Energia jądrowa a odpady promieniotwórcze
Autor:
Ludwik Dobrzyński,
współpraca:
Oleg Utyuzh,
Ewa Droste,
Wojciech Trojanowski
Świat potrzebuje ogromnej ilości energii, a jego rozwój technologiczny pociąga dziś za sobą większe potrzeby energetyczne niż kiedykolwiek przedtem. Dane pokazują, że im większy dochód przypadający na głowę mieszkańca (PKB), tym więcej zużywa on energii
Konsumpcja energii wzrasta gdy rośnie dochód na głowę mieszkańca
[wg E.Boeker, R.van Grodelle, “Environmental Physics”, 2nd edition, John Wiley & Sons, Ltd. (1999)]
Dane mówią też, że im w danym kraju większa produkcja energii, tym ludzie w nim żyją dłużej
Dane zgromadzobne przez A.Strupczewskiego (Instytut Energii Atomowej, Świerk) dla 52 krajów w oparciu o Statistical Yearbook 1995, United Nations, New York (1997)
Najpopularniejsza postać energii pochodzi ze spalania drzewa oraz kopalin (węgla, ropy czy naturalnego gazu) - te naturalne zasoby jednak wkrótce się wyczerpią lub ich cena znacznie wzrośnie. Obecne oceny mówią o czasie od 50 do 150 lat. Prędzej czy później będziemy potrzebowali energii o innej postaci. Czy energia jądrowa mogłaby być odpowiedzią na ten problem?
Energia pochodząca ze wszystkich źródeł naturalnych, jak energia geotermalna, energia wiatru czy Słońca - wszystkie one wiążą się z dużymi kosztami inwestycji, a ze względu na zmienny charakter energii wiatrowej czy słonecznej, źródła te wymagają mocnego zaplecza stabilnego, podstawowego źródła energii. Energia wodna jest ważnym i tanim źródłem energii i może być takim podstawowym źródłem, jej zasoby jednak są w wielu krajach ograniczone, a w wielu zostały już niemal wyczerpane. Z tego właśnie względu nie można oczekiwać, że energia wodna będzie w wielu krajach energią przyszłości . Ponadto, korzystanie z paliw kopalnianych niesie całkiem niemałe ryzyko. Geniusz ludzki być może jeszcze wymyśli jakieś inne wydajne źródła taniej energii, jednakże nie możemy oczekiwać ich szerokiego użycia przed okresem około 50 lat od chwili wynalezienia, a więc w czasie porównywalnym z okresem, w którym będą wyczerpywać się zasoby obecnych paliw kopalnych. Musimy zatem podjąć w tej sprawie ważne decyzje i to szybko!
Już dziś dysponujemy wielkim i bardzo (bardziej niż inne) wydajnym źródłem energii, a mianowicie - energią jądrową. Obecnie około16% energii elektrycznej produkowanej na świecie pochodzi z energetyki jądrowej. Energia jądrowa może pokryć zapotrzebowanie ludzkości przez tysiące lat, reaktory powielające zaś mogłyby pokrywać zapotrzebowanie nawet i przez kilka miliardów lat! Całkowity koszt energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownie jądrowe, obejmujący koszty zabezpieczeń, ochrony przed rozprzestrzenianiem materiałów rozszczepialnych oraz koszty postępowania z odpadami promieniotwórczymi są, jak można dowieść, jednymi z najniższych w branży energetycznej. W energetyce jądrowej w zasadzie nie istnieje problem zanieczyszczeń środowiska. Energetyka ta nie wnosi też wkładu do tzw. globalnego ocieplenia. Zauważmy, że energia elektryczna z każdych 22 ton uranu zapobiega emisji około miliona ton dwutlenku węgla, który byłby konsekwencją wytworzenia takiej samej energii z węgla. Na rysunku niżej przedstawiamy schematycznie wykorzystanie różnych postaci energii w krajach OECD w roku 2003.
