Metody Likvidace Jaderného Odpadu

V oblasti jaderné energetiky je likvidace radioaktivního odpadu již dlouho velkým problémem. Zatímco primární pozornost je často věnována bezpečnosti provozu štěpných jaderných reaktorů, problém nakládání s radioaktivním odpadem - který představuje riziko po tisíce let - vyžaduje okamžitou pozornost. Svět se stále více zajímá o technologii jaderného štěpení, protože hledá náhradu za fosilní paliva.

Hlubinné Ukládání Odpadu

Světová odborná veřejnost se v otázce likvidace jaderných odpadů - zejména vyhořelého paliva či vysokoaktivních zbytků z přepracování - shodne na tom, že nejbezpečnější řešení je umístit tyto odpady hluboko pod povrch země. Řada států již má rovněž vypracované studie, jak by v budoucnu taková hlubinná úložiště radioaktivních odpadů mohla vypadat. Jedná se většinou o rozsáhlé podzemní stavby o rozloze několika kilometrů čtverečních, jejichž výstavba se odhaduje na několik desítek let.

Vědci ze Sheffieldské univerzity v Anglii navrhují uložit jaderné odpady do hlubokých podzemních vrtů. Podle nich by takové řešení bylo levnější, rychlejší a technicky nenáročnější než klasické hlubinné úložiště. Testovací vrt vznikne příští rok v USA. Vědci tvrdí, že veškerý britský vysokoaktivní odpad z přepracování použitého paliva by se vešel do pouhých šesti vrtů hlubokých 5 km, které by šlo umístit do areálu zhruba o velikosti fotbalového hřiště. Odpady by ve vrtu byly zafixovány pomocí bentonitu a speciálního betonu odolného vůči vysokým teplotám a tlakům.

Cestování radionuklidů zpět k povrchu má zabránit unikátní metoda uzavření vrtu: nad odpady se rozehřeje vrstva žuly, která po ztuhnutí bude mít stejné vlastnosti jako neporušená hornina. Podle profesora Ferguse Gibba z Fakulty inženýrství Sheffieldské univerzity je koncept hlubokých vrtů pro zneškodnění radioaktivních odpadů velmi perspektivní. „Zkušenosti s vrtáním hlubokých sond i potřebná technologie již existují v oblasti ropného a plynárenského průmyslu, nebo v oblasti geotermálních vrtů,“ říká Gibb. Podle něj bude pro další rozvoj konceptu klíčový demonstrační vrt, který se plánuje ve Spojených státech příští rok.

Metoda prosazovaná britskými vědci, nazývaná pracovně DBD (deep borehole disposal), má ale ještě před sebou náročnou cestu prokazování provozní i dlouhodobé bezpečnosti. „Koncept hlubinného úložiště je zatím z hlediska bezpečnosti a technické proveditelnosti rozpracován nejvíce. Metoda DBD by v této fázi rozhodně neměla být vnímána jako alternativa k úložištím. Je to zajímavý koncept, ale až dlouholetý výzkum ukáže, nakolik je proveditelný,“ říká ředitel Správy úložišť radioaktivních odpadů Jiří Slovák.

Čtěte také: Milovice: Kompletní Průvodce Likvidací Odpadu

Demonstrační vrt chystaný pod vedením Sandia National Laboratories ve Spojených státech bude mít průměr cca půl metru. Po vyvrtání proběhnou zkoušky vkládání a následně vyjímání kontejnerů s radioaktivním odpadem. První výsledky by měly být známy v roce 2016. Koncept ukládání jaderných odpadů do hlubokých vrtů není v USA zcela nový - pracovalo se s ním již v 70. letech minulého století.

Typy Radioaktivního Odpadu a Metody Jejich Zpracování

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. Značnou část radioaktivních odpadů jako celku lze chladit a lze je ukládat do povrchových úložišť. Část těchto odpadů je zpopelnitelná. Vysokoaktivní odpad vyžaduje chlazení a stínění. Jedná se o palivové články z jaderných elektráren, vznikající ozářením jaderného paliva v reaktoru.

Klíčovým řešením pro vysoce radioaktivní odpad zůstává hlubinné úložiště. Dlouhodobá bezpečnost takového úložiště je zajištěna kombinací přírodních a inženýrských bariér. Jednotlivé bariéry jsou navrhovány ve vztahu k funkci celého systému. Základem správného návrhu konstrukce hlubinného úložiště je dobrý průzkum. Při ražbě hlubinného úložiště, je možné použít jen omezený počet metod. Používají se geofyzikální a radiogeologické metody.

Vysoce radioaktivní odpad se zpracovává při procesu zvaném vitrifikace a následně se umístí do kontejneru. Pro výrobu kontejnerů se uvažují hlediska bezpečnosti (různé nehody - např. letadla), jednak co největší životnost. Prodloužit životnost a zpomalit korozi kontejneru pomáhají inženýrské bariéry, tzv. geotechnická bariéra.

Vitrifikace a Bitumenace

Metoda známá jako „vitrifikace“ se využívá od roku 1996. Z počátku především pro likvidaci jaderných odpadů vzniklých za studené války. Vitrifikace - proces zatavení materiálu do skla. Vzhledem k tomu, že proces vitrifikace a likvidace odpadů je extrémně nákladný, je důležité snížit objem vysoce radioaktivního odpadu na co možná nejnižší mez, aby mohlo být samotnou vitrifikací zpracováno jen nejnutnější množství. Vitrifikovaný odpad je uložen do sudů o rozměrech zhruba 350×60 cm. Tyto barely jsou převezeny do federálních úložišť, kdy vlivem poločasu rozpadu klesá po tisíce let jejich aktivita.

Čtěte také: Sazba DPH pro dřevěné odpady

Nízkoaktivní odpady jsou odděleny a jako vedlejší produkt likvidovány méně nákladnými metodami. Například jednodušším zalitím do roztaveného asfaltu (bitumenace). Bitumenace - vytvoření směsi odpadního materiálu s kapalnou hmotou, která následně působením vnějších vlivů ztuhne. Nejčastěji se materiály zalévají do železných barelů pro dlouhodobé bezpečné uložení. Bitumenace se většinou provádí pomocí asfaltu, betonu, síry či kamenouhelného dehtu.

Pro snížení nákladů na vysokoúrovňovou vitrifikaci a následné ukládání je výhodné snížení celkového počtu skleněných matric zvýšením hustoty vysokoaktivního odpadu. Do jednoho barelu se vejde větší množství vysoce aktivního odpadu. Pro snížení množství vitrifikovaného (glazovaného) odpadu se oddělí neaktivní a nízkoaktivní části jako hliník, železo a další prvky, které jsou likvidovány jednodušší formou.

Plazmová Separace

Jaderní fyzici z Princetnoských laboratoří fyziky plazmatu (PPPL) a Amerického ministerstva energetiky (US DoE) navrhli nový způsob zpracování jaderného odpadu, který využívá centrifugy na plazmové bázi. Tato metoda je založena na plazmové filtraci hmoty, která může doplnit stávající chemické postupy. „Bezpečná likvidace jaderného odpadu je velký problém. Jedním z možných řešení, by mohlo být doplnění stávajících chemických separačních metod o plazmové separační techniky.

Aktuální výzvou pro tým vědců pod Renaudovým vedením je bezpečná likvidace radioaktivních odpadů uložených v závodě Hanford Site ve státě Washington, který za studené války sloužil k výrobě zbraňového plutonia. Jak celý systém plazmové filtrace funguje? Proces začíná rozprašováním a ionizací nebezpečného odpadu a usměrněním na rotační filtr, takže jednotlivé prvky jsou ovlivňovány elektrickým a magnetickým polem. Filtr pak odděluje od sebe lehčí a těžší prvky pomocí odstředivých a magnetických sil. Lehčí prvky jsou obecně méně radioaktivní než ty těžší a nemusí být následně zeskelněny.

Proces separace těžších prvků ve vysokootáčkových odstředivkách se již nyní využívá při obohacování jaderného paliva. Vysoce radioaktivní odpad jde na vitrifikaci a díky snížení objemu se vejde do menšího množství sudů. Nová metoda může najít širší uplatnění než dosud využívané technologie založené na chemické bázi, protože je méně závislá na chemickém složení jaderného odpadu.

Čtěte také: Jak ušetřit na likvidaci stavebního odpadu?

