Atomerőmű, 1992 (15. évfolyam, 1-12. szám)
1992-11-01 / 11. szám
10 ATOMERŐMŰ A radioaktív hulladékkezelés jelene és jövője A fejlett ipari országok energiatermelésének egyre növekvő hányadát adja az atomenergia. Ez a fejlődés a teljes nukleáris fűtőelemciklusra kihat. Becslések szerint az ezredfordulóra 600-650 reaktorblokk szolgáltat majd energiát szerte a világon. A drága nukleáris fűtőanyagok gazdaságosabb kihasználása érdekében új üzemanyag-új rafeldolgozó üzemet hoznak létre, ill. döntenek létesítésük mellett. Mindez a tendencia a tovább már nem hasznosítható, radioaktív hulladékok felhalmozódásához vezet. Világszerte keresik a hulladékok gazdaságos és hatékony feldolgozásának és tartós elszigetelésének lehetőségeit, új szilárdítási eljárások, tartályanyagok és tárolóhelyek után kutatnak. A radioaktív hulladékok gyűjtése, feldolgozása, átmeneti és végső elhelyezése szempontjából alapvető fontosságú a hulladék jellegének ismerete. A radioaktív hulladékok kategorizálása azonban közel sem egységes. Egy általánosan elteijedt csoportosítás kis, közepes és nagy aktivitású hulladékokat különböztet meg. E kategóriáknál nem definiálnak pontos határértékeket, hanem a keletkezés jellege szerint csoportosítanak. Ezek szerint nagy aktivitásúnak számítanak a kiégett fűtőelemek, melyeket hulladéknak nyilvánítottak, valamint a kiégett fűtőelemek feldolgozásakor keletkező transzurán elemeket és hasadási termékeket nagy koncentrációban tartalmazó, rendszerint hőt termelő hulladékok, továbbá olyan hulladékok, melyek radioaktív anyagtartalma összehasonlítható az előző két csoporttal. Kis aktivitásúak azok a hulladékok, melyek csak elenyésző mennyiségben tartalmaznak hosszú felezési idejű izotópokat, továbbá kis radioaktív anyagtartalmuk miatt kiegészítő árnyékolás nélkül kezelhetők és szállíthatók, valamint felszínközeiben véglegesen eltemethetők. A közepes aktivitású hulladékok általában az előző két csoportba nem sorolható hulladékok, melyek feldolgozása és szállítása során árnyékolás szükséges. Szokás továbbá még alfa-sugárzó izotópokat tartalmazó (ún. „alfa-hulladék”) hulladékokról beszélni, melyek lehetnek transzurán tartalmú vagy plutóniummal szennyezett hulladékok. Bár az atomerőművekben keletkező hulladékok mennyisége nem túl nagy, de az összes hulladékot tekintve - az uránérc-előkészítők kivételével - a legnagyobb hányadot jelenleg ez képviseli. Ma már egyre nagyobb figyelmet fordítanak a már kiégett fűtőelemekkel kapcsolatos hulladékkezelési kérdésekre. Egy 1000 MWe teljesítményű reaktorból évente kb. 30-35 t kiégett fűtőelemet távolítának el. A'kiégett nukleáris fűtőanyagokban hatalmas mennyiségű radioaktivitás halmozódik fel, amely komoly veszélyt jelenthet nemcsak a most élő, hanem a távoli jövő nemzedéke számára is. Ez a tény fokozott felelősséget követel azoktól, akik mai energiatermelésünk veszélyes melléktermékének kezeléséről és tárolásáról döntenek és gondoskodnak. 1 GW villamos energia előállítására vetítve évente 2-3 m3 nagy aktivitású és 100 m3 egyéb radioaktív hulladék képződik a fűtőelem-újrafeldolgozás (reprocesszálás) során. Figyelembe véve, hogy 2000-re a tervek szerint az 500 GW-t is elérheti a beépített nukleáris bázisú villamosteljesítmény, így évente 0,25 millió m3 atomerőművi hulladék, 18000 t kiégett fűtőelem és 1500 m3 nagy aktivitású hulladék keletkezik. Ezen adatok értékelésénél azonban azt is figyelembe kell venni, hogy a legnagyobb radioaktív hulladéktermelő a hadiipar. A NAÜ adatai alapján az USA hadiipara ez idáig kb. 0,2 millió m3 (szilárdított térfogategységben) nagy aktivitású hulladékot termelt. Ez 700-szor több, mint az atomerőművekből származó 300 m3. Becslések szerint az USA-ban 2000-re az atomreaktorok termelte radioaktív hulladék a hadiipar radioaktív hulladékának 10%-át sem éri el. A kis és közepes radioaktivitású hulladékok végső elhelyezése ma már műszakilag biztonságosan megoldott. A kiégett fűtőelemek további sorsa azonban még nem mindenhol tisztázott, bár lassan körvonalazódnak a végső megoldás lehetőségei. A kiégett nukleáris fűtőanyagok feldolgozása és elhelyezése Az atomreaktorok aktív zónájában elhelyezett friss fűtőanyag összetétele az üzemidő (kampány) során jelentősen megváltozik, a fűtőelem „kiég”. Az elhasznált fűtőelemeket a reaktorból történő kiemelés után átmenetileg tárolni kell, hogy a rövid felezési idejű izotópok zöme lebomolhasson olyan szintre, hogy a fűtőelemek biztonságosan tovább kezelhetők legyenek. Ez a kezelés újrafeldolgozást vagy a közvetlen (végső) elhelyezést megelőző konténerbe zárást jelent. A reprocesszálás során a fűtőelemrudakat feldarabolják, savban feloldják és különböző vegyi eljárások során kinyerik belőle az urán és plutónium zömét, amely ezután újra felhasználható fűtőanyagként. Minden egyéb termék nagy aktivitású hulladéknak tekinthető. E hulladék kezelése, tárolása és végső elhelyezése a nukleáris energiaipar legfontosabb problémája. Napjainkig három fő koncepció alakult ki. Ezek az átalakítás, az eltávolítás és a tárolás (átmeneti és végleges) opciója. Az Egyesült Államokban európai kutatócsoportok bevonásával korábban vizsgálták annak lehetőségét, hogy miként lehet a hosszú felezési idejű radioizotópokat (elsősorban aktinidákat úm. 239Pu, 240Pu,242Pu) mesterséges úton rövidebb idő alatt stabillá váló izotópokká átalakítani. Megállapították, hogy műszakilag van mód az elválasztott aktinidákból történő fűtőelem készítésére és hagyományos vagy ún. szaporító reaktorban való felhasználására (hasítására), ám rendkívüli nehézségeket kellene leküzdeni az átalakítás során. Az aktinidák elválasztása a hasadványoktól nagyon nehéz, továbbá aktinidákból fűtőelemet készíteni sokkal körülményesebb, mint hagyományos fűtőanyagokból (uránból és plutóniumból). Több kutatócsoport véleménye szerint erről a lehetőségről le kell mondani, mivel lényegesen nagyobb kockázattal jár, mint a geológiai alakzatokba történő süllyesztés. A második lehetőség a hulladékok Földön kívüli térségbe történő kijuttatása. A technikai feltételek itt is adottak, a mérlegelésben két fontos tényezőt kell figyelembe venni, úm. a hulladék eltávolításának költségeit és a biztonság kérdését, tekintettel egy sikertelen kilövés következményeire. Számos vizsgálat eredményeként ezt a lehetőséget is elvetették rendkívüli drágasága miatt. A nukleáris hulladék egy kilogrammja szökési sebességgel való indításának költsége többezer dollár. Egy 1000 MW-os könnyűvizes reaktor csak aktinidákból évente 30 kg-ot termel. Feltételezve, hogy a biztonságos árnyékoláshoz 20-szoros súlytöbblet szükséges, ennek a hulladéknak a világűrbe juttatása több millió dollárba kerülne. A legjárhatóbb útnak a nukleáris fűtőanyagok tárolása látszik. Megkülönböztethetünk rövid idejű tárolást, hosszú idejű tárolást és végleges elhelyezést (temetést). A rövid idejű tárolás a hulladék keletkezésétől néhány évig tart jól ellenőrzött és kondicionált tárolókban. A hulladék innen bármikor kiemelhető és feldolgozható. A hosszú idejű tárolásnál azt kell eldönteni, hogy milyen formában és hová kerüljön a radioaktív hulladék. Cél olyan műszaki megoldás, mely biztosítja mind a hulladék, mind pedig a tárolóhely olyan tökéletes elszigetelését, amely ellenáll minden szóba jöhető külső és belső hatásnak. A nukleáris hulladék általában nagy aktivitású folyadék formájában marad vissza, amelynek kezelése és tárolása nehéz és veszélyes. Ezért a legtöbb esetben a hosszú idejű tárolás, ill. végleges elhelyezés előtt a folyékony hulladékot valamilyen módon szilárd formává alakítják. Erre a legígéretesebb technológia borosziliklát üvegbeágyazás. Az üvegbeágyazást általában a hulladékkoncentrátum min. kétéves pihentetése után végzik. 1 tonna fűtőelemből keletkező 500-800 1 oldat koncentrációja 40-70 g/1, radioaktív koncentrációja pedig 0,3-1 1014 Bq/1 (800-3000 Ci/1). Átmeneti és végső tárolás • A hulladékelhelyezés módjának megválasztásánál mérlegelni kell azt a veszélyt, amelyet a hulladék kezelése jelent, az elhelyezett hulladék okozta hoszszú távú kockázatot, valamint a hulladékelhelyezés költségeit. Társadalmi-erkölcsi szempontból elsősorban a hosszú távú kockázatot kell a legfontosabb tényezőnek tekinteni. A választott megoldáshoz a legrosszabb feltételeket kell figyelembe venni. Ez két fontos feltétel teljesülését kívánja. Egyrészt a technikai