Obalové soubory pro jaderný odpad v ČR: Vlastnosti a požadavky

Vyhořelé jaderné palivo a radioaktivní odpad bude uložen v pečlivě uzavřených ukládacích obalových souborech. Ty musejí vykazovat mimořádnou odolnost proti korozi.

V současné době se zvažuje několik variant konstrukce, které počítají buď s použitím korozivzdorné (vnitřní pouzdro) a uhlíkové (vnější plášť) oceli, nebo s uhlíkovou ocelí pro vnitřní pouzdro a titanovou slitinou či mědí pro vnější plášť. Pro laboratorní korozní zkoušky byly vybrány materiály, které by měly v budoucnu tvořit základ konstrukce ukládacího obalového souboru.

Výzkum je zaměřen zejména na ověření vlastností vybraných materiálů po jejich uzavření, a to především v podmínkách anaerobních (bez kyslíku). Zkoušky jsou navrženy tak, aby simulovaly podmínky hlubinného úložiště, kterým dané materiály budou vystaveny, a je vzato v úvahu, zda daný materiál bude tvořit vnější plášť či vnitřní pouzdro obalového souboru.

V rámci tohoto projektu probíhají dva typy experimentů. První simuluje podmínky v počátcích anaerobní fáze hlubinného úložiště, tedy v prostředí bez přítomnosti kyslíku a při zvýšené teplotě, z důvodu zbytkového tepla z vyhořelého jaderného paliva. Vzorky vybraných materiálů (měď, uhlíková ocel) jsou umístěny v jednotlivých modulech (konstrukce ÚJV) a obklopeny buď sodným bentonitem, nebo vápenato-hořečnatým bentonitem české provenience.

Právě kvůli nim je bentonit pokládán za ideální materiál k „utěsnění“ ukládacích obalových souborů v úložišti. Materiál zvaný bentonit představuje jednu z klíčových součástí budoucího úložiště. Jednoduše řečeno jde o horninu, která vzniká zejména zvětráváním pyroklastik (sopečného materiálu), s vysokým obsahem jílových minerálů.

Čtěte také: Průvodce tříděním odpadu

Bentonitová bariéra obklopující ukládací obalové soubory totiž bude dlouhodobě vystavena například působení zvýšené teploty (z vyhořelého jaderného paliva) či podzemní vody a navíc bude ve styku s obalovým souborem, okolní horninou i dalšími materiály. Proto je s výzkumem bentonitů spojena významná část prací v oblasti hlubinného ukládání.

Zejména je nutná znalost mineralogického složení a zastoupení jednotlivých minerálů s důrazem na obsah jílových minerálů, které propůjčují bentonitu jeho specifické vlastnosti. Studium specifických vlastností bentonitu je vždy nutné podložit komplexní chemicko-mineralogickou charakteristikou. Důležitým parametrem je kationtová výměnná kapacita a zastoupení jednotlivých kationtů v mezivrství či specifický povrch.

Velmi podstatným parametrem, který často slouží jako vstup pro modelovací i experimentální práce, je definování složení pórové vody bentonitu. Získat chemické složení pórové vody kompaktovaného bentonitu experimentálně je v některých případech téměř technicky nemožné.

Experimentální práce jsou založeny na tzv. průnikových difúzních experimentech, které sledují difúzi stopovače (radionuklidu, např. 3H, 36Cl, 125I) ze vstupního rezervoáru přes vzorek do výstupního reservoáru, ve kterém je pouze roztok bez stopovače. Hlavní přínos použité metody spočívá ve stanovení efektivního difúzního koeficientu, který je jedním z parametrů popisujících transportní chování v bentonitové bariéře HÚ. Významná část experimentálních prací je zaměřena na stanovení transportních vlastností bentonitu ve vztahu k potenciálnímu transportu radionuklidů směrem k horninovému prostředí.

Změny v difúzním chování sledovaných látek také souvisejí se změnami ve vlastnostech bentonitové bariéry (např. homogenitě, porozitě, sorpčních vlastnostech, mineralogických a chemických změnách bentonitu a změnách ve složení pórové vody). Je tedy potřeba všechny tyto související parametry charakterizovat společně. Difúzní koeficient je důležitým parametrem sloužícím jako vstup do modelů pro celkové hodnocení bezpečnosti HÚ.

Čtěte také: Odpadkový koš: Obnovování souborů - oprava

Řadu reakcí a změn na rozhraních, k nimž může v úložišti docházet, odborníci z ÚJV pečlivě zkoumají a analyzují. Vznikají rozhraní typu bentonit a okolní hostitelská hornina, bentonit a beton (betonové kontejnery, konstrukční prvky) nebo bentonit a ukládací obalový soubor. Na jednotlivých rozhraních dojde k poměrně ostré změně fyzikálně-chemických podmínek, které mohou vést ke změně vlastností bentonitu, které jsou klíčové pro jeho správnou funkci.

Podrobný výzkum jevů, procesů a událostí, které se mohou vyskytnout v úložišti po dobu desítek tisíců let, je nezbytný pro porozumění jejich vlivu na bezpečnost úložiště. Cílem projektu SURAO nazvaného Výzkumná podpora pro bezpečnostní hodnocení hlubinného úložiště je získat vybraná data, modely, argumenty a další informace potřebné pro zhodnocení dlouhodobé bezpečnosti potenciálních lokalit pro umístění hlubinného úložiště.

