Radioaktivita a ionizující záření ... Radioaktivita je přirozeným jevem Radioaktivita je vlastnost některých jader atomů samovolně se rozpadat, přeměňovat se na jádra jednodušší a uvolňovat energii ve formě záření.
uhlík 12
uhlík 14
Starší než Země Většina přirozených radionuklidů vznikla při výbuchu supernovy, který předcházel vzniku naší sluneční soustavy. Do dneška se dochovaly pouze radionuklidy s velmi dlouhým poločasem přeměny. Patří k nim například uran 238U, jehož poločas přeměny 4,5 miliardy let se rovná odhadovanému stáří Země. Za celou dobu existence naší planety se stačila přeměnit teprve polovina jeho počátečního množství. V přírodě vznikají radionuklidy stále, buď přeměnou jiných nestabilních jader nebo vlivem kosmického záření.
Poselství z vesmíru
Také ve vesmíru vznikají radionuklidy neustále. Krabí mlhovina, kterou můžeme pozorovat v souhvězdí Býka, je rovněž pozůstatkem výbuchu supernovy. Byl zaznamenán v roce 1054 a podobně jako před vznikem naší sluneční soustavy při něm v důsledku vysokých tlaků a teplot vznikly všechny těžší nuklidy včetně radioaktivních.
Zvětšený snímek Krabí mlhoviny v souhvězdí Býka
Jak se vyznat v atomech? Nuklid je atom s určitým počtem protonů a neutronů v jádře.
radionuklid
izotop vodíku
Izotopy jsou různé nuklidy téhož prvku, v jejichž atomech je stejný počet protonů, ale liší se počtem neutronů.
2H
1H 3H
Radionuklid je nestabilní nuklid, podléhající samovolné radioaktivní přeměně.
11C
Radioizotop je nestabilní izotop prvku, podléhající samovolné radioaktivní přeměně.
14C
K radionuklidům patří atomy uranu 235U, uranu 238U a thoria 232Th, které jsou základem radioaktivity Země. Oba nuklidy uranu – 235U a 238U – jsou současně radioizotopy uranu.
12C
13C nuklid
izotop uhlíku
Druhy ionizujícího záření 4 2He
Radionuklidy jsou zdrojem různých druhů ionizujícího záření. Záření alfa jsou kladně nabité částice jader helia obsahující dva protony a dva neutrony.
jádro atomu e-
Záření beta je proud záporně nabitých elektronů nebo kladně nabitých pozitronů.
Záření gama nemá podobu pevných částic, ale elektromagnetického vlnění.
Co nás před zářením ochrání? Částice alfa mají velmi malý dolet a pronikavost – zadrží je například papír nebo lidská pokožka. Částice beta proniknou slabou vrstvou vody, ale zachytí je tenká vrstva hliníku.
Paprsky gama mají velkou energii a mohou proniknout i lidským tělem – pohltit je dokáže například silná olověná nebo betonová deska.
alfa
beta
gama
papír
hliník
olovo
beton
... hodný sluha, nebo zlý pán? Přirozená a umělá radioaktivita Od roku 1896, kdy A. H. Becquerel objevil při zkoumání vzorku uranové soli přirozenou radioaktivitu, se neustále rozšiřují lidské znalosti o světě atomů. Spolu se znalostmi se rozšiřují i možnosti využívat to, co nám mikrosvět atomů nabízí. V současné době známe asi 2 000 radionuklidů. V přírodě jich byla nalezena přibližně stovka, štěpením těžkých jader jich vzniká okolo dvou set. Většina ostatních radionuklidů vznikla umělou cestou v laboratořích a řada z nich má význam pouze vědecký.
Příprava umělých radioizotopů
Uranová ruda Pohled do aktivní zóny reaktoru LVR-15 v ÚJV v Řeži
Převážná část radionuklidů se připravuje v jaderných reaktorech nebo pomocí urychlovačů částic. Takto vzniká i nejznámější umělý radionuklid kobalt 60Co, používaný mimo jiné při léčbě a diagnostice zhoubných nádorů. Přístroj s kobaltovým ozařovačem
Jak se radioaktivní látky od sebe liší? Jednou z hlavních vlastností zdrojů radioaktivního záření je jejich aktivita. Aktivita vyjadřuje počet radioaktivních přeměn probíhajících v určitém množství radionuklidu za jednotku času. Měří se v becquerelech (1 Bq = 1 přeměna za vteřinu). Becquerel je velice malá jednotka. Lidské tělo obsahuje značné množství radioaktivních látek, převážně draslíku 40K. Každou vteřinu tak probíhá v našem těle několik tisíc radioaktivních přeměn jen z tohoto zdroje.
Základní charakteristika nejdůležitějších přirozených radionuklidů radionuklid
poločas
typ záření
výskyt
uran 238U uran 235U radium 226Ra radon 222Rn draslík 40K uhlík 14C vodík 3H(tritium)
4,5 miliard let 6,8 milionů let 1 620 let 3,8 dní 1,27 miliard let 5 570 let 12,3 let
alfa, gama alfa, gama alfa, gama alfa beta, gama beta beta
horniny, voda horniny, voda horniny, voda plyny, voda, horniny horniny, voda, organické látky plyn, voda, organické látky plyn, voda, organické látky
Aktivita všech radioaktivních látek klesá s časem Poločas přeměny je doba potřebná k tomu, aby se přeměnila polovina jader přítomných na počátku v určitém radionuklidu.