megfordíthatatlanságot, vagyis azt, hogy az embertől és környezetétől elszigetelt hulladék visszakerülése az élő környezetbe igen valószínűtlen legyen, illetve, hogy minél kisebbek legyenek a véletlen viszszakerülés várható következményei. A nukleáris hulladékok elhelyezésének jelen gyakorlata két kategóriába sorolható. Az egyik a tárolás vagy raktározás, amely épített, kondicionált és ellenőrzött tárolóhelyeket jelent, melyekből a hulladék bármikor kiemelhető. A másik a végső elhelyezés, amely végleges és biztonságos elszigetelést jelent. Ez szükségtelenné tesz minden további ellenőrzést és fenntartása nem igényel emberi beavatkozást. Szinte valamennyi nagyaktivitású radioaktív hulladékot termelő ország a tárolás valamilyen formáját alkalmazza, és viszonylag kevés helyen folynak tényleges előkészületek a végső elhelyezésre, annak ellenére, hogy ennek megvalósítására már számos vizsgálatot végeztek. 1979-ben egy teljesen új koncepció kidolgozását kezdték meg az NSZK-ban. A kiégett fűtőelemek közvetlen, azaz reprocesszálás nélküli átmeneti, illetve végleges elhelyezésének lehetőségét vizsgálták. Az eredmények a módszer alkalmazhatóságát igazolták, ennek ellenére 1985-ben a kormány további vizsgálatokat rendelt el. Tervek szerint csak az ezredfordulót követően (kb. 2020-ban) kerülhet sor a nagy aktivitású hulladékok végső elhelyezésére. Az ismertetett két koncepciót, a reprocesszálást követő üvegbeágyazást, valamint a közvetlen konténeres elhelyezését az előnyök és hátrányok figyelembevételével lehet értékelni. Ennek alapján jelenleg az utóbbi módszer tűnik a biztatóbbnak, bár a bomláshő karakterisztikák összehasonlítása ez ellen szól. Említést érdemel, hogy létezik egy harmadik koncepció is, mely szerint a kiégett fűtőelemeket kb. 1 m-es darabokra vágják fel és az üvegezett hulladék elhelyezésénél használatos védőtokba zárják. E módszer előnye, hogy ugyanolyan technikát lehetne használni végső elhelyezésként, mint az üvegezett hulladék esetében, azaz a tokok 300 m mély vágatokba vagy galériákba helyezhetők el. Összefoglalóul megállapítható, hogy az atomenergetika kezdeti szakaszához képest a technológiák nagyon sokat fejlődtek. Az atomerőművi hulladékok kezelése rutinfeladattá vált. Egyetlen komoly baleset sem történt atomerőműben a hulladékkezelés következtében. Az üzemeltető személyzet forrásból származó sugárterhelése a megengedett határok alatt maradt. A különböző országokban már nagy mennyiségű kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékot temettek el felszín közeli vagy mélyen fekvő, erre alkalmas geológiai rétegekbe. Alapvető műszaki és biztonsági probléma nem merült fel. A kiégett nukleáris fűtőanyagok kezelésének gyakorlata ma még igen szerteágazó és átmeneti jellegű, ennek ellenére kialakulóban vannak a végleges megoldások műszaki és biztonsági feltételei. Annak ellenére, hogy a hulladékkezelés majd minden fázisára ma már elfogadott műszaki megoldások vannak, a jövőben további korszerűsítések, ésszerűsítések és fejlesztések várhatók. Már ma is körvonalazódnak ajövőbeli fejlődés irányai, melyek közül az alábbiak érdemelnek említést:- A radioaktív hulladékok végső elhelyezésére szolgáló terület kiválasztása az eddiginél is átfogóbb, sokrétűbb vizsgálatokra épül a jövőben.- Az elkövetkezendőkben egyre több, működését befejező atomerőmű leszerelésével kell számolni, mely jelentős hulladékkezelési gondokat vet fel.- A reprocesszáláskor keletkező nagy mennyiségű globális jellegű szennyezők (®5Kr, 1291,3H) kibocsátása helyett egyre inkább kivonásukra és biztonságos tárolásukra törekednek.- A nagy aktivitású, hőfejlesztő radioaktív hulladékok szállítására és tárolására alkalmas konténerek új generációját fejlesztik ki, melyek segítségével a jelenleginél több és nagyobb kiégési szintű fűtőelem is tárolható, illetve szállítható.- Bár több ország épít ipari méretű kiégett fűtőelem újrafeldolgozó üzemet, ezen a területen, miként a kutatások és a hulladékok végső elhelyezésének kérdésében, egyre inkább a nemzetközi együttműködés lesz a meghatározó. Referálta: Ormai Péter (A témát folytatjuk a kiégett fűtőelemekkel kapcsolatos hosszú távú hazai elképzelésekről és lehetőségekről.)
