Co to są odpady promieniotwórcze?
Odpady
promieniotwórcze (radioaktywne)
są to wszelkiego rodzaju przedmioty, materiały o różnych stanach skupienia,
substancje organiczne i nieorganiczne, nie przewidziane do dalszego
wykorzystania a zanieczyszczone objętościowo lub powierzchniowo substancjami
promieniotwórczymi w stopniu przekraczającym dopuszczalne ilości [14].
Terminem substancja promieniotwórcza
określa się substancję zawierającą izotopy promieniotwórcze emitujące
promieniowanie a,b
lub/i g.
Podstawą klasyfikacji odpadów promieniotwórczych jest ich postać fizyczna,
aktywność i czas połowicznego rozpadu. Ze względu na stan skupienia rozróżnia
się trzy rodzaje odpadów: stałe, ciekłe i gazowe, a zależnie od
zawartości i jakości substancji promieniotwórczych dzieli się je na nisko-,
średnio- i wysoko-aktywne. Podziały te pokazane są w poniższej tabeli [5].
Klasyfikacja odpadów promieniotwórczych
|
Rodzaj i kategoria |
Aktywność Bq/m3 |
Uwagi |
|
Gazowe I |
poniżej 3,7 |
po kontroli bez
oczyszczania do atmosfery |
|
Ciekłe |
|
|
|
Stałe I |
Moc dawki na poniżej 2×10-3 |
b- i gemitery z małą ilością a-emiterów, bez osłon |
** Odpady wysoko-aktywne nie występują w Polsce.
Powstają tylko w przerobie paliwa wypalonego.
Tabela ta została opracowana na podstawie zaleceń
Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) w Wiedniu i jest zgodna z
odpowiednimi polskimi przepisami. Jednakże sposób klasyfikacji odpadów w poszczególnych
krajach jest zróżnicowany.
Skąd się biorą odpady?
Można wyróżnić pięć
głównych źródeł pochodzenia odpadów promieniotwórczych:
·
kopalnie rud
uranu oraz zakłady przerobu tych rud;
·
produkcja paliwa
reaktorowego oraz przerób paliwa wypalonego;
·
eksploatacja
reaktorów energetycznych i badawczych;
·
likwidacja
reaktorów jądrowych;
·
stosowanie
izotopów promieniotwórczych w medycynie, przemyśle, rolnictwie i badaniach
naukowych.
W czasie eksploatacji elektrowni jądrowej powstają
odpady ciekłe (ścieki radiacyjne) przede wszystkim w wyniku przecieków z obiegu
chłodzenia rdzenia reaktora. Obieg chłodzenia jest zanieczyszczony produktami
rozszczepienia z nieszczelnych elementów paliwowych ( nie udaje się osiągnąć
absolutnej hermetyczności wszystkich elementów paliwowych i jako dopuszczalne
uznaje się nieszczelność 0,1%).
Odpady stałe to przede wszystkim zużyte jonity (wkłady filtrów
jonitowych) o znacznej aktywności oraz odpady stałe palne i niepalne -
narzędzia skażone, elementy wyposażenia reaktora itp.
Odpady gazowe to głównie izotopy ksenonu i kryptonu.
Jonity - nierozpuszczalne, wielkocząsteczkowe
substancje stałe mające zdolność wymiany kationów (kationity) lub anionów
(anionity) wchodzących w skład jonitów na kationy lub aniony znajdujące się w
roztworze.
Wyróżnia się jonity nieorganiczne (np. permutyty),
jonity organiczne półsyntetyczne (np. eskarbo) i syntetyczne (niektóre
żywice syntetyczne).
Największa ilość odpadów powstaje podczas przerobu
paliwa wypalonego, które są bardzo dużym zagrożeniem. Ciekłe odpady
wysokoaktynowe tworzy roztwór produktów rozszczepienia wydobytych z paliwa, z
których ok. 15% to izotopy promieniotwórcze. W czasie przerobu usuwa się
nagromadzony w paliwie pluton 239Pu i uran 235U, a
pozostałe odpady są najpierw składowane w postaci ciekłej w specjalnych
pojemnikach, a następnie wiązane masą
szklaną i zamykane w szczelnych pojemnikach ze stali nierdzewnej. Masa
szklana wiąże produkty rozszczepienia
niezwykle mocno - ich wymywalność z bloków szklanych wynosi zaledwie 2% na
10000 lat.
Wysokoaktywne odpady stałe to elementy konstrukcji
zestawów paliwowych i koszulki elementów paliwowych. Odpady średnio- i
niskoaktywne to koncentraty powyparne, jonity, wkłady filtrów, gazy
promieniotwórcze, woda technologiczna i dekontaminacyjna, skażone narzędzia.
Przy przerobie paliwa z elektrowni
jądrowej o mocy elektrycznej 1300MW powstaje rocznie
ok. 200 m3
stałych odpadów niskoaktywnych,
ok. 20 m3
stałych odpadów zawierających części konstrukcyjne zestawów paliwowych oraz
ok. 4 m3 zeszklonych
wysokoaktywnych odpadów.
Przed usunięciem odpady muszą być odpowiednio
przygotowane. Wyróżnia się przy tym dwie podstawowe metody postępowania: rozpraszanie
odpadów lub ich zatężanie.
Pierwszy sposób (dla odpadów niskoaktywnych) polega na rozcieńczeniu
odpadów w środowisku (odpady gazowe rozcieńczane powietrzem, ciekłe w wodzach
rzek, jezior, mórz), tak aby ich stężenie osiągnęło poziom niższy od
dopuszczonego przepisami.
Drugi sposób odnosi się do odpadów średnio- i wysokoaktywnych. Polega on
na skoncentrowaniu odpadów do minimalnej objętości, szczelnym ich zamknięciu i
izolowaniu od otoczenia tak, żeby zminimalizować ryzyko uwolnienia choćby
drobnej ich części do środowiska.
Składowanie odpadów.
Składowanie odpadów
promieniotwórczych dzieli się na dwa etapy: składowanie przejściowe i składowanie
ostateczne.
Składowanie przejściowe polega na okresowym magazynowaniu odpadów na terenie
obiektu, w którym powstały i zostały przerobione. Okres przejściowego
składowania planuje się zwykle tak, aby odpady średnioaktywne straciły znaczną
część swojej aktywności. W elektrowniach jądrowych okres ten wynosi zwykle ok
kilku miesięcy do 5 lat.
Składowanie ostateczne jest ostatnim etapem unieszkodliwiania odpadów
promieniotwórczych. Wybór miejsca, charakter składowiska i sposób składowania
zależy od wielu czynników m. in. od rodzaju odpadów, warunków
hydrogeologicznych, demograficznych i klimatycznych danego terenu. Biorąc pod
uwagę usytułowanie wyróżnia się składowiska naziemne (powierzchniowe), składowiska
podziemne oraz składowiska w głębokich formacjach geologicznych.
Typowe składowisko naziemne ma szereg betonowych komór
zagłębionych nieco w ziemi. Komory wypełnia się odpadami w odpowiednich
pojemnikach i po wypełnieniu zalewa się betonem. Taki typ składowiska stosuje
się do odpadów nisko- i średnioaktywnych. Często stosuje się w tym celu
nieużywane stare forty, magazyny itp. obiekty, jeżeli warunki hydrogeologiczne
na to pozwalają.
Za składowisko podziemne uważa się składowisko usytułowane pod
powierzchnią ziemi na głębokości nie przekraczającej 200 m. W tym wypadku
wykorzystywane są naturalne formacje skalne. Lokować w nich można odpady nisko-
i średnioaktywne, stałe lub zestalone.
