Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 551

22. července 2013

Nakládání s radioaktivními odpady III

Tématem posledního dílu naší minisérie je zpracování radioaktivních odpadů a nakládání s nimi.

Plynné radioaktivní odpady jsou řízeně vypouštěny do atmosféry, protože jejich aktivita je nízká a splňuje normy. Většina plynných produktů štěpení jsou krátkodobé zářiče a v případě potřeby se na určitou dobu zadržují a vypustí se až po rozpadu nejaktivnějších radioizotopů. Některé látky, jako třeba radioaktivní izotop jódu, se vypouštějí přes filtry. Stejný postup se používá pro všechny odpady v podobě aerosolů. Zkušenost ukázala, že aktivní plynné výpusti z jaderných elektráren jsou výrazně méně radioaktivní než výpusti z tepelných elektráren. Z nich se totiž vypouští velké množství popílku, který obsahuje mimo jiné i uran a jiné přirozeně radioaktivní prvky.

Ochranné obleky a jiné pomůcky, filtry, experimentální materiál i kovové konstrukce a suť se jako radioaktivní odpad navzájem dost liší mírou kontaminace a možnostmi zpracování. Důležité je proto jejich třídění. Hlavním krokem při zpracování těchto odpadů je zmenšení jeho objemu. Např. ochranné obleky je možné spalovat a ukládat pouze popílek, v němž zůstanou radioaktivní látky. Tímto způsobem můžeme snížit objem radioaktivního odpadu o 95 až 99 %. V České republice se takový postup neuplatňuje z důvodu vysokých nákladů na pořízení speciální spalovny a přísných limitů na vypouštění do atmosféry. Provozní ověřování však probíhá při spalování ve švédské spalovně Studsvik. Podobným způsobem se pracovníci snaží zmenšit objem odpadu k uložení i u nespalitelných odpadů. Pokud je materiál kontaminovaný pouze na povrchu, lze kontaminovanou vrstvu obrousit či chemicky odleptat. Objem můžeme redukovat i lisováním odpadů, kdy lze snížit objem dvakrát až pětkrát. Pevný radioaktivní odpad se obvykle ukládá do dvousetlitrových ocelových sudů, které se poté zalévají cementovou směsí a ukládají do úložiště.

Nejrizikovější jsou kapalné odpady

Kapalné odpady představují nejrizikovější skupenství radioaktivních odpadů. Vznikají ve všech zařízeních, které pracující se zdroji ionizujícího záření. Kapalné odpady kontaminované krátkodobými radionuklidy se skladují do doby, než aktivita klesne pod stanovené limity. Do této skupiny patří vodné roztoky, představující většinu kapalných radioaktivních odpadů. Ty většinou stačí vyčistit běžnými vodárenskými postupy, přičemž vzniká radioaktivní kal a klesá aktivita roztoku. Ostatní kapalné odpady (kaly, znehodnocené sorbenty, organická rozpouštědla a ropné produkty) je třeba před uložením převést do pevné podoby. Používá se několik v zásadě podobných postupů: odpařování vody a fixace suchých částeček do matric z různých materiálů. Nejběžněji se používají betonové směsi (tento proces zpevňování nazýváme cementace), asfalt (bitumenace), sklo (vitrifikace) a keramické látky. Velice dobře jsou prvky vázány ve skelných matricích, ale vitrifikace je značně náročná, takže se používá téměř výhradně pro zpracování vysokoaktivních odpadů pocházejících z přepracování jaderného paliva. Cílem zpevňování kapalných odpadů je zvýšení dlouhodobé stability odpadu, což je důležité pro jejich ukládání.

Skladování radioaktivních odpadů

Radioaktivních odpadů se skladují ve všech fázích nakládání s nimi. Rozdíl mezi skladováním a ukládáním spočívá v tom, že ukládání je posledním krokem při zneškodňování radioaktivních odpadů a po něm se již s obaly obsahujícími radioaktivní odpad nemanipuluje.

Ukládání radioaktivních odpadů

Vhodné uložení radioaktivního odpadu zabraňuje jeho negativnímu působení na životní prostředí pomocí několika typů bariér. Hlavními jsou geologické, které dosahují mimořádné stálosti stovek i tisíců let. Dále se používají inženýrské bariéry v podobě obalů radioaktivního odpadu, které se uplatňují především v počátečním období uložení, kdy je aktivita látek nejvyšší. Úložiště mohou být přípovrchová nebo hlubinná.