Vyhláška č. 317/2002 Sb. stanovuje požadavky na ukládací obalové soubory pro vyhořelé jaderné palivo. Ukládací obalové soubory pro vyhořelé jaderné palivo musí splnit náročné požadavky, a to nejen ve fázi provozní, ale zejména po uzavření úložiště. Požadavky na ukládací obalový soubor s vyhořelým jaderným palivem lze specifikovat následovně:

• zajištění jaderné bezpečnosti - podkritičnost - během všech manipulací s vyhořelým jaderným palivem a po dobu uložení, a to jak během normálního provozu, tak při projektových haváriích
• odvod zbytkového tepelného výkonu - z důvodu zachování vlastností těsnícího materiálu (bufferu) nesmí teplota vnějšího povrchu překročit 95 °C
• zajištění radiační ochrany - zamezení úniku radioaktivních látek - těsnost nejen v provozní fázi, ale i v dlouhodobém časovém horizontu
• radiační ochrana personálu - v případě ukládacího obalového souborupro hlubinné úložiště není stínění hlavním faktorem ovlivňujícím jeho řešení, požadavky na radiační ochranu personálu mohou být zajištěny přídavnými konstrukčními prvky
• zajištění provozní bezpečnosti - možnost provádění bezpečných manipulací s obalovým souborem ve všech fázích nakládání s vyhořelým jaderným palivem.

Předpoklady pro splnění životnosti obalového souboru:

• těsnost
• korozní odolnost - v prostředí s nízkým oxidačně redukčním potenciálem, za vysoké teploty, vysoké radiace, spolupůsobení bentonitových substrátů a granitické vody za přítomnosti plynných složek podzemního úložiště, při změně z aerobního do anaerobního prostředí, atd.
• kompatibilita s uvažovanými inženýrskými bariérami, případně dalšími materiály uvažovanými v hlubinném úložišti včetně betonu
• mechanická odolnost vůči zátěžím - tlakového působení, - seizmických událostí, - vyvolaných tlaky a také možnými střižnými posuny na puklinách v horninovém masivu, - faktorů vyvolaných výraznou změnou klimatu a postvulkanickými událostmi, - vlivu prostředí uvnitř ukládacího obalového souboru (tlaková, tepelná, radiační zátěž)

Podle charakteru ukládaného materiálu bude navržený obalový soubor v souladu s platnou českou legislativou (vyhl. SÚJB 317/2002 Sb.) souborem typu D.

Čtěte také: Německá řešení pro jaderný odpad

V České republice se v současnosti počítá s umístěním zhruba 9,5 tisíce tun použitého paliva a kolem 4,5 tisíce kubíků ostatních druhů radioaktivních odpadů, jako jsou odpady z vyřazování jaderných elektráren.

Vysokoaktivní odpad a vyhořelé jaderné palivo, u něhož musí být při skladování a ukládání zohledněno i uvolňování tepla z přeměny v něm obsažených radionuklidů, musí být uloženo do hlubinného úložiště umístěného v geologicky stabilním prostředí, v hloubkách řádově několik set metrů pod zemským povrchem.

Na základě dlouhodobého vývoje byl navržen multibariérový koncept. Jeho základní bariérou je ukládací obalový soubor, další bariérou jsou nepropustné materiály s těsnící a tlumící funkcí (buffer) a třetí bariéru tvoří stabilní horninové prostředí cca 500 metrů pod povrchem země.

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.

Bylo rozhodnuto se zabývat vývojem UOS na bázi oceli na rozdíl od Finska či Švédska, kde je složení podzemní vody jiné než v ČR. Z důvodu geochemických podmínek v krystalinických horninách v ČR.

V českém referenčním konceptu, který byl inspirován švédským a finským konceptem, se klasický beton využívá méně z toho důvodu, že jeho vysoké pH by mohlo urychlit degradaci bentonitu obklopujícího ukládací obalový soubor s VJP. Ten svojí velmi nízkou propustnosti a bobtnacím tlakem brání advektivnímu toku podzemní vody a omezuje migraci radionuklidů po poškození obalových souborů do horninového prostředí.

Ukládací obalový soubor (UOS) pro VJP je v České republice vyvíjen již od roku 1994. Na jeho vývoji se se podílela zejména Škoda JS, a.s., která má velké zkušenosti s výrobou obalových souborů pro skladováni VJP. Na výzkumu se od začátku rovněž podíleli výzkumní pracovníci ÚJV Řež, a. s. a v posledních letech VŠCHT Praha. Vzhledem k odlišnému složení podzemní vody ve Švédsku či Finsku, kde počítají s využitím mědi jako vnější vrstvy pro UOS, bylo rozhodnut...

Nejdelší poločas rozpadu z těchto významných radionuklidů z produktů štěpení ve vyhořelém jaderném palivu má nejdelší poločas přeměny 129I a to 15,7 milionů let.

V etapě uložení VJP v HÚ jsou největším zdrojem tepla aktinoidy s dlouhým poločasem přeměny, konkrétně 239Pu. V etapě dlouhodobého skladování mají největší podíl na generování tepla aktinoidy s dlouhým poločasem přeměny, konkrétně 241Am.

Nicméně, je důležité si uvědomit, že podstatou bezpečného uložení jakéhokoliv RAO 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.

Ve výsledku musí být prokázána bezpečnost - v tomto případě jako reakce na případnou změnu hydrogeologických podmínek dle předpokládaných scénářů vývoje lokality - pro všechny tři bariéry, tj. úložný obalový soubor, výplňový a zásypový materiál a horninové prostředí.

tags: #obalové #soubory #pro #jaderný #odpad #ČR

Oblíbené příspěvky:

• Chromový koš 40L – recenze
• Humboldtovy Obrazy z přírody
• Řešení chrochtajícího odpadu
• Účinná likvidace krtka v kanalizaci
• Biologické čištění vody v přírodě