Použité jaderné palivo

Speciální kapitolou mezi radioaktivními odpady je použité palivo z jaderných elektráren. V palivu při štěpné reakci vzniká řada prvků, dá se říci, že skoro celá Mendělejevova tabulka. Někdy se o něm mluví jako o odpadu, ale již dnes je jasné, že tento odpad se brzy může stát cenným zdrojem surovin nebo palivem pro jiný typ elektrárny.

Co obsahuje jaderné palivo před a po vyhoření v reaktoru

Jeden reaktor s výkonem kolem 1 000 MW produkuje ročně kolem 30–40 tun vyhořelého paliva. Protože palivo má vysokou hustotu, představuje to objem jen asi 1,5 m³. Palivo vyňaté z reaktoru obsahuje stále ještě 95 % nespotřebovaného uranu. Ostatní štěpné produkty, které dnes považujeme za odpad, tedy představují jen asi 1 200 kg. Hlavní podíl radioaktivity nesou mezi těmito štěpnými produkty cesium ¹³⁷Cs a stroncium ⁹⁰Sr, oba s poločasem rozpadu kolem 30 let. V důsledku radioaktivního rozpadu použité palivo postupně ztrácí radioaktivitu a četné radioizotopy přecházejí na neaktivní prvky, jejichž oddělení z odpadu by v budoucnu mohlo být zajímavé. Je to např. platina, ruthenium, rhodium, paladium, stříbro, prvky vzácných zemin atd.

Palivové články v reaktoru musely vydržet teploty kolem 300 °C a tlak přes 12 MPa, snadno tedy odolají mnohem mírnějším podmínkám při skladování a další manipulaci. Vyhořelé články se z reaktoru vyjmou a pod hladinou vody kanálem převezou do bazénu vyhořelého paliva, který je v reaktorové hale vedle reaktoru. Tam jsou pod vodou uloženy asi 3 až 4 roky. Voda je neustále chladí, protože radioaktivním rozpadem se v nich stále vyvíjí teplo. Jejich radioaktivita klesne mezitím asi na 50 % původní hodnoty. Vyhořelé články se pak vloží do speciálních kontejnerů a odvezou do meziskladu vyhořelého paliva. Zde se skladují řádově několik desítek let.

Hlubinné úložiště

Model povrchové a podpovrchové části hlubinného úložiště radioaktivních odpadů na trojrozměrném 3D schématu

Uměle vyhloubené, nebo pečlivě upravené stávající podzemní prostory se označují jako hlubinná úložiště. Jsou umístěna do hlubokých stabilních geologických vrstev zcela mimo dosah biosféry. Jednoznačná přednost před úpravou starších důlních děl se dává zbudování úložiště nového, speciálního, neboť doly bývají v místech geologických poruch, puklin, žil a tudíž nejsou dostatečně těsné proti spodní vodě a jiným vlivům. Úložiště musí být zbudováno v neporušeném nebo minimálně porušeném geologickém prostředí, v oblasti, kde nehrozí vulkanická činnost, zemětřesení, zaplavení mořem nebo zalednění.

Termínem dlouhodobě je označováno období srovnatelné s geologickými časovými měřítky, tedy časové úseky delší než 10 000 let, ale spíše 40 000–100 000 let. Těžko bychom mohli předpokládat, že by se informace o použití nějaké lokality uchovala po tak dlouhou dobu. Proto všechny práce směřují k tomu, aby byl znemožněn jakýkoliv kontakt budoucích pokolení s uloženým materiálem, a to ať vědomý nebo náhodný. Životní prostředí chrání od jaderných odpadů několikanásobné bariéry.

První barierou je znehybnění a zadržení radionuklidů v odolné a nerozpustné chemické formě, v tzv. matrici. Ke znehybnění vysoce aktivních odpadů se obvykle používá borosilikátové sklo nebo keramické materiály, u středně aktivních odpadů hlavně cement nebo bitumen (asfaltová živice). Druhou barieru tvoří obal odpadů. Obal izoluje zpevněné odpady po určitou dobu. Obaly současně slouží jako stínění před zářením a usnadňují manipulaci při dopravě a ukládání. Obaly pro vysoce aktivní odpady jsou vyrobeny z kovu. Bývá to ocelový, silnostěnný nerezavějící kontejner nebo měděná nádoba, uvažuje se i o nádobách z titanu.

Řez modelem speciálního úložného kontejneru s dlouhou životností pro ukládání použitého jaderného paliva v hlubinném úložišti

Další technickou bariéru mohou tvořit betonové pakety nebo přebaly, do nichž se ukládají plechové sudy nebo betonové kontejnery. Stavební konstrukce úložných prostorů na povrchu, těsně pod povrchem nebo v geologických formacích slouží jako další technická bariéra. Jedná se například o speciální betony, nepropustné nátěry, asfaltové nebo jílové izolace a drenážní systémy, jejichž účelem je hlavně zabránit vniknutí vody do úložiště a tím eventuálnímu vyluhování radionuklidů. Přírodní bariérou je vlastní geologická formace, v níž je úložiště vybudováno. Čím lepší jsou vlastnosti této bariéry (tj. pevnost, nerozpustnost, tepelná stabilita), tím jednodušší a lacinější mohou být technické bariery. Geologická formace musí být seizmicky stabilní, většinou se vybírá hornina, která se prokazatelně nezměnila za posledních i několik milionů let a je tedy u ní předpoklad, že zůstane stabilní i dále. Jako vhodné geologická formace se nejčastěji volí tyto základní horninové typy: solná ložiska, jílovité sedimenty, tufy, granity (žuly) a rulové horniny.

2