Spracovanie rádioaktívneho odpadu

Rádioaktívny odpad musí byť bezpečne izolovaný od biosféry dovtedy, kým môže predstavovať riziko. Pred jeho uložením je však potrebné odpad vhodne spracovať. Jeho skupenstvo alebo zloženie sa upravuje tak, aby sa zmenšil jeho objem (a tým uľahčilo jeho skladovanie) alebo aby sa uľahčilo oddelenie rádionuklidov od nerádioaktívnych látok. To je dôležité predovšetkým z ekonomických dôvodov, pretože čím menší objem odpadu je potrebné skladovať, tým nižšie sú náklady na jeho skladovanie. Znižovanie objemu je obzvlášť dôležité pri nízkoaktívnom odpade, ktorý síce zaberá veľký objem, ale obsahuje len malé množstvo rádioaktívnych látok.

V niektorých prípadoch sa namiesto koncentrácie a skladovania uplatňuje opačný prístup. Rádionuklidy, ktoré sa prirodzene vyskytujú aj v životnom prostredí (napríklad trícium alebo uhlík ¹⁴C), možno po splnení prísnych legislatívnych limitov zriediť na veľmi nízku koncentráciu a kontrolovane vypúšťať do životného prostredia. Takéto vypúšťanie rádionuklidov podlieha prísnym regulačným požiadavkám.

 

Vedeli ste, že...?

Po približne 50 rokoch sa rádioaktivita vyhoretého jadrového paliva zníži na menej než jedno percento pôvodnej hodnoty, stále však zostáva veľmi vysoká a vyžaduje dlhodobé bezpečné skladovanie.

 

Spracovanie kvapalného odpadu

Odparovanie

Odparovanie patrí medzi najúčinnejšie metódy znižovania objemu kvapalného rádioaktívneho odpadu. Výsledkom je koncentrovaný roztok alebo kal obsahujúci väčšinu rádioaktívnych látok. Tento koncentrát sa následne spracováva, najčastejšie cementáciou, bitúmenáciou alebo inou metódou imobilizácie do pevnej formy.

Filtrácia a odstredivá filtrácia

Metódy mechanickej separácie slúžia na oddeľovanie pevných častíc rozptýlených v kvapaline. Po filtrácii alebo odstreďovaní sa často využíva odparovanie, ktorým sa odstráni prebytočná voda a odpad sa ďalej koncentruje.

Iónová výmena

Táto metóda sa používa najmä na čistenie vody z primárneho okruhu jadrového reaktora. Iónomeniče sú porézne polymérne materiály obsahujúce nabité chemické skupiny, ktoré viažu ióny rozpustené vo vode. Najčastejšie ide o syntetické organické materiály na báze styrénových, polyakrylátových alebo fenolformaldehydových živíc. Po nasýtení rádionuklidmi sa použité iónomeničové živice stávajú tuhým rádioaktívnym odpadom.

Imobilizácia do tuhých materiálov

Po spracovaní jednou alebo viacerými z uvedených metód sa koncentrovaný odpad prevádza do pevnej formy. Najčastejšie sa používa cementácia, teda zafixovanie odpadu do cementu. Ďalšou možnosťou je bitúmenácia, pri ktorej sa odpad viaže do materiálu podobného asfaltu. Tento spôsob je nákladnejší, ale keďže prebieha pri zvýšenej teplote, dochádza zároveň k odpareniu ďalšej vody, čím sa odpad ešte viac skoncentruje. Ak nie je vhodná ani cementácia, ani bitúmenácia, možno koncentrovaný odpad imobilizovať do plastických hmôt (napríklad polyesterových alebo epoxidových živíc), hoci ide o drahšie riešenie.

Biologické čistenie

Pri spracovaní rádioaktívneho odpadu možno využiť aj niektoré mikroorganizmy. Používajú sa na odstraňovanie toxických alebo biologických prímesí z rádioaktívneho odpadu (napríklad baktéria Deinococcus radiodurans, ktorá je mimoriadne odolná voči ionizujúcemu žiareniu) alebo na premenu rádioaktívnych látok do formy, z ktorej ich možno jednoduchšie oddeliť.