Po jednom poločase přeměny zbývá jen polovina původní aktivity, po dvou čtvrtina atd. Po deseti poločasech přeměny zůstává už zhruba jen tisícina původní aktivity. první poločas
druhý třetí čtvrtý
pátý šestý
sedmý osmý devátý desátý
Radioaktivita a ionizující záření ... Člověk a záření
1022
1020
1018
1016
infračervené záření 1014
1012
mikrovlny
1010
vedení lvysokonapěťové
komunikace lnámořní
λ
rozhlasové vysílání Spektrum elektromagnetického záření
televize
ultrafialové záření
monitory
lmobilní
radary
rentgenové a gama záření
lpočítačové
telefony
trouby
100 m
lmikrovlnné
ldružicová
televize
cm
lsvařování
polovod. pamětí
mm viditelné záření
v lékařství
lmazání
lgama
lsvětlotisk
µm 0,1µ
nm
defektory
pm
ldiagnostika
Radioaktivní záření má nesrovnatelně větší energii než běžná pozemská záření, například světlo nebo teplo. Proto proniká hmotou a svou energií ji může poškozovat, složitou živou hmotu obzvlášť. Při překročení určitých hodnot může rozrušovat organické látky, zabíjet buňky, znemožňovat jejich dělení, porušovat jejich genetický kód. Míra poškození závisí na intenzitě záření a velikosti dávky.
radiové kmitočty
108
106
104
102 kmitočet (Hz)
Účinek záření na člověka se vyjadřuje pomocí dávkového ekvivalentu, jehož jednotkou je 1 sievert (1 Sv). V praxi je tato jednotka příliš velká, proto se častěji setkáváme s milisieverty (mSv).
lékařská terapie 8,9%
zkoušky jaderných zbraní 3,5%
ostatní 0,4%
kosmické záření 12,6%
lékařská diagnostika 10,6%
radon a produkty jeho rozpadu 41,8%
Intenzity přibývá od modré k červené
zemské záření 14,8%
radionuklidy v těle 7,4%
Procentuální zastoupení jednotlivých složek ozáření lidí
Intenzita radioaktivního záření zemského povrchu v České republice.
Ochrana před zářením Při práci s radioaktivními materiály je nutné se chránit.
V tzv. horkých komorách odstíněných olovem lze pomocí dálkových manipulátorů a průmyslové televize provádět i poměrně složité operace s vysokoaktivními látkami.
Manipulace s radioaktivními materiály v tzv. rukavicové skříni
Pracovník u horké komory
Ochrana před zářením spočívá: - v co nejkratším pobytu v blízkosti zdroje záření - v zachování dostatečné vzdálenosti od zdroje záření - ve stínění, tj. vkládání vrstev takového materiálu, který záření pohlcuje, mezi zdroj záření a člověka
Jak záření měříme? Ionizující záření je neviditelné, ale vzhledem k jeho vlastnostem je lze snadno a přesně zjistit a měřit. K měření slouží detektory a dozimetry. Detektory umožňují určit přítomnost záření a odhadnout jeho intenzitu.
Pracovník s osobním dozimetrem Měření scintilačním detektorem v terénu
Dozimetry jsou malé a citlivé přístroje k měření velikosti dávky, tzn. množství energie, kterou záření lidskému tělu předalo. Jsou jimi povinně vybavováni všichni pracovníci, kteří mohou být vystaveni působení ionizujícího záření, zaměstnanci jaderných elektráren a dalších jaderných zařízení.
... hodný sluha, nebo zlý pán? Štěpením jader lze uvolnit obrovskou energii Umělou přeměnu jednoho prvku v jiný uskutečnil poprvé roku 1919 anglický fyzik Ernest Rutherford, když ostřelováním atomů dusíku částicemi alfa získal atom kyslíku.
neutron
štěpný produkt (odštěpek)
jádro uranu
neutrony
Jádro atomu uranu se může po nárazu letícího neutronu rozštěpit. Vzniknou dvě nová jádra – štěpné produkty – a dva až tři nové neutrony. Při štěpení vzniká velké množství tepla, které můžeme energeticky využít. Nové neutrony letí dál a mohou štěpit další jádra. Rozběhne se řetězová reakce, základ jaderné energetiky. štěpný produkt (odštěpek)
Princip jaderného štěpení
Anglický fyzik Ernest Rutherford ve své laboratoři
Jsou jaderné elektrárny bezpečné?
1. bariéra
2. bariéra
3. bariéra
4. bariéra
Při provozu jaderných elektráren je bezpečnost základním a prvořadým požadavkem. Radiační bezpečnost zajišťuje několik bariér. Pohon svazkové řídící tyče
Víko tlakové nádoby reaktoru
teplá voda
Vývody vnitroreaktorového měření Ochranná trubka svazkové řídící tyče
Tlaková nádoba reaktoru studená voda
Palivové kazety Plášť aktivní zóny
První bariérou je vlastní struktura jaderného paliva. Pevná krystalická struktura nejčastěji používaného oxidu uraničitého UO2 má sama schopnost zadržet při normálním provozu reaktoru 99 % vznikajících štěpných produktů. Druhou bariérou je hermetický obal palivové tyče. Jeho úkolem je zachytit zbylé asi 1 % plynných produktů štěpení. Třetí bariérou je reaktorová nádoba a hermeticky uzavřený primární okruh, které jsou odzkoušeny na podstatně vyšší tlak, než jaký může při provozu nastat. Čtvrtou bariérou bývá ochranná obálka neboli kontejnment, silný železobetonový kryt, který je schopen zadržet radioaktivní látky i při největší, tzv. projektové havárii (prasknutí hlavního potrubí primárního okruhu). Autoregulace reaktoru Dalším významným prvkem zaručujícím bezpečnost jaderné elektrárny je princip autoregulace moderních typů reaktorů. Pokud dojde k neočekávanému zvýšení výkonu, reaktor sám vrátí výkon k původním provozním hodnotám anebo se v něm díky fyzikálním vlastnostem jaderná reakce sama zastaví.
