Jaderná energie se jevila jako velice přitažlivá, bylo potřeba hledat zdroj pro pokrytí potřeby rychle se rozvíjejícího průmyslu. Zde byl 24.10.1957 spuštěn experimentální reaktor výzkumu v Řeži u Prahy.
První reaktorový blok byl uveden do provozu 4. v Dukovanech, čtvrtý blok 20. července 1987. v elektrickém výkonu 440 MW.
Při provozu jaderného reaktoru vznikají různé radioaktivní látky. Většinu z nich (cca 99%) tvoří štěpné produkty uzavřené v palivových článcích. Nízkoaktivní odpady tvoří asi 90% veškeré produkce radioaktivních odpadů. Tyto odpady vyžadují chlazení a stínění, ale uvolňované teplo je malé. Středně aktivního odpadu vzniká značná část radioaktivních odpadů jako celku. Lze je ukládat do povrchových úložišť a chladit. Část těchto odpadů je zpopelnitelná. Bývá před uložením zpopelněna.
Vysokoaktivní odpad tvoří asi 1 %, ale obsahují 99% veškeré aktivity. Vysokoaktivní odpad vyžaduje chlazení a stínění. Jedná se o palivové články z jaderných elektráren, vznikající ozářením jaderného paliva v reaktoru. Tepelný výkon z rozpadu štěpných produktů vyžaduje chlazení vody ve skladovacích nádržích, které se dnes používají a jsou naplněny vodou s palivem pod hladinou.
Počáteční fáze palivového cyklu, tj. opětné využití, jsou zvládnuty v rozsáhlém průmyslovém měřítku. Závěrečné fázi palivového cyklu, tj. uložením příslušných odpadů, závisí na typu a skupenství odpadu. Některé státy (Francie, Velká Británie, Rusko) provádějí přepracování vitrifikací ve francouzském Marcoule, La Hauque (1989) a nakonec Windscale ve Velké Británii (1990). Tepelný výkon z rozpadu štěpných produktů je třeba zpracovávat. Skladovací nádrže, které se dnes používají, jsou naplněny vodou s palivem pod hladinou, a vyžadují chlazení vody.
Čtěte také: Budoucnost jaderné fúze
Z ekonomickým problémům se nejdříve umísťují do meziskladů pro snižování radioaktivity a postupnému chladnutí ve skladovacích bazénech. Bezpečnosti není několikanásobná manipulace s odpadem právě nejvhodnější. Naopak při suché metodě je manipulace s materiálem mnohem jednodušší, chlazení probíhá proudícím vzduchem. Lze takto ukládat do finálních úložišť například vyhořelé palivo.
Cílem likvidace odpadu je, že se co nejvíce zmenšuje objem a uzavírá se do bezpečného obalu. Fixace je provedena “zacementováním“ do 500 litrových sudů. Vzniklé radioaktivní odpady je třeba roztřídit a zpracovat tak, aby je bylo možné bezpečně uložit. Tedy bezpečně oddělit od životního prostředí na dostatečně dlouhou dobu, dokud se v důsledku samovolných procesů radioaktivní látky nepromění na látky jiné, stabilní. Kapalné odpady je nutné zahustit a zpevnit vhodným ztužidlem (cement, bitumen, aluminosilikát, skelná matrice), pevné odpady mohou být lisovány. Podle typu odpadu je zvolen i způsob ztužení. Odpady z provozu jaderných elektráren jsou většinou zpevněny jejich zamícháním do bitumenu a v sudu uloženy v dukovanském úložišti. Institucionální odpady jsou obvykle zabetonovány do sudu o objemu 100 litrů, který je vložen do 216 litrového sudu. Prostor mezi oběma nádobami je vyplněn betonem, sud je uzavřen víkem, natřen protikorozním nátěrem a putuje do úložiště Richard nebo Bratrství.
Po naplnění se úložiště uzavřou a po dobu řádově v desítkách let se monitorují. Po této době se předpokládá, že nebudou dále ohrožovat životní prostředí. Nejstarší úložiště podzemního lomu Alkazar u Hostími (okr. Beroun) bylo uzavřeno v roce 1959. Toto úložiště bylo uzavřeno v roce 1997 zaplněním všech prostorů úložiště betonem. Dále se využívá důl Richard II u Litoměřic. Toto úložiště je stále v provozu. Stejně tak úložiště institucionálního odpadu v důlním komplexu Bratrství u Jáchymova, které je výhradně k ukládání odpadů s přírodními radionuklidy.