Wytwarzanie energii elektrycznej z różnych paliw
[dzięki uprzejmości World Nuclear Association, www.uic.com.au]
Elektrownia jądrowa w Diablo Canion, U.S.A.;
[dzięki uprzejmości World Nuclear Association, www.uic.com.au]
| Źródło energii | Potrzeby | Dla porównania |
|---|---|---|
| Biomasa | 2000 km2 upraw | 3 -krotna wielkość Jeziora Bodeńskiego |
| Wiatr | 2700 wiatraków o mocy 1.5 MW | 486 km2 |
| Słońce (fotowoltaiki) | 23 km2 paneli słonecznych na równiku | 2555 boisk piłkarskich |
| Biogaz | 20 000 000 świń | |
| Gaz | 1.2 km3 | 47 piramid Cheopsa |
| Olej | 1 400 000 ton | 10 000 000 baryłek oleju lub 100 supertankowców |
| Węgiel | 2 500 000 ton | 26 260 wagonów towarowych |
| Rozszczepienie jąder | 35 ton UO2 | 210 ton rudy uranowej |
| Reakcja fuzji (termonuklearna) | 100 kg D +150 kg T | 2850 m3 wody morskiej oraz 10 ton rudy litowej |
Jądrowe reaktory energetyczne na świecie, stan na październik 2002
[dzięki uprzejmości http:\\www.insc.anl.gov
| Kraj | Udział (%) | Liczba bloków | Moc (MWe) |
|---|---|---|---|
| Litwa | 80,12 | 2 | 2 370 |
| Francja | 77,97 | 59 | 63 073 |
| Słowacja | 65,41 | 6 | 2 408 |
| Belgia | 57,32 | 7 | 5 760 |
| Bułgaria | 47,30 | 4 | 2 722 |
| Szwecja | 45,75 | 11 | 9 432 |
| Ukraina | 45,66 | 13 | 11 207 |
| Słowenia | 40,74 | 1 | 676 |
| Armenia | 40,54 | 1 | 376 |
| Szwajcaria | 39,52 | 5 | 3 200 |
| Korea Południowa | 38,62 | 18 | 14 890 |
| Węgry | 36,14 | 4 | 1 755 |
| Japonia | 34,47 | 54 | 44 287 |
| Niemcy | 29,85 | 19 | 21 283 |
| Finlandia | 29,81 | 4 | 2 656 |
| Hiszpania | 25,76 | 9 | 7 524 |
| Czechy | 24,54 | 6 | 3 468 |
| Wielka Brytania | 22,43 | 31 | 12 252 |
| Taiwan | 20,53 | 6 | 4 884 |
| USA | 20,34 | 104 | 98 230 |
| Rosja | 15,98 | 30 | 20 793 |
| Kanada | 12,38 | 14 | 10 018 |
| Rumunia | 10,33 | 1 | 655 |
| Argentyna | 7,23 | 2 | 935 |
| Afryka Południowa | 5,87 | 2 | 1 800 |
| Meksyk | 4,07 | 2 | 1 360 |
| Holandia | 4,00 | 1 | 450 |
| Brazylia | 3,99 | 2 | 1 901 |
| Indie | 3,68 | 14 | 2 503 |
| Pakistan | 2,54 | 2 | 425 |
| Chiny | 1,43 | 7 | 5 318 |
| Suma: | 441 | 358 661 |
Istnieje ryzyko związane z awarią reaktora, z uwolnionym promieniowaniem jonizującym, postępowaniem z odpadami promieniotwórczymi i rozprzestrzenianiem materiałów rozszczepialnych. Ocena każdego z tych rodzajów ryzyka jest jednak trudnym zadaniem, jako że nie podpadają one pod kategorię "dobrowolnego" ryzyka. Aby jednak zdobyć jakąś orientację popatrzmy na "liczbę wypadków śmiertelnych przypadających jednostkę wyprodukowanej energii". Wypadki w konwencjonalnym górnictwie węglowym i przy wydobyciu ropy naftowej, wraz z zanieczyszczeniem powietrza wywołanym spalaniem paliw kopalnych pokazują, że ryzyko śmiertelne jest tu około 40-krotnie wyższe niż w całym przemyśle jądrowym: od górnictwa uranowego do potencjalnych awarii elektrowni jądrowych. Zwykłe przerwanie tamy wodnej lub prosty wypadek w fabryce chemicznej może naraz spowodować śmierć kilku tysięcy ludzi, podczas gdy w najgorszej (i bardzo niezwykłej w całej historii energetyki jądrowej) awarii reaktora w Czarnobylu zginęło tylko 31 ludzi, z których 28 wskutek pochłonięcia wysokiej dawki promieniowania. Cały amerykański program jądrowy niesie ryzyko porównywalne ze zmianą, jaką wywołałoby podniesienie ograniczenia prędkości samochodów z 80 do 81 km/godz!