Składowanie odpadów w
głębokich formacjach geologicznych to umieszczenie odpadów na głębokości
zwykle od 400 do 1100 m w warunkach nieumożliwiających migrację substancji
promieniotwórczych poza obszar składowiska. Wykorzystywane bywają w tym celu
np. wyeksploatowane kopalnie soli, w których odpady zostają całkowicie
izolowane.
Zaletami złóż soli kamiennej jako miejsca ostatecznego składowania
odpadów wysokoaktywnych są:
- plastyczność,
gwarantująca pewne i szczelne zamknięcie odpadów na tysiąclecia i
izolowanie ich od biosfery;
- stosunkowo
wysoka przewodność cieplna, zapewniająca dobry odbiór wydzielanego w
odpadach ciepła i nie pozwalająca na zbytnie podniesienie temperatury
pojemników z odpadami;
- duża
stabilność ( formacje solne nie uległy poważniejszym zmianom przez co
najmniej 100 mln lat);
- łatwość
drążenia szybów, tuneli i komór składowych.
Odpady stałe niskoaktywne stanowią jedynie problem
ilościowy i mogą być składowane w składowiskach naziemnych i podziemnych,
zabezpieczone jedynie przed wymywaniem izotopów promieniotwórczych. Nie
wymagają one stałego nadzoru (stałej kontroli dozymetrycznej). Wystarczają
jedynie okresowe pomiary środowiskowe w otoczeniu składowiska.
Odpady średnioaktywne są składowane wyłącznie w
postaci zestalonej (w asfaltach, betonach, żywicach) w składowiskach naziemnych
lub podziemnych. Składowiska podziemne mogą być wykonane specjalnie do tego
celu lub też odpady mogą być lokowane w wyrobiskach wyeksploatowanych kopalń,
lub też w starych fortyfikacjach podziemnych. Pożądane są składowiska podziemne
o głębokości co najmniej kilkudziesięciu metrów w celu zapobieżenia
przedostania się izotopów promieniotwórczych do naturalnego środowiska.
Najlepszymi formacjami geologicznymi są złoża solne, pokłady gliny na
głębokościach do 100 m oraz inne formacje skalne, jednakże składowiska tego
typu są dość kosztowne i wymagają stałej kontroli. Zaletą formacji skalnych
jako składowisk odpadów promieniotwórczych jest ich stabilność i wytrzymałość
mechaniczna gwarantująca nienaruszalność tuneli i komór (warunkiem jest lokalizacja
składowisk na stabilnych tektonicznie obszarach).
Większe problemy stwarza składowanie odpadów
wysokoaktywnych. Podobnie jak dla odpadów średnioaktywnych najlepszą
lokalizacją są formacje geologiczne.
Składowisko odpadów w Polsce.
W Polsce odpady promieniotwórcze umieszcza się w
płytkim składowisku podziemnym w miejscowości Różan. Konstrukcja dawnego fortu
wojskowego (betonowe bunkry i fosy) została przystosowana do przechowywania
odpadów przez wiele lat. Rozmieszczenie poszczególnych obiektów przedstawia
poniższy rysunek. Rys [11]
Obiekty nr 1(a,b,c), 2, 3, 3a to betonowe bunkry,
obiekt nr 8 to zaadaptowana fosa. Bunkry zostały wybudowane około1910 r. i
stanowią prawdopodobnie jedno z pierwszych na świecie zastosowań cementu
portlandzkiego na tak dużą skalę.
W KSOP (Krajowe Składowisko Odpadów
Promieniotwórczych) składowane są stałe i zestalone odpady promieniotwórcze,
zamknięte źródła promieniowania oraz czujki dymu. Odpady te zawierają izotopy
krótkożyciowe (<30 lat) i długożyciowe. Wśród zestalonych odpadów znajdują
się koncentraty promieniotwórcze (szlamy postrąceniowe, koncentraty powyparne,
zużyte jonity, pomoce filtracyjne itp.) przetworzone przy wykorzystaniu asfaltu,
cementu i żywic jako materiałów wiążących.
Podstawowymi opakowaniami tych odpadów są hoboki metalowe 50 i 70 dm3
oraz bębny stalowe o poj. 200 dm3. Część odpadów stałych opakowana
jest także w folię lub znajduje się w skrzyniach o zróżnicowanym kształcie i
wielkości. Zamknięte źródła promieniotwórcze składowane są w transportowych
pojemnikach osłonowych w obiekcie nr 3 i 3a [11].
W całym okresie eksploatacji składnicy zgromadzono około 3000m3
odpadów o aktywności sumarycznej na dzień 30.06.1998 równej 36,235 TBq.
Aktywność poszczególnych radionuklidów oraz objętość odpadów, w których są
zawarte przedstawia poniższa tabela [11].
|
Izotop |
Aktywność początkowa [MBq] |
Aktywność na dzień 30.06.98
[MBq] |
Objętość odpadów [m3] |
|
Izotop |
Aktywność początkowa [MBq] |
Aktywność na dzień 30.06.98
[MBq] |
Objętość odpadów [m3] |
|
Ag-110 |
20338,28 |
0,00 |
2,08 |
|
Na-22 |
1009,90 |
48,63 |
3,13 |
|
Am-241 |
1423789,05 |
1416416,77 |
17,75 |
|
Na-24 |
264642,50 |
0,00 |
2,24 |
|
As-74 |
8,62 |
0,00 |
0,07 |
|
Ni-63 |
32079,68 |
30627,60 |
1,28 |
|
As-77 |
264,29 |
0,00 |
0,03 |
|
Np-237 |
3,50 |
3,50 |
0,00 |
|
Ba-133 |
174,86 |
89,99 |
1,99 |
|
P-32 |
672716,93 |
243,56 |
10,73 |
|
Ba-140 |
0,04 |
0,00 |
0,13 |
|
Pb-210 |
17135,11 |
6096,91 |
2,15 |
|
Be-7 |
8,62 |
0,00 |
0,07 |
|
Pm-145 |
5000,00 |
4286,07 |
0,56 |
|
Bi-207 |
18,52 |
16,27 |
0,05 |
|
Pm-147 |
185551,11 |
4379,98 |
6,28 |
|
Br-82 |
111,00 |
0,00 |
0,03 |
|
Po-210 |
5891121,31 |
11,39 |
18,80 |
|
C-14 |
349898,45 |
349229,42 |
87,42 |
|
Pu-238 |
264428,30 |
254275,33 |
38,96 |
|
Ca-45 |
30756,59 |
10,26 |
11,54 |
|
Pu-239 |
2831785,29 |
2831158,43 |
195,33 |
|
Ca-47 |
740,00 |
0,00 |
0,12 |
|
Ra-226 |
438603,83 |
435806,26 |
319,33 |
|
Cd-109 |
4165,38 |
1604,92 |
0,27 |
|
Rb-86 |
5584,48 |
0,00 |
1,10 |
|
Cd-115 |
744,10 |
0,00 |
0,44 |
|
Rh-106 |
74,00 |
0,00 |
0,00 |
|
Cd-115m |
0,37 |
0,00 |
0,33 |
|
Ru-106 |
53566,33 |
296,37 |
4,27 |
|
Ce-143 |
40,00 |
0,00 |
0,03 |
|
S-35 |
5746053,16 |
523581,89 |
13,17 |
|
Ce-144 |
359740,5 |
0,88 |
4,06 |
|
Sb-124 |
7041,37 |
2,74 |
3,23 |
|
Cl-136 |
4790,46 |
4790,22 |
1,13 |
|
Sb-125 |
888,00 |
0,22 |
0,01 |
|
Cm-242 |
111000,00 |
10,09 |
0,07 |
|
Sc-46 |
13264,50 |
0,00 |
0,48 |
|
Co-57 |
4359,82 |
289,63 |
2,23 |
|
Se-75 |
17238,77 |
0,00 |
1,50 |
|
Co-60 |
52421277,60 |
92156110,09 |
744,65 |
|
Sn-113 |
36184,90 |
361,71 |
2,57 |
|
Cr-51 |
271004,41 |
3102,05 |
12,66 |
|
Sr-85 |
1485,22 |
0,00 |
0,82 |
|
Cs-134 |
153837,62 |
43596,86 |
5,87 |
|
Sr-89 |
18745,68 |
0,78 |
2,54 |
|
Cs-137 |
21762421,30 |
13948564,40 |
407,76 |
|
Sr-90 |
1311481,50 |
892267,89 |
35,12 |
|
Cu-64 |
5813,32 |
0,00 |
0,31 |
|
Sr-92 |
740,00 |
0,00 |
0,10 |
|
Eu-152 |
209968,84 |
90213,96 |
12,65 |
|
Ta-182 |
980,50 |
0,00 |
0,00 |
|
Eu-154 |
205309,93 |
50982,14 |
4,28 |
|
Tc-99 |
112507,36 |
112506,28 |
22,99 |
|
Fe-55 |
18873,03 |
2489,67 |
0,96 |
|
Tc-99m |
836,50 |
0,00 |
1,23 |
|
Fe-59 |
112562,35 |
168,90 |
4,62 |
|
Te-127 |
740,00 |
0,00 |
0,13 |
|
H-3 |
5289768,97 |
4085427,59 |
115,83 |
|
Th-228 |
0,05 |
0,04 |
0,00 |
|
Hf-181 |
5000,00 |
0,39 |
0,00 |
|
Th-230 |
13627,10 |
13623,80 |
28,43 |
|
Hg-197 |
740,00 |
0,00 |
0,13 |
|
Th-232 |
24964,87 |
24964,87 |
36,96 |
|
Hg-203 |
1131,47 |
0,00 |
0,54 |
|
Tl-204 |
309356,01 |
47038,63 |
6,25 |
|
I-123 |
740,00 |
0,00 |
0,05 |
|
Tm-170 |
129239,78 |
0,00 |
0,90 |
|
I-124 |
925,00 |
0,00 |
0,00 |
|
U-235 |
9419,75 |
9419,75 |
1,12 |
|
I-125 |
26810235,60 |
6781,82 |
365,32 |
|
U-236 |
1339,51 |
1339,51 |
0,48 |
|
I-131 |
154820,58 |
0,17 |
38,54 |
|
U-238 |
1396034,03 |
1396034,02 |
96,43 |
|
Ir-190 |
5550,00 |
0,00 |
0,03 |
|
U-239 |
740,00 |
0,00 |
1,40 |
|
Ir-192 |
78292392,70 |
20451,38 |
250,50 |
|
W-185 |
9,25 |
0,00 |
0,04 |
|
K-40 |
7585,00 |
7585,00 |
10,50 |
|
Xe-133 |
758,50 |
0,00 |
0,18 |
|
Kr-195 |
532883,15 |
374778,53 |
3,01 |
|
Y-90 |
141553,59 |
0,00 |
2,53 |
|
Kr-190 |
1850,00 |
0,00 |
0,25 |
|
Yb-169 |
1373745,17 |
0,00 |
1,01 |
|
La-142 |
3237,50 |
0,00 |
0,05 |
|
Zn-65 |
1822361,17 |
33243,52 |
12,51 |
|
Mn-54 |
21844,09 |
8774,16 |
0,45 |
|
Zn-69 |
262903,50 |
0,00 |
0,90 |
|
Mn-56 |
740,00 |
0,00 |
0,03 |
|
RAZEM |
211779021,18 |
36252606,200 |
2987,69 |
|
Mo-99 |
83784,22 |
0,00 |
1,85 |
|
|
|
|
|
Jak widać z tabeli największa aktywność pochodzi od
Cs-137 (39%), Co-60 (25%), uranu naturalnego i nuklidów alfapromieniotwórczych
(18%) oraz H-3 (11%). Jednakże na terenie składowiska i w jego otoczeniu
prowadzone są ciągle pomiary dozymetryczne. Bada się glebę, trawę, zboże, wodę
gruntową i wodę płynącej obok rzeki Narwi. W celu porównania skażenia bada się
materiały środowiskowe z terenów Góry Kalwarii - miejsca oddalonego o 100 km od
Różana. Pomiary te wykazują, że poziom radioaktywności w okolicy składowiska
nie odbiega od poziomu rejestrowanego w Górze Kalwarii.
W ramach kontroli KSOP przeprowadza się symulacje
spadku aktywności sumarycznej odpadów zgromadzonych w obiektach składowiska
uwzględniając czas rozpadu promieniotwórczego.
Poniższe wykresy pokazują wyliczoną symulację dla odpadów zgromadzonych
w obiekcie 3 i 3a.
( W obiekcie 3a proces ten przebiega najszybciej i prawie całkowity
zanik aktywności nastąpi już po prawie 50 latach !)
Rys. Symulacja w
obiekcie nr 3. [11]
Rys. Symulacja w obiekcie
nr 3a. [11]
Jak to robią inni?
|
Kraj |
Odpady w [m3] niskoak.
średnioak. |
Sposób składowania |
Miejsce |
|
Belgia |
15000 |
na dnie oceanu |
Pn. Atlantyk |
|
Niemcy |
96 42000
260 14300 |
na dnie oceanu składowisko
głębokie składowisko
głębokie |
Pn. Atlantyk Kopalnie soli Asse Kopalnie Morsleben |
|
Francja |
9900 464500 |
na dnie oceanu składowisko
powierzchniowe |
Pn. Atlantyk Skład.
Centre de la Manche |
|
Holandia |
8700 |
na dnie oceanu |
Pn. Atlantyk |
|
Wielka Brytania |
26000 775000 - 14000 - |
na dnie oceanu składowisko
powierzchniowe składowisko
powierzchniowe |
Pn. Atlantyk Drigg Dounreay |
Dane
wg [11].
A może w Kosmos?
Wybudowanie składowiska odpadów promieniotwórczych, a szczególnie
znalezienie odpowiedniej lokalizacji, jest bardzo trudnym zadaniem w każdym
kraju na Ziemi, gdyż żadne społeczeństwo nie chce się zgodzić na takie
sąsiedztwo. Dlatego coraz częściej mówi się o usuwaniu w Kosmos odpadów
długożyciowych nuklidów o okresie półrozpadu wynoszącym setki tysięcy lat.
Stanowią one około 1% wszystkich odpadów w elektrowni jądrowej, a roczna ich
produkcja w skali światowej wynosi około 100 ton. Koncepcję usuwania odpadów
promieniotwórczych w Kosmos przedstawił po raz pierwszy w 1959 r. prof. Kapica
(ZSRR). Na początku lat 70-tych prace teoretyczne nad tym problemem prowadził
Schlezinger (USA), a następnie NASA i Departament Energii w USA [4]. Wysłanie
odpadów w Kosmos nie jest obecnie żadnym problemem. Zawdzięczamy to dobrze
opanowanej technice statków kosmicznych i rakiet nośnych. Jednakże nie została
rozstrzygnięta jeszcze sprawa dokąd wysłać te odpady. Na razie rozpatruje się
pięć wariantów:
- wysłać załadowane statki kosmiczne poza
granice Układu słonecznego w próżnię Galaktyki;
- topić odpady w otoczce gazowej wielkich
planet Jowisz, Saturna, Neptuna;
- kierować prosto na Słońce, by zbliżając
się uległy spaleniu w jego promieniach;
- wysyłać je gdzieś poza Marsa i na orbitę
okołosłoneczną, żeby wiecznie krążyły wokół Słońca;
- zniszczyć "statki śmieciarki"
razem z odpadami w dalekim Kosmosie, aby wiatr słoneczny uniósł ich
resztki na koniec systemu planetarnego.
Jest to na razie
przyszłość.