Provozní odpady vznikají v provozech jaderných elektráren. Jedná se o povlaky paliva, konstrukční materiály palivových souborů atd. Tyto odpady jsou lisovány a posléze fixovány tak, aby neznečišťovaly okolní prostředí v areálu jaderné elektrárny Dukovany. Úložiště Dukovany je tvořeno 112 jímkami ve 4 řadách. Sudy jsou vyplňovány maltovou směsí. Uvolnění radioaktivních látek z úložiště zabraňuje soustava inženýrských bariér s dlouhodobou životností. Doba kontroly povrchového úložiště Dukovany se odhaduje na 300 let.
Vzhledem ke zlepšujícím se technologiím v jaderném průmyslu, je možné zavedení nového typu paliva, kterým se sníží množství provozních odpadů. Jedním z řešení problematiky s radioaktivními odpady je vybudování konečného úložiště, kam se musí nakonec nějakým způsobem uložit. Zvažují se podzemních a podmořských úložištích ve formacích pod mořským dnem, ve vrstvách. Další možností by také mohlo být čedičové podloží pod mořským dnem. Přestože má tato koncepce bezesporu mnoho výhod, např. nedotknutelnosti mezinárodních vod, jedná se o proveditelný způsob ukládání vysoce aktivního odpadu v masivu. V úvahu přicházejí solné formace, krystalické horniny a jíly.
Čtěte také: Životní prostředí a jaderné elektrárny
Pro konstrukci úložiště je nejdříve nutné zřídit podzemní laboratoř pro zjištění dalších vlastností potencionální hostitelské horniny, plynoucích z uložení kontejneru s vysoce aktivním odpadem. Taková laboratoř slouží nejen pro výzkum hornin in situ, ale zatím žádná z nich nebyla vybrána. Jednou z variant byla šachta č.16 v Příbrami, která se nachází v hlubinných vyvřelinách, ale tato varianta se nerealizovala.
Jednotlivé bariéry jsou navrhovány ve vztahu k funkci celého systému. Není možné spoléhat jen na jednu bariéru a při selhání takovéto bariéry by se zhroutil celý systém. Horninové prostředí je prostoupeno trhlinami a plochami diskontinuit, které mohou být ovlivňovány bariérou teplotou. Základem správného návrhu konstrukce hlubinného úložiště je dobrý průzkum. Při ražbou hlubinného úložiště, je možné použít jen omezený počet metod, je třeba brát velké ohledy například na porušení masivu. Používají se geofyzikální a radiogeologické metody.
Vysoce radioaktivní odpad se umístit do kontejneru při procesu zvaném vitrifikace. Pro výrobu kontejnerů se uvažují hlediska bezpečnosti (různé nehody - např. letadla), jednak co největší životnost, a proto se používají různé materiály nebo jejich kombinace, využívá se i titanu či betonu. Pro zpomalit korozi kontejneru se budují inženýrské bariéry, tzv. geotechnická bariéra. Bentonit se používá jako jeden z analogů, protože má ve srovnání s ostatními materiály nejstálejší reologické vlastnosti - tzn. dobu tisíců let. Stálost inženýrské konstrukce úložiště stanoví konstrukce jednotlivých vrstev bariéry a další zajištění výrubu na bázi směsi bentonitu s rubaninou popřípadě s pískem, nebo směsi bentonitu s pískem či grafitem.