Postępowanie z odpadami promieniotwórczymi, to istotny problem techniczny, który musi być rozwiązany, jeśli energetyka jądrowa ma być bezpieczna dla ludzi. W odróżnieniu od węgla, oleju lub gazu, paliwo jądrowe nigdy nie wypala się całkowicie. Wynika to z faktu, że w trakcie wypalania powstaje wiele jąder, które silnie pochłaniają neutrony. Z czasem neutrony tworzone w reakcjach rozszczepienia są głównie wychwytywane (pochłaniane) przez produkty wcześniejszych reakcji. Zwielokrotnienie liczby neutronów w pojedynczym akcie rozszczepienia nie wystarcza wtedy do podtrzymania reakcji łańcuchowej. W takiej sytuacji element paliwowy nie może służyć dalej jako paliwo, staje się natomiast wysokoaktywnym odpadem promieniotwórczym. Co gorsza, okres połowicznego zaniku pierwiastków wyprodukowanych w reakcjach rozszczepienia jest często bardzo długi, rzędu dziesiątków i tysięcy lat, tak więc przy przechowywaniu takich odpadów należy bardzo długo zachowywać szczególną ostrożność. To właśnie powoduje, że problem przechowywania odpadów z reaktora jest istotny ze względów społecznych, politycznych i ekonomicznych.
W reaktorach badawczych, które nie produkują wielkich ilości wypalonego paliwa, najprostszy sposób przechowania polega na wykorzystaniu wodnego basenu przechowawczego, umieszczonego zwykle obok basenu reaktora. Wypalone paliwo może tam przebywać przez okres około 30-40 lat. W tym okresie temperatura wypalonych prętów paliwowych obniża się, naturalny zaś proces rozpadów jądrowych powoduje obniżanie się ich aktywności. Potrzeba jednak jeszcze kolejnych 40 lub 50 lat, aby aktywność wypalonych prętów paliwowych spadła do poziomu pozwalającego na wysłanie ich na ostateczne składowisko odpadów promieniotwórczych.
Basen przechowawczy w Sellafield, Anglia
[dzięki uprzejmości World Nuclear Association www.uic.com.au]
W wypadku elektrowni jądrowych można zastosować podobne postępowanie. Jednak po kilku latach przechowywania wypalonego paliwa w basenie przechowawczym, na ogół przesyła się to paliwo do fabryk, w których podlega ono procesowi chemicznemu, prowadzącemu do odzyskania pierwiastków rozszczepialnych (uranu i plutonu, które mogą być ewentualnie użyte do produkcji świeżego paliwa) oraz innych pierwiastków transuranowych. Pozostały materiał, na ogół w ciekłej postaci, podlega procesowi zeszklenia i zostaje załadowywany do potężnych pojemników metalowych, po czym wysłany na składowisko odpadów. Technologia taka nie jest powszechna, gdyż wymaga dysponowania bardzo zaawansowanymi technologiami. Jeśli wypalone paliwo nie podlega opisanemu tu przetwarzaniu, jest przechowywane w odpowiednich obudowach metalowych w specjalnych podziemnych składowiskach odpadów promieniotwórczych: w dawnych kopalniach soli, iłach i skałach granitowych.
Pojemnik transportowy odpadów promieniotwórczych
[dzięki uprzejmości World Nuclear Association www.uic.com.au]
Ci, którzy prześledzili uważnie nasz opis zagadnień związanych z działaniem reaktorów jądrowych, nie będą mieli trudności w zrozumieniu wszystkich kolejnych kroków składających się na tzw. cykl paliwowy. Innym, przedstawiony niżej opis może pomóc w wyborze interesujących problemów.
Krok pierwszy, to wydobycie rudy uranowej. Rudę tę kruszy się i mieli na drobny proszek. Na końcu podlega ona procesowi chemicznemu pozwalającemu na wyseparowanie uranu ze skały, w wyniku czego otrzymujemy tlenek uranu: U3O8 . Elektrownia jądrowa generująca np. moc elektryczną 1000 MW zużywa rocznie około 200 ton U3O8 .