Gueroult také poukazuje na to, jak mohou být úspory plazmové techniky významné. „Energetické náklady na ionizaci 1 kg tuhého odpadu jsou pouze 10 dolarů. V této ionizované formě může být odpad separován do těžkých a lehkých složek. Vzhledem k tomu, že je odpad atomizován, probíhá separace pouze na základě atomové hmotnosti prvků, bez ohledu na chemické vlastnosti. Celkové náklady metod na chemické bázi mohou dosahovat až 2000 dolarů na 1 kg vitrifikovaného odpadu. Je nutné provést několik dalších kroků pro dosažení dostatečné čistoty separátu, přesto je zde značný prostor pro snížení konečných nákladů.

Transmutace Prvků

Švýcarská firma Transmutex, která se zabývá jaderným štěpením, objevila novou metodu, která by mohla snížit radioaktivitu jaderného odpadu až o 80 %. Autorem této inovace je fyzik Carlo Rubbia, bývalý generální ředitel fyzikální laboratoře CERN. Metoda společnosti Transmutex je založena na transmutaci prvků - procesu přeměny jednoho prvku na jeho izotop nebo jiný prvek. S využitím urychlovače částic navrhují výzkumníci společnosti přeměnit mírně radioaktivní prvek, jako je thorium, na izotop uranu. Tento nově vzniklý uran lze okamžitě zpracovat přímo v připojené jaderné elektrárně. Na rozdíl od tradičního uranu používaného v současných jaderných elektrárnách tato varianta neprodukuje plutonium ani jiný vysoce radioaktivní odpad.

ADS (Accelerator-Driven Systems)

Projekt pracuje na Accelerator-Driven Systems (ADS): řešení, které má „přepálit“ dlouho žijící radionuklidy na izotopy s kratším poločasem. Podle aktuálního rámce by to mohlo zkrátit potřebnou dobu izolace odpadu o 99,7 % - zhruba ze 100 000 let na přibližně 300 let.

Základní princip ADS je elegantní i brutální zároveň. Urychlovač vyšle vysokoenergetický protonový svazek do těžkého kovového terče - uvažuje se například o kapalné rtuti. Dopad vyvolá proces zvaný spallace, při kterém vzniká proud neutronů. Ty pak bombardují samotný jaderný odpad (minor actinides a dlouhožijící produkty štěpení) a postupně ho přeměňují na stabilnější nebo kratší dobu radioaktivní prvky. Nejde jen o „likvidaci“ odpadu. Štěpné reakce spuštěné tímto bombardováním generují teplo - a to lze proměnit na bezemisní elektřinu. V jednom konceptu se tak propojuje dekontaminace s výrobou energie.

Likvidace Následků Havárie ve Fukušimě

Zdá se, že havárie v jaderné elektrárně Fukušima, od které uplynulo již bezmála 15 let, bude japonské inženýry trápit ještě hodně dlouho. Plné odstraňování zbytků jaderného paliva z třetího reaktoru, původně plánované na začátek třicátých let, se totiž posouvá nejdříve na rok 2037. Skutečný termín zahájení prací do značné míry závisí na dalším vývoji technologie a přípravných pracích. Dosavadní harmonogram (zejména ohledně odstranění použitého paliva a stavby meziskladu) je dlouhodobě v prodlení i u dalších částí projektu.

Důvodem zpoždění není nedostatek odhodlání, ale extrémní technická náročnost prací v zamořeném prostředí. Jen přípravné práce kolem třetího reaktoru, které musí předcházet jakémukoli pokusu o odtěžení paliva, si vyžádají neuvěřitelných dvanáct až patnáct let. V reaktorech 1 až 3 se nachází odhadem 880 tun trosek. Nejde o obyčejný stavební odpad, ale o spečenou směs roztaveného jaderného paliva a částí vnitřních konstrukcí reaktoru (slepenec kovů, zirkonia a uranu), která je extrémně radioaktivní.

Samotný proces odtěžování bude technologickým oříškem. Inženýři nemají v plánu zaplavit reaktor vodou, protože je jeho konstrukce příliš poškozená. Místo toho zvolili kombinaci dvou přístupů: metody „částečného ponoření“, kdy jsou trosky při odstraňování kropeny vodou, a metody „vyplnění a ztuhnutí“, při které se materiál zpevní speciálním plnivem. Cílem je chránit roboty a stroje, ale také potlačení úrovně radiace.

tags: #likvidace #jaderného #odpadu #metody

Oblíbené příspěvky:

• Povinnosti při nakládání s odpadem
• Test ekologických hadrů
• Profesionální čištění odpadů ve Žďáru
• Změny v ochraně přírody a Hnutí DUHA
• Proč je koule v odpadu pračky?