Poznaj atom

Redukcja cywilnych zasobów uranu wzbogaconego

Środa 29 maja 2013

Największym wyzwaniem, przed którym stoją organizacje terrorystyczne usiłujące skonstruować improwizowany ładunek jądrowy (ang. Improvised Nuclear Device – IND) jest pozyskanie odpowiedniej ilości materiału rozszczepialnego – plutonu lub uranu wysokowzbogaconego (ang. Highly Enriched Uranium – HEU). Budowa ładunku opartego o HEU jest mniej skomplikowana od ładunku plutonowego i nie wykracza poza możliwości techniczne potencjalnych organizacji terrorystycznych. Zatem redukcja zapasów HEU jest najpewniejszą i najprostszą metodą na zmniejszenie zagrożenia możliwością użycia ładunku jądrowego przez takie grupy.

Oprócz zapasów HEU zgromadzonych na potrzeby militarne państw jądrowych (ok. 1400 ton) także w sektorze cywilnym na świecie znajduje się ok. 70 ton tego materiału1. Surowiec do konstrukcji IND może zostać pozyskany ze „świeżego” (nienapromienionego) lub „wypalonego” (napromienionego) paliwa zawierającego HEU. Poziom promieniowania świeżego lub lekko wypalonego paliwa HEU jest niski i dlatego może ono być stosunkowo bezpiecznie poddane obróbce w celu wydobycia U 235. Paliwo głęboko wypalone jest silnie radioaktywne toteż dalsze postępowanie z nim jest utrudnione i wymaga stosowania specjalnych osłon oraz automatycznych systemów zdalnie sterowanych, gwarantujących bezpieczeństwo operatorów. Z tego względu uważane jest za odporne na proliferację2 (ang. self-protecting). Jednak z upływem czasu poziom radioaktywności takiego paliwa maleje i w związku z tym wzrasta jego atrakcyjność dla potencjalnych terrorystów.

Zastosowanie HEU w projektach cywilnych

HEU w zastosowaniach cywilnych służy głównie jako paliwo do reaktorów badawczych. Obecnie na świecie działa 244 takich reaktorów, 20 jest czasowo wyłączonych, 11 znajduje się w budowie lub jest planowanych, a 454 zostało wyłączonych lub jest demontowanych. Wiele z obiektów, które wyłączono lecz jeszcze nie zostały zdemontowane, posiada na swoim terenie zgromadzone wypalone paliwo HEU. Wg danych MAEA ponad 20000 zestawów wypalonego paliwa z reaktorów badawczych ma stopień wzbogacenia przekraczający 20%. Niemal połowa z tego paliwa jest wzbogacona do lub powyżej 90%. Głównymi dostawcami reaktorów badawczych były Stany Zjednoczone i ZSRR. Paliwo amerykańskie posiadało stopień wzbogacenia przekraczający 90% natomiast radzieckie - 80%.

HEU jest stosowany także w produkcji izotopów do zastosowań medycznych (głównie Mo 99, z którego powstaje Tc-99m – podstawowy izotop w diagnostyce medycznej) jako materiał tarczowy do naświetlań neutronami w reaktorach produkcyjnych. W ostatnim okresie niektóre państwa (Australia, Indonezja) rozpoczęły produkcję tych izotopów w oparciu o tarcze z uranu niskowzbogaconego (ang. Low Enriched Uranium – LEU o zawartości U-235 poniżej 20%). RPA dokonała konwersji swojego reaktora produkcyjnego Safari-1, który zarówno pracuje na paliwie jak i wykorzystuje tarcze z LEU.

Oprócz wymienionych wyżej głównych obszarów HEU jest także wykorzystywany do napędu lodołamaczy i statków handlowych oraz w programach kosmicznych. Materiał ten znalazł zastosowanie również w testach rdzeni reaktorów prędkich stosujących paliwo uranowo-plutonowe MOX (ang. Mixed Oxide).

Bezpieczeństwo obiektów zawierających HEU

Wg opinii ekspertów MAEA wiele obiektów cywilnych, w których znajduje się HEU nie jest odpowiednio przygotowanych pod względem prawnym, administracyjny a także technicznym do ochrony tych materiałów. Mimo znacznych wysiłków podejmowanych przez Departament Energii USA problem podniesienia stopnia bezpieczeństwa cywilnych zasobów HEU nie jest sprawą łatwą bowiem większość reaktorów badawczych zlokalizowanych jest na terenie uniwersytetów lub w innych publicznie dostępnych ośrodkach badawczych. O ile świeże paliwo jest chronione należycie to podmioty te nie są zbytnio zainteresowane w przeznaczanie dodatkowych środków na ochronę zużytego paliwa, które posiada zerową wartość ekonomiczną i jest wciąż postrzegane jako odporne na kradzież. Zdecydowanie bardziej efektywne byłoby przeznaczanie nakładów finansowych na usuwaniu wrażliwych zasobów z miejsc podatnych na akcję terrorystyczną i gromadzeniu ich w centralnym, dobrze chronionym składowisku niż na zwiększaniu stopnia bezpieczeństwa tych rozproszonych obiektów.

Programy redukcji i eliminacji HEU

Pierwsze próby zmniejszenia ilości HEU w obiektach cywilnych zapoczątkowane zostały w roku 1978 przez rząd Stanów Zjednoczonych, który zainicjował Program Redukcji Wzbogacenia Paliwa w Reaktorach Badawczych i Testowych (ang. Reduced Enrichment for Research and Test Reactors Program – RERTR). Celem projektu było dokonanie konwersji działających reaktorów badawczych z paliwa HEU na paliwo LEU. W ramach tego programu dokonano również konwersji reaktorów produkujących radioizotopy dla celów medycznych (Argentyna, RPA). Władze w Moskwie także uruchomiły swój program redukcji wzbogacenia paliwa w radzieckich reaktorach badawczych oraz zmieniły politykę eksportową i rozpoczęły dostarczanie reaktorów pracujących na paliwie HEU 36% zamiast dotychczasowych 80%.

W maju 2004 r. Departament Energii USA ogłosił międzynarodową Inicjatywę Redukcji Zagrożenia Globalnego (ang. Global Threat Reduction Initiative – GTRI), z udziałem m.in. MAEA i Rosji. Inicjatywa ta ma na celu usunięcie lub zabezpieczenie materiałów jądrowych, które nieodpowiednio chronione mogą, w przypadku dostania się w ręce terrorystów, stanowić zagrożenie dla społeczności międzynarodowej. Opiera się ona na trzech filarach:

  • Konwersji paliwa stosowanego w reaktorach badawczych i produkujących radioizotopy z HEU na LEU. Dotychczas dokonano takich zmian w 88 reaktorach na świecie.
  • Usuwaniu HEU przechowywanego w obiektach cywilnych i przekazywanie go do kraju producenta (USA i Rosja). Wszystkie państwa posiadające wypalone paliwo pochodzące z reaktorów badawczych mogą pozbyć się nagromadzonych zapasów, a koszt całej operacji pokrywa rząd USA lub MAEA. Dotychczas usunięto w ten sposób ponad 3500 kg HEU i plutonu (ostatnio w kwietniu 2013 r. wywieziono do Rosji wypalone paliwo HEU z Czech).
  • Zwiększaniu skuteczności ochrony fizycznej istniejących zasobów HEU i zabezpieczaniu porzuconych źródeł promieniotwórczych. Dotychczas zabezpieczono ponad 1500 miejsc zawierających materiały promieniotwórcze, odzyskano ponad 32000 porzuconych i nieużywanych źródeł na terenie USA oraz ponad 750 radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG) na terenie państw byłego ZSRR.

Polska aktywnie uczestniczy w powyższej inicjatywie. W badawczym reaktorze jądrowym Maria Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku we wrześniu ub. r. rozpoczęto proces konwersji na paliwo LEU. Dotychczasowe paliwo zawierające 36% U-235 jest stopniowo zamieniane na niskowzbogacone o udziale poniżej 20% tego izotopu. W miarę wypalania poprzednich elementów paliwowych będą one wymieniane na zestawy nowego typu, a cały proces planuje się zakończyć do 2014 r. Reaktor Maria, zaprojektowany pierwotnie do pracy z paliwem o zawartości U-235 80%, przechodzi proces konwersji już po raz drugi. W latach 1999-2003 wysokowzbogacone paliwo zastąpiono paliwem 36%. Pomimo zmiany rodzaju paliwa Maria będzie mogła bez zakłóceń produkować izotopy promieniotwórcze wykorzystywane w medycynie i w przemyśle. Realizowane też będą projekty badawcze wspierające m.in. polski program energetyki jądrowej.

Od września 2009 roku trwa również proces wywożenia z Polski wypalonego paliwa. W ciągu 12 miesięcy miało miejsce pięć transportów drogą lądową i morską. W sumie do 2010 r. wywieziono ponad 450 kg paliwa. Wcześniej, w dwóch transportach latem 2006 i latem 2007 roku dokonano zwrotu do producenta partii świeżego paliwa HEU, nieprzewidzianego do dalszego wykorzystania, w związku z przewidywaną konwersją reaktora. We wrześniu 2012 roku miał miejsce ostatni transport zawierający łącznie prawie 90 kg HEU (27 kg świeżego oraz 61,9 kg wypalonego). Do wywiezienia pozostanie jedynie paliwo obecnie wypalane w reaktorze Maria. Usunięte paliwo w całości trafiło do Rosji, która była jego producentem. Nowe, niskowzbogacone paliwo będzie kupowane we Francji. W październiku 2012 r. NCBJ podpisało umowę z Departamentem Energii USA i francuską firmą Areva-CERCA na dostawy paliwa LEU, zapewniające eksploatację reaktora do końca 2017 roku.

Interesujące linki:
http://nnsa.energy.gov/aboutus/ourprograms/nonproliferation/programoffices/officeglobalthreatreduction
http://nnsa.energy.gov/mediaroom/factsheets/reducingthreats

1 Do budowy ładunku jądrowego niezbędne jest ok. 25 kg U-235 (28 kg HEU o wzbogaceniu 90%); konstrukcja prostego jądrowego urządzenia wybuchowego wymaga użycia większej ilości takiego materiału – rzędu 40-60 kg. (bomba atomowa zrzucona na Hiroszimę zawierała 64 kg 80% HEU).
2 proliferacja - nielegalne użycie cywilnych materiałów jądrowych w celu budowy ładunków jądrowych.

Wywóz wysokowzbogaconego paliwa jądrowego z Polski (Fot. ZUOP)

Facebook