Schéma tlakovodního reaktoru
Nejvážnější katastrofou s rozsáhlými následky v celé padesátileté historii jaderné energetiky byla v roce 1986 havárie jednoho z bloků jaderné elektrárny v Černobylu. Chyby se dopustila obsluha, která při manipulaci s reaktorem odpojila bezpečnostní systémy, zastaralý grafitový reaktor reagoval na zvýšení teploty opačně než tlakovodní reaktor dalším zvyšováním výkonu, elektrárna navíc nebyla vybavena kontejnmentem, který by zamezil úniku radioaktivních zplodin uvolněných výbuchem.
Jaderná elektrárna Černobyl po explozi čtvrtého bloku
aktivita (Bq)
Vyhořelé jaderné palivo Ve vyhořelém palivu zůstávají produkty štěpení, které obsahují radioaktivní prvky, uvolňující všechny druhy záření. celková aktivita štěpné produkty aktinidy původní ruda
V palivu, které opustí reaktor, dále probíhá radioaktivní přeměna. Tento proces je zpočátku velmi intenzivní a je provázen uvolňováním velkého množství tepla. Vyhořelé palivové kazety je proto nutné chladit 4 až 5 let v bazénech u reaktoru. Teprve když poklesne jejich aktivita i teplota přibližně o polovinu, je možný jejich převoz v hermetických kontejnerech do meziskladu.
doba po vyjmutí z reaktoru v rocích Aktivita 1 tuny vyhořelého paliva a aktivita odpovídajícího množství uranové rudy
Reaktor s bazénem pro vyhořelé palivo
Je odpovědné využívat radioaktivitu? Využívání radioaktivity umožnilo převratné změny v medicíně Pomocí Leksellova gama nože lze provádět složité operace v nepřístupných částech mozku. Vysoká dávka záření gama zničí v krátkém okamžiku a zcela bezbolestně přesně vymezený a ostře ohraničený kousek tkáně. Využívá se k tomu 200 kobaltových zářičů, jejichž tenké paprsky se pomocí důmyslného systému clon namíří přesně do místa, které má být operováno.
Leksellův gama nůž v pražské Nemocnici Na Homolce
Pozitronová emisní tomografie umožňuje měřením aktivity fluoru 18F obsaženého v testovací látce včas a přesně diagnostikovat závažná mozková onemocnění. Zařízení pozitronové emisní tomografie (PET)
Kde všude radioaktivita pomáhá Často si ani neuvědomujeme, jak významnou roli má využívání radioaktivity v našem životě.
Medicína
Zemědělství
Průmysl
Diagnostika a léčba nemocí
Náhrada chemické konzervace potravin
Kontrola skrytých vad materiálu
Využívání radiofarmak
Šlechtění odolných kultur
Výroba polymerů
Likvidace škodlivého hmyzu
Měření a regulace
Archeologie a ochrana památek
Věda a výzkum
Životní prostředí
Určování stáří nálezů Zkoumání pravosti uměleckých děl
Zkoumání bioprocesů
Sledování přítomnosti škodlivých látek
Ošetřování uměleckých předmětů
Geologický výzkum
Čištění kouřových plynů a odpadních vod Ochrana před požáry (ionizační hlásiče)
Je odpovědné využívat jadernou energii? Můžeme se obejít bez jaderné energetiky? Tyto dva malé válečky UO2 o hmotnosti několika gramů, které se používají jako palivo v jaderných reaktorech, nahradí 1500 kg černého uhlí. Jaderná energetika představuje ekologický zdroj energie, založený na dostatečně velkých celosvětových zásobách uranu. Jadernou energii využívá 32 zemí. V současné době je na světě v provozu 442 jaderných reaktorů s celkovým výkonem 351 000 MW. Jaderná energetika se na celosvětové výrobě elektřiny podílí 17 % .
Zavážení kazet s palivem do reaktoru
Země s vysokým podílem jaderné energetiky Francie 73 %, Belgie 60 %, Slovensko 50 %, Švédsko 43 %, Španělsko 34 %, Německo 33 %
„Mnozí z nás byli dlouho nešťastni v souvislosti se zvyšujícím se počtem jaderných elektráren pro jejich zřejmé nebezpečí, jakož i problémy spojené se skladováním jaderných odpadů. V současnosti však váhavě přiznáváme, že používání uhlí a ropy je pro společnost ještě nebezpečnější než jaderná energie, a to vzhledem k produkci oxidu uhličitého.“ Ze zprávy Římského klubu akademiků a předních světových vědců z roku 1992. Reaktorový sál JE Dukovany
Za dobu existence jaderné energetiky nemusely do ovzduší uniknout více než 2 miliardy tun CO2.
Je reálné nahradit jadernou energii z jiných zdrojů? Zásoby fosilních paliv, které tvoří základ světové energetiky, se neustále zmenšují a během několika desetiletí mohou být zcela vyčerpány. Jejich spalováním se do ovzduší uvolňuje velké množství skleníkových plynů, ohrožujících globální klima na zeměkouli.
Obnovitelné zdroje energie jsou ekologické a bezpečné, ale málo výkonné a vzhledem k závislosti na přírodních vlivech i nespolehlivé. K nahrazení výkonu 1 000 MW v jaderném reaktoru by bylo nutné instalovat sluneční články nebo větrné elektrárny na ploše 50 až 60 km2 nebo pěstovat energetické rostliny na ploše 3 000 až 5 000 km 2 .
Co s radioaktivními odpady? Kde radioaktivní odpady vznikají? Nejvíce radioaktivity je ve vyhořelém palivu jaderných reaktorů. Určitá část radioaktivních odpadů vzniká i během provozu jaderných elektráren a při jejich vyřazování. Radioaktivní odpady, které nepocházejí z jaderné energetiky, se označují jako institucionální radioaktivní odpady. Vznikají ve výzkumu, zdravotnictví, průmyslu, zemědělství a dalších oborech. V České republice je přibližně 250 původců radioaktivních odpadů. Při těžbě a zpracování uranové rudy vznikají odpady o velmi nízké aktivitě. Jedná se o materiály, které jsou izolovány na hlušinových haldách nebo v odkalištích, kde podléhají zvláštnímu režimu nakládání.
Bazén s vyhořelým palivem
Odkaliště závodu na zpracování uranové rudy
Institucionální radioaktivní odpad
Jak se od sebe liší? Radioaktivní odpady se od sebe liší obsahem radionuklidů a aktivitou. Nakládání s nimi se řídí jejich aktivitou a poločasem přeměny.
Rozdělení podle aktivity
Nízkoaktivní
Středně aktivní
Vysokoaktivní
Podle doby potřebné k jejich přeměně Krátkodobé s poločasem přeměny do 30 let Dlouhodobé s poločasem přeměny přesahujícím 30 let
krátkodobé radionuklidy
dlouhodobé radionuklidy
300 let
10 000 let
Jak se zneškodňují? Zneškodnění radioaktivních odpadů spočívá v jejich úplné izolaci od biosféry po dobu, po kterou mohou být pro člověka a životní prostředí nebezpečné. Této izolace se dosáhne umístěním radioaktivních odpadů v úložištích, v nichž soustava bariér brání uvolnění nebezpečných látek do okolí.
nízko a středně aktivní odpady dlouhodobé nízko a středně aktivní odpady krátkodobé
vysokoaktivní odpady a vyhořelé palivo
hlubinné úložiště izolace po dobu 10.000 - 100.000 let
přípovrchové úložiště izolace po dobu 300 - 500 let
Co s vyhořelým palivem? Je vyhořelé jaderné palivo odpadem? Vyhořelé palivo obsahuje ještě velké množství energie, kterou však nelze ve většině reaktorů dále využít. Vedle 95 procent uranu 238U obsahuje 1 % uranu 235U, 1 % plutonia 239Pu a asi 2 % štěpných produktů vzniklých jadernou reakcí. Uran a plutonium je možné chemicky oddělit a využít pro výrobu nového paliva.
Jak se změní palivo po „vyhoření“ v reaktoru
Přepracování vyhořelého paliva Vyhořelé palivo se pro další využití přepracovává ve speciálních závodech. Přepracování je složitý a nákladný proces, proto se v celém světě přepracovává asi jen 10 % vyhořelého paliva.
Horká komora v přepracovatelském závodě v Sellafieldu ve Velké Británii
Některé produkty štěpení uranu
Kontejnery s vitrifikovaným odpadem
radionuklid Přepracováním nedochází k přeměně radioaktivních prvků. Zůstává tak vysokoaktivní odpad, na jehož aktivitě se mimo jiné podílí cesium 137Cs a stroncium 90Sr. Tento odpad se fixuje do skelné matrice (vitrifikuje) a skladuje podobně jako vyhořelé palivo. Jeho úplné zneškodnění je možné pouze v hlubinném úložišti.