V České republice jsou v provozu tři úložiště nízko a středněaktivních odpadů. Úložiště Richard se nachází v bývalém vápencovém dole Richard II u Litoměřic, Bratrství ve stejnojmenném uranovém dole u Jáchymova a Dukovany v areálu jaderné elektrárny. Radioaktivní odpady je třeba oddělit od člověka a životního prostředí na dostatečně dlouhou dobu. K bezpečné izolaci slouží právě úložiště radioaktivních odpadů. Odpady jsou do úložišť ukládány dle aktivity a původu. V České republice jsou nyní v provozu tři úložiště nízko a středněaktivních odpadů. Obce, na jejichž katastru se úložiště nachází, dostávají zákonem stanovené příspěvky. Nejstarší úložiště Hostim u Berouna bylo v 60. letech minulého století uzavřeno. Ještě před několika desítkami let se radioaktivní odpady shromažďovaly u jejich původců. Hned od počátku tu byla poptávka po místě, kde bude možné odpady bezpečně uložit. Proto v roce 1959 vzniklo první úložiště v Hostimi a poté i další. Právě zajišťování provozu těchto úložišť je jedním z našich nejdůležitějších úkolů. U všech úložišť pravidelně zajišťujeme rozbor vod z hydrogeologických vrtů a studní v okolí a povrchových vod z řeky či potoků. V případě úložišť Richard a Bratrství také rozbor důlních vod. Jejich analýza obsahu sledovaných radionuklidů dokazuje, že z uložených odpadů nedochází k žádnému úniku. Pravidelně jsou sledováni také pracovníci a každý, kdo vstupuje do úložiště.
V České republice je v současné době vyhořelé jaderné palivo skladováno v areálech jaderných elektráren. Uvolnění radioaktivních látek z úložiště brání soustava bariér, které se vzájemně doplňují, ale zároveň jsou na sobě nezávislé. Jinými slovy, i v případě, že jedna z bariér přestane plnit svou funkci, jsou tu další, které úniku radionuklidů zabrání. V první řadě bereme v potaz informace o úložišti jako takovém. V praxi to znamená, že konkrétní podoba obalu, množství a druh radionuklidů v ukládaných odpadech, hmotnost obalových souborů a další kritéria, to vše se může v jednotlivých úložištích lišit. Provoz úložišť je několikrát ročně kontrolován inspektory ze Státního úřadu pro jadernou bezpečnost. V případě důlních úložišť Richard a Bratrství také inspektory z Českého báňského úřadu a obvodních báňských úřadů. Abychom zajistili bezpečný provoz úložišť, monitorujeme jejich vliv na okolní prostředí. Odebírají se vzorky vod z okolí a důlní vody z úložišť, sleduje se také ovzduší úložiště. Akreditovaná laboratoř potom stanovuje obsah vybraných radionuklidů. Každý, kdo do úložišť vstupuje, musí mít osobní dozimetr pro sledování dávky záření. Limity a podmínky bezpečného provozu schvaluje a aktualizuje Státní úřad pro jadernou bezpečnost. Veličiny a radionuklidy, které se sledují, četnost odběrů i odběrová místa jsou stanovena pro každé úložiště zvlášť, v programu monitorování.
Čtěte také: Dopady plovoucích jaderných elektráren
Termín „jaderný odpad“ se často objevuje v mediálním prostoru v souvislosti s vývojem hlubinného úložiště, ale legislativa ČR tento termín nezná. Věcně i formálně správné jsou pouze termíny „radioaktivní odpad“ a „vyhořelé jaderné palivo“. Zákon č. 263/2016 Sb. definuje radioaktivní odpad jako „věc, která je radioaktivní látkou nebo předmětem nebo zařízením ji obsahujícím nebo jí kontaminovaným, pro kterou se nepředpokládá další využití a která nesplňuje podmínky stanovené zákonem č. 263/2016 Sb. pro uvolňování radioaktivní látky z pracoviště.“ Stejný zákon definuje vyhořelé jaderné palivo jako „ozářené jaderné palivo, které bylo trvale vyjmuto z aktivní zóny jaderného reaktoru.“
„Do doby, než vyhořelé jaderné palivo jeho původce označí záznamem do průvodního listu radioaktivního odpadu za radioaktivní odpad nebo než Úřad (SÚJB) rozhodne, že vyhořelé jaderné palivo je radioaktivním odpadem, se na nakládání s ním, kromě požadavků vyplývajících z jiných ustanovení tohoto zákona, vztahují také požadavky na radioaktivní odpad“ (§ 110 odst. (1) zákona č. 263/2016 Sb.). Z výše uvedeného je zřejmé, že vyhořelé jaderné palivo není v současnosti ani radioaktivním, ani „jaderným“ odpadem, ale při nakládání s ním je nutno plnit všechna ustanovení, jako kdyby radioaktivním odpadem byl. Kromě jiného to znamená, že je zakázaný dovoz vyhořelého jaderného paliva ze zahraničí a jeho uložení na území ČR.
Hlubinné úložiště je typem úložiště radioaktivního odpadu; tj. je určeno k trvalému, časově neomezenému umístění radioaktivního odpadu bez úmyslu jej vyjmout. Sklad radioaktivního odpadu nebo vyhořelého jaderného paliva je určen k dočasnému, časově omezenému, umístění těchto materiálů s úmyslem jej znovu vyjmout. Mezisklad vyhořelého jaderného paliva je další z nepřesných termínů, které používají zejména média a který není v legislativních dokumentech definován.
Na základě mezinárodních právních úprav, jimiž je ČR vázána, odpovídá ČR za vlastní radioaktivní odpad a nese všechny náklady s ním spojené. V podmínkách ČR je hlubinné úložiště jedinou reálnou a technicky a ekonomicky realizovatelnou možností, jak uzavřít palivový cyklus jaderných elektráren a výzkumných reaktorů; tj. jak dlouhodobě (navždy) naložit s vyhořelým jaderným palivem. Navíc musí být v HÚ uložen i radioaktivní odpad, který nelze uložit v již provozovaných úložištích. Vývoj HÚ je současně i jedním ze způsobů, jak zabezpečit, aby budoucím generacím nebyla způsobena nepřiměřená technická, ekonomická a společenská zátěž.
Minulé i stávající právní úpravy zakazují dovoz radioaktivního odpadu k uložení na území ČR a nejsou žádné indicie, že by se tyto zákazy v budoucnu zmírnily. Již předešlá právní úprava, zákon č. 18/1998 Sb., zakazovala dovoz radioaktivního odpadu do ČR a tento zákaz byl bez větších změn implementován i do nového zákona č. 263/2016 Sb. V budoucnu lze očekávat, že uvedený zákaz nebude zmírněn a tak nebude možno dovážet ze zahraničí radioaktivní odpad k uložení na území ČR.
Dovoz radioaktivního odpadu, včetně bývalého vyhořelého jaderného paliva, ze zahraničí pro potřeby jeho uložení na území ČR je ze zákona zakázán. Identický zákaz je součástí legislativních ustanovení všech zemí, využívajících jadernou energii a zdroje ionizujícího záření pro mírové účely, včetně např. Slovenska. Zákon č. 263/2016 Sb., v § 7 odst. 3 zakazuje dovoz radioaktivního odpadu nebo vyhořelého jaderného paliva na území ČR.
Geologické prostředí, ve kterém bude hlubinné úložiště umístěno a které se spolupodílí na této izolaci, smí být porušeno přírodními nebo lidskými aktivitami zcela minimálně. Proto nelze stávající podzemní díla, která vykazují značný stupeň „poškození“ důlní činností, pro uložení vyhořelého jaderného paliva využít. Podstatou bezpečného uložení jakéhokoliv radioaktivního odpadu je jeho dlouhodobá izolace od životního prostředí až do doby, kdy jeho radioaktivita klesne na úroveň srovnatelnou s radioaktivitou hostitelského prostředí. Pro dosažení tohoto cíle se využívá multibariérový princip, kdy je vlastní radioaktivní odpad, např. bývalé vyhořelé jaderné palivo, umístěn do několika navzájem nezávislých bariér. V případě hlubinného úložiště se jedná minimálně o úložný obalový soubor, výplňový a zásypový materiál a o hostitelské prostředí. Každá z těchto bariér musí splňovat předem stanovené fyzikální a chemické vlastnosti a musí bránit průniku radioaktivity do další složky úložného systému.
Využití vyhořelého jaderného paliva pro energetické účely naráží na značná technická a ekonomická úskalí, v důsledku čehož většina států provozujících jaderné elektrárny nikdy k rutinnímu přepracování vyhořelého jaderného paliva nepřistoupila (kromě např. ČR, SR, Maďarska, Finska, Švédska i země s největším počtem provozovaných jaderných elektráren na světě - USA), nebo od něj odstoupila (např. Německo, Velká Británie, Švýcarsko). V současnosti jsou celosvětově k dispozici pouze komerčně provozované závody na přepracování vyhořelého jaderného paliva ve Francii a Rusku. Zkušenosti s přepracováním a dostatečné, cenově dostupné zásoby uranu činí z přímého uložení vyhořelého jaderného paliva dlouhodobě jedinou reálnou alternativu konce palivového cyklu v ČR. I když až 94 % původního obohaceného uranu zůstává ve vyhořelém jaderném palivu a lze ho teoreticky dále využít pro energetické účely, vyhořelé MOX nebo ERU palivo již nelze z technických a ekonomických důvodů dále přepracovat a tak více než 80% původního obohaceného uranu nelze dále využít pro výroba elektrické energie.
Podle Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE) se musí například nízko nebo středně aktivní odpad převážet v robustních 125tunových kontejnerech. S veškerým toxickým odpadem je třeba nakládat bezpečně, nejen s radioaktivním odpadem. Radioaktivita jaderného odpadu se však přirozeně rozpadá a má omezenou radiotoxickou životnost. Jeho nebezpečí pak více závisí na tom, jak je koncentrovaný. Například ostatní průmyslové odpady, jako kadmium či rtuť, zůstávají nebezpečné po neomezenou dobu.
Většina vyprodukovaného jaderného odpadu je kvůli své radioaktivitě silně nebezpečná několik desítek let a běžně se ukládá do zařízení v blízkosti zemského povrchu. Podle dat Světové jaderné asociace je 97 % celosvětově vyprodukovaných odpadů klasifikováno jako nízko nebo středně aktivní odpad. Geologická úložiště pro radioaktivní odpad jsou navržena tak, aby zajistila, že škodlivé záření nedosáhne povrchu ani v případě silných zemětřesení nebo v průběhu času. Odpad je zapouzdřen ve speciálně technicky upravených sudech ve stabilní, vitrifikované formě a je umístěn v hloubkách hluboko pod biosférou. Taková dlouhodobá geologická úložiště jsou navržena tak, aby zabránila jakémukoli pohybu radioaktivity po tisíce let.
Příroda nám ale sama poskytla analogické příklady úspěšného uložení radioaktivního materiálu ve stabilních geologických formacích. Asi před dvěma miliardami let v dnešním Gabonu v Africe způsobila ložiska uranu v tamních skalních masívech vznik a udržení štěpné jaderné reakce o průměrném výkonu zhruba 100 kilowattů na 16 místech v okolí po dobu 150 tisíc let. Šlo o stejnou jadernou reakci, jako ta, která dnes udržuje v chodu jaderné reaktory na celém světě.
Vlastníci (především starších) obytných budov, kde je překročena hodnota ročního průměru objemové aktivity radonu ve vzduchu 3000 Bq/m3, mají povinnost provést nápravu. V Česku na to existuje několik forem dotací. Česko má také radonový program, tedy národní strategii pro regulaci ozáření obyvatel z radonu. V současné době je v platnosti nový Národní akční plán pro regulaci ozáření z radonu („RANAP“) který navazuje na předchozí programy stanovené pro období 2010 -2019 a období 2000-2209.
Transmutace radionuklidů skutečně není ničím neznámým. Přeměna jednoho chemického prvku nebo izotopu na jiný se vyskytuje v jakémkoli procesu, kde se mění počet protonů nebo neutronů v jádru atomu. V případě radioaktivního odpadu z elektráren jde o přeměnu aktinoidů a štěpných produktů s dlouhou životností na nuklidy s kratší životností. Transmutace tak může být schopna snížit množství odpadu, ale stane se tak pouze do určité míry.
Plutonium je extrémně toxický kov. Na akutní radiační syndrom umírá člověk po vystavení nadměrnému množství ionizačního záření. K takovým případům docházelo v historii většinou při haváriích kvůli lidskému pochybení v podmínkách laboratoře či elektrárny. Účinkem inhalace plutonia v menších dávkách je zvýšení pravděpodobnosti vzniku rakoviny, leukémie, neplodnost, poškození plodu, mutace a další poškození tkání. Oproti tomu velká část jiných toxinů vede v menších dávkách k bezprostřední smrti, jako například některé hadí či pavoučí jedy nebo kyanid. K těm se člověk v běžném životě dostane mnohem pravděpodobněji než ke smrtelné dávce záření plutonia.