Następny krok polega na wzbogaceniu uranu w izotop 235U. Krok ten poprzedzony jest przekształceniem tlenku uranu w gazowy sześciofluorek uranu (UF6). Gaz rozdziela się na dwa strumienie: usuwanie 238U powoduje, że jeden z nich staje się bogatszy w 235U, drugi zaś - uboższy. Pierwszy będzie następnie wykorzystany do produkcji paliwa jądrowego, drugi zaś, tzw. "zubożony uran", można otrzymać w formie metalicznej i wykorzystać w charakterze bardzo efektywnej osłony przed promieniowaniem gamma.
Niezależnie od problemów związanych z geologicznymi składowiskami odpadów promieniotwórczych, wiele uwagi poświęca się Technologii Rozdziału i Transmutacji P&T (od ang. Partitioning and Transmutation), które pozwoliłyby na wydzielenie aktynowców (w szczególności - Pt, Np, Am i Cm), lekkich pierwiastków ziem rzadkich, niektórych długożyciowych produktów rozszczepienia oraz przekształceniu ich (transmutacji) w materiały krótkożyciowe, a nawet stabilne.
Schemat możliwego, zamkniętego cyklu paliwowego
(TRU-transuranowce, PR - produkty rozszczepienia, LL-długożyciowe)
Jedna strategia polega na odzyskaniu uranu i plutonu i wyprodukowania z nich (w procesie zwanym PUREX) nowego paliwa reaktorowego. Odpowiednio spreparowany pluton, zmieszany ze wzbogaconym uranem, składa się na tzw. paliwo MOX (od ang. mixed-oxide fuel). W Europie znajduje się siedem fabryk przerobu paliwa, a około 30 reaktorów może wykorzystywać paliwo MOX. Inne pierwiastki odzyskane z wypalonego paliwa można sprasować do postaci pastylek i poddać procesowi transmutacji w przyszłych reaktorach przeznaczonych do spalania odpadów promieniotwórczych. Wysokoaktywne odpady promieniotwórcze pozostające po procesie przerobu (elektrownia jądrowa o mocy 1000 MW wytwarza rocznie około 750 kg takich odpadów) poddawane są na ogół procesowi zeszklenia, załadowane do pojemników ze stali nierdzewnej i wysłane do ostatecznego składowiska odpadów.
Więcej o:
Przechowywanie odpadów promieniotwórczych na poziomie 500 - 1000 m pod ziemią zapewnia większe bezpieczeństwo niż przechowywanie ich na powierzchni. Poziom promieniowania emitowanego w okresie, powiedzmy, 1000 lat odpowiada promieniowaniu naturalnemu pierwiastków promieniotwórczych w 1000 metrowej warstwie skorupy ziemskiej. Oczywiście, jeśli opanujemy technikę transmutacji i spalania, cały problem będzie prostszy. Jednak już teraz można powiedzieć, że przechowywanie odpadów głęboko pod ziemią nie przedstawia dla ludzi żyjących w pobliżu składowiska podziemnego istotnego zagrożenia, chyba że ktoś przez przypadek zechce wykorzystać teren składowiska w inny sposób i zacznie w tym miejscu kopać. Nawet jednak w tym wypadku niebezpieczeństwo będzie miało na pewno charakter lokalny, a nie globalny.
Więcej o:
W dyskusjach nad niebezpieczeństwem związanym ze składowaniem odpadów promieniotwórczych z różnych źródeł zapomina się często, że skorupa ziemska zawiera mnóstwo substancji promieniotwórczych, które permanentnie dyfundują w kierunku powierzchni Ziemi i tworzą część tła naturalnego promieniowania środowiska. Jak przedstawia poniższa tabela, wszystkie odpady zgromadzone do roku 2000, po schłodzeniu ich przez okres 500 lat, będą miały aktywność odpowiadającą aktywności promieniowania naturalnego gleby ziemskiej o objętości 30x30x2 km (te 2 kilometry odpowiadają głębokości podziemnych składowisk odpadów promieniotwórczych).
