Poznaj atom

Odpady promieniotwórcze – skuteczne rozwiązania

Wtorek 20 listopada 2012

Nad najlepszymi sposobami postępowania z odpadami promieniotwórczymi naukowcy zaczęli zastanawiać się jeszcze przed uruchomieniem pierwszych elektrowni jądrowych.

Odpady nisko- i średnioaktywne krótkożyciowe (o krótkim okresie połowicznego rozpadu, liczonym w dniach lub miesiącach) przechowuje się w miejscu ich powstania do czasu obniżenia aktywności na tyle, aby możliwe było potraktowanie ich jako odpadów nadających się do składowania konwencjonalnego (odpady przemysłowe).

Odpady nisko- i średnioaktywne o dłuższym okresie półrozpadu umieszcza się w składowiskach powierzchniowych lub podziemnych płytkich. Tego typu odpady powstają zarówno w elektrowniach jądrowych, jak i w szpitalach, klinikach, przemyśle i laboratoriach badawczych (sektor naukowy).

Składowiska odpadów nisko- i średnioaktywnych funkcjonują również w krajach, które nie mają elektrowni jądrowych. W Polsce odpady promieniotwórcze pochodzące z przemysłu, medycyny czy nauki trafiają na składowisko w Różanie od 1958 roku.

Natomiast energetyka jądrowa wytwarza również odpady wysokoaktywne, które w dużej części są długożyciowe.

Problem znany od dawna

Kwestia, co robić z odpadami wysoko- i średnioaktywnymi długożyciowymi pojawiła się pierwotnie w kontekście odpadów z reaktorów produkujących pluton dla wojska. Koncepcję, zapewniającą maksymalny stopień bezpieczeństwa wskazano jeszcze w latach 50. Wtedy to amerykańska Narodowa Akademia Nauk (National Academy of Sciences) oceniła, że najwłaściwszym rozwiązaniem będzie umieszczenie odpadów z reaktorów w składowisku, które nazwano geologicznym – głęboko pod ziemią, najlepiej w pokładzie soli. Uznano wtedy, że z dostępnych powszechnie metod, ta daje największą gwarancję całkowitego ich odizolowania na czas rzędu 100 tys. lat, który wystarcza by izotopy promieniotwórcze rozpadły się do poziomu, który nie stanowi zagrożenia dla biosfery.

W kolejnych latach zagadnienie to było wielokrotnie niezależnie rozważane. Proponowano różne wyjścia, łącznie z wysyłaniem odpadów w przestrzeń kosmiczną. Sama Akademia analizowała ponownie to zagadnienie w latach 1966, 1970 oraz 2001 i potwierdzała wnioski z 1957 r. (polecamy lekturę raportu przygotowanego dla Departamentu Energii USA w marcu 2011 r.)

Sformułowane w latach 50. warunki geologiczne, jakie musi spełniać miejsce składowania są nadal aktualne. Chodzi o miejsce pod ziemią, w którym nie występują trzęsienia oraz nie przenikają do niego wody gruntowe. Wstrząsy mogłyby w skrajnym przypadku uszkodzić pojemniki z odpadami. Z kolei woda, działając przez tysiące lat, mogłaby w końcu zacząć wypłukiwać zawartość składowiska. Pokłady soli idealnie wpisują się w powyższe warunki. W dodatku sól w pokładzie jest elastyczna i podziemne wstrząsy nie spowodują jej spękania. Inne wskazane formacje geologiczne to granit oraz ił.

Stany Zjednoczone na razie są jedynym krajem na świecie, który eksploatuje składowisko w formacji geologicznej. WIPP (Waste Isolation Pilot Plant) powstało na pustyni w stanie Nowy Meksyk, a odpady są składowane na głębokości 655 metrów w pokładzie soli. Sfinansowane przez Departament Energii USA WIPP nie jest jednak przeznaczone dla odpadów z komercyjnych reaktorów, trafiają tam tylko odpady z placówek naukowych i instalacji wojskowych.