Záření uvolňované člověkem vyrobenými radionuklidy je přesně stejná forma jako záření emitované z přirozeně se vyskytujících radioaktivních materiálů (záření alfa, beta nebo gama). Záření, které vzniká například nukleosyntézou na našem Slunci, je stejné jako to, co vytváříme na Zemi v reaktorech elektráren. Lidé po celé zeměkouli žijí obklopeni přírodními radioaktivními materiály a jsou neustále vystaveni zářením různé intenzity pocházejícím například z hornin, z půdy, z budov nebo z oblohy, tedy z vesmíru.
Vyhořelé jaderné palivo je vysoce radioaktivní a vyžaduje špičkové technologie a techniku. Během provozu je část palivových tyčí vyměňována. Zbylé tyče se posunou na kraj a doprostřed se dá čerstvé palivo. Následně se vyhořelé palivo umístí do meziskladu vyhořelého jaderného paliva. Kapacita meziskladu je až 1300 tun vyhořelého jaderného paliva.
Kontejner pro skladování má několik funkcí. Důležirou funkcí je odvod tepla uvolňovaného při zmíněném rozpadu radionuklidů, které jsou obsažených ve vyhořelém palivu. Kontejner je vyroben z oceli, která ho chrání proti korozi. Tloušťka stěny je 37 centimetrů, což zajišťuje dobrý odvod tepla. Prostor mezi primárním a sekundárním víkem kontejneru je vyplněn kyslíkem. Dovnitř kontejneru je zaveden systém, který detekuje únik radioaktivních látek. Kontejner ochlazuje přirozeným prouděním vzduchu a brání jejich samovolnému pohybu. Kontejner pojme asi 10 tun vyhořelého paliva. Pro uskladnění veškerého vyhořelého paliva bude použito 60 kontejnerů. Kontejner má hmotnost kolem 120 tun.
Cesta do meziskladu začíná v reaktorové hale. Palivové kazety se v přilehlém bazénu, jedna po druhé pod vodou přeloženy do kontejneru a následně se přepraví železničním vagónem do prostoru meziskladu. Tam jeřáb přenese kontejner do skladovací haly. Celý proces je řízen počítačem a monitorovacího systému, čímž proces uskladnění kontejneru končí. Celý proces trvá zhruba 10 dní.
Vlivy meziskladů vyhořelého paliva na okolí jsou minimální. Tím, čím mezisklad vydává, je teplo a záření. Záření vzniká jako doprovodný jev radioaktivních přeměn, ale lze ho odstínit vhodnými materiály. Nejvýraznější je záření gama. Je třeba si uvědomit, čím vším je gama záření v našem okolí vysíláno. I tak dávku větší než 0,1 milisievertů neobdrží nikdo. Pracovník obdrží dávku mezi 2 až 3 milisieverty, přičemž roční hygienická norma je 5 mSv. Teplo je odváděno chladicích ploch (např. mezisklad a rozptyluje se v atmosféře. Teplo palivovém článku se přitom postupně snižuje.
Voda v bazénech je obyčejnou demineralizovanou vodou. Využívají se zkušenosti s provozem vodních bazénů umístěných u reaktorů, které jsou z nerezavějící oceli. Voda tlumí záření natolik, že se personál může podél jejich okrajů bez obav pohybovat. Chlazení je zabezpečena cirkulací chladicí vody, která je v tepelných výměnících opět ochlazována. Voda, která přichází do styku s vyhořelým palivem musí být důkladně pročištěna před opuštěním mezisklad. Tuto metodu zvolily zejména severské země, nejvíce ji využívají Švédové. Uvolněnou energii mořská voda proudění odvádí teplo uvolňované vyhořelým palivem.
Pro konečné úložiště se hledají horniny se stabilními vlastnostmi, například ze speciálních ocelí nebo litin. Důležité je, aby nedošlo k narušení životního prostředí například meteoritu. Proto je kladen důraz na výběr horniny, v níž bude konečné úložiště vybudováno, která musí být stabilní a nepropustná. Cílem je, aby tato stabilita byla zachována i nadále. Důležité jsou jak materiály, z nichž budou vyrobeny kontejnery na odpady, vyrobené z oceli, mědi nebo titanu, tak i matrice, v nichž budou radionuklidy chemickou cestou zpevněny. Ukládání odpadu by mělo být bezpečné a stabilní. Tomu odpovídá i příprava výstavby konečných úložišť, která např. v USA, Švédsku a dalších zemích značně pokročila.
tags: #jaderná #elektrárna #odpad #skladování