Přírodní analogy

Zneškodnit vysoce aktivní odpady a vyhořelé jaderné palivo v hlubinném úložišti znamená izolovat je od biosféry na dobu řádově několika set tisíc až jednoho milionu let. Za tuto dobu poklesne působením přirozených pochodů jejich radiotoxicita na tak nízkou úroveň, že přestanou být nebezpečné.

Bezpečnost jako hlavní kritérium hlubinného ukládání

Hlubinné úložiště můžeme jako řešení ukládání vysoce aktivních radioaktivních odpadů akceptovat pouze, pokud je jeho bezpečnost na dostatečné úrovni. Na odbornících, kteří se podílejí na jeho přípravě, tedy leží obrovská zodpovědnost za to, aby životnost a trvanlivost všech použitých postupů, řešení a materiálů pro konstrukci postačovala k zajištění spolehlivého fungování jednotlivých bezpečnostních bariér úložiště po celou potřebnou dobu jeho provozu.

Laboratorní testování a ověřování materiálů, procesů a postupů po dobu, která by umožnila extrapolovat získané výsledky na potřebnou dobu jejich životnosti, je vzhledem k nezbytné době izolace odpadů prakticky neproveditelné. Jedná se totiž o časový horizont, ve kterém jsou zvyklí uvažovat snad pouze geologové. Vždyť před méně než milionem let byly na území Čech ještě činné sopky. „Teprve“ před 10 000 let bylo založeno nejstarší město – Jericho a stáří pyramid v egyptské Gíze je „pouze“ čtyři tisíce pět set let.

Analogy řeší problém dlouhých časových horizontů

Tento problém řeší odborníci už více než tři desítky let, a to studiem analogů, přírodních, archeologických nebo industriálních systémů, které mají definovatelnou podobnost s hlubinným úložištěm a jeho okolním prostředím. Žádný přírodní systém však není ve všech aspektech přesně stejný jako úložiště, a proto tedy neexistuje ani žádný kompletní analog. Výhodou přírodních analogů před krátkodobými laboratorními experimenty je skutečnost, že umožňují studovat úložišti podobný systém v geologickém časovém měřítku, které odpovídá potřebné době funkčnosti hlubinného úložiště. Nevýhodou je naproti tomu skutečnost, že u analogů známe jen poměrně nepřesně podmínky jejich vzniku.
Studium přírodních analogů přispívá k našemu pochopení dlouhodobého chování úložiště, poskytuje data pro různé modely a v neposlední řadě pomáhá při informování veřejnosti.

Přírodní jaderné reaktory, lodní kanony a sopečné tufy

Ve světě bylo a je studováno více než sedm desítek nejrůznějších analogů. Nejznámějšími jsou bezesporu přírodní jaderné reaktory objevené v 70. letech minulého století v uranovém dole Oklo v západoafrickém Gabonu. Před přibližně 1,7 miliardou let byla vlivem souhry příznivých přírodních podmínek nastartovaná štěpná reakce v hornině s vysokým obsahem uranu (v té době bylo zastoupení 235U v přírodním uranu výrazně vyšší než dnes). Z oblasti Oklo je dosud známo 15 takovýchto přírodních reaktorů. Tento analog poskytuje neobyčejně cenná data, např. jak se šíří okolními horninami jednotlivé radioizotopy vzniklé štěpnou reakcí. Je pozoruhodné, že za 1,7 miliardy let se plutonium vzdálilo od místa svého vzniku pouhé necelé 3 m.

Úplně jiným, leč neméně zajímavým typem analogu, je kanón ze švédské válečné lodi Kronan. Tato 55 m dlouhá bitevní loď se s 800 muži a 128 děly na palubě potopila během bitvy u ostrova Öland v roce 1676. Vrak byl objeven v roce 1980. Kromě jiného byl vyzdvižen také jeden z kanónů, který byl z větší části zabořen do bahna, a pouze malá část byla vystavena působení mořské vody. Kanón, který byl vyroben z bronzu s neobvykle vysokým obsahem mědi (přes 96 %) sloužil jako analog pro studium koroze. Bylo zjištěno, že působením mořské vody po dobu 300 let bylo korodováno v průměru 400 g kovu ze čtverečního metru, což představuje rychlost koroze setinu milimetru za rok.
V České republice bylo zahájeno studium analogů jako součást programu vývoje hlubinného úložiště v 90. letech minulého století. Prvním tuzemským analogem se stala lokalita Ruprechtov u Karlových Varů. V horninách, které vznikly zjílovatěním sopečných tufů z vulkánu Doupovských hor, se zde vyskytují vložky sedimentů s vysokým obsahem organických látek a zvýšeným obsahem uranu. Zde byla i v rámci mezinárodních programů studována migrace uranu v horninách podobných předpokládaným nadložním horninám úložiště. Kromě migrace uranu v různých hydrogeologických a geochemických podmínkách byl studován rovněž mechanizmus transportu, vliv koloidů, mikroorganizmů a podmínky vzniku různých minerálních fází.

Migrace uranu ve skle

Skládky střepů dnes už většinou zaniklých skláren na Šumavě, které vyráběly v minulosti velice oblíbené sklo barvené sloučeninami uranu, posloužily jako přírodní analog ke studiu změn struktury skla a migrace uranu v něm. Některé větší úlomky skleněných předmětů se podařilo podle dochovaných katalogů skláren přesně datovat. Hlína a suť mezi střepy zase poskytla potřebné informace o chemickém charakteru prostředí, ve kterém střepy ležely. Analogii s hlubinným úložištěm lze spatřovat v tom, že s velkou pravděpodobností budou některé typy odpadů před uložením zapracovány do skleněné matrice (vitrifikovány).

Současný tunel modelem pro budoucí úložiště

Další analogové studie jsou realizovány v tunelu, který vede od přehrady Josefův Důl do úpravny vody v Bedřichově v Jizerských horách a je v něm uloženo potrubí pro dopravu vody. 2 600 m dlouhý tunel byl vyražen v žulách v letech 1979–1981. U této stavby je analogie s hlubinným úložištěm včetně doby, která uplyne mezi jeho vybudováním, zaplněním a uzavřením, naprosto evidentní. Pro ražbu tunelu bylo z části použito razicího štítu, část byla vyražena klasicky, za pomoci trhavin. V tunelu byly studovány pukliny, jejich četnost a charakter a vliv metody ražby na jejich vznik. Dále byly studovány změny charakteru hornin (proti stavu dokumentovanému při ražbě), použitých betonů, přítomnost hub a mikroorganizmů a vznik nových minerálů, které vznikají srážením z prosakující vody na stěnách tunelu. Získaná data se používají pro vývoj pokročilých modelů dlouhodobého chování hlubinného úložiště.
Jak dokládá těchto několik uvedených příkladů, studium analogů přináší velmi cenné a zajímavé poznatky, které výrazně pomáhají odborníkům na celém světě úspěšně zvládnout technicky náročný a velice zodpovědný úkol výstavby hlubinného úložiště vysoce aktivních odpadů a vyhořelého jaderného paliva.