| Promieniowanie środowiska | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Liczba jąder promieniowtórczych w łańcuchu przemian | ||||||
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | ||
| 1 | 1 | 11 | 12 | 14 | ||
| Koncentracja jąder macierzystych w glebie, Bq/g | ||||||
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | ||
| mediana | 0,40 | 0,08 | 0,030 | 0,0016 | 0,035 | |
| max | 3,20 | - | 0,360 | 0,0160 | 0,900 | |
| Koncentracja szeregu promieniotwórczego w glebie, Bq/g | ||||||
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | Suma | |
| mediana | 0,40 | 0,08 | 0,033 | 0,019 | 0,49 | 1,32 |
| max | 3,20 | - | 0,396 | 0,192 | 12,60 | 19,95 |
| Aktywność szeregu w 1 km3 gleby (2,7 × 1015g), Bq | ||||||
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | Suma | |
| mediana | 1,1×1015 | 2,2×1014 | 8,9×1014 | 5,1×1013 | 1,3×1015 | 3,6×1015 |
| max | 8,6×1015 | - | 1,1×1016 | 5,2×1014 | 3,4×1016 | 5,4×1016 |
| Aktywność szeregu w skorupie ziemskiej (17,3 × 1024g), Bq | ||||||
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | Suma | |
| mediana | 6,9×1024 | 1,4×1024 | 5,7×1024 | 3,3×1023 | 3,3×1023 | 8,5×1024 |
| Odpady z energetyki jądrowej | ||||||
| Średnio- i wysokoaktywne odpady z produkcji energii elektrycznej w 2002 r.,Bqa | ||||||
| 3,0×1015 c - równoważne 0,06 km3 - 0,83 km3 gleby | ||||||
| Odpady zgromadzone do 2000 r. z całego cywilnego cyklu paliwowego po 500 latach schładzania, Bqb | ||||||
| 5,8×1018 d - równoważne 107 km3 - 1611 km3 gleby | ||||||
| Promieniowanie środowiska | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| K-40 | Rb-87 | Th-232 | U-235 | U-238 | Suma | |
| Liczba jąder promieniowtórczych w łańcuchu przemian | 1 | 1 | 11 | 12 | 14 | |
| Koncentracja jąder macierzystych w glebie, Bq/g mediana max |
0,40 3,20 | 0,08 - | 0,030 0,360 | 0,0016 0,0160 | 0,035 0,900 | |
| Koncentracja szeregu promieniotwórczego w glebie, Bq/g mediana max |
0,40 3,20 | 0,08 - | 0,033 0,396 |
0,019 0,192 | 0,49 12,60 | 1,32 19,95 |
| Aktywność szeregu w 1 km3 gleby (2,7 × 1015g), Bq mediana max |
1,1×1015 8,6×1015 |
2,2×1014 - |
8,9×1014 1,1×1016 |
5,1×1013 5,2×1014 |
1,3×1015 3,4×1016 |
3,6×1015 5,4×1016 |
| Aktywność szeregu w skorupie ziemskiej (17,3 × 1024g), Bq mediana |
6,9×1024 |
1,4×1024 |
5,7×1024 |
3,3×1023 |
8,5×1024 |
2,3×1025 |
| Odpady z energetyki jądrowej | ||||||
| Średnio- i wysokoaktywne odpady z produkcji energii elektrycznej w 2002 r.,Bqa | 3,0×1015 c - równoważne 0,06 km3 - 0,83 km3 gleby | |||||
| Odpady zgromadzone do 2000 r. z całego cywilnego cyklu paliwowego po 500 latach schładzania, Bqb | 5,8×1018 d - równoważne 107 km3 - 1611 km3 gleby | |||||
a 285,4 GW, przy założeniu 20% wydajności elektrowni jądrowej oraz 10 000 GBq/GW(e) rok-1 dla średnioaktywnych i 500 GBq/GW rok-1 niskoaktywnych odpadów promieniotwórczych
b 200 000 ton odpadów w postaci tzw. "ciężkiego metalu"
c Odpowiada medianie aktywności naturalnej w 0,83 km3 gleby , tj. w bloku o wymiarach 0,64 x 0,64 x 2 km; lub w 0,06 km3 gleby z maksymalną koncentracją naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, tj. w bloku o wymiarach około 0,17 x 0,17 x 2 km.
d Odpowiada aktywności 1611 km3 gleby z koncentracją odpowiadającą medianie koncentracji naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, tj. w bloku o wymiarach około 28,4 x 28,4 x 2 km; lub 107 km3 gleby z maksymalną koncentracją naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, tj. bloku o wymiarach około 7,3 x 7,3 x 2 km.
