hrameleon

Odpady promieniotwórcze zazwyczaj kojarzą się nam z wypalonym paliwem jądrowym czy wycofanymi z użytku bombami atomowymi. Jednak stanowią one mniej niż 1% wszystkich odpadów tego typu. Pozostałe 99% ma pochodzenie najczęściej niezwiązane z energetyką.
Są to:

☢ Odpady Medyczne. To materiały promieniotwórcze stosowane przy diagnostyce i leczeniu nowotworów, jak również materiały, które miały z nimi styczność (np. igły, strzykawki czy nawet ścieki spod prysznica z oddziałów, w których stosuje się radioizotopy). Szczególnie częste są tu źródła kobaltowe Co-60 stosowane do radioterapii oraz materiały zanieczyszczone Jodem-131 stosowanym w diagnostyce i leczeniu tarczycy.

☢ Odpady przemysłowe. Pochodzą w głównej mierze ze źródeł stosowanych w wielu rodzajach czujników. Najpopularniejszym przykładem są czujniki dymu zawierające Ameryk-241, Pluton-238 lub pluton-239. Często spotykanym odpadem są również osady z filtrów (w tym z elektrowni węglowych) i pozostałości z różnego rodzaju przetwarzania odpadów. Tu warto wspomnieć chociażby o koszulkach Auera do lamp gazowych z dwutlenku Toru oraz o wskazówkach i tarczach zegarków z luminoforem aktywowanym radem Ra-226 i Ra-228, bardzo często stosowanych w lotnictwie wojskowym aż do lat 70.

☢ Odpady z ośrodków naukowych, będące bardzo zróżnicowane ze względu na ilość i rodzaj. Najczęściej możemy mówić o aparaturze laboratoryjnej używanej wraz z radioizotopami np. szkło laboratoryjne czy zamknięte źródła kontrolne.


Składowisko COVRA w Holandii. Wewnątrz składowiska została otwarta niewielka galeria sztuki dostępna dla wszystkich chętnych bez ograniczeń. Galeria ma na celu obalać mity związane z niebezpieczeństwem składowania odpadów promieniotwórczych.

Przed zabezpieczeniem odpady muszą zostać podzielone na nisko, średnio i wysokoaktywne. O przydzieleniu do odpowiedniej kategorii decyduje zmierzony poziom aktywności właściwej danego pierwiastka (aktywność jaką posiadałby gram substancji). Ponieważ każdy izotop emituje promieniowanie o innej energii i szkodliwości, to normy aktywności są określone dla każdego izotopu oddzielnie.

Odpady wysokoaktywne, do których zaliczamy głównie zużyte paliwo jądrowe, stanowią poniżej 1% objętości wszystkich odpadów radioaktywnych. Należy zwrócić uwagę, że Uran, będący 2,5 razy gęstszy od żelaza, zajmuje znacząco mniej miejsca niż inne odpady o tej samej masie.

Najwięcej, bo 94% odpadów, stanowią odpady niskoaktywne. Zazwyczaj są to przedmioty, które mogły mieć styczność z substancjami promieniotwórczymi i ulec skażeniu. Tym samym do odpadów niskoaktywnych zaliczymy gumowe rękawiczki stosowane na oddziałach medycyny nuklearnej czy ochraniacze na buty zakładane przed wejściem na halę reaktora. Popularne świecące breloczki z trytem wykazują wystarczającą aktywność by zostać zaliczone do ostatniej grupy odpadów - średnioaktywnych.


Breloczki z trytem stanowią ciekawy paradoks. Można je kupić od ręki, są całkowicie bezpieczne i bez problemu przechodzą kontrole na lotnisku. Ale jeśli tylko wspomnisz że jest radioaktywny to natychmiastowo znika problem tłoku dookoła ciebie.

Część odpadów bardzo szybko traci swoje własności promieniotwórcze. Jest to spowodowane krótkim okresem półrozpadu izotopu, którym zostały skażone. Przykładem może być Jod-131, który ulega półrozpadowi w ciągu ośmiu dni. Dzięki temu pojemnik, w którym był przechowywany traci swoje własności promieniotwórcze po 80 dniach. Tego typu odpady zaliczamy do odpadów przejściowych, czyli takich, które po krótkim okresie przechowywania mogą być traktowane, jak inne odpady komunalne.
Wszystkie pozostałe muszą zostać zabezpieczone na składowisku odpadów radioaktywnych. Jednak zanim tam trafią, muszą przejść cały proces przygotowywania do składowania. W pierwszej kolejności należy możliwie maksymalnie zmniejszyć ich objętość. Jest to szczególnie istotne w przypadku cieczy i gazów, które z zasady mają niskie stężenie substancji promieniotwórczych. Gazy oczyszcza się poprzez wychwytywanie radionuklidów przez filtry jonitowe, które następnie są utylizowane jako odpad stały. W przypadku cieczy stosuje się kilkustopniowe systemy ograniczania objętości poprzez usuwanie z nich wody. Najprostszą metodą jest odparowywanie wody, dzięki czemu pozostaje nam niewielka ilość wysoko stężonego szlamu, który można dalej zagęścić wykorzystując odwróconą osmozę. Po odpowiednim zagęszczeniu dodaje się szereg odczynników chemicznych mających na celu związanie wszystkich radioizotopów w nierozpuszczalne w wodzie sole.

Odpady stałe w pierwszej kolejności spala się w celu zmniejszenia objętości. Gazy spalinowe nie zawierają substancji radioaktywnych, a uzyskany w ten sposób popiół, zawierający skoncentrowane składniki, wkłada się do szczelnych pojemników i zalewa żywicą, szkłem, betonem lub asfaltem - w zależności od potrzeb. Istotne jest zabezpieczenie przed ewentualnym pyleniem i wypłukiwaniem w bardzo długiej perspektywie czasowej.


Pojemnik na igły radowe. Zużyte igły są w pierwszej kolejności zalewane szkłem lub asfaltem i zakręcane wewnątrz Gilzy. Tak przygotowany pojemniczek jest umieszczany wewnątrz pojemnika osłonowego z 40mm ołowiu pokrytego 5mm blachą stalową. Na koniec pojemnik jest zalewany betonem we wnętrzu stalowego hoboku o ściance 10mm. Dopiero tak zabezpieczone igły są przekazywane do składowania.


Kolejnym niezależnym etapem zabezpieczania odpadów jest przystosowane do tych celów składowisko. Zazwyczaj składowiska specjalizują się albo w odpadach wysokoaktywnych albo nisko- i średnioaktywnych. Jest to spowodowane dużym zróżnicowaniem zabezpieczeń potrzebnych do różnego rodzaju odpadów. Składowisko powinno mieć szereg zabezpieczeń, na które składają się:

☢ Zabezpieczenia geologiczne. Umiejscowienie na terenach niezalewowych o nieprzepuszczalnej glebie. Z tego powodu często są wybierane wyeksploatowane kopalnie soli, sztolnie i komory wykute w litej skale lub duże pokłady zbitej gliny.

☢ Zabezpieczenia konstrukcyjne. Wielowarstwowa konstrukcja składająca się z warstw ekranujących i nieprzepuszczalnych. Standardową konstrukcją są grube betonowe baseny, wyłożone szczelną blaszaną okładziną, które dodatkowo, po wypełnieniu pojemnikami z odpadami, zostaną zalane betonem lub asfaltem.


Schemat przedstawiający kolejne zabezpieczenia paliwa jądrowego w szwedzkich składowiskach geologicznych.

Odpady wysokoaktywne docelowo mają zostać przeniesione do składowisk o jeszcze wyższym standardzie bezpieczeństwa. Pierwsze takie składowisko zostało uruchomione w 2020 w fińskiej miejscowości Onkalo (niedaleko elektrowni jądrowej Olkiluoto). Składowanie wypalonego paliwa odbywa się na głębokości 520 metrów w litych pokładach granitowych. Badania przeprowadzone w 2019 roku określają wytrzymałość stosowanych tam pojemników na 100 tysięcy lat, czyli 90 tys. lat po tym jak aktywność przechowywanego paliwa spadnie poniżej naturalnej aktywności rudy uranu. Jednocześnie prace nad budową kolejnych składowisk geologicznych trwają w Forsmark w Szwecji oraz w ośrodku WIPP w stanie Nowy Meksyk (Stany Zjednoczone).


Schemat pokazujący rozmieszczenie podziemnych tuneli składowiska ostatecznego Onkalo. Składowisko jest wykute w litej granitowej skale stabilnej pod względem sejsmicznym. Oznacza to że na terenie składowiska nie znajdują się spękania skały przez które mogłoby dojść do przesączania wody jak również że nie występują ruchy górotworu które mogłyby doprowadzić do ich zaistnienia.
Jeszcze stabilniejszymi składowiskami są składowiska znajdujące się w pokładach soli ponieważ w przypadku uszkodzenia dochodzi do samoczynnego zasklepienia się spękań.

W Polsce znajduje się jedno składowisko odpadów radioaktywnych - w dawnym Carskim Forcie w miejscowości Różan. Przechowywane są tam jedynie odpady nisko- i średnioaktywne. W trakcie 60 lat działalności zgromadziło 3,3 tys. m3 pojemników z odpadami. Jest to mniej niż liczy basen olimpijski (3,5 tys. m3). Od wielu lat trwają poszukiwania lokalizacji nowego składowiska, które pozwoliłoby na podwyższenie poziomu bezpieczeństwa oraz umożliwiłoby czasowe przechowywanie wypalonego paliwa.

Ponieważ jedynym źródłem wypalonego paliwa są reaktory pracujące od lat 50 na terenie Narodowego Centrum Badań Jądrowych (obecnie pracuje jedynie reaktor MARIA) nie składuje się w Polsce odpadów wysokoaktywnych. Wszystkie powstałe odpady wysokoaktywne są przekazywane do zabezpieczenia w kraju pochodzenia paliwa. Ostatni taki transport do Rosji odbył się we wrześniu 2016.

W ciągu roku reaktor o mocy 1300 MW produkuje ok. 4 m3 zeszklonych odpadów wysokoaktywnych, 20 m3 stałych odpadów, na które składają się zużyte części i zdemontowane elementy zestawów paliwowych i 200 m3 odpadów niskoaktywnych. Oznacza to, że całkowite zapotrzebowanie na energię w Polsce (45,029 GW) można by pokryć produkując 873,6 m3 odpadów wysoko- i średnioaktywnych, czyli kostkę o boku 9,6 m. Dla porównania Elektrownia Bełchatów (5096,7MW) zużywa rocznie 34,800,000 ton węgla brunatnego.


Wykres przedstawiający zmianę aktywności odpadów promieniotwórczych. Widoczne jest że po upływie zaledwie 5000 lat aktywność odpadów radioaktywnych spadnie poniżej poziomu naturalnie występującej rudy uranu wydobytej w celu produkcji paliwa. Oznacza to że po tym okresie odpady stają się mniej promieniotwórcze od naturalnie występujących minerałów promieniotwórczych.

Poprzednia część "cyklu paliwowego" jest dostępna tutaj: https://joemonster.org/blog/hrameleon/17983/Wydobycie_uranu._Czyli_jak_to_rzeczywiscie_wyglada.
______________________
Literatura:
• Odpady Promieniotwórcze z reaktorów jądrowych cz. I dr inż. A. Strupczewski prof. NCBJ, UW 2018.
• Odpady Promieniotwórcze Prof. Dr hab. Ludwik Dobrzyński NCBJ styczeń 2020 elementy kursu na kat. A narażenia na napromieniowanie. Oparta na prezentacji Marcina Banacha (ZUOP) z 2013
• Rozporządzenie rady ministrów poz.2267 z dnia 14.12.2015 w sprawie odpadów promieniotwórczych i wypalonego paliwa jądrowego. Wraz z art. 57a ustawy z dnia 29 listopada 2000 r. – Prawo atomowe Dz. U. z 2014 r. poz. 1512 oraz 2015 r. poz. 1505 i 1893.
• Raport roczny Działalność Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki oraz ocena stanu bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej w Polsce w 2018 roku.
• Warszawa 2019 Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki: Materiały dydaktyczne-Odpady radioaktywne
• "Geological Disposal of Radioactive Waste". The Geological Society. from the original on September 12, 2020.