stroncium 89Sr stroncium 90Sr molybden 99Mo jod 131I cesium 137Cs baryum 140Ba plutonium 239Pu
poločas 52 28 67 8 30 13 24 400
dní let hodin dní let dní let
typ záření beta beta beta, gama beta, gama beta, gama beta, gama alfa, gama
Vedlejší produkt hvězdných válek Nadějnou metodou využití některých složek vyhořelého jaderného paliva (aktinidů) je jejich transmutace. Využívá technologii vyvinutou původně pro vedení tzv. hvězdných válek. S pomocí silného urychlovače se vytvoří zdroj neutronů, mohutnější než při štěpné reakci v jaderném reaktoru, který dokáže přeměnit téměř všechny aktinidy. Teplo přitom uvolněné se využije k výrobě elektrické energie. Projekt známý pod zkratkou ADTT (AcceTEPELNÉ SVAZEK PROTONŮ VÝMĚNÍKY lerator Driven Transmutation TechnoSvazek je směřován Jsou blízko blanketu na centrální terčík logy) není jedinou v současné době vyvíve stejné reaktorové nádobě a předávájí jenou technologií přeměny vyhořelého TERČÍK tepelnou energii paliRoztavené olovo paliva. Na výzkumu těchto metod se va do dalšího chladícího okruhu BLANKET podílejí mezinárodní týmy, mezi nimiž (AKTIVNÍ ZÓNA) REAKTOROVÁ jsou i čeští vědci. Grafitové bloky s NÁDOBA Urychlovač v Národní laboratoři v Los Alamos kanály pro průchod Metoda transmutace pomocí urychlovačů Zcela uzavírá aktivroztavených solí ní zónu a zamezuje má ještě daleko k provoznímu využití. úniku paliva při TEKUTÉ PALIVO I při použití této metody bude vznikat určité množství radioaktivních odpadů, které prasknutí potrubí Roztavené soli, obsahujicí palivo, bude nutno ukládat. Souběžně proto pokračují i práce na vývoji hlubinných úložišť. REFLEKTOR cirkulují grafitovým moderátorem
7,5m Typický výkon cca 500 MW
Grafit
Reaktor ADTT s popisem jednotlivých částí a funkcí zařízení
Skladování vyhořelého paliva Do doby, než bude možné vyhořelé jaderné palivo uložit buď přímo v hlubinných úložištích anebo ještě před tím z velké části využít a zneškodnit pomocí nových technologií, se umísťuje v tzv. meziskladech, kde je bezpečně izolováno od okolí. Předpokládaná doba skladování je 40 až 50 let.
Kontejnery s vyhořelým palivem v meziskladu Jaderné elektrárny Dukovany
Jak s nimi nakládáme? Každý radioaktivní odpad umíme upravit a bezpečně uložit O způsobu úpravy radioaktivního odpadu a o volbě úložného systému rozhoduje koncentrace a poločas přeměny nejvíce zastoupených radionuklidů a produkce tepla. Každá skupina vyžaduje jiný přístup a jiné podmínky pro trvalé uložení.
Rozdělení radioaktivních odpadů Kategorie 1 Přechodné radioaktivní odpady Radioaktivní odpady, jejichž radioaktivita poklesne na hodnoty umožňující jejich uvedení do životního prostředí za méně než 5 let.
Kategorie 2 Nízko a středně aktivní odpady krátkodobé Tyto odpady lze přijmout do přípovrchových (povrchových nebo podpovrchových) úložišť.
Kategorie 3 Nízko a středně aktivní odpady dlouhodobé Radioaktivní odpady, které obsahují příliš velké množství dlouhodobých radionuklidů a je možné je uložit do hlubinných úložišť.
Kategorie 4 Vysokoaktivní odpady Radioaktivní odpady, které vyvíjejí nezanedbatelné množství tepla, jako např. vyhořelé jaderné palivo nebo odpady z jeho přepracování. Tyto odpady mohou být umístěny do hlubinných úložišť.
Multibariérový systém Radioaktivní odpad uložený v úložišti bezpečně odděluje od životního prostředí soustava bariér.
Multibariérový systém přípovrchového úložiště Technické bariéry 1. slisovaný odpad zalitý betonem 2. betonové stěny a izolace po obvodu úložného prostoru Přírodní bariéra 3. vrstva horniny, ve které je úložiště umístěno
Multibariérový systém hlubinného úložiště
Technické bariéry 1. ukládací kovový kontejner 2. nepropustný materiál, kterým je kontejner obložen a utěsněn
Přírodní bariéra 3. horninový masiv v hloubce 500 až 1 000 metrů od zemského povrchu
Schéma hlubinného úložiště
Jak s nimi nakládáme? Před uložením se radioaktivní odpady zpracovávají a upravují Cílem zpracování je snížení objemu a fixace radioaktivních látek, aby při uložení nemohlo dojít k jejich uvolňování do životního prostředí.
Zdroje
Typy odpadů
Zpracování
Konečná úprava
lisování bitumenace
pevné
Záběr z provozu na zpracování radioaktivních odpadů
spalování
cementace
plynné odpařování
jaderná elektrárna, nemocnice, výzkum atd.
kapalné
vitrifikace
zahušťování
Zmenšení objemu Zmenšení objemu je důležité zejména u nízkoaktivních odpadů, které mají velký objem, ale malou aktivitu. Nízkotlakým lisováním, které se používá nejvíce, lze zmenšit objem pevných odpadů až 5krát. Velká část pevných odpadů – 50 až 80 % je spalitelná. Vzniklé plyny jsou podobně jako u plynných radioaktivních odpadů zachycovány filtry, které se zpracují také jako radioaktivní odpad. Kapalné odpady se zahušťují nebo chemicky srážejí, aby se co nejvíce zmenšil jejich objem. Nejefektivnějšího snížení objemu se dosáhne odpařováním. Po odpaření čisté vody zůstává odpad ve formě koncentrátu, který se dále upraví.
Řez sudem se zacementovaným odpadem
Převedení do stabilní a nerozpustné formy Nejčastěji se radioaktivní odpady zpevňují cementací. Cement do sebe pojme relativně hodně odpadu a má i vysokou schopnost samostínění. Velmi účinné je zpevnění bitumenem, organickou látkou podobnou asfaltu. Vysokoaktivní odpady se většinou zpevňují zatavením do skla.
