Technologie pro přepracování radioaktivních odpadů

V EU bylo v roce 2010 v provozu 143 jaderných reaktorů, které ročně vyprodukují asi 7000 m3 vysoce radioaktivního odpadu, přičemž většina tohoto odpadu se ukládá na dočasných úložištích.

Vyhořelé jaderné palivo z elektráren tvoří pouze asi 1 % objemu všech jaderných odpadů na světě, ale obsahuje přes 90 % veškeré radioaktivity. Přestože je považováno za odpad, může se stát cenným zdrojem surovin nebo také jaderným palivem pro jiný typ jaderných elektráren.

Palivové kazety jsou v jaderném reaktoru obvykle tři roky, potom je nutno reaktor odstavit, kazety vyjmout a po prověrce systému je nahradit novými. Palivové články pro tlakovodní reaktory (VVER) jsou pokryty obalem ze slitiny zirkonia, který je mnohem odolnější, než je obvyklá nerezová ocel.


V reaktoru musejí vydržet teplotu kolem 300 °C a tlak přes 12 MPa, snadno tedy odolají i mnohem mírnějším podmínkám při skladování a další manipulaci. Na konci každého cyklu se palivo z reaktoru vyjme a pod hladinou vody se kanálem převeze do tzv. bazénu vyhořelého paliva, který zpravidla bývá v reaktorové hale vedle reaktoru. Tam jsou palivové články pod vodou uloženy po dobu 3 až 4 let.

Když radioaktivita poklesne asi na polovinu své původní hodnoty, vloží se články s vyhořelým JP do speciálních kontejnerů a odvezou se do meziskladu vyhořelého JP. Tam se potom skladují řádově několik desítek let. Tak se snižuje zbytkový tepelný výkon vyhořelého JP až na míru potřebnou pro jeho další přepracování nebo definitivní uložení v hlubinném úložišti jaderného odpadu.

Vyhořelé JP v bazénu vyhořelého paliva je potřeba chladit, což některé JE v Německu a USA řeší i pomocí teplonosného média na bázi alkyldifenylů.

VHODNÉ TECHNOLOGIE

Z vyhořelých článků se izoluje uran a plutonium pro výrobu nového jaderného paliva. Nejprve se odstraní obal ze zirkonia a palivové články se naštípou na malé kusy. Rozpuštěním v kyselině dusičné vzniká dusičnan uranu (UO2(NO3)2 ) a oxidy plutonia. Smícháním obou komponent se získá velmi kvalitní palivo s obsahem asi 5 % 239Pu, označované jako MOX. Dnes ho využívá asi 30 % jaderných reaktorů, celosvětově představuje zhruba deset procent všech využívaných jaderných paliv. Tento systém přepracování je např. v USA zakázán, některé jiné země ho však používají.

Pro výrobu energie se dnes často používá transmutační technologie typu ADTT (Accelerator Driven Transmutation Technologies), která zpracovává vysoce radioaktivní a toxický isotop plutonia 239Pu. Zneužitím tohoto procesu však lze vyrobit i jaderné zbraně.

Ve světě již existuje technologie na přepracování štěpných zbytků na výrobu nových článků. Je to sice dražší než vyrábět palivo z čerstvého uranu, ale až cena suroviny vzroste, může být ekonomicky zajímavá. Půjde o tzv. uzavřený palivový cyklus, kdy se odpad z tlakovodních reaktorů přepracovává na palivo pro rychlé reaktory. Tam vznikne jiný štěpný materiál, který se dá opět použít v tlakovodních reaktorech, což lze opakovat mnohonásobně. Nakonec přece jen „nějaký“ odpad zůstane a ten nutno uložit v hlubinném úložišti.

URANOVÉ NEBEZPEČÍ

Kromě běžného jaderného odpadu z jaderných zařízení, kde existuje pravidlená evidence a kontrola, se v praxi objevují i případy tzv. uranového nebezpečí, kde se obvykle do sběren odpadů dostane radioaktivní odpad. Občas tiskem projdou V Německu objevil obchodník se šrotem v Henningsdorfu v zásilce železného šrotu z východní Evropy radioaktivní odpad. Sanační četa objevila 47,5 g uranu obohaceného na 80 %, což bylo údajně dostačující na menší atomovou nálož. Šetřením se zjistilo, že pochází z pokusného reaktoru z Ruska. V roce 1998 roztavila ocelárna v Algeciras (E) zdroj 137Cs. Radioaktivní prach se komínem dostal do velké části Evropy a zvýšené gama-záření bylo zaregistrováno i v Německu. V bývalém jaderném testovacím areálu ve městě Semipalatinsk v Rusku kradli obyvatelé vesnic kovové potrubí z podzemních zkušebních tunelů a prodávali je obchodníkům, kteří je potom vyváželi do Číny. V Indii se zase dostal do taveného kovového šrotu odpad radioaktivního 60Co. Také v českých podmínkách občas proskakují zprávy o nálezi radioaktivního zářiče (ve šrotu, tuhém komunálním odpadu, na skládkách, čističkách vod). Tato zařízení jsou obvykle vybavena detekční čidla s vysokou citlivostí a případů je relativně velmi málo. Úřady na celém světě zaregistrovaly přes 150 tun kontaminovaného kovového odpadu a některý byl bohužel i zpracován a použit na výrobu různých zařízení.

doc. Ing. Juraj Kizlink, Csc.
Fakulta chemická, VUT v Brně

 

HODNOCENÍ NEBEZPEČNOSTI

Pro hodnocení nebezpečnosti radioaktivních odpadů jsou důležité dva parametry – poločas doby rozpadu a stupeň radioaktivity. Podle těchto parametrů je ve většině států EU tento RAO členěn na třídy A, B a C. Podle třídy se pak určuje typ kontejneru a povolená doba expozice v ŽP. Třída A může být trvale uložena na povrchu země. V Belgii, kde se 55 % elektřiny vyrábí v JE, vznikne za 40 let životnosti reaktorů 72 tisíc m3 odpadu ve třídě A., který je potom ukládán v ocelových sudech ve skladě Belgoprocess na povrchu země v regionu Dessel. Belgie má větší hustotu osídlení než ČR, ale betonové zdi o síle 25 a 80 cm dostatečně odstíní obsah skladu, aby emise neohrožovaly okolní obyvatelstvo. Asi za 300 let klesne radioaktivita obsahu skladu na úroveň obvyklou v přírodě. U odpadů ve třídách B a C překračuje doba skladování stovky až tisíce let, což přesahuje možnosti řízení skladu v lidském měřítku. Proto se pracuje na uskladnění v hlubinách Země. Nejedná se zde ale pouze o jednoduché uložení. Třída C se musí chladit aspoň 60 let na povrchu, než se může uskladnit pod zem (IAEA, 2010, Horbaj, 2010).

Vyhořelé jaderné palivo (VJP)

238U 95 %

Štěpný 235U 1%

Štěpný 239Pu 1%

Ostatní štěpné produkty 4 %

Velký závod na přepracování odpadů Sellafield, který se nachází nedaleko vesnice Seascale v severozápadní Anglii.

(Zdroj: Česká nukleární společnost)

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *