحد الأدنى من الصيانة. وينتج عن هذا عدم لجوء الشركات إلى استبدال المعدات العاملة وتأجيل تكاليف رأس المال لشراء أنظمة أكثر تطورًا وباهظة الثمن. وليس من الصعب تعلم أو تنفيذ تشغيل كاميرا تصوير إشعاعي صناعية. ورغم أنه لا يلزم سوى حوالي 160 ساعة من التدريب للحصول على شهادة لتشغيل هذا الجهاز، فإن المتطلبات الإلزامية تشمل مبادئ الإشعاع والتصوير الشعاعي، والتدريب على السلامة، وتفسير الأفلام الشعاعية ومعالجتها، بالإضافة إلى التدريب أثناء العمل كمساعد لمصور الأشعة.⁵ ومع سهولة التشغيل وانخفاض تكلفة التشغيل والقدرة على استخدامها في المواقع البعيدة بدون طاقة خارجية، ستواصل العديد من البلدان النامية استخدام معدات غاما بدلاً من أنظمة الأشعة السينية.

تدرك اللجنة العمل الكبير الذي يجري تنفيذه في فرنسا لتحديد التقنيات البديلة لكاميرات التصوير بأشعة غاما. وتنسق مجموعة عمل تعاونية في فرنسا، من اتحاد فرنسا للاختبارات غير المدمرة والجمعية الفرنسية للحماية من الإشعاع، التحقيق في تحسين أداء السلامة في التصوير الشعاعي الصناعي والبدائل الممكنة لاستخدام مصادر غاما. وأقر مقدمو العروض في المؤتمرات التي نظمتها الوكالة الدولية للطاقة الذرية (مارتن (Martin)، 2013) وآخرون،⁶ بأن استبدال التصوير بأشعة غاما ليحل ملحها اختبار الموجات فوق الصوتية الآلية أو بدائل أخرى لا يزال أمامه بضع سنوات. ويرجع ذلك إلى القيود الفنية للتقنية الجديدة والوقت اللازم لإجراء عمليات التحقق وتطوير المعايير. ومع ذلك، من المسلم به أن تظل هذه التقنيات الجديدة مكملة في المقام الأول للتصوير بأشعة غاما.

يرجع أحد أسباب استمرار استخدام التصوير الشعاعي الصناعي على نطاق واسع في المستقبل القريب إلى عدم تطوير بدائل لبعض الاستعمالات، على سبيل المثال، الحصول على صورة شعاعية لجسم صمام لتحديد ما إذا كان الصمام مغلقًا تمامًا. وسيستمر تطوير معدات وتقنيات الموجات فوق الصوتية المتقدمة؛ ومع ذلك، لا يزال معظم المستخدمين غير مستعدين لقبول النتائج أو تفسيرها، ويريد العديد من المستخدمين رؤية صورة مباشرة لا تتطلب تفسيرًا.⁷ ويعني المستوى الأعلى للمعدات والمستوى الأعلى من المؤهلات الفنية تكلفة أعلى. ولا يرغب المستخدمون في دفع تكاليف أعلى للتقنيات البديلة عندما تعمل الأساليب الأساسية المثبتة بتكلفة أقل.

___________________

⁵ يُرجى الاطلاع على .https://atslab.com/training/rt-certification

⁶ الاجتماع المخصص للدول صاحبة المصلحة المشاركة في البدائل التقنية للمصادر المشعة عالية النشاط، الوكالة الدولية للطاقة الذرية. فيينا، النمسا، من 23 إلى 24 مايو 2019.

⁷ ديفيد تيبو، Team Inc.‎، عرض تقديمي أمام اللجنة في 12 يونيو 2020.

وبشكل عام، يوفر التصوير الشعاعي بالنظائر المشعة تكاليف تشغيل أقل بكثير لتحقيق نتائج فحص جيدة. وبالإضافة إلى ذلك، قد تكون بعض طرق الاختبار غير المدمرة غير ذات صلة كطريقة فحص صالحة. ويزن معظم مهندسي الاختبار غير المدمر طرق الفحص لاكتشاف العيوب، ونوع العيب في المادة موضوع البحث، وإمكانية الوصول، واقتصاديات الطريقة المستخدمة.

6-2 المقاييس الصناعية

تم استخدام المقاييس الصناعية المشعة الثابتة في كل أرجاء الصناعة لمدة 70 عامًا لقياس السماكة أو الكثافة أو مستوى التعبئة لمنتج أثناء تصنيعه أو معالجته دون ملامسة المادة نفسها. وتُستخدم مقاييس السُمك في المعالجة للتأكد من أن المنتج أو المادة بأكملها بالسُمك نفسه في جميع الأجزاء، أو للتأكد من تساوي الطلاء على المادة. وتُستخدم مقاييس الكثافة في إنتاج الإسمنت والبترول والطرق للتأكد من تناسق كثافة المادة. وتتحقق مقاييس مستوى الملء من كمية المواد داخل الوعاء، وتوفر مراقبة مستمرة أثناء الإنتاج، ويمكن العثور عليها في العديد من الصناعات بما في ذلك مصانع التعبئة.

يتم تركيب المقاييس الصناعية المشعة الثابتة بشكل دائم في مكان معين. وتمر الأشياء الخاضعة للفحص عادة عبر مقياس ثابت يحتوي على مصدر إشعاعي على سير ناقل أو خط أنابيب أو في وعاء للفحص. ويتم وضع كاشف إشعاع على الجانب الآخر من الجسم من المصدر. وعندما يتعرض المصدر المشع، ينبعث الإشعاع من المقياس ويمر بعض الإشعاع عبر المادة الصلبة أو السائلة التي تخضع للاختبار. ويمتص الجسم بقية الإشعاع. وسيتم قياس أي إشعاع يمكن أن يمر بالكامل عبر الجسم عند الكاشف وتحويله إلى إشارة كهربائية تسمح بالتحليل.

تتولى مقاييس أنابيب الدوران تقييم أطوال الأنابيب الفولاذية المستخدمة التي يُراد إعادة استخدامها. ويسمح ذلك بتحديد التآكل أو الانحلال أو أي عيوب أخرى في الأنبوب قبل وضعه في نظام قد يتسبب في حدوث مشكلات اقتصادية وبيئية وصحية مدمرة، حتى لو تعطل أنبوب واحد.

في مقاييس الناقل، تقيس أدوات قياس معدل التدفق كمية المادة التي تتدفق عبر مقطع عرضي في الأنبوب لكل وحدة زمنية. ويتم إخراج الكمية المقاسة في شكل كتلة أو حجم. وتقيس استعمالات معدل التدفق القياسية الغازات والأبخرة والسوائل التفاعلية أو اللزجة في خطوط الأنابيب. وتقيس أيضًا المواد الصلبة السائبة على سيور النقل في العديد من الصناعات، مثل التعدين ومواد البناء وتوليد الطاقة وصناعة اللُب والورق.

تُستخدم مقاييس الأفران العالية في صناعة الصلب، وتُستخدم مصادر الكوبالت 60 لقياس تآكل البطانة المقاومة للصهر من خلال مراقبة سماكة البطانة في هذه الأوعية المُحكمة. ومن الممكن أن توفر هذه المقاييس بيانات عن تدفقات الغاز والمواد، ومعلومات مفيدة للتحكم الدقيق في الفرن العالي.

في صناعة التعدين، يتم إطلاق المعادن مثل الذهب والنحاس والزنك من سوائل التعدين باستخدام وعاء مُحكم الغلق ذي قطر كبير مع جدران خزان سميكة. ويتم استخدام المقياس داخل الوعاء مُحكم الغلق لقياس مستوى والسائل مستوى نقطته ويعمل تحت ظروف كاشطة ودرجة حرارة وضغط عاليين.

في صناعة النفط والغاز، تحدث عملية إزالة فحم الكوك من الخام الثقيل تحت درجات حرارة قصوى تصل إلى 930° فهرنهايت. وتستخدم المقاييس الصناعية لقياس مستوى فحم الكوك في الخزان. وتفشل أساليب القياس الأخرى أو لا يمكن الاعتماد عليها على الإطلاق.

تستخدم صناعة البتروكيماويات مقاييس المستوى في عمليات مختلفة لفصل المنتجات في الخزانات الكبيرة ذات جدران الأوعية السميكة. وتتعرض عمليات الفصل عادة إلى مواد شديدة الكشط أو التآكل. ولا يمكن استخدام تقنية قياس غازية داخل الخزان بسبب هذه الظروف.

تستخدم أعمال التكريك مقياسًا لقياس كثافة ومعدل تدفق المادة المجروفة وهي طريقة راسخة في صناعة التجريف. ويوفر نظام قياس الكثافة، المثبت على الجدار الخارجي لخط الأنابيب، قراءات ثابتة في ظل الاهتزاز الشديد. وتُستخدم أنظمة قياس الكثافة في استعمالات التكريك للتحكم المستمر في العملية على خطوط الأنابيب. وأثناء القياس، لا تتأثر خصائص تدفق المادة بطريقة عدم الاتصال هذه.

يعد مقياس الكثافة أو المستوى، في جميع هذه الاستعمالات، تقنية راسخة توفر نتائج دقيقة وقابلة للتكرار، وقياسًا في الوقت الفعلي أثناء التشغيل، واستقرارًا عاليًا للقياس. وليس له كذلك أي تأثير على المواد التي تخضع للقياس، لأن القياس غير ملامس، مع تركيب مباشر خارج الوعاء.

6-2-1 المصادر المشعة

يمثل السيزيوم 137 والكوبالت 60 النويدات المشعة الأولية المستخدمة في المقاييس الصناعية الثابتة. تتراوح الأنشطة من 0.05 كوري إلى 5 كوري (1.85–185 غيغا بيكريل) للسيزيوم 137 و0.25 كوري إلى 10 كوري (9.75-370 غيغا بيكريل) للكوبالت 60 وتُصنف ضمن مصادر الفئة 3 والفئة 4 بناءً على نظام تصنيف الوكالة الدولية للطاقة الذرية.

تتمتع المقاييس ببنية بسيطة صلبة تتكون من غلاف فولاذي مملوء بالرصاص أو التنغستين أو الصلب كدرع (راجع الشكل 6-5). وتلبي المصادر المشعة المستخدمة في الجهاز متطلبات الشكل الخاص ومعايير الأداء العالي لمعيار ISO 2919 لقياس المصادر. ويتم تشغيل المقاييس عن طريق تدوير المصدر إلى الوضع المكشوف لأخذ القياس ثم العودة إلى الوضع المخزن المحمي في نهاية القياس. ولا تتطلب الأجهزة سوى قدر قليل من الصيانة وتعمل بشكل موثوق لسنوات مع حاجتها لأدنى حد من الدعم.

تُستخدم المقاييس عادة في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة والضغط العاليين، داخل وحول مواد مسببة للتآكل ومواد كاشطة، وتحت اهتزاز مفرط. وعادة ما تكون المنشآت التي تتطلب الاختبار عبارة عن أوعية كبيرة ذات جدران سميكة وغالبًا ما تكون في مواقع يصعب الوصول إليها. ويتم تثبيت مصادر القياس بشكل دائم خارج الوعاء وتتطلب طاقة عالية لاختراق الجدران.

6-2-2 التقنيات البديلة

كما هو مذكور أعلاه، تُستخدم أنظمة القياس الإشعاعي، أي تلك التي تستخدم المصادر المشعة، عادة عند وجود ظروف معالجة قاسية، مثل درجات الحرارة العالية، والضغوط العالية، والبيئات الصناعية المسببة للتآكل، لأن القياسات الإشعاعية لا تتطلب التلامس مع المادة التي يجري قياسها. وفي حالة عدم وجود هذه الأنواع من الظروف، غالبًا ما تفضل الصناعة استخدام تقنيات بديلة بدون نظائر مشعة. وتستخدم هذه التقنيات (راجع الشكل 6-6) الرادار والرادار الموجه والموجات فوق الصوتية والضغط التفاضلي، وتتطلب الوصول إلى المواد الموجودة داخل الخزان أو الأنبوب.

يُستخدم الرادار لقياسات المستوى. وتُركب أنظمة الموجات الراديوية هذه عادةً أعلى خزان مملوء بسائل أو مادة صلبة. ويرسل النظام إشارة رادار إلى المنتج ويستقبل انعكاس الإشارة مرة أخرى. وبناءً على الوقت المستغرق لعودة الإشارة، يحلل النظام مستوى التعبئة الحالي للخزان. ويتمتع الرادار بدقة قياس عالية ولا يتأثر بدرجة الحرارة أو الضغط.

يعمل القياس بالموجات فوق الصوتية عن طريق تركيب محول طاقة بالموجات فوق الصوتية في الجزء العلوي من حاوية تحتوي على سائل. ويرسل محول الطاقة نبضة فوق صوتية تنعكس مرة أخرى من سطح السائل. ويحسب الحساس بعد ذلك مستوى التعبئة بناءً على الوقت بين الإشارات المرسلة والمستقبلة.

يستطيع قياس الضغط التفاضلي قياس المستوى والكثافة ومعدل التدفق. ويعمل عن طريق قياس الضغوط المختلفة داخل وخارج الوعاء. ويتم تحويل التفاضل إلى إشارة إلكترونية وتحليلها. ويمكن أن تغطي هذه التقنية نطاقًا كبيرًا من الاستعمالات المختلفة ويمكنها اكتشاف اختلافات تبلغ بضعة ملليبارات.

6-2-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

يعتبر العامل الرئيسي الذي يجب وضعه في الاعتبار لاعتماد تقنيات بديلة لاستبدال المقاييس التي تستخدم المصادر المشعة هو القدرة على العمل في بيئات عملية قاسية حيث لا يكون نظام القياس على اتصال مباشر مع المادة التي يتم قياسها، كما ذكر سابقًا. وتكون قياسات الإشعاع مفيدة لظروف عدم الاتصال هذه. ويبدو أن نظام الأشعة السينية يوفر هذه الإمكانية، ويصنع معظم مصنعي أجهزة القياس بعض أنظمة الأشعة السينية. ومع ذلك، لا تتمتع أنظمة الأشعة السينية هذه بالمتانة نفسها التي تتمتع بها أنظمة القياس بالمصدر المشع.

علاوة على ذلك، يجري استخدام العديد من المقاييس مع مصادر الفئة 3 في أنظمة التحكم في العمليات شديدة القسوة مثل درجات الحرارة و/أو الضغوط العالية، والوسائط الكاشطة أو اللزجة، والمواقع التي تتعرض فيها للاهتزاز أو التحريك المفرط، وغيرها من بيئات التشغيل القاسية التي لا تستطيع التقنيات الأخرى تحملها حاليًا. ولهذه الأسباب، من غير المحتمل وجود بديل باستخدام أي تقنية أخرى في المستقبل القريب للمقاييس التي تستخدم مصادر الفئة 3.

على الرغم من استخدام الضغط التفاضلي (DP) بشكل متكرر، حيثما أمكن، إلا أن القيود هنا قد تكون درجة الحرارة، أو التراكم، أو الوسائط اللاصقة، أو الوسائط الكاشطة، أو كثافة الوسيط المتغيرة. وفي كثير من الأحيان يطلب المستخدمون قياسين أساسيين فيزيائيين مستقلين بحيث يمكن الجمع بين قياسات الضغط التفاضلي والقياسات الإشعاعية لتحقيق التكرار في النتائج. وفي استعمالات التعدين والبتروكيماويات، يمكن استخدام الضغط التفاضلي، لكن لم يثبت أنه محل ثقة مثل المقاييس الإشعاعية بسبب القراءات غير الدقيقة عندما تتغير كثافة الوسائط وقصر عمر الحساس. لذلك، لم يكن بديلاً مجديًا.

بالنسبة لعمليات التكريك، يتم استخدام أنظمة الموجات فوق الصوتية كبديل للمقاييس الراديومترية، لكنها تتطلب جهدًا عاليًا في التركيب، ويصعب معايرتها، وحساسة جدًا للاهتزاز.

في صناعة النفط والغاز خاصة في "فحم الكوك"، لا يوجد بديل مناسب بسبب درجات الحرارة العالية للغاية اللازمة في هذه الأوعية.

مع كل هذه التقنيات والاستعمالات غير المشعة، ربما يوجد بعض التحسن في المستقبل القريب، لكن الحدود المادية هي العوامل المقيدة، ويجب التغلب عليها للحصول على بدائل قابلة للاستعمال.

بشكل عام، مع زيادة حساسية أجهزة الكشف، يوجد اتجاه لاستخدام مصادر ذات نشاط أقل، وفي كثير من الحالات يمكن استبدال مصادر الفئة 3 المستخدمة حاليًا لتحل محلها مصادر من الفئة 4. ومع زيادة الحساسية، يمكن استخدام مصادر الفئة 3 لفترات زمنية أطول حتى عندما يتحلل المصدر إلى نشاط أقل، لذلك لا يلزم استبدالها كثيرًا، مما يؤدي إلى تأخير الحاجة إلى التخلص منها. ونتيجة لذلك، في المستقبل القريب، ستستخدم العديد من هذه الاستعمالات مصادر الفئة 4 وبالتالي ستقلل من مخاطر الأمان.

فيما يخص بعض الاستعمالات، لا توجد تقنية بديلة قابلة للاستعمال يمكنها حاليًا أن تحل محل استخدام أجهزة القياس بالمصادر المشعة. وكما هو الحال مع التصوير الشعاعي الصناعي، أصبح استخدام التقنيات البديلة الآن مكملاً لاستخدام المقاييس بالمصادر المشعة، ومن المحتمل أن تستمر هذه الحالة في المستقبل القريب.

6-3 تسجيل قياسات الآبار

تُستخدم تسجيل قياسات الآبار منذ أكثر من 90 عامًا لاستكشاف بنية وتكوين الصخور والسوائل في باطن الأرض، ولقياس الخصائص الفيزيائية البتروفيزيائية الأساسية للخزانات، ولتقدير إمكانات الموارد. ويعد التطبيق الأكثر شيوعًا لتسجيل قياسات الآبار هو البحث عن احتياطيات الهيدروكربون القابلة للاسترداد بواسطة صناعة البترول. ويعد تسجيل قياسات الآبار أيضًا أسلوبًا مهمًا يستخدم في البحث عن الموارد المعدنية والحرارة الجوفية والمياه الجوفية.

يوجد أكثر من 900,000 بئر نفط وغاز نشطة في الولايات المتحدة وملايين أخرى حول العالم. ومن عام 2014 إلى عام 2018، تم حفر أكثر من 19,000 بئر نفط وغاز سنويًا في الولايات المتحدة. وقبل جائحة فيروس كورونا (كوفيد-19)، كان من المتوقع اكتمال ما يقرب من 21500 بئر نفط⁸ سنويًا من 2020 إلى 2022 (غارسايد (Garside)، 2019). وأدى التراجع الناجم عن الجائحة في النشاط الاقتصادي واستهلاك البترول إلى انخفاض ملحوظ في أسعار النفط والغاز وما يصاحب ذلك من انخفاض في عمليات الحفر والاستكشاف. (راجع المناقشة الإضافية في القسم 6-3-3.)

تجري عمليات تسجيل قياسات الآبار الحديثة إما في الوقت نفسه أثناء الحفر (تسجيل القياسات أثناء الحفر [LWD]) أو بعد حفر البئر عن طريق إنزال حبل سلكي يتضمن أدوات مخصصة في حفرة بئر مفتوحة أو مغطاة. ويتضمن كل أسلوب مزايا محددة. باختصار، يوفر تسجيل القياسات أثناء الحفر معلومات سريعة عن الوضع تحت السطح يمكن أن تساعد في توجيه الحفر في الوقت الفعلي تقريبًا، لكن الضغط الشديد ودرجة الحرارة والظروف الميكانيكية لبيئة الحفر، جنبًا إلى جنب مع الحاجة إلى تشغيل أداة تسجيل صغيرة نسبيًا واستعادة بيانات السجل، تقيد نوع الجهاز الذي يمكن استعماله وكمية البيانات التي يمكن نقلها بشكل موثوق إلى السطح أثناء الحفر. وفي المقابل، يسمح تسجيل القياسات عن طريق الحبل السلكي باستخدام مجموعة واسعة من أدوات التسجيل، لكن نظرًا لأن البيانات تصبح متاحة فقط بعد حفر البئر، لا يمكن استخدام هذه المعلومات لاتخاذ القرارات أثناء الحفر. ويعد حفر بئر للتنقيب عن البترول نشاطًا مكلفًا ومحفوفًا بالمخاطر حيث يكلف الشركة ما متوسطه 200,000 دولار إلى 300,000 دولار يوميًا في حالة استخدام منصة حفر بحرية (IHSMarkit، ‏2020). ويعتبر التنقيب عن المعادن أو التنقيب عن المياه الجوفية وإنتاجها أقل تكلفة، لكنه لا يزال مكلفًا.

يعد تسجيل قياسات الآبار نشاطًا متخصصًا للغاية. ويتعاقد المشغل، الذي يكون عادة شركة نفط دولية كبرى تعمل بمفردها أو كقائد لتجمع من الشركات، مع مزود خدمة لتصميم ونشر مجموعة من أدوات تسجيل القياسات المناسبة، وجمع بيانات السجل، وتوفير سجلات الآبار المشروحة. ثم يتم استخدام هذه السجلات بواسطة المشغل لاستنتاج المعلمات البتروفيزيائية الجوفية التي يمكن استخدامها لتقدير الموارد المحتملة وتكلفة الإنتاج ومخاطر المشروع المصاحبة. ويوجد أكثر من 200 من مزودي خدمات تسجيل قياسات الآبار في الولايات المتحدة. وتوفر جميع الشركات، وهي تقريبًا صغيرة إلى متوسطة الحجم، ما يقدر بنحو 60 إلى 70 في المائة من وحدات تسجيل القياسات في الولايات المتحدة. ومع ذلك، لا يتساوى عدد وحدات تسجيل القياسات لشركة تسجيل قياسات مع حجم أعمال تسجيل القياسات التي توفرها أي شركة. وتمتلك شركات تسجيل القياسات الدولية المتكاملة الكبرى حجم أعمال عالمي أكبر بكثير من 200 شركة تسجيل قياسات صغيرة إلى متوسطة الحجم مجتمعة. ومن بين أكبر أربع شركات دولية للتسجيل، توجد شركتان (Halliburton وBaker-Hughes) من أصل أمريكي، وشركة Schlumberger، وهي شركة فرنسية الأصل، لها مقرات

___________________

⁸ يتضمن إتمام حفر البئر الخطوات المتخذة لتحويل البئر المحفور إلى بئر منتج. وتتضمن هذه الخطوات التغليف والتدعيم والتثقيب والدعم بالحصى، وتركيب شجرة إنتاج، وكلها تتم بشكل عام بعد تسجيل قياسات البئر.

رئيسية في الولايات المتحدة وفرنسا. والشركة الرابعة، Weatherford، تم تشكيلها من مجموعة من عدة شركات مقرها المملكة المتحدة والولايات المتحدة وخرجت من السوق الأمريكية. ومن غير المؤكد كيف ستكون المنافسة في السنوات إلى العقود القادمة نظرًا لعوامل مختلفة تؤثر على الطلب على تسجيل قياسات الآبار (راجع المناقشة في القسم 6-3-3). وتمتلك شركات تسجيل القياسات الكبرى الموارد التقنية والمالية لتطوير بدائل لتسجيل قياسات الآبار المعتمد على النظائر المشعة. واستثمرت هذه الشركات في البحث عن البدائل، وأطلق البعض منها أساليب بديلة تجارية أو تجريبية تعتمد على أساس نووي.

تم تطوير ونشر مجموعة واسعة من تقنيات تسجيل القياسات، التي يمكن، لأغراض هذا التقرير، تصنيفها إلى ثلاث فئات عامة (راجع الجدول 6-3):

1. الأساليب غير النووية التي لا تتضمن مصدرًا للإشعاع المؤين (راجع المناقشة الموجزة أدناه حول جوانب بعض هذه الأساليب)؛
2. أساليب النظائر المشعة التقليدية التي تتضمن مصدرًا مغلقًا للإشعاع المؤين (راجع القسم 6-3-1 للاطلاع على مناقشة مفصلة)؛
3. أساليب مصادر النيوترون البديلة التي تستخدم مسرعات الديوتيريوم و/أو التريتيوم (راجع القسم 6-3-2 للحصول على مناقشة مفصلة).

تتضمن الأساليب غير النووية مصفوفات صوتية وحساسات كهربائية وكهرومغناطيسية وأجهزة قياس مغناطيسية وأدوات رنين مغناطيسي نووية وحساسات لدرجة الحرارة والضغط والأبعاد. وتميل هذه الأساليب إلى استكمال الأساليب المعتمدة على النظائر المشعة، وفقًا لما جرى مناقشته بمزيد من التفصيل في القسم 6-3-3. وتشمل الجوانب الفنية لهذه الأساليب غير النووية المفاهيم التالية حول ما يتم قياسه، وكيفية إجراء القياسات، والسجلات التي يجري تسجيلها (راجع الشريط الجانبي 6-1 حول أهمية سجلات قياسات الآبار في التنقيب عن البترول).

يقيس الكمون الذاتي (SP)، فرق الجهد الكهربي بين الأقطاب الكهربائية في أداة لقاع البئر. وبإضافة مصدر للتيار الكهربائي في المسبار، يمكن قياس المقاومة بين الأقطاب الكهربائية أو أجهزة الإرسال والاستقبال. ويؤثر التركيب المادي للصخور في الطبقة الجيولوجية التي يجري فحصها على المقاومة المقاسة. ويمكن استخدام سجل قياسات المقاومة (راجع الشكل 6-7) لتقدير مسامية الطبقة ومحتوى السوائل في المسام. وتُستخدم ملفات الحث الكهرومغناطيسي عادة لقياس المقاومة. وعلى وجه التحديد، يرسل ملف

الإرسال الإشارة الكهرومغناطيسية إلى التكوين الجيولوجي، ويتم جمع الإشارات المستحثة من التكوين بواسطة جهاز الاستقبال لقياس المقاومة الظاهرة. وبالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أداة ثابت العزل أحيانًا للمساعدة في قياس محتوى الماء وأنواع الصخور في التكوين. ويقيس ثابت العزل قدرة المادة على تخزين الطاقة الكهربائية عند تطبيق مجال كهربائي، وفي هذه الحالة بالذات، تستخدم الأداة ترددات الموجات الدقيقة في نطاق من بضعة ميغا هرتز إلى 1.1 جيجا هرتز.

يُعد القياس المباشر لضغط التكوين مفيدًا لمعايرة القياسات الأخرى ولمقارنة النتائج المرتبطة بشكل مباشر أو غير مباشر بضغط التكوين. وتشمل هذه المعايرات والمقارنات مسابير المقاوم الحرارية (الثرمستور) التي تقيس درجة حرارة البئر، وآلات القياس الفكية للبئر التي تقيس الأقطار، وأجهزة مشاهدة قاع البئر التي تقيس الأشكال.

يتم تنفيذ تسجيل القياسات الصوتي بواسطة قياس سرعة الموجات الصوتية في التكوين بين المصدر والمستقبل في المسبار. وتكون سرعة الموجة الصوتية مؤشرًا على المسامية ومحتوى السوائل لنوع معين من الصخور. ويمكن جمع معلومات أكثر تعقيدًا من المصفوفات التي تقيس سرعات الموجات الانضغاطية (P) والقص (S) وحتى الموجات الموجهة (ستونيلي).

يتم إجراء القياسات المغناطيسية بواسطة خفض أنواع مختلفة من أجهزة قياس المغناطيسية في البئر، والأكثر شيوعًا في استكشاف المعادن لتحديد الاختلافات في الخصائص المغناطيسية للتكوين مثل قابلية التأثر والبقاء (الحث المغناطيسي المتبقي في مادة بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي المطبق). واعتمادًا على الاستعمال، يجري تسجيل الاختلافات في إجمالي المجال المغناطيسي، ومكونات القوة الموجهة، و/أو تدرجات التوتر الخاصة به.

تعتمد مسامية ونفاذية التكوينات الجيولوجية على محتوى السوائل ومساحات المسام التي تحتوي على السوائل. ومن خلال تطبيق مجال مغناطيسي قوي، ستعمل ذرات الهيدروجين في السائل (عادةً الماء والهيدروكربونات) على محاذاة عزمها المغناطيسي. وتسمى هذه التقنية بالرنين المغناطيسي النووي (NMR)، وهي طريقة تصوير طبي معروفة (رغم أنها تُعرف في الطب باسم التصوير بالرنين المغناطيسي [MRI]). وعندما ينخفض المجال المغناطيسي، تتحرر نوى الهيدروجين إلى حالتها الأصلية وتنبعث منها إشارات يمكن اكتشافها. يمكن استخدام الإشارات المقاسة لقياس موقع وتركيز وكثافة ذرات الهيدروجين وبالتالي استنتاج مسامية ونفاذية التكوين. ونظرًا لأن شدة المجال المغناطيسي تتناقص بشكل حاد مع المسافة، والوسائط الجيولوجية مثل الطين على جدران البئر تخفف المجال المغناطيسي، فإن الرنين المغناطيسي النووي مفيد لقياس المسامية ومحتوى الماء في الصخور القريبة من حفرة البئر.

6-3-1 تقنيات النظائر المشعة

تستخدم تقنيتا النظائر المشعة الأكثر شيوعًا المستخدمة في تسجيل قياسات آبار البترول مصادر السيزيوم 137 ومصادر نيوترون الأميريسيوم 241 والبيريليوم (AmBe)، وغالبًا ما يتم تعبئتها في أداة قاع البئر نفسها. وتتميز كلتا التقنيتين بانبعاثات إشعاعية مستقرة، على عكس العديد من التقنيات البديلة المرشحة، ولا تتأثر بالظروف البيئية القاسية في قاع البئر مثل الصدمات والاهتزازات الميكانيكية المستمرة والمكثفة ودرجات الحرارة المرتفعة والضغوط العالية. ويحتوي كلا نوعي المصدر على نظائر مشعة محفوظة في أكاسيد مقاومة للصهر صلبة أو سيراميك زجاجي مُحكم الإغلاق باستخدام حاويات معدنية مزدوجة أو ثلاثية الجدران.

تتمتع مصادر النظائر المشعة بمزايا مناسبة تمامًا لاستعمالات قاع البئر في الظروف القاسية: الحجم الصغير؛ وناتج إشعاعي مستقر على مدار مهمة تسجيل قياسات البئر؛ والتشغيل البسيط؛ والتكلفة المنخفضة نسبيًا؛ ولا توجد متطلبات للطاقة؛ والإشعاع موحد الخواص، وهي الأمثل للاستعمال في البئر. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع مصادر السيزيوم 137 بعمر خدمة طويل نسبيًا يبلغ حوالي 15 عامًا. علاوة على ذلك، عادة ما يكون نطاق النشاط لهذه المصادر عند 1 - 3 كوري (37 - 111 غيغا بيكريل) وبكميات من الفئة 4 ‏(CISA، ‏2019). وتتمثل عيوب المصادر المُحكمة في أنه لا يمكن إيقاف تشغيلها أو ذبذبتها، ولا يمكن تغيير طاقات غاما أو النيوترونات الخاصة بها، كما أنها تمثل خطرًا محتملاً على الأمن والسلامة الإشعاعية في حالة فقدها أو سرقتها أو إساءة استخدامها (CISA، ‏2019).

أشار تقرير الأكاديميات الوطنية لعام 2008 إلى أنه في حين يمكن استبدال مصدر إشعاعي من الفئة 3 يعمل بالسيزيوم 137 لتحل محله آلة أشعة سينية بديلة مثل المسرع الخطي، إلا أن هناك عقبات كبيرة في تطوير أداة عملية (اللجنة التنظيمية النووية (NRC)، 2008). وشملت هذه المشاكل حجم الآلة، وطيف طاقتها الواسع، وثباتها، وإشعاعها متباين الخواص. وبالنظر إلى هذه المشاكل، لم يتم إنجاز سوى القليل من أعمال التطوير منذ عام 1987. ورأت لجنة عام 2008 أن استبدال هذه المصادر لم يكن أولوية، ويبدو أنه لم يكن هناك تقدم ملموس في تقنيات تسجيل السيزيوم 137 منذ ذلك الوقت.

ومصادر نيوترون الأميريسيوم والبريليوم (AmBe) عبارة عن خليط من أكسيد ²⁴¹AmO₂ (ثاني أكسيد الأميريسيوم 241) ومساحيق معدنية من 9Be (البريليوم 9). ويتم ضغطها بإحكام في شكل أسطواني لزيادة احتمالية حدوث تفاعل جسيم ألفا مع البريليوم وعادة ما يتم تغليفها في وعاء ملحوم أو ثلاثي الجدران من الفولاذ المقاوم للصدأ (راجع الشكل 6-8).

ينتج عن الانحلال الإشعاعي للأميرسيوم 241 جسيمات ألفا، والتي تتفاعل مع ذرات البريليوم 9 لإنتاج ذرات النبتونيوم 237، وذرات الكربون 12، ونيوترونات حرة، وأشعة غاما بقدرة 4.4 ميغا إلكترون فولت. وتخضع قوة مصدر النيوترون لنشاط الأميريسيوم 241، الذي يمكن أن يصل إلى 16 كوري بالنسبة لمصادر التسجيل، وهو أقصى نشاط مسموح به لمصدر من الفئة 3. ويتحلل النبتونيوم 237 إلى البروتكتينيوم 233 (بعمر نصفي 2.1 مليون سنة)؛ وبالتالي، فإن نشاط ألفا الرئيسي ينتج عن انحلال الأميريسيوم 241.

توجد ثلاث فئات على الأقل من المخاطر الأمنية المرتبطة بمصادر نيوترون الأميريسيوم البريليوم النشطة (أي المستخدمة بانتظام) أو التي توقف استخدامها: (1) فقدان السيطرة على مصدر نشط أثناء عمليات تسجيل القياسات؛ و(2) فقدان السيطرة على مصدر نشط أثناء النقل إلى/من موقع تسجيل القياسات أو أثناء التخزين المؤقت؛ و(3) فقدان السيطرة على مصدر توقف استخدامه أثناء التخزين الدائم. ومن الممكن أن تؤدي أي من حوادث فقدان السيطرة هذه إلى إصابة إشعاعية و/أو تلوث بالموقع و/أو الحرمان من المنطقة عن طريق التشتت العرضي أو الاستخدام المتعمد لسلاح إشعاعي (RDD).

6-3-2 التقنيات البديلة

يحتوي تقرير الأكاديميات الوطنية لعام 2008 (اللجنة التنظيمية النووية (NRC)، 2008) على نظرة عامة على تقنيات المصادر النيوترونية البديلة التي يمكن استخدامها في تسجيل قياسات الآبار لأنه في ذلك الوقت كانت العديد من مصادر الأميريسيوم والبريليوم في الفئة 2 وبالتالي ضمن نطاق تقرير عام 2008 لكن، كما هو مذكور في الجدول 6-4، تندرج جميع المصادر الجديدة في الفئة 3. وتضمنت هذه البدائل مصادر نيوترونية معتمدة على معجل تشتمل على الديوتيريوم و/أو التريتيوم ومصادر نيوترون كاليفورنيوم 252 مُحكمة. ويركز هذا القسم على التقنيات البديلة التي تستخدم الديوتيريوم و/أو التريتيوم نظرًا لأن الكاليفورنيوم 252 مصدر للنظائر المشعة. وينتج الكاليفورنيوم 252 نيوترونات عبر الانشطار التلقائي ويمكن أن يكون مصدرًا موثوقًا للنيوترونات؛ ومع ذلك، نظرًا لعمره النصفي القصير نسبيًا الذي يبلغ حوالي 2.6 سنة، يجب تجديده بشكل متكرر أكثر من مصادر الأميريسيوم والبريليوم. لكن مصادر الكاليفورنيوم ذات عائد نيوترون أعلى من مصادر الأميريسيوم والبريليوم، وسيكون توليد النيوترونات المكافئ بين النوعين بقدرة 27 ميغا كوري (1 غيغا بيكريل) للكاليفورنيوم 252 مقابل 16 كوري (592 غيغا بيكريل) لمصدر الأميريسيوم والبريليوم النموذجي (CISA، ‏2019) ويلخص الجدول 6-5 بعض فوائد وقيود التقنيات البديلة التي تستخدم الديوتيريوم و/أو التريتيوم مقابل الأميريسيوم والبريليوم لمصادر النيوترون.

منذ نشر تقرير الأكاديمية الوطنية للعلوم لعام 2008، تم إنجاز قدر كبير من العمل في أبحاث تسريع الديوتيريوم -الديوتيريوم والديوتيريوم -التريتيوم و التريتيوم -التريتيوم. على سبيل المثال، بدعم من برنامج أبحاث ابتكار الأعمال الصغيرة (SBIR) التابع للإدارة الوطنية للأمن النووي (NNSA)، طورت Starfire Industries مولد النيوترون المحمول nGen® D-D ونشرjه في أداة QL-40 Compensated Neutron Logger، مما يدل على استجابات تكوين مماثلة (لكن ليست متطابقة) مع مصادر الأميريسيوم والبريليوم التقليدية. وأصبح تسجيل القياسات النيوتروني النبضي الذي يكون مصدره المسرع متاحًا الآن من مجموعة واسعة بشكل متزايد من مقدمي الخدمات. لكن في الوقت الذي يتزايد فيه توافر أدوات تسجيل قياسات النيوترون المعتمدة على المسرع القابلة للتحويل، يظل تقييم التكوين باستخدام مصادر نيوترون الأميريسيوم والبريليوم المُحكمة خيارًا مفضلاً. وتوجد مناقشة لأسباب هذا التفضيل في القسم التالي.

الجدول 6-5 مزايا وعيوب النظائر المشعة والتقنيات البديلة لتسجيل الآبار

ملاحظة: D-D = الديوتيريوم-الديوتيريوم ؛ D-T = الديوتيريوم-التريتيوم.

المصدر: تم التعديل من العرض التقديمي الذي قدمه مايك فولر ومارك شيلتون، QSA Global، Inc.‎، إلى اللجنة في 13 أكتوبر 2020، ليشمل الأشعة السينية.

6-3-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

وفقًا للموضح في القسم السابق، لم يكن الاستبدال البديل للمصادر المشعة للسيزيوم 137 من الفئة 3 مثل تلك المستخدمة في تسجيل قياسات الآبار أولوية بسبب انخفاض النشاط، ولم يتم إحراز تقدم في اعتماد البدائل. ويركز هذا القسم على اعتبارات اعتماد التقنية البديلة المرتبطة بمصادر نيوترون الأميريسيوم والبريليوم

بدافع من مخاوف السلامة والأمن، حققت صناعة البترول في استخدام مصادر نيوترونية بديلة لتسجيل قياسات الآبار لعدد من السنوات (بوند وآخرون (Bond et al.)، 2011). وتمتلك شركات تسجيل القياسات الكبيرة متعددة الجنسيات ميزانيات بحث وتطوير تقدر بملايين الدولارات للتقنيات البديلة. ولا يجري تطوير التقنية الجديدة في الشركات الصغيرة التي تفتقر إلى رأس المال الكافي وميزانيات البحث والتطوير وحوافز السوق. ونتيجة لذلك، يجب أن يعتمد مقدمو الخدمات الأصغر على أدوات تسجيل القياس المثبتة الموجودة ويمكن توقع مقاومة التغييرات التقنية التي تتمتع بالقدرة على التأثير بشكل كبير على أعمالهم (بدر الزمان وآخرون (Badruzzaman et al.)، 2015).

بشكل عام، تواجه الجهود المبذولة لاستبدال المصادر المشعة الحالية عددًا من التحديات الفنية واللوجستية والمالية. ويتمثل أحد التحديات في الاعتقاد بأن الأدوات البديلة (المعتمدة على المسرع) أقل دقة من أجهزة المصدر المشع في تحديد المسامية (راجع، على سبيل المثال، بدر الزمان (Badruzzaman)، 2014؛ بدر الزمان وآخرون(Badruzzaman et al.)، 2019). بالإضافة إلى ذلك، يكمل الرنين المغناطيسي النووي والقياسات الصوتية تقنيات المصادر المشعة وليست بديلاً عنها (بدر الزمان وآخرون (Badruzzaman et al.)، 2015). وعلى وجه الخصوص، يستطيع قياس الرنين المغناطيسي النووي تصنيف السوائل ويمكن أن يشير إلى النفاذية، لكن لا يمكن أن يوفر الرنين المغناطيسي النووي المعلومات الخاصة بالتعدين. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن أن تشير القياسات الصوتية إلى تباين خواص الصخور لكنها لا توفر المعلومات الخاصة بالتعدين (CISA، ‏2019). وبالنسبة للتعدين، يجري بالفعل استبدال أدوات التحليل الطيفي التي تعمل بمصدر الأميريسيوم والبريليوم بأدوات التحليل الطيفي لنيوترون الديوتيريوم -التريتيوم (بيمبر وآخرون (Pemper et al.)، 2006؛ رادتكه وآخرون (Radtke et al.)، 2012). ومع ذلك، تتضمن بعض مصادر النيوترونات المعتمدة على المسرع تقنيات مزدوجة الاستخدام حساسة للأمان⁹ والتي يمكن أن تعقد البناء والاستخدام، خاصة في المناطق غير المستقرة سياسيًا.

سيحتاج أي مستخدم لأداة بديلة إلى وضع بروتوكولات معايرة جديدة وربما تطوير طرق ارتباط جديدة لمقارنة استجابات أداة بديلة باستجابات مصدر مشع تقليدي باستخدام تكوينات مرجعية قياسية. ويرجع السبب في ذلك إلى أن تحليل سجل قياسات الآبار الحديث يعتمد على كميات كبيرة من البيانات القديمة التي جرى قياسها من الخزانات على مدى عقود عديدة باستخدام طرق تسجيل-

___________________

⁹ تنطوي التقنية ذات الاستخدام المزدوج على استعمالات في المنتجات التجارية وأنظمة الأسلحة. ويعد مولد نيوترونات الديوتيريوم-التريتيوم (D-T) تقنية ذات استخدام مزدوج وتخضع هذه المولدات للوائح التصدير.

القياسات التقليدية (خاصة تلك التي استخدمت المصادر التقليدية لنيوترونات السيزيوم 137 والأميريسيوم والبريليوم). ونظرًا لاختلاف خصائص الطاقة الطيفية لمصادر الأميريسيوم والبريليوم عن تلك الخاصة بمصادر الديوتيريوم-التريتيوم والتريتيوم-التريتيوم، ولأن هذه الاختلافات يمكن أن تؤدي إلى عدم يقين إضافي (لكن لا يمكن التغلب عليه) في قرارات الاستكشاف، كان اعتماد التقنيات البديلة المعتمدة على المسرع تدريجيًا وكان كذلك يعتمد بشكل حاسم على التحقق من صحة التقنية فيما يتعلق بالبيانات القديمة. ويمثل هذا فرصة يمكن معالجتها من خلال الإجراءات الجماعية للرابطات الصناعية وربما الوكالات الحكومية.

وأشار تقرير الأكاديميات الوطنية لعام 2008 إلى أن مصادر الأميريسيوم والبريليوم المستخدمة في سجلات تحليل العناصر يمكن أن تحل محها مسرعات ديوتيريوم-تريتيوم قابلة للتحويل (اللجنة التنظيمية النووية (NRC)، 2008). والجدير بالذكر أن مسرعات التريتيوم-التريتيوم ليست مفيدة مثل مسرعات الديوتيريوم -التريتيوم بسبب انخفاض إنتاجية النيوترونات بمقدار 100 ضعف تقريبًا ولأن التريتيوم (نويدة مشعة) يُستخدم لكل من النوى المتسارعة ونوى الهدف. علاوة على ذلك، في حين أن استبدال أداة المسامية التي تعمل بالأميريسيوم والبريليوم سيكون أكثر صعوبة، إلا أن أحد مزودي الخدمة الرئيسيين قام بحلول عام 2008 بتسويق أداتي مسرع يعمل بالديوتيريوم-التريتيوم، واحدة لتسجيل المسامية النووية والأخرى للتسجيل باستخدام حبل سلكي أثناء الحفر. ونتيجة لذلك، أوصى التقرير بتكليف مجموعة عمل صناعية بمهمة حل العقبات الفنية التي تحول دون تنفيذ عمليات الاستبدال المعتمدة على المسرع لمصادر تسجيل قياسات الآبار التي تستخدم الأميريسيوم والبريليوم (اللجنة التنظيمية النووية (NRC)، 2008). أحرزت مجموعة المصالح الخاصة النووية التابعة لجمعية علماء فيزياء البترول ومحللي سجلات الآبار تقدمًا كبيرًا في معالجة هذه التوصية، وفي الوقت الحالي يقدم معظم مقدمي الخدمات الرئيسيين وبعض مقدمي الخدمات من الحجم الصغير والمتوسط مصادر معتمدة على مسرع نابض لتسجيل قياسات الآبار المعتمدة على النيوترون كجزء من مجموعات منتجاتهم.

وناقش المشاركون في ورشة عمل وزارة الطاقة في عام 2019 (وزارة الطاقة (DOE)، 2019) ما يلي:

• حدثت بعض التطورات الأخيرة البارزة: (1) جهاز أشعة سينية منخفض الطاقة (> 300 كيلو إلكترون فولت) و(2) مولدات نيوترون بخلاف مسرعات الديوتيريوم-التريتيوم (بدر الزمان وآخرون (Badruzzaman et al.)، 2019؛ بوندارينكو وكوليك (Bondarenko and Kulyk)، 2017؛ جورتشيك (Jurczyk)، 2018؛ سيمون وآخرون (Simon et al.)، 2018
• بالنسبة لمسامية النيوترون المعتمدة على مولد الديوتيريوم-التريتيوم، بالرغم من تسويق إحدى الشركات أدوات لكل من تسجيل القياسات باستخدام الحبل السلكي وتسجيل قياسات الآبار أثناء الحفر، لم تقدم الشركات الأخرى هذه الأدوات إلى السوق بسبب العوامل الاقتصادية. وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت أداة التسجيل أثناء الحفر أداءً جيدًا، لكن أداة الخط السلكي واجهت أداءً ضعيفًا بسبب الظروف البيئية لحفر الآبار.
• رغم أن تطوير أداة كثافة الأشعة السينية الحديثة يعتمد على الاختبارات الميدانية الواعدة للبحث والتطوير الذي يعود إلى حقبة ثمانينيات القرن العشرين في أداة كثافة الأشعة السينية لمسرع خطي بقدرة 3.5 ميغا إلكترون فولت (كينغ (King)، 1987)، إلا الأداة الجديدة أصغر وأبسط وواعدة في الاختبارات الميدانية. لكنها لا تزال تواجه تحديات في الاستعمال في الظروف البيئية الأكثر قسوة لتسجيل القياسات أثناء الحفر.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم تقنية الكثافة، المعروفة باسم كثافة نيوترون-غاما غير المرنة، أشعة غاما التي يتم إنتاجها أثناء التشتت غير المرن للنيوترونات عالية الطاقة. تم الإبلاغ عن كثافة نيوترون-غاما غير المرنة لأول مرة في منتصف التسعينيات لاستعمالات الفتحات المغلفة؛ وتم دمجها في أداة القياس أثناء الحفر المعتمدة على مولد الديوتيريوم-التريتيوم في عام 2000 (إيفانز وآخرون (Evans et al.)، 2000) وتم تسويقها في عام 2012 (رايشل وآخرون (Reichel et al.)، 2012). ومع ذلك، نظرًا لفيزياء النيوترون والفوتون المختلطة، فإن تقنية كثافة نيوترون-غاما غير المرنة ليست دقيقة مثل كثافة غاما-غاما، لكن يمكن استخدامها في ظروف خاصة. علاوة على ذلك، لقياس الكثافة البديل بناءً على فيزياء الفوتون، فإن استخدام الأشعة السينية الانكباحيه سيوفر نظيرًا أقرب بكثير لأشعة غاما المعتمدة على السيزيوم 137. وتعتبر الآلية الفيزيائية الأساسية لكل من الأشعة السينية وأشعة غاما هي تشتت الكومبتون. وبالتالي، من الممكن أن تحل آلية معتمدة على مولد الأشعة السينية محل الطريقة المعتمدة على السيزيوم 137. وفي المقابل، تقدم طريقة نيوترون-غاما "كثافة زائفة" مفيدة فقط عندما تكون كثافة غاما "إما غير متوفرة أو لا يمكن الحصول عليها" وتعتمد على الظروف المفصلة بواسطة بدر الزمان وآخرون (Badruzzaman et al.)، (2014).

توجد تقنية أخرى تعتمد على المسرع هي مسرع جسيمات ألفا بتركيز البلازما الكثيف (DPF). وباستخدام تفاعل (ألفا-البريليوم)، يستطيع تركيز البلازما الكثيف توليد طيف نيوترون يطابق بشكل كبير طيف مصدر الأميريسيوم والبريليوم. ولذا أثبتت هذه التقنية أنها تكرر استجابة مسامية النيوترون بشكل شبه دقيق. ومع ذلك، سيتطلب مسرّع تركيز البلازما الكثيف (ألفا-البريليوم) بحثًا وتطويرًا على المدى الطويل قبل دمجه في أداة تسجيل قياسات تجارية (بدر الزمان وآخرون (Badruzzaman et al.)، 2019).

تعد صناعة البترول مشروعًا دوريًا بشكل ملحوظ. وفي الوقت الحالي، مع انخفاض أسعار النفط والغاز، تواجه شركات تسجيل قياسات الآبار تحديات كبيرة ومستدامة في الإيرادات واستخدام المعدات. وانخفض استخدام البنية التحتية لتسجيل القياسات بنسبة 50-

إلى 60 في المائة، ويؤدي ضغط الأسعار إلى خصم كبير وتناقص الإيرادات المصاحبة. وكان لتسريح الموظفين بنسبة تتراوح من 50 إلى 60 في المائة، بسبب جائحة فيروس كورونا (كوفيد-19) وانخفاض أسعار النفط، آثارًا شديدة، كما انتشرت حالات الإفلاس في الصناعة في هذا الوقت. نتيجة لذلك، يعيد مقدمو الخدمات الرئيسيون تقييم احتياجات السوق. ولن تكون عمليات شراء رأس المال الكبيرة أو التغييرات في التقنية مجدية للعديد من الشركات في بيئة السوق الحالية.¹⁰ ونتيجة لتقليل الاستخدام، قد تكون العديد من مصادر نيوترون السيزيوم 137 والأميريسيوم والبريليوم "عالقة" في الشركات الصغيرة والكبيرة لتسجيل قياسات الآبار التي لا حافز لديها للتحول إلى تقنية بديلة، لأن هذه المصادر أصول رأسمالية كبيرة يمكن أن يكون استبدالها مكلفًا. علاوة على ذلك، بالنسبة لشركة تسجيل قياسات تعاني من ضائقة مالية، ربما ينبغي تفادي التكاليف المطلوبة للتخلص الآمن من مصدر غير مستخدم. وبالتالي، فإن هذه المصادر التي تقطعت بها السبل تشكل خطرًا أمنيًا كبيرًا، خاصةً إذا أدى انخفاض الميزانيات الإجمالية للشركة إلى تقليل الإنفاق والتركيز على أمان تخزين المصدر.

إن الطلب المستقبلي على تسجيل قياسات الآبار في التنقيب عن البترول وإنتاجه والاستعمالات الأخرى غير مؤكد. وتدرك معظم الدول الآن أهمية اتخاذ إجراءات للحد بشكل فوري وحاد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري لإبطاء وحتى عكس آثار تغير المناخ. وسيكون لهذه الإجراءات آثار جسيمة على توليد الطاقة وتوزيعها. على سبيل المثال، أدت الجهود العالمية للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بالفعل إلى انخفاض الطلب على الفحم¹¹ لتوليد الكهرباء، مع ما يصاحب ذلك من زيادة في نشر تقنيات الطاقة المتجددة بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية.

من شبه المؤكد أن صناعة البترول العالمية ستتأثر بشكل كبير بالإجراءات الدولية التي تم اتخاذها للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وبعض هذه التغييرات جارية بالفعل (كراوس (Krauss)، 2020). وسيكون أحد التغييرات الأكثر احتمالا هو انخفاض الطلب على الوقود السائل للنقل حيث يتزايد تحول أساطيل السيارات والشاحنات إلى الكهرباء.¹² ويؤدي انخفاض الطلب إلى انخفاض أسعار النفط، مما يؤدي إلى انخفاض الإنفاق على الاستكشاف، الذي من المتوقع بدوره أن يؤدي إلى انخفاض الإنفاق على خدمات تسجيل قياسات الآبار.

توجد نقطتان ذاتا صلة بهذه الدراسة في سيناريو السعر المنخفض هذا. أولاً، قد يعني انخفاض الإنفاق على خدمات تسجيل قياسات الآبار أن العديد من مصادر السيزيوم 137 والأميريسيوم والبريليوم التقليدية الموجودة ستصبح فائضة وسيتم تخزينها بواسطة مقاول تسجيل قياسات الآبار أو التخلص منها أو التخلي عنها. واعتمادًا على التكلفة ومدى توفر مسار التخلص الآمن، قد يؤدي ذلك إما إلى زيادة المخاطر الأمان أو تقليل مخاطر الأمان.

ثانيًا، تتمثل إحدى النتائج المحتملة لانخفاض الإنفاق على خدمات تسجيل قياسات الآبار في انخفاض جهود البحث والتطوير لبناء مصادر بديلة لتسجيل قياسات الآبار. وكما ذكرنا أعلاه، يمتلك عدد قليل من مقدمي الخدمات الرئيسيين فقط القدرة على البحث والتطوير لوضع بدائل للمصادر المشعة. وبدون سوق مستقبلي كبير، لن يكون لدى هذه الشركات حافز مالي لتنفيذ مثل هذه الاستثمارات.

بينما من المرجح أن ينخفض الطلب الإجمالي على النفط والغاز في العقود القادمة، ستظل هناك حاجة للوقود البترولي في الاستعمالات الرئيسية، مثل الوقود السائل للطيران والغاز الطبيعي كوقود انتقالي لتوليد الكهرباء. وسيستمر التنقيب عن هذه الموارد في طلب خدمات تسجيل قياسات الآبار الدقيقة والموثوقة، سواء باستخدام مصادر تقليدية أو بديلة.

تشمل المناطق التي من المتوقع أن ينمو فيها سوق تسجيل قياسات الآبار التنقيب عن المعادن وإنتاجها واستكشاف المياه الجوفية واستكشاف الطاقة الحرارية الأرضية. على سبيل المثال، من المتوقع أن ينمو الطلب على النحاس بمعامل من 4 إلى 5 من 2015 إلى 2100، مدفوعًا بالنمو السكاني وأنظمة الطاقة المتجددة (شيبر وآخرون (Schipper et al.)، 2018). لكن ربما يكون أهم قطاع سوقي مستقبلي للنمو المستقبلي في خدمات تسجيل قياسات الآبار هو التقاط وتخزين الكربون تحت سطح الأرض، حيث سيتم استخدام العديد من الأساليب المستخدمة نفسها في التنقيب عن النفط والغاز التقليدي وإنتاجه لاختيار مكامن تخزين ثاني أكسيد الكربون والتحقق منها ومراقبتها (NETL، 2017 أ، ب، بدون تاريخ نشر).

6-4 أنظمة المعايرة

تنتج أنظمة المعايرة مجالات إشعاعية ذات طاقة وكثافة معروفة لمعايرة معدات مراقبة الإشعاع ومقاييس الجرعات لضمان تشغيلها بدقة والأجهزة الصناعية والمعالجة عن بعد التي تستخدم الكوبالت 60. وتستخدم أنظمة المعايرة مصادر مشعة عالية النشاط (حوالي 400 إلى 2,200 كوري [15 إلى 82 تيرا بيكريل]). وهذه مصادر من الفئة 2 تستند إلى نظام تصنيف الوكالة الدولية للطاقة

___________________

¹⁰ كيني جوردان، اتحاد شركات خدمات الطاقة، عرض تقديمي أمام اللجنة في 13 أكتوبر 2020.

¹¹ في كثير من الحالات، حلت محطات الغاز الطبيعي محل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم. ووفر الانتقال من الفحم إلى الغاز حوالي 500 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون منذ عام 2010 (وكالة الطاقة الذرية، 2019).

¹² لى سبيل المثال، أعلنت شركة General Motors مؤخرًا أنها ستقدم 30 سيارة كهربائية عالمية جديدة بحلول عام 2025 وستتخلص تدريجياً من المركبات التي تعمل بمحركات البنزين والديزل بحلول عام 2035. أيضًا، تمثل السيارات الكهربائية الآن 54 في المائة من حصة السوق في النرويج (كلستي، 2021)، متجاوزة تلك التي تعمل بالبنزين والديزل والمحركات الهجينة (التي سيتم التخلص منها تمامًا بحلول عام 2025).

الذرية. وتستخدم مرافق المعايرة مصادر السيزيوم 137 والكوبالت 60. وكان مشع workhorse المستخدم في معايرة الكوبالت 60 هو Gammacell 220 المنتج بواسطة Nordion، الذي تم إيقافه في عام2008،¹³ لكن العديد من هذه المشعات لا تزال تعمل في بعض المرافق في جميع أنحاء العالم (الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، 2019 ج)؛ ابتكرت Hopewell Designs مشعًا بديلًا (روشتون وآخرون (Rushton et al.)، 2016). ويركز الجزء المتبقي من هذا القسم بالكامل على أنظمة معايرة السيزيوم 137 نظرًا لمخاطر الأمان التي يمثلها مسحوق كلوريد السيزيوم، وهو شديد التشتت مقارنة بمصادر الكوبالت 60 المعدنية الصلبة.

تنتج مصادر المعايرة المشعة معدلات جرعات مُقاسة بدقة يمكن تتبعها وفقًا للمعايير المقبولة. وفي الولايات المتحدة، يعمل المعهد الوطني للمعايير والتقنية كمختبر أساسي لقياس جرعات الإشعاع، ويتولى بالتالي صيانة معايير القياس الوطنية ويعاير أدوات المختبرات الثانوية. وتضمن شبكة مرافق ثانية وثالثة أن تُجري كل أداة اكتشاف للإشعاع القياسات بدقة ويمكن تتبعها وفقًا لمعيار المعهد الوطني للمعايير والتقنية. وعلى الصعيد الدولي، يوضح علم القياس تكافؤ القياسات في مختلف البلدان ويسهل اتخاذ تدابير تجارية دقيقة. وبغض النظر عن مصدر الإشعاع للاستعمالات الطبية وغيرها، لا تزال هناك حاجة إلى المعيار وأجهزة المعايرة.

تكون المعايرة مطلوبة للاستعمالات المتعددة للمصدر المشع. ولإعطاء فكرة عن حجم المعايرة المطلوبة في الولايات المتحدة، هناك أكثر من 19,000 ترخيص خاص بالنويدات المشعة. وتشمل هذه التراخيص المستشفيات ومرافق علاج السرطان وعيادات الطب النووي ومرافق البحث والجامعات ومرافق التدريب والمرافق الصناعية بما في ذلك شركات التنقيب عن النفط. ويتم استخدام الأجهزة لضمان الامتثال لقواعد السلامة والصحة المرتبطة بالترخيص. ويتألف المستخدمون الآخرون من الوكالات الحكومية الفيدرالية، وهي وكالة حماية البيئة ووزارة الطاقة، التي تشمل المختبرات الوطنية وبرنامج المساعدة الإشعاعية والمركز الفيدرالي للرصد والتقييم الإشعاعي ومركز المساعدة في حالات الطوارئ الإشعاعية / موقع التدريب وفريق البحث في حالات الطوارئ النووية ومجموعة الاستجابة للحوادث، وكذلك كيانات حكومية ومحلية. وتعتمد كل هذه الوكالات والبرامج على أدوات مُعايرة، مما يزيد من أهمية ضمان احتفاظ الولايات المتحدة بقدرة وطنية على معايرة أدوات الإشعاع بشكل صحيح. وتتطلب هذه الأدوات معايرة دورية للتأكد من أنها توفر معلومات دقيقة لمجموعة واسعة من أصحاب المصلحة الذين يستخدمونها.

6-4-1 تقنيات النظائر المشعة

تم اختيار السيزيوم 137 منذ أكثر من 50 عامًا كأساس للمعايرة الوطنية والدولية بسبب طيف الطاقة الأحادي الأمثل (661.7 كيلو إلكترون فولت)، وعمره النصفي الطويل، ومتطلبات التدريع المعتدلة بالنسبة للنويدات المشعة الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يوفر السيزيوم 137 طاقة الفوتون في منتصف المنطقة الممتدة لأنابيب الأشعة السينية والكوبالت 60 والمسرعات الخطية، وبالتالي يغطي الطاقات التي تتراوح من 10 كيلو إلكترون فولت إلى 10 ميغا إلكترون فولت. وفي المعهد الوطني للمعايير والتقنية، يُستخدم جهاز معايرة السيزيوم 137 لتحديد معيار جرعة الإشعاع في الهواء أو كيرما الهواء. ومصدر السيزيوم 137 المستخدم هو كلوريد السيزيوم. ونظرًا لسهولة تشتت كلوريد السيزيوم، فإنه يثير مخاوف تتعلق بالأمان.

تُستخدم الملايين من أجهزة اكتشاف الإشعاع التي يتم معايرتها سنويًا باستخدام السيزيوم 137 في الولايات المتحدة وعلى مستوى العالم، بما في ذلك في موانئ الدخول لقياس النشاط الإشعاعي للبضائع وفي محطات الطاقة النووية لمراقبة المناطق المحيطة وفي المرافق الطبية لضمان سلامة المرضى والأطقم الطبية، وحيثما كان هناك إطلاق أو اشتباه في إطلاق إشعاع.

تتمتع أجهزة معايرة السيزيوم 137 (راجع الشكل 6-9) بإمكانية استعادة رائعة (حوالي 0.1 في المائة على مدى فترات من أشهر إلى سنوات) وتتيح قياسات عدم اليقين المنخفضة المطلوبة للتوحيد القياسي في المعهد الوطني للمعايير والتقنية ومن ثم في نقل المعايير إلى مرافق المعايرة والمستخدمين النهائيين.

أشار خبير تحدث أمام اللجنة إلى أن المعرفة والإجراءات الهامة مبنية على افتراض توافر حقول إشعاع السيزيوم 137.¹⁴ وتعتمد العديد من اللوائح والتوصيات ومعايير التوثيق الوطنية والدولية، بما في ذلك تلك الصادرة عن المعهد الأمريكي للمعايير الوطنية والمجلس الوطني للحماية من الإشعاع والقياسات والمنظمة الدولية لتوحيد المقاييس والوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، على أجهزة معايرة السيزيوم 137. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج مرافق المعايرة التي تستخدم أجهزة معايرة السيزيوم 137 إلى إثبات قدرتها على نقل المعيار الوطني لكي يتم اعتمادها من خلال برامج الاعتماد والبرامج التنظيمية الأخرى.

تشير التقديرات إلى أن العدد الحالي من مشعات السيزيوم 137 المستخدمة في الاستعمالات قياسات الإشعاعات الأيونية يشكل 1 إلى 2 في المائة فقط من إجمالي عدد مشعات السيزيوم 137 المستخدمة في الولايات المتحدة (CIRMS، ‏2019).

___________________

¹³ يُرجى الاطلاع على .https://www.nordion.com/products/irradiation-systems

¹⁴ مالكولم ماكوين، المجلس القومي للبحوث في كندا، عرض تقديمي أمام اللجنة في 28 يناير 2021.

6-4-2 التقنيات البديلة

لا توجد بدائل واضحة لمشعات السيزيوم 137 كمجال إشعاع مرجعي لقياس الإشعاعات الأيونية. ويعتبر تفرد استخدام السيزيوم 137 للقياس هو الدقة التي توفرها خصائصه (راجع الجدول 6-6). علاوة على ذلك، فإن طاقة انبعاث 661.7 كيلو إلكترون فولت من السيزيوم 137 قريبة من طاقات انبعاثات بيتا وغاما للمواد المشعة التي يحتاج الباحثون ومسؤولو الصحة العامة عادة إلى قياسها.

تعتبر أشعة غاما من السيزيوم 137 والكوبالت 60 أحادية الطاقة، مما يتيح إمكانية التنبؤ باختراقها والجرعة المتلقاة ويسهل حسابها. وتتمتع الأشعة السينية المنتجة صناعيًا، من حزمة أشعة الإلكترون التي تضرب هدفًا معدنيًا (الأشعة الإنكباحية) بطيف واسع يتراوح من طاقة حزمة الأشعة الإلكترون حتى كيلو إلكترون فولت أو مئات من نطاق الإلكترون فولت. ومن المتصور إمكانية حساب الطيف الواسع للأشعة السينية عند وضع معايير معايرة جديدة. ومع ذلك، لمطابقة دقة المعايير الحالية، يتطلب الجهد الكهربي وتيار

الجدول 6-6 6-6 النظر في البدائل التكنولوجية للسيزيوم 137 لتوحيد الجرعة ومعايرة الأدوات واختبارها

المصدر: رونالدو مينيتي، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، عرض تقديمي أمام اللجنة في 28 يناير 2021.

مصدر التسارع تنظيمًا دقيقًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تشكيل هدف الأشعة الإنكباحية بدقة، وسيتعين توجيه حزمة أشعة إلكترون بدقة إلى هذا الهدف. وتجعل هذه المتطلبات مطابقة المعلمات الطبيعية لهذه النظائر المشعة غير قابلة للتحقيق عمليًا في هذا الوقت.

قد يكون من المقبول أن تحل محل كلوريد السيزيوم المشع أشكال أخرى راسخة وأقل تشتتًا من السيزيوم 137، مثل المصادر المزججة والبوليوسيت، التي تم استخدامها في القياس باستخدام السيزيوم 137 ومصادر تسجيل قياسات الآبار منذ الثمانينيات، لاستعمالات المعايرة حيث سيتم الحفاظ على طيف السيزيوم 137. ويجب زيادة حجم المصدر لاستيعاب النشاط النوعي الأدنى لتركيبات الزجاج. ووفقًا للمذكور في القسم 1-3، تم تطوير مثل هذه الأشكال الأقل ذوبانًا والأقل تشتتًا من السيزيوم 137 في الهند وتستخدم في مشعات الدم. وبعد تجربة طرق مختلفة، طور الباحثون في مركز بهابها للأبحاث الذرية في عام 2015 تقنية صب السيزيوم 137 المزجج بدقة في أقلام الرصاص المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ التي يتم تحميلها بعد ذلك في مشعات الدم. وعلى حد علم اللجنة، لا توجد أبحاث مستمرة من هذا القبيل في مدى ملاءمة أشكال أخرى من السيزيوم لاستعمالات المعايرة.

منذ عام 2015، دخلت شركة ATRON Metrology الفرنسية في شراكة مع المختبر الوطني الفرنسي للقياس لتطوير طريقة بديلة لمعايرة عدادات الإشعاع. وتستخدم هذه الطريقة مسرعًا إلكتروستاتيكيًا يوجه شعاع إلكترون إلى هدف من التنتالوم لإنتاج الأشعة السينية. ويتم ضبط المسرع لإنتاج أشعة سينية في مجال الطاقة بين طاقات غاما السيزيوم 137 والكوبالت 60 (بوردي وآخرون (Bordy et al.)، 2019). وبينما تعلن ATRON أن هذه الطريقة واقعية لنوع الطيف الذي تتم مواجهته في محطات الطاقة النووية، فإنه لا يعتبر نوع من مصادر الإشعاع المنفصلة. أيضًا، يبلغ انحراف الجهاز 0.3 في المائة على مدار 11 شهرًا، وعدم اليقين في معايرة عدادات المسح الإشعاعي أقل من 7 في المائة، وكلاهما أكبر بكثير من دقة معايرة السيزيوم 137. بالإضافة إلى ذلك، يُشار إلى العمر التشغيلي للأنبوب عند حوالي 4,000 ساعة، وهو عمر خدمة أقصر بكثير من جهاز معايرة السيزيوم 137، مما قد يؤدي إلى تكاليف صيانة أعلى لتقنية ATRON قيد المقارنة. علاوة على ذلك، لا يزال مرجع المعايرة هو مرفق القياس الوطني الفرنسي، الذي لا يزال يستخدم السيزيوم 137 (تشابون وآخرون (Chapon et al.)، 2016).

6-4-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

يتمثل موقف المعهد القومي للمعايير والتقنية في أن التخلص من كلوريد السيزيوم من الاستخدام في أجهزة المعايرة قد يكون ضارًا بقدرات الاستجابة للطوارئ في الدولة. ومع ذلك، نظرت الولايات المتحدة وحكومات أخرى في تغييرات السياسة لإزالة كلوريد السيزيوم من الاستخدام في المصادر المشعة، ويمكن إعادة النظر في هذه السياسة في المستقبل القريب. ووجدت اللجنة أن المعهد الوطني للمعايير والتقنية لا يتخذ خطوات للتحضير لحدوث تغيير محتمل في السياسة من خلال استكشاف تقنيات بديلة وإجراء اختبارات التكافؤ لضمان عدم وجود آثار سلبية على قدرات المعايرة والاختبار الحالية.

إذا أصبح بديل لأجهزة معايرة السيزيوم 137 متاحًا في المستقبل يمكنه أن يلبي جميع متطلبات القياس، فإن جميع المعايير الوثائقية المنشورة حتى الآن، واللوائح من الهيئات التنظيمية المختلفة (مثل اللجنة التنظيمية النووية الأمريكية) ووكالات الاعتماد على المستوى الوطني و على المستويات الدولية، يجب إعادة تطويرها بحيث لا يتأثر أمن وسلامة العاملين في مجال الإشعاع والجمهور. وإلى أن يتم توفير مشعات السيزيوم المعتمدة على شكل جديد من السيزيوم (بخلاف كلوريد السيزيوم) أو نوع آخر من المصادر، ستحتاج مرافق المعايرة إلى الاعتماد على مشعات السيزيوم 137 الحالية. وبدون بديل مناسب، سيكون للتخلص من مصادر السيزيوم 137 من الفئة 2 منخفضة إلى متوسطة المدى في مرافق المعايرة تأثير سلبي على البنية التحتية للمعايرة في الولايات المتحدة وفي جميع أنحاء العالم، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة وأمن الجمهور.¹⁵

6-5 المولدات الكهروحرارية للنظائر المشعة

المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs) نوع من البطاريات النووية التي تستخدم المزدوجات الحرارية لتحويل الحرارة المنبعثة من اضمحلال النظائر المشعة إلى كهرباء. وتعد المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة بسيطة في التصميم ولا تحتوي على أجزاء متحركة. وقد اُستخدمت كمصادر للطاقة في الحالات التي لا يمكن فيها الوصول بسهولة إلى الأنظمة التي تستخدمها، وتحتاج إلى مواصلة العمل دون تدخل بشري لفترات طويلة من الزمن، وغير القادرة على توليد الطاقة الشمسية بكفاءة. وبناءً على هذه الظروف، تم استخدام المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة كمصادر للطاقة في الأقمار الصناعية والمسابر الفضائية والهياكل البعيدة غير المأهولة مثل المنارات التي بناها الاتحاد السوفيتي السابق داخل الدائرة القطبية الشمالية والمحطات الروسية في القارة القطبية الجنوبية ومواقع المراقبة القطبية التي تديرها الولايات المتحدة.

___________________

¹⁵ رسالة من رونالدو مينيتي ومايكل ميتش، نيست، إلى تشارلز فيرجسون، الأكاديميات الوطنية، في 21 مايو 2020 ؛ مالكولم ماكوين، المجلس القومي للبحوث في كندا، عرض تقديمي أمام اللجنة في 28 يناير 2021.

6-5-1 تقنيات النظائر المشعة

يجب أن تتوافق النظائر المشعة المستخدمة في المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة مع ثلاثة معايير رئيسية: ذات عمر نصفي طويل نسبيًا حتى تتمكن من إنتاج مستويات مستدامة من الطاقة؛ وذات كثافة طاقة عالية (القدرة لكل وحدة كتلة من النظائر المشعة)، وينبعث منها إشعاع يمكن حمايته. ويعد البلوتونيوم 238¹⁶ والسترونشيوم 90 أكثر النظائر المشعة استخدامًا لوقود المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة. ويتمتع كلاهما بعمر نصفي طويل، 87.7 سنة و28.8 سنة، على التوالي. وتعد كثافة الطاقة لكل من النظائر المشعة كبيرة نسبيًا، حيث تبلغ 0.57 واط/غرام للبلوتونيوم 238 و0.46 واط / غرام للسترونشيوم 90. يتضمن الاختلاف الكبير بين النظيرين المشعين الإشعاع الناتج: ألفا للبلوتونيوم 238 وبيتا للسسترونشيوم 90. نظرًا لقدرته المحدودة على الاختراق، فإن إشعاع ألفا المنبعث من البلوتونيوم 238 يمنح هذا النظائر المشعة ميزة على إشعاع بيتا الأكثر اختراقًا من السترونتيوم 90 لأنه يقلل من الحماية المطلوبة.

كان البلوتونيوم 238 هو النظير المشع المفضل للمولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة للمهام الفضائية بسبب انخفاض متطلبات الحماية وبالتالي الوزن الأخف. ويعتبر عمر النصف الأطول للبلوتونيوم 238 أيضًا ميزة للمهام الفضائية لأن التزود بالوقود غير ممكن. وبدءًا من ستينيات القرن العشرين، شغلت مجموعات المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة المعتمدة على البلوتونيوم 238 أكثر من دزينتين من المهام الفضائية الأمريكية. وفي الآونة الأخيرة، كان المولد الكهروحراري بالنظائر المشعة متعدد المهام هو مصدر الطاقة لمركبة Perseverance الفضائية، التي هبطت على سطح المريخ في 18 فبراير 2021. يحتوي على حوالي 4.2 كجم من البلوتونيوم 238 (ناسا (NASA)، 2020)، أو حوالي 73,000 كوري (2.7 بيتا بيكريل) من النشاط الأولي، مما يجعله مصدرًا من الفئة 1. ويوفر المولد الكهروحراري بالنظائر المشعة متعدد المهام ما يقرب من 110 واط من الطاقة الكهربائية عند التزود بالوقود حديثًا. وقبل يومين فقط من الهبوط، أعلن باحثو مختبر أيداهو الوطني أنهم يعملون على نظام الطاقة من الجيل التالي المصمم ليكون أكثر كفاءة بثلاث مرات من نظام طاقة Perseverance باستخدام تحويل الطاقة الديناميكي مع دورة ستيرلينغ أو برايتون الحرارية (ANS، ‏2021).

يتمثل أكبر قيد لاستخدام البلوتونيوم 238 في صعوبة تصنيعه بكميات كافية. وبعد إغلاق عام 1988 لآخر مفاعل محلي لإنتاج البلوتونيوم في موقع نهر سافانا (سميث وآخرون (Smith et al.)، 2019)، كان من المتوقع أن تُستنفد مخزونات الوقود في عام 2018. وفي عام 2015، عالجت وزارة الطاقة النقص الوشيك من خلال إعادة بناء إنتاج البلوتونيوم 238 في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) لبعثات الادارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء المستقبلية (والي (Walli)، 2015). واعتبارًا من فبراير 2021، أنتج مفاعل النظائر عالية التدفق في مختبر أوك ريدج الوطني ما يقرب من 1 كجم من البلوتونيوم 238، ولديه القدرة على إنتاج ما يصل إلى 700 جرام سنويًا. وللمساعدة في تحقيق هدف ناسا لإنتاج 1.5 كيلوجرام سنويًا بحلول عام 2026، أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية في 16 فبراير 2021، أن مختبر أيداهو الوطني سيزيد من استخدام مفاعل الاختبار المتقدم لإنتاج البلوتونيوم 238؛ ومن المتوقع أن تنتج أول حملتين للإشعاع في مفاعل الاختبار المتقدم 30 جم في ربيع عام 2021 (وزارة الطاقة (DOE)، 2021).

بالنسبة للاستعمالات الأرضية، بدأ استخدام المولد الكهروحراري بالنظائر المشعة أيضًا في ستينيات القرن العشرين. وفي الاتحاد السوفياتي السابق، تم نشر أكثر من 1,000 مولد كهروحراري بالنظائر المشعة مدعومة من بالسترونتيوم 90 عالي النشاط من الفئة 1. وكان أكبر مولد كهروحراري بالنظائر المشعة هو IEU-1 مع نشاط أولي قدره 465,000 كوري (17.2 بيتا بيكريل)، وأصغر مولد كهروحراري بالنظائر المشعة Beta-M/S المخصص، وكان نشاطه الأولي قدره 35,700 كوري (1.32 بيتا بيكريل) (بورتر (Porter)، 2015). وبحلول أوائل عام 2000، تجاوزت جميع المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة السوفيتية والروسية العمر الافتراضي للخدمة. وبالتنسيق مع الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA)، قدمت العديد من الدول المساعدة المالية والتقنية التي ساعدت روسيا في القضاء على استخدام جميع مجموعات المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة الخاصة بها تقريبًا. على سبيل المثال، خصصت النرويج 20 مليون يورو (حوالي 24 مليون دولار) لمساعدة روسيا في إزالة وتأمين 180 مولدًا كهروحراريًا بالنظائر المشعة في المناطق الساحلية في شمال غرب روسيا على طول بحار بارنتس ووايت وكارا. وقدمت النرويج أيضًا منشآت شمسية كمصادر طاقة بديلة لتحل محل المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة التي تعمل في المنارات (ديغز (Digges)، 2015). ومنذ نهاية عام 2019، تم إيقاف تشغيل ما يقرب من 1,000 مولد كهروحراري بالنظائر المشعة في شمال روسيا و4 كانت منشورة في القارة القطبية الجنوبية وتفكيكها مع مصادر السترونشيوم 90 المخزنة في Mayak Production Association، الواقعة في منطقة تشيليابينسك في روسيا. وتبقى فقط 12 مولدًا كهروحراريًا بالنظائر المشعة في كامشاتكا، لكن من المقرر إزالتها أيضا في المستقبل القريب (الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب (NASEM)، 2020).

___________________

¹⁶ على عكس البلوتونيوم 239، فإن البلوتونيوم 238 غير انشطاري، لذلك لا يمكن استخدامه في محطات الطاقة النووية أو الأسلحة النووية.

نشرت الولايات المتحدة عددًا أقل بكثير من المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة مقارنة بروسيا، وبحلول أغسطس 2015، تمت إزالة 10 مولدات كهروحرارية بالنظائر المشعة المتبقية المستخدمة من جبل بيرنت في ألاسكا، من قبل سلاح الجو الأمريكي. وتمت إزالة مصادر السترونشيوم 90 والتخلص منها في موقع نيفادا للأمن الوطني، والمصرح له بأخذ وتأمين المصادر التي توقف استخدامها المملوكة للحكومة الأمريكية (رومانو (Romano)، 2015). وأدت هذه الجهود الوطنية والدولية المتضافرة وجهود استبدال المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة المستخدمة على الأرض إلى القضاء عمليا على فئة كاملة من المصادر المشعة عالية النشاط.

يجري تصميم أجهزة جديدة في الولايات المتحدة وربما في أماكن آخر. على سبيل المثال، تطور شركة Zeno Power Systems، ومقرها الولايات المتحدة، نظام طاقة يعمل بالنظائر المشعة من الجيل التالي يحول الحرارة من تحليل السترونشيوم 90 إلى الطاقة الكهربائية المقصودة في المقام الأول للاستعمالات الفضائية الحكومية والتجارية. ويهدف هذا التصميم الجديد من الجيل الجديد من قبل Zeno إلى زيادة الطاقة المحددة للنظام وأن يكون وزنه أخف الوزن مما يجعله مناسبًا لاستكشاف الفضاء. ووفقًا للمطورين، فإن مستوى الاستعداد للتقنية (TRL) الحالي للمولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة هو مستوى الاستعداد للتقنية 3، مع خطط التقدم إلى مستوى الاستعداد للتقنية 4 في الأشهر المقبلة. وتشير تقديراتهم إلى نشر التقنية بحلول عام 2025. وتبرهن التحديات التقنية الأولية المتبقية في تطوير التقنية أنها فعالة من حيث التكلفة وقابلة التكرار وأن تصنيع كبسولات الوقود عالية الجودة وإجراء الاختبارات الصارمة لازم لتأهل أي من المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة للرحلات الفضائية. واعترف المطورون أيضًا بمخاطر السوق، بالنظر إلى مستوى عدم اليقين في الصناعات النووية والفضائية.¹⁷

6-5-2 التقنيات البديلة

كما ذكر أعلاه، تم القضاء على الاستخدام الأرضي للمولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة. وكان أكبر التحديات الخاصة بالتقنية البديلة هي مصدر الطاقة البديل العام الذي يعمل في المنطقة القطبية لتحمل درجات الحرارة أقل من 0° مئوية وتوفير طاقة موثوقة خلال أشعة الشمس المحدودة المتوفرة في أشهر الخريف والشتاء. ونُفذ برنامج ملحوظ لتطوير تقنية بديلة في أوائل عام 2000 إلى عام 2007، وتضمن بذل جهد تعاوني بين مبادرة الحد من التهديدات العالمية التابعة للإدارة الوطنية للأمن النووي وبين القوات البحرية لروسيا الاتحادية ومختبرات سانديا الوطنية والمعهد الجنوب الغربي لتطوير تقنية المعلومات ومعهد جامعة ولاية نيو مكسيكو للطاقة والبيئة ومعهد كورشاتوف واللجنة النرويجية للمنارات التابعة للإدارة الساحلية النرويجية. واختبر هذا التعاون نظامًا كهروضوئيًا (PV) وبطارية في موقعين، ومنشأة Honnigsvag في النرويج ومنارة كيب شافور في الاتحاد الروسي. وقام معهد كورشاتوف بتركيب نظام في موقع ثالث في كارباس، في الاتحاد الروسي - نظام توربينات رياح صغيرة بالإضافة إلى نظام كهروضوئي وبطارية. وتعتبر أنظمة الطاقة الكهربائية هذه الشيء المطلوب لتشغيل منارة إشارة بصمام ثنائي مشع للضوء بمقدار 10 واط، التي تنتجها شركة Nav-dals في سانت بطرسبرغ في روسيا. ويتألف النظام الكهروضوئي من خمس وحدات بسعة 40 واط ذروي وبطارية كادميوم نيكل بقدرة 950 أمبير في الساعة تعمل بقدرة 12 فولت.

خلال فترة الصيف المشمس، احتفظ مخزن البطارية بشحن كامل. ومن الاعتدال الخريفي حتى الفترة الشتوية المبكرة، دخلت البطارية في وضع التفريغ المستمر، لكن كانت هناك طاقة كافية متاحة لتشغيل إشارة الضوء. وكان الحد الأقصى لتفريغ البطارية حوالي 65 في المائة من الإجمالي. وبالمقارنة، فإن النظام الهجين مع توربينات الرياح الصغيرة، لكن مع نفس الوحدات الكهروضوئية والبطارية كان تفريغه الإجمالي 45 في المائة. وخلص الباحثون إلى أن أيًا من النظامين كان كافيا، لكن توربينات الرياح قدمت موثوقية إضافية (هاوزر وآخرون (Hauser et al.)، 2007).

6-5-3 اعتبارات اعتماد التقنية البديلة

بالنسبة إلى البعثات الفضائية إلى المريخ وخارجه، فإن الطاقة الشمسية المتاحة غير كافية لمسابير ومركبات الفضاء. وبالتالي ستستمر الولايات المتحدة والدول الأخرى المرتادة للفضاء في استخدام المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة بطريقة آمنة ومأمونة كما هو موضح أدناه. وقدمت المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة التابعة لناسا طاقة آمنة وموثوقة لأكثر من 50 عامًا وأكثر من 25 بعثة. وتتضمن ميزات السلامة دفاعًا متعدد الطبقات مع وقود قوي وتصميم معياري وحواجز مادية متعددة. وعلى وجه الخصوص، يتكون الوقود من ثاني أكسيد البلوتونيوم في كريات خزفية مقاومة للحريق لتقليل احتمالية التشتت في حالة وقوع حادث. وإذا كُسر الخزف، فسوف ينكسر إلى قطع كبيرة نسبيًا بدلاً من جزيئات مجهرية قابلة للاستنشاق. بالإضافة إلى ذلك، يغلف الإيريديوم كل كريات الوقود ويوفر طبقة حماية مقاومة للتآكل ودرجة حرارة انصهار عالية للغاية. علاوة على ذلك، يشكل الغرافيت المقاوم-

___________________

¹⁷ تايلر برنشتاين، زينو باور سيستمز، رسالة إلى أورانيا كوستي، الأكاديميات الوطنية، في 31 يناير 2021.

للحرارة أغلفة مقاومة للصدمات لتوفير حماية إضافية حول الوقود. وتتحمل وزارة الطاقة مسئولية إنتاج المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة وتسليمها إلى ناسا وتجري تحليلاً للسلامة قبل كل بعثة (ناسا (NASA)، 2005).

في عام 2009، بسبب المخاوف بشأن موثوقية إمدادات البلوتونيوم 238، قررت وكالة الفضاء الأوروبية التحقيق في النظائر المشعة البديلة لتشغيل مجموعات المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة الفضائية الخاصة بها. واختارت الوكالة الأميريسيوم 241 لأنه كان ميسور التكلفة من الناحية الاقتصادية بنقاء نظائري عالٍ ومتاح بسهولة من إعادة المعالجة الأوروبية للوقود النووي التجاري المستنفد، على الرغم من أن كثافة طاقته تبلغ حوالي خمس البلوتونيوم 238. وفي عام 2013، أعلن اتحاد تقني أوروبي أنه تم اختبار نموذج أولي من المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة يعمل بوقود الأميريسيوم 241 وأن المعمل النووي الوطني في المملكة المتحدة أنتج الأميريسيوم 241 (أمبروسي وآخرون (Ambrosi et al.)، 2013). وفي عام 2019، توقع الاتحاد الأوروبي أنه بحلول النصف الثاني من عام 2020، سيكون برنامج المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة جاهزًا لتقديم نظام طاقة للبعثات الفضائية (أمبروسي وآخرون (Ambrosi et al.)، 2019).

6-6 الفصل السادس: النتائج والتوصيات

النتائج 14: تم إحراز تقدم ضئيل على الصعيد المحلي في اعتماد تقنيات بديلة لبعض الاستعمالات التجارية الأخرى، لا سيما في بعض استعمالات الاختبار غير المدمر وتسجيل قياسات الآبار. ويرجع السبب في ذلك إلى عدم وجود بدائل مجدية أو فعالة من حيث التكلفة في الوقت الحالي، حيث إن البدائل إما تقوض الأداء أو لا تقدم تحسينات فيه، أو تنتج بيانات عن المواد والهياكل لا يمكن مقارنتها بشكل مباشر بتلك التي تنتجها المصادر المشعة.

غالبا ما تنطوي الاختبارات غير المدمرة على عمليات فحص للمواد في المواقع البعيدة في الهواء الطلق حيث يمكن أن تكون هناك ظروف بيئية وصناعية قاسية. وعند اتخاذ قرار بشأن طريقة الاختبارات غير المدمرة المراد استخدامها، تأخذ الاختبارات غير المدمرة في الاعتبار القدرة على اكتشاف العيوب وأنواع العيوب في مادة الموضوع وإمكانية الوصول إلى المواد التي جرى فحصها واقتصاديات الطريقة. وعلى الرغم من أن طرق الأشعة السينية يمكن أن توفر نتائج تصوير شعاعية مماثلة لتلك الناتجة عن النويدات المشعة الباعثة لغاما، إلا أن أنظمة الأشعة السينية تتطلب كهرباء موثوقة وأنظمة تبريد وتميل لأن تكون أكبر وأقل قوة من كاميرات التصوير الشعاعي بغاما. ومع ذلك، أدت التطورات في تصميم الأشعة السينية إلى تطوير مصادر الأشعة السينية النبضية التي تعمل باستخدام طاقة البطارية وذات حجم مادي قريب من كاميرا التصوير الشعاعي بغاما. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى الاستبدال المكلف المتكرر لأنابيب الأشعة السينية وعدم القدرة المتكررة عن العمل لا يزالان يجعلان التصوير الشعاعي بأشعة غاما الخيار الأكثر موثوقية والمفضل. وتم استكشاف مسرعات خطية صغيرة لكنها أغلى من كاميرات التصوير الشعاعي. وتتطلب عمليات المسح بالموجات فوق الصوتية فحصًا وتفسيرًا مفصلين من قبل فنيين مدربين ومعتمدين. وفي حين أن طرق التصوير الشعاعي بالنظائر المشعة والأشعة السينية يمكن أن تكتشف مجموعة واسعة من العيوب، فإن الاختلافات في الفيزياء بين تقنيات التصوير الشعاعي والموجات فوق الصوتية تجعل كل طريقة حساسة لنوع معين من العيوب - التصوير الشعاعي مناسب لاكتشاف العيوب الحجمية مثل الخبث والمسامية، بينما الموجات فوق الصوتية أكثر ملاءمة لاكتشاف العيوب المستوية مثل التشققات ونقص الانصهار.

لتسجيل قياسات الآبار، تواجه التقنيات البديلة للمصادر المشعة العديد من التحديات التقنية واللوجستية والمالية. وعلى الرغم من أنه يمكن استبدال مصدر السيزيوم 137 ليحل محله مصدر بديل بالأشعة السينية مثل المسرع الخطي، إلا أن العوائق الكبيرة تشمل حجم مصدر الأشعة السينية وطيف طاقتها الواسع واستقرار المصدر والإشعاع متباين الخواص. ولم يتم سوى إنجاز القليل من أعمال التطوير منذ عام 1987. ولاستبدال مصادر نيوترون الأميريسيوم والبريليوم، فإن الأدوات البديلة (المعتمدة على المسرع) أقل دقة من مصدر الأميريسيوم والبريليوم في تحديد المسامية. وبسبب الاختلافات في الفيزياء، يمكن أن يؤدي استبدال الأساليب الحالية إلى مشاكل في التفسير، بما في ذلك المسامية المتغيرة والحساسية الصخرية. علاوة على ذلك، تتضمن بعض مصادر النيوترون المعتمدة على المسرع تقنيات مزدوجة الاستخدام حساسة للأمان يمكن أن تعرقل الاستخدام، خاصة في المناطق الحساسة سياسيًا.

كان الافتقار إلى استخدام أدوات تسجيل قياسات الفتحات المعتمدة على المسرّع بطيئًا لثلاثة أسباب رئيسية. أولاً، لم تقدم البدائل المقترحة في الغالب النتائج المماثلة بالضبط لما توفره الأدوات المشعة. ثانيًا، لا توجد محركات أعمال قوية حاليًا لإجراء الانتقال حتى بالنسبة للشركات الكبرى العاملة في مجال تسجيل القياسات، رغم أن هذه الشركات الكبرى تمتلك الإمكانيات التقنية والمالية وأجرت

أبحاثًا حول البدائل. ثالثًا، لن تمتلك الشركات الصغيرة والمتوسطة العاملة في تسجيل القياسات، القدرة التقنية أو التمويل اللازم لتطوير واختبار ونشر التقنية المعتمدة على المسرع. وبالتالي، حتى لو كانت التقنية مطابقة تمامًا لخصائص الاستجابة، فلن تتمكن الشركات الصغيرة إلى المتوسطة العاملة في مجال تسجيل القياسات من الانتقال بسهولة. وفي حالة الضغط عليها لإجراء تحول، يزعم معظمهم أنهم ربما يخرجون من سوق العمل.

توجد فرصة يمكن معالجتها من خلال الإجراءات الجماعية للرابطات الصناعية من خلال شراكة ودعم الوكالات الحكومية.

فيما يتعلق بمواصلة تطوير واعتماد تقنيات بديلة للتصوير الشعاعي بأشعة غاما، أدرك الخبراء الذين عرضوا في مؤتمرات الوكالة الدولية للطاقة الذرية في عامي 2013 و2019 أن اللجوء إلى اختبار الموجات فوق الصوتية كبديل لا يزال بعيدًا لعدة سنوات على الأقل. وشددوا على القيود الفنية للتقنية البديلة ولفتوا الانتباه إلى الحاجة إلى إجراء عمليات التحقق وتطوير المعايير. وحتى مع عمليات التحقق هذه، من المرجح أن يستمر اختبار الموجات فوق الصوتية كجزء تكميلي للتصوير الشعاعي بغاما. ومع ذلك، يمكن أن تساعد دراسات التكافؤ في تمهيد الطريق لمزيد من الدراسة واعتماد البدائل. وسيساعد كذلك على تطوير تقنيات لإظهار صور بالموجات فوق الصوتية يمكن مقارنتها بما اعتاد المستخدمون رؤيته باستخدام الصور الشعاعية والتي لن تتطلب تفسيرًا كما هو الحال مع تقنيات الموجات فوق الصوتية الحالية.

النتائج 15: لم يتم إحراز أي تقدم على الصعيدين المحلي والدولي مع اعتماد تقنيات بديلة لأنظمة المعايرة لتحل محل مصادر السيزيوم 137 والكوبالت 60. ولا توجد بدائل واضحة غير مشعة لاستبدال مصادر كلوريد السيزيوم المستخدمة في هذه الاستعمالات، ولا يوجد بحث وتطوير مكرس حاليًا لاستكشاف البدائل. ويشكل نقص البدائل عقبة في الجهود العالمية للتخلص من السيزيوم 137 في شكل كلوريد السيزيوم.

منذ أكثر من 50 عامًا، تم اختيار السيزيوم 137 كأساس للمعايرة الوطنية والدولية نظرًا لإشعاع غاما أحادي الطاقة الخاص به في منتصف الطيف المقاس للطاقات ودقته العالية وقابلية استعادته في منشآت المعايرة. ويُستخدم معيار السيزيوم 137 لمعايرة ملايين أجهزة الكشف عن الإشعاع سنويًا في الولايات المتحدة وعلى مستوى العالم. ويشمل نشر أجهزة الكشف محطات الطاقة النووية لمراقبة المناطق المحيطة، ومنافذ الدخول لقياس النشاط الإشعاعي للبضائع، والمنشآت الطبية لضمان سلامة المرضى والعاملين في المجال الطبي، وحيثما يوجد إطلاق مشبوه للإشعاع. ويتمثل الشاغل المتعلق بالأمان في أن أنظمة المعايرة تستخدم السيزيوم 137 في شكل كلوريد السيزيوم، مما يشكل مخاطر تشتت محتملة. ومع ذلك، لم تكن هناك جهود محلية أو دولية لتطوير تقنيات بديلة.

يتبنى المعهد الوطني للمعايير والتقنية موقفًا يشير إلى أن التخلص من كلوريد السيزيوم في أجهزة المعايرة سيكون له آثار سلبية مثل قدرات الاستجابة للطوارئ في الدولة. ونظرت الولايات المتحدة وحكومات أخرى في إجراء تغييرات على السياسة التي من شأنها القضاء على كلوريد السيزيوم في المصادر المشعة مثل مشعات الدم والأبحاث. وللتحضير للتغييرات المحتملة في السياسة التي تهدف إلى التخلص من كلوريد السيزيوم من جميع المصادر المشعة عالية النشاط، يجب أن يبدأ المعهد الوطني للمعايير والتقنية في استكشاف خيارات أخرى لبدائل السيزيوم 137 مثل تقنيات الأشعة السينية عالية الطاقة أو مختلف الأشكال الكيميائية لهذه النويدات المشعة مثل البوليوسيت أو السيزيوم المزجج. ويُستخدم الشكل المزجج من السيزيوم في الهند في مشعات الدم. ويمكن أن يكون استبدال كلوريد السيزيوم المشع لتحل محله هذه الأشكال الأخرى الأقل تشتتًا من السيزيوم 137 مقبولاً لاستعمالات المعايرة لأنه سيتم الحفاظ على طيف السيزيوم 137. وتشمل الخطوات المفيدة للمعهد الوطني للمعايير والتقنية التشاور والعمل مع مجتمع البحث والشركاء في الوكالات الفيدرالية وداخل الولايات والصناعة وكذلك الشركاء الدوليين وإجراء اختبارات التكافؤ لضمان عدم وجود آثار سلبية على قدرات المعايرة والاختبار الحالية.