Bitumenizační zařízení
Kolik radioaktivních odpadů je zapotřebí uložit? Nízko a středně aktivní odpady z provozu (m3) z vyřazování reaktorů (m3)
Vysokoaktivní odpady z provozu (m3) z vyřazování reaktorů (m3)
Vyhořelé palivo (t)
JE Dukovany 1985 – 2025 2025 – 2035 2085 – 2094
10 250
50 3 640 2 385
1 937 2 000
JE Temelín 2000 – 2042 2040 – 2047 2090 – 2095
12 000
50 620 4 012
1 787 624
Instituce 1958 – 2000 2000 – 2095
2 800 5 700
80 150
5 50
0,2 0,3
Jak s nimi nakládáme? Atomový zákon Nakládání s radioaktivními odpady v České republice upravuje atomový zákon, vydaný v roce 1997.
„Stát ručí za podmínek stanovených tímto zákonem za bezpečné ukládání všech radioaktivních odpadů, včetně monitorování a kontroly úložišť i po jejich uzavření.“ Pro zajišťování činností spojených s ukládáním radioaktivních odpadů zřídilo Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR od 1. 6. 1997 státní organizaci Správu úložišť radioaktivních odpadů.
Poslání a úkoly Správy úložišť radioaktivních odpadů Posláním Správy úložišť radioaktivních odpadů je zajišťovat na území České republiky bezpečné ukládání radioaktivních odpadů v souladu s požadavky na ochranu člověka i životního prostředí před nežádoucími vlivy těchto odpadů. Mezi hlavní úkoly Správy úložišť radioaktivních odpadů patří: – zajišťovat přípravu, výstavbu, uvádění do provozu, provoz a uzavření úložišť radioaktivních odpadů a monitorování jejich vlivu na okolí – vést evidenci převzatých radioaktivních odpadů a jejich původců – spravovat odvody původců radioaktivních odpadů na jaderný účet – zajišťovat a koordinovat výzkum a vývoj v oblasti nakládání s radioaktivními odpady.
Jenom stát může zajistit kontinuitu ukládání radioaktivních odpadů Radioaktivní odpady mohou být svému okolí nebezpečné po dobu mnoha generací. Převedení činností spojených s ukládáním radioaktivních odpadů na stát zaručuje, že tyto odpady budou bezpečně uloženy i v daleké budoucnosti, kdy jejich současní původci už nemusí existovat.
Správa úložišť radioaktivních odpadů ve své činnosti vychází z dlouhodobé koncepce nakládání s radioaktivními odpady a vyhořelým jaderným palivem v České republice. Koncepce navazuje na již přijatou státní politiku životního prostředí, energetickou politiku České republiky a na legislativu Evropské unie v této oblasti. Koncepce řeší podle příkladu ostatních zemí i problematiku vyhořelého paliva a vysokoaktivních odpadů jejich uložením do hlubinného úložiště, které má být pro tyto účely v České republice vybudováno. Správa úložišť radioaktivních odpadů zajišťuje koordinaci a řízení tohoto projektu.
Jak s nimi nakládáme? Úložiště radioaktivních odpadů v České republice V České republice jsou v současné době v provozu tři úložiště radioaktivních odpadů
Bratrství
- Richard u Litoměřic - Bratrství u Jáchymova - Dukovany
Richard
Úložiště Hostím u Berouna bylo uzavřeno v r. 1964
Hostím Dukovany
Mapa České republiky s umístěním úložišť
Úložiště RICHARD Úložiště bylo vybudováno úpravami bývalého vápencového dolu Richard II u Litoměřic. Provoz byl zahájen v roce 1964.
Adaptované prostory vápencového dolu
Vstup do úložiště Richard
Ukládací prostory se nalézají 70 až 90 metrů pod povrchem země a jsou vyztuženy betonem. Nadloží a podloží úložiště je nepropustné. Radioaktivní odpady se zpracovávají do stolitrových sudů, které jsou antikorozně upraveny. Ty se vkládají do sudů dvěstělitrových z pozinkovaného plechu. Prostor mezi sudy je vyplněn vysokopevnostním betonem. Celá obalová jednotka je chráněna antikorozními nátěry. Pro případ, že by se do úložiště dostala voda, je zde vybudován drenážní systém. Na základě poznatků získaných z hydrogeologického a seismického průzkumu, stavebních expertiz vnitřní konstrukce a stavu obalových jednotek nehrozí v celé lokalitě žádné radiační nebezpečí. Úložiště je určeno pro ukládání institucionálních odpadů a podle současných odhadů vystačí jeho kapacita do roku 2070. Ukládací prostory
Úložiště BRATRSTVÍ Úložiště je umístěno v důlním komplexu Bratrství u Jáchymova a do provozu bylo uvedeno v roce 1974.
Podzemní chodby dolu Bratrství Část důlní komory s uloženými sudy s odpadem
Úložiště vzniklo adaptací těžní štoly bývalého uranového dolu, kde bylo pro ukládání upraveno 5 komor o celkovém objemu necelých 1 000 m3. Úložiště je určeno výhradně k ukládání odpadů s přírodními radionuklidy. Aktivita těchto odpadů je velmi malá ve srovnání s aktivitou dříve vytěžených materiálů i celkovou současnou aktivitou hornin v této oblasti.