Definicje:
- Mediana: W odróżnieniu od pojęcia średniej, rozumianej z reguły jako średnia arytmetyczna, mediana oznacza wartość, poniżej i powyżej której występuje równa liczba jednostek opisywanych przez rozkład statystyczny. Różnica pomiędzy medianą i wartością średnią staje się istotna, gdy badane rozkłady wielkości są asymetryczne względem wielkości najbardziej prawdopodobnej. Na ogół mamy do czynienia z tzw. rozkładem normalnym, dla którego mediana i wartość średnia są takie same.
- Aktywność: Liczba rozpadów promieniotwórczych w jednostce czasu. Jednostką aktywności w układzie SI jest bekerel, oznaczany symbolem Bq. 1 Bq = 1 rozpad/s
W odróżnieniu od dość powszechnego odczucia, transport wypalonego paliwa nie jest niebezpieczny. Zauważmy, ze w trakcie ostatnich 40 lat w samych Stanach Zjednoczonych było 3000 takich transportów. Paliwo było transportowane na samochodach ciężarowych i pociągami na łączną odległość rzędu 2,5 miliona kilometrów. Nigdy nie wydarzył się wypadek podczas takiego transportu. Podobnie w Europie taki wypadek nigdy nie miał miejsca. Bezpieczeństwo przewożonemu paliwu częściowo gwarantuje ciężki (120 ton) pojemnik stalowy. Jego ściany mają grubość około 50 cm, są więc około 15 razy grubsze niż w cysternach wiozących benzynę. Do każdej tony wypalonego paliwa używa się trzykrotnie więcej materiału na zbiornik i osłonę biologiczną. Te zbiorniki muszą być tak zbudowane, aby wytrzymały półgodzinny pożar i upadek z 9 m na beton. Buduje się je nawet tak, aby wytrzymały zderzenie z samolotem odrzutowym! W każdym zbiorniku nie przewozi się naraz więcej niż dziewięć wypalonych prętów paliwowych.
W ostatnim okresie zaczęto modyfikować konstrukcję pojemników, aby wytrzymały one możliwy atak terrorystyczny.
Fotografia testu zderzeniowego zbiornika transportowego dla wypalonego paliwa jądrowego
www.privatefuelstorage.com
Zdefiniujmy wpierw, co będziemy rozumieli pod nazwami transmutacja i spalanie odpadów promieniotwórczych. Transmutacja jest procesem przekształcenia, wskutek pochłonięcia neutronu, długożyciowego pierwiastka promieniotwórczego w pierwiastek, którego czas życia byłby krótszy, lub który nawet byłby pierwiastkiem stabilnym. W odróżnieniu od tego procesu - spalanie (spopielanie) jest procesem, w którym pochłonięcie neutronu prowadzi do powstania izotopu rozpadającego się do stabilnego w drodze rozszczepienia. Przykłady obu procesów pokazują poniższe rysunki. Obecnie prowadzi się intensywne prace badawcze mające na celu wydajne wykorzystanie obu mechanizmów. Układy sterowane akceleratorem oraz tzw. wzmacniacz energii stwarzają nadzieję, że nagromadzone dotąd odpady promieniotwórcze z energetyki jądrowej, jak i te, które zostaną wyprodukowane w przyszłości, można będzie przekształcić w odpady krótkożyciowe, znacznie łatwiejsze do przechowania.