 

Chemické zrážanie a flokulácia

Pridaním vhodných chemických činidiel sa rádioaktívne látky vyzrážajú zo suspenzie vo forme vločiek alebo zrazeniny, ktoré možno následne oddeliť filtráciou. Účinnosť tejto metódy je pomerne nízka, preto sa zvyčajne kombinuje s ďalšími spôsobmi spracovania.

Niektoré druhy kvapalného odpadu (napríklad tríciová voda) možno po splnení prísnych legislatívnych limitov kontrolovane vypúšťať do životného prostredia.

Spracovanie plynného odpadu

Významná časť rádioaktívnych plynov vznikajúcich v jadrových elektrárňach obsahuje rádionuklidy s krátkym polčasom premeny (napríklad rádioaktívne izotopy vzácnych plynov, halogénov alebo jódu). Najjednoduchším spôsobom ich spracovania je dočasné zadržanie v zásobníkoch počas obdobia približne desiatich polčasov premeny a ich následné kontrolované vypustenie po dostatočnom poklese rádioaktivity.

Plynné odpady môžu obsahovať aj pevné rádioaktívne častice (aerosóly). Tie sa zachytávajú na filtroch a následne sa spracovávajú ako tuhý rádioaktívny odpad. V niektorých prípadoch možno rádioaktívne látky zachytávať aj pomocou iónomeničov alebo ich chemicky viazať na pevné materiály.

Spracovanie tuhého odpadu

Lisovanie

Najjednoduchším spôsobom znižovania objemu tuhého odpadu je jeho lisovanie. Odpad sa často ukladá do 200-litrových oceľových sudov, v ktorých sa následne lisuje. Pri vysokotlakovom lisovaní sa stláča celý oceľový sud, čím vzniká kompaktný valcovitý výlisok. Objem odpadu sa môže znížiť až o 80 %, čo výrazne uľahčuje jeho ďalšiu manipuláciu a skladovanie.

Spaľovanie

Ak to charakter odpadu umožňuje, možno ho spaľovať. Výsledkom je homogénny popol a výrazné zmenšenie objemu odpadu. Plyny vznikajúce pri spaľovaní sa čistia a zachytené rádioaktívne látky sa následne spracovávajú ako pevný rádioaktívny odpad.

Synrock (syntetická hornina)

V roku 1978 bol vyvinutý syntetický keramický materiál označovaný ako synrock, ktorý dokáže vo svojej kryštalickej štruktúre pevne viazať a imobilizovať väčšinu rádioaktívnych prvkov. Pôvodne bol založený najmä na oxide titaničitom (TiO₂ – rutil). Dnes existuje viacero typov synrocku prispôsobených rôznym druhom rádioaktívneho odpadu.

Imobilizácia do tuhých materiálov

Tuhý rádioaktívny odpad sa veľmi často fixuje do cementu alebo bitúmenu.

Po spracovaní sa rádioaktívny odpad imobilizuje v pevnej matrici, najčastejšie cementom alebo bitúmenom. Takto upravený odpad sa ukladá do oceľových, betónových alebo medených kontajnerov, ktoré sa následne ukladajú do vhodného úložiska.

Vitrifikácia

Táto technológia sa najčastejšie používa na spracovanie vysokoaktívnych zvyškov po prepracovaní vyhoretého jadrového paliva, možno ju však použiť aj pri iných druhoch rádioaktívneho odpadu. Odpad sa zmieša so sklotvornými prísadami a pri vysokej teplote približne 1 200 °C sa pretaví na homogénnu sklovitú hmotu. V niektorých prípadoch sa sklenený blok uzatvára do kovového obalu, ktorý uľahčuje odvádzanie tepla. Sklo je mimoriadne odolné voči vylúhovaniu a rádioaktívne látky sú v ňom veľmi účinne zafixované. Preto patrí vitrifikácia medzi najvhodnejšie metódy spracovania vysokoaktívneho odpadu s dlhým obdobím nebezpečnosti.

 

 

Vedeli ste, že...?

Pri vitrifikácii vysokoaktívnych odpadov z prepracovania vyhoretého jadrového paliva sa do skloviny často pridávajú absorbéry neutrónov (napríklad bór alebo gadolínium), aby sa vylúčila možnosť vzniku samovoľnej štiepnej reťazovej reakcie v koncentrovanom jadrovom materiáli.