Přípovrchová úložiště

V České republice máme celkem čtyři přípovrchová úložiště. Spravuje je SÚRAO. Ukládají se do nich nízko a středně aktivní odpady, které nejsou kontaminovány dlouhodobými radionuklidy. V areálu Jaderné elektrárny Dukovany se provozují úložiště tvořená železobetonovými jímkami s celkovou kapacitou 55 000 m³ (asi 180 000 sudů s radioaktivním odpadem). Životnost a kontrola tohoto úložiště se plánuje na 300 až 500 let. Ochranné bariéry představuje kompaktní hornina s dobrými sorpčními a hydrogeologickými vlastnostmi a asfaltopropylenová izolační vrstva v jímkách spolu s matricí upravených odpadů a betonová směs; tou se jímka zalije před uzavřením.

Další úložiště Richard bylo zřízeno v bývalém vápencovém dole u Litoměřic. Je určeno pro institucionální odpady a dnes je zaplněno 5200 m³ z celkové kapacity přibližně 8000 m³. Okolní vápenec udržuje nekorozivní prostředí a je dobrým absorbátorem.

Třetím českým úložištěm je Bratrství. Toto úložiště vzniklo v jednom z bývalých Jáchymovských uranových dolů. Je určeno pro institucionální odpady, při jejichž rozpadu se uvolňuje plynný radon; ten je v uranových dolech přirozený. Úložiště má kapacitu 1 000 m³ a je zaplněno z jedné čtvrtiny.

Posledním českým úložištěm je Hostím v bývalém vápencovém lomu, který leží poblíž obce Srbsko. Toto úložiště je již zaplněno 330 m³ nízkoaktivního odpadu a bylo uzavřeno v roce 1965.

Hlubinné ukládání

Součástí dlouhodobé národní koncepce je vybudování hlubinného úložiště radioaktivního odpadu, v němž by byl ukládán vysoko aktivní odpad a odpad s vysokým podílem dlouhodobých radionuklidů. Počítá se s ukládáním nepřepracovaného odpadu, protože při objemu produkce odpadů v České republice by snížení objemu nevyvážilo finanční náklady na přepracování. Za dobu života obou jaderných elektráren vznikne v ČR přibližně 3 700 tun vyhořelého paliva. Navíc se počítá s uložením dalších asi 2 700 m³ odpadů, které vzniknou při vyřazování jaderných elektráren z provozu. Než bude takové úložiště vybudováno (horizont přibližně 30 let), bude se vyhořelé palivo skladovat v bazénech, kde se dochlazuje a později přesouvá do speciálních kontejnerů s životností 45 až 50 let. V ČR je plánováno umístit úložiště do hloubky 500 až 1 000 metrů v hydrogeologicky stabilní a kompaktní hornině (např. v žule).

Plánování hlubinného úložiště je značně komplikované, protože je třeba porozumět a analyzovat všechny procesy, k nimž může v uvažované lokalitě během tisíců let dojít. Po celou tuto dobu musí být zajištěno, aby se radionuklidy dostaly do životního prostředí jen tak v omezené míře, aby výrazně neovlivnily životní prostředí, a to i při selhání některé z bariér, například vlivem zemětřesení, změny klimatu nebo chybou při konstrukci obalových souborů. Radionuklidům totiž nejde po tak dlouhou dobu zcela zabránit v proniknutí do životního prostředí ani za normálního scénáře bez zmíněných extrémů. Při posuzování vhodnosti úložiště se počítá i s tím, že během několika set let se nad úložištěm bude k zemědělské činnosti využívat pouze místní kontaminovaná podzemní voda, a ta nesmí kontaminací životního prostředí ohrozit obyvatele. Limity pro kontaminaci obyvatel se porovnávají s přírodním pozadím a musí být oproti němu zanedbatelné. Během let může dojít i k velkému zemětřesení, které se může zkombinovat s nefunkčností některé inženýrské bariéry. I s tím je třeba počítat a zajistit, aby dávka nepřekročila přirozené radiační pozadí.

Naše současná legislativa je v případě radioaktivních odpadů velmi přísná a pro zpracovávání, skladování, ukládání a uvolňování radioaktivního odpadu stanovuje velmi přísné limity. Veškerou tuto činnost financuje státní jaderný účet, na nějž odvádí čeští původci radioaktivního odpadu stanovené finanční prostředky.