Oprócz odpadów promieniotwórczych pochodzących z reaktorów jądrowych i działalności militarnej, odpady takie powstają tam, gdzie korzysta się ze źródeł promieniotwórczych. Pochodzą one ze szpitali (z oddziałami medycyny nuklearnej i radioterapii), z badań prowadzonych na uczelniach i w laboratoriach przemysłowych, z przemysłu posługującego się źródłami promieniotwórczymi (np. przemysłu papierniczego, kopalń uranu i węgla, masowego wykorzystywania detektorami dymu itp.). W odróżnieniu od przypadku wypalonego paliwa, wspomniane tu odpady są z reguły o niskiej i średniej aktywności, a także w większości krótkożyciowe. Nim się je przechowa, na ogół zmniejszamy ich objętość, zagęszczając je jak to tylko możliwe przed włożeniem do pojemników, które m.in. zapobiegają rozpraszaniu odpadów do środowiska. Współczesna technologia przechowywania odpadów promieniotwórczych polega na konstruowaniu szeregu barier technologicznych i nie stanowi dla ludzkości zagrożenia.
Uzupełnienie 1: Układy reaktorowe sterowane akceleratorem (ADS - od ang. Accelerator-Driven Systems) oraz wzmacniacz energii
Podkrytyczność reaktora gwarantuje bezpieczeństwo całemu urządzeniu: wystarczy wyłączyć wiązkę protonów, by zatrzymać reakcję łańcuchową w układzie. Ponadto, w cyklu torowo-uranowym nie powstaje pluton militarny. W zasadzie produkcja pierwiastków transuranowych i transplutonowych w takim układzie hybrydowym będzie dwa lub trzy rzędy wielkości mniejsza niż w obecnie pracujących reaktorach.
Idea wzmacniacza energii
(C.Rubbia, CERN, 1996)
Uzupełnienie 3: Długożyciowe pierwiastki promieniotwórcze w wypalonym paliwie [dane o radiotoksyczności na podstawie GSI-Nachrichten 2/99, str.15]
Typowe izotopy długożyciowe, włączając pluton i inne aktynowce, produkowane w ciągu roku przez typowy reaktor typu PWR o mocy elektrycznej 1 GW
| Izotop | Okres połowicznego zaniku [lata] | Masa [kg] | Radio |
|---|---|---|---|
| 99Tc | 2,1 × 105 | 24,7 | 4,9 × 102 |
| 129I | 1,7 × 107 | 5,8 | 0,7 × 103 |
| 135Cs | 3,0 × 106 | 9,4 | 0,8 × 102 |
| 237Np | 2,1 × 106 | 14,5 | 0,3 × 104 |
| 238Pu | 88 | 4,5 | 1,4 × 108 |
| 239Pu | 2,4 × 104 | 166,0 | 0,6 × 106 |
| 240Pu | 6,6 × 103 | 76,7 | 2,1 × 106 |
| 242Pu | 3,8 × 105 | 15,5 | 0,4 × 105 |
| 241Am | 432 | 16,6 | 0,3 × 108 |
| 243Am | 7,4 × 103 | 3,0 | 1,5 × 106 |
| 244Cm | 18 | 0,6 | 0,5 × 109 |
Definicje
- Radiotoksyczność: Dawka równoważna związana z wchłonięciem (drogą pokarmową) materiału promieniotwórczego, przypadająca na jednostkę masy tego materiału.
Ponieważ podczas pracy elektrowni jądrowej powstaje mnóstwo długożyciowych pierwiastków promieniotwórczych, przechowywanie odpadów z takich elektrowni wymaga nadzwyczajnej odpowiedzialności. Szczególną troskę należy wykazać w przechowywaniu plutonu, gdyż ten jest rozszczepialny i może być wykorzystany w celach militarnych.
Zanik aktywności (radiotoksyczności) wypalonego paliwa zależy od ilości i rodzaju usuniętych pierwiastków promieniotwórczych
Ludwik Dobrzyński jest profesorem fizyki, specjalistą z zakresu fizyki ciała stałego badanej metodami jądrowymi. Kieruje Zakładem Fizyki Ciała Stałego w Instytucie Fizyki Doświadczalnej na Uniwersytecie w Białymstoku, gdzie jest zatrudniony na stanowisku profesora zwyczajnego. W Instytucie Problemów Jądrowych im. A.Sołtana w Świerku kieruje Działem Szkolenia i Doradztwa.
Oleg Utyuzh jest doktorem fizyki, specjalistą z zakresu fizyki wysokich energii, zatrudnionym w Instytucie Problemów Jądrowych im. A.Sołtana w Warszawie.