W latach 2002-2010 kilka europejskich instytutów naukowych z Belgii, Francji, Niemiec, Hiszpanii, Szwecji, Szwajcarii i Wielkiej Brytanii przeprowadziło dwa duże badania bezpieczeństwa składowania geologicznego odpadów. Badania były finansowane przez Unię Europejską. Eksperci stwierdzili, że składowanie w głębokich formacjach geologicznych jest najlepszą i najbezpieczniejszą metodą zagospodarowywania odpadów wysokoaktywnych i wypalonego paliwa. (więcej informacji na stronie Belgijskiego Instytutu SCK-CEN)

Jeśli nie liczyć składowiska WIPP, to pierwsze składowiska geologiczne są właśnie budowane w Szwecji i Finlandii. W szwedzkiej gminie Osthammar i fińskiej Eurajoki znaleziono granitowe formacje skalne, liczące prawie 2 mld lat i nie naruszone w tym czasie przez aktywność sejsmiczną. W ciągu kilku lat ruszy budowa francuskiego składowiska CIGEO w Lotaryngii. Tam wybrano pokład nieprzepuszczającego wodę iłu. Te trzy składowiska mają zacząć przyjmować odpady w następnej dekadzie i działać przez sto lat.

Obecnie

Wypalone paliwo, jak i odpady wysokoaktywne powstałe po przerobie paliwa, są umieszczone w składowiskach tymczasowych w oczekiwaniu na decyzje rządów w sprawie dalszej ścieżki postępowania z nimi.

W przypadku wypalonego paliwa można albo umieścić je w składowisku geologicznym, albo zdecydować się na recykling. Do rządów należy decyzja, czy przeróbki dokonać obecnymi metodami czy zaczekać na nowe, bardziej efektywne i ekonomiczne, które obecnie są projektowane lub badane w skali laboratoryjnej.

W przypadku odpadów wysokoaktywnych po procesie przerobu (recyklingu) paliwa w zasadzie istnieje już tylko jedno rozwiązanie – składowisko geologiczne. Warto jednak pamiętać, że te odpady rozpadną się szybciej niż nieprzerobione wypalone paliwo. Ich aktywność spadnie do poziomu aktywności rudy uranowej w ciągu 10 000 lat - 10-krotnie szybciej niż dla wypalonego paliwa.

Dzisiejsza technologia

Wypalone paliwo z reaktora trafia najpierw na kilka lat do basenów z wodą, a potem do różnego rodzaju suchych przechowalników. Określane jako „dry casks” lub CASTOR pojemniki są zbudowane z kilkudziesięciocentymetrowej grubości stali. Podstawowe wymagania, jakie musza spełniać publikuje np. amerykańska Nuclear Regulatory Commission.

Odmiennego traktowania wymagają wysokoaktywne odpady po recyklingu, ponieważ powstają na skutek rozpuszczania kapsułek z wypalonym paliwem w kwasie azotowym. Jest to więc silnie korodująca ciecz. Zostaje ona poddana procesowi witryfikacji – wymieszania ze stopionym szkłem specjalnego gatunku. W efekcie powstaje blok szkliwa, który umieszcza się w stalowym pojemniku. Jest to standardowa procedura w krajach, które przerabiają zużyte paliwo - np. we Francji, Holandii, Wlk. Brytanii czy Japonii. Technologię witryfikacji płynnych odpadów opanowało kilka firm, które świadczą w tym zakresie usługi. Szczegóły procesu można znaleźć np. w opisie patentu, jaki otrzymali Japończycy.

O powadze z jaką traktowana jest kwestia odpadów świadczy to, że w 2011 r. Unia Europejska przyjęła dyrektywę o odpadach promieniotwórczych nakładającą na państwa członkowskie do 2015 r. obowiązek przedstawienia odpowiednich programów narodowych dotyczących postępowania z odpadami. (Treść dyrektywy dostępna jest pod tym adresem).

Zapraszamy również do lektury artykułu nt. możliwości recyklingu odpadów z elektrowni jądrowej opublikowanego na naszym portalu


Polecamy ciekawe linki:


FOT: Suche przechowalniki - Diablo Canyon, California (dzięki uprzejmości U.S. NRC)

Pod zdjęciem materiał filmowy prezentujący WIPP (Waste Isolation Pilot Plant) w Stanach Zjednoczonych.
Facebook