Úložiště se nachází ve zvodnělých krystalických horninách, a proto je v okolí úložných prostor vybudován drenážní systém se záchytnými jímkami. Odváděné vody se průběžně monitorují, stejně jako celé úložiště a jeho okolí. Od 90. let je posuzován inženýrsko-geologický stav úložiště a jsou prováděny úpravy pro zvýšení jeho celkové bezpečnosti.
Jak s nimi nakládáme? Úložiště DUKOVANY Povrchové úložiště provozuje SÚRAO v areálu Jaderné elektrárny Dukovany a slouží k zneškodnění nízko a středně aktivních odpadů, které vznikají v jaderné energetice. Do provozu bylo uvedeno v roce 1995. Úložiště tvoří 112 železobetonových jímek, do kterých je možné umístit více než 180 000 dvěstělitrových sudů s odpadem. Po naplnění jímky se sudy zalijí betonem, jímka se překryje silnostěnným polyetylénem a zakryje silnou železobetonovou deskou.
Umístění úložiště v areálu elektrárny
Průniku radioaktivních látek do okolí zabraňují důkladné izolační vrstvy a konstrukční systém s dlouhodobou životností. Úložiště není zapuštěno do země a nehrozí nebezpečí, že by do něj pronikla podzemní voda. Pokud by se přesto voda do úložiště dostala, zachytí a odvedou ji vybudované drenážní systémy. Na bezpečnost úložiště a jeho provoz dohlíží Státní úřad pro jadernou bezpečnost.
Pohled na úložiště v pozadí s jadernou elektrárnou
Po zaplnění jímky jsou volné prostory vyplněny betonovou směsí
Část bitumenační linky s mamipulátory
Úprava provozních energetických odpadů do formy vhodné k uložení se provádí přímo v elektrárně na speciálních zařízeních. Před uložením se odpad slisuje nebo bitumenuje.
Úložiště Dukovany je největším a nejmodernějším úložištěm radioaktivních odpadů v České republice a svou úrovní odpovídá obdobným zařízením v západoevropských zemích. V Dukovanech se budou ukládat také nízko a středně aktivní odpady z Jaderné elektrárny Temelín. Objem úložných prostorů 55 000 m3 je dostačující k uložení všech těchto odpadů z obou elektráren, a to i v případě prodloužení jejich provozu na 40 let.
Jak s nimi nakládají jinde? Švédsko Švédské úložiště nízko a středně aktivních odpadů bylo vybudováno na mořském pobřeží ve Forsmarku a do provozu bylo uvedeno v roce 1988. V chodbách vyražených 100 m pod úrovní mořského dna se ukládá radioaktivní odpad upravený do betonových bloků nebo kovových obalů a kontejnerů. Průniku záření do okolí zabraňují v části úložiště silné betonové zdi, které jsou od žulového masivu ještě izolovány vrstvou jílu.
Schéma umístění úložiště ve Forsmarku
Norsko Norské úložiště nízko a středně aktivních odpadů bylo vybudováno ve skalním masivu v Himdalenu, 40 km od hlavního města Oslo. Je určeno pouze pro institucionální odpady, protože Norsko je zemí bez jaderných elektráren. Úložiště bylo uvedeno do provozu v roce 2000. V podzemních tunelech jsou betonové kobky, do kterých se ukládají ocelové kontejnery s odpadem.
Skála s přístupovou štolou
Ukládací prostory v podzemních chodbách
Německo Za ukládání radioaktivních odpadů zodpovídá stát, který pověřil tímto úkolem Spolkový úřad pro radiační ochranu.
Model přibližující ukládací práce v úložišti Prostory solného dolu v Morslebenu s uloženými sudy s odpadem
Jako úložiště nízko a středně aktivního odpadu s krátkou dobou životnosti slouží prostory bývalého solného dolu v Morslebenu. Dosud zde bylo uloženo 40 000 m3 odpadů vznikajících při provozu jaderných zařízení a elektráren i z ostatních průmyslových odvětví, která pracují s radionuklidy.
Jak se skladuje vyhořelé jaderné palivo? Pro skladování vyhořelého jaderného paliva se v celém světě používají dvě základní technologie.
Centrální mezisklad v Ahausu v Německu
Betonové moduly u elektrárny Douglas Point v Kanadě
Suchá metoda skladování se uplatňuje ve většině zemí s jadernou energetikou. Vyhořelé palivo je umístěno zpravidla v objemných kovových kontejnerech, které jsou chlazeny okolním vzduchem. V některých zemích jako v USA, Kanadě nebo Velké Británii, se namísto kontejnerů používají tenčí kovové kanystry, které se vkládají do betonových modulů nebo betonových kobek. Mokrá metoda skladování se využívá například v USA, ve Velké Británii nebo ve Švédsku. Kazety s vyhořelým palivem jsou umístěny v betonových bazénech s vodou, která je ochlazuje a zároveň slouží jako stínění.
Centrální podzemní mezisklad CLAB ve Švédsku
Jsou úložiště bezpečná? Jaké požadavky musí úložiště splňovat? Bezpečnost uložených radioaktivních odpadů musí být zajištěna po stovky a tisíce let. Tomu odpovídají požadavky na umístění úložiště, ale také na konstrukci a životnost bariér, které mají zabránit průniku radioaktivních látek do životního prostředí.
Podzemní úložiště v německém Morslebenu
Povrchové úložiště Drigg ve Velké Británii
Odpady nízké aktivity s krátkým poločasem přeměny je možné po úpravě ukládat v úložištích na povrchu země nebo několik desítek metrů pod zemí. Aktivita těchto odpadů po 200 až 300 letech klesne natolik, že ani po případném poškození bariér nemohou člověka ani životní prostředí ohrozit. Při výběru lokality úložiště se největší důraz klade na vhodné geologické podloží a hydrogeologické charakteristiky místa. Ukládací prostory povrchového úložiště tvoří většinou stavební betonová konstrukce. Po zaplnění se úložiště zakryje několikametrovou vrstvou zeminy.
Umístěním úložiště v podzemí se využívá hornina jako přírodní bariéra, oddělující radioaktivní odpady od životního prostředí. Po naplnění úložiště se utěsní přístupy do úložných prostor nebo chodeb. K ukládání nízko a středně aktivních odpadů je možné využít některá stará důlní díla, která se pro tyto účely dají adaptovat. Podzemní prostory úložiště Bratrství u Jáchymova
Chodba bývalého dolu
Požadavky na hlubinné úložiště Pro vyhořelé palivo a středně a vysokoaktivní odpady s dlouhým poločasem přeměny je třeba vybudovat úložiště v hloubkách 300 až 1000 metrů pod povrchem země. Horninové prostředí společně s uměle vytvořenými bariérami je zárukou, že ani po dlouhé době desetitisíců let nedojde k nežádoucímu kontaktu radionuklidů s biosférou.
Pro umístění hlubinného úložiště jsou vhodné pouze stabilní a neporušené geologické formace. Není proto možné využít stará důlní díla, ve kterých byla dolováním a odstřely narušena původní struktura horninových vrstev. Hlubinné úložiště je nutné otevřít novým důlním dílem v důkladně a po všech stránkách prozkoumaném geologickém prostředí. Vybírá se hornina, která se prokazatelně nezměnila po dobu milionů let a lze předpokládat, že zůstane stabilní i nadále.
Souprava s razicím štítem
Kresba hlubinného úložiště
Jak je zajištěna dlouhodobá bezpečnost hlubinného úložiště? Průniku radioaktivních látek z uložených radioaktivních odpadů do biosféry zabraňuje soustava bariér, které jako celek zaručují dosažení požadované doby izolace odpadů.
Palivový článek
Úložný kontejner
První bariérou je vlastní konstrukce palivového článku, která počítá s extrémními podmínkami v jaderném reaktoru. Palivo je nerozpustné a uzavřené v hermetickém obalu z odolné kovové slitiny. Kontejner obložený bentonitem Další bariérou je kovový úložný kontejner. Prostor kolem kontejneru bude vyplněn přírodním materiálem, který je schopen vázat radioaktivní látky a tím zajistit další stupeň ochrany.
Umístění v geologické formaci
Poslední bariérou je samotné geologické prostředí, ve kterém se hlubinné úložiště nachází.
Jsou úložiště bezpečná? Do životního prostředí nesmí radioaktivita proniknout Trvalé omezení vlivů na životní prostředí je nejdůležitějším požadavkem uplatňovaným na úložný systém. Úložný systém musí být schopen izolovat radioaktivní odpady po tak dlouhou dobu, dokud jejich škodlivost nepoklesne na přijatelnou míru. Přijatelnost jsou takové dopady na životní prostředí, které jsou zlomkem ostatních přírodních i umělých vlivů. Například nejvyšší přípustná hranice ozáření v bezprostřední blízkosti dukovanského úložiště radioaktivních odpadů dosahuje desetiny ozáření z přírodního pozadí.
Úložiště nízko a středně aktivních odpadů Dukovany
Konstrukce úložišť K zadržení radioaktivních látek slouží soustava bariér oddělujících radioaktivní odpad od životního prostředí. Při výstavbě a provozu zařízení na ukládání radioaktivních odpadů jednotlivé země respektují mezinárodní doporučení, která stanovují technické požadavky na bezpečnost úložných systémů pro jednotlivé kategorie odpadů a systém kontroly dodržování těchto požadavků během celé doby provozu.
Úložiště nízko a středně aktivních odpadů ve španělském El Cabril
odpady ve speciálních kontejnerech
Bezpečnostní požadavky se uplatňují už od okamžiku, kdy se rozhoduje o technickém řešení úložného systému a výběru lokality pro úložiště. Každý projekt vychází z podrobných bezpečnostních rozborů. Tyto rozbory se opírají o matematické modelování chování úložné struktury za všech, a to i vysoce nepravděpodobných situací. Povolení k provozu úložiště je možné vydat jen na základě splnění všech stanovených norem a hygienických předpisů. V České republice jsou požadavky těchto norem často přísnější, než uvádějí mezinárodní doporučení.
kontejnery v betonovém přebalu
betonové přebaly v podzemních prostorách utěsněné jílem a zalité betonem
Bezpečnostní bariéry hlubinného úložiště
Radiační kontrola sudu s nízkoaktivním odpadem
Kontejner pro ukládání vysokoaktivních odpadů
Nejdůležitějším úkolem při trvalém uložení radioaktivních odpadů je zabránit jejich styku s vodou, jejímž prostřednictvím se mohou radioaktivní látky z úložiště nejsnáze dostat do životního prostředí. Radioaktivní odpady proto musí být v obalech z materiálů, které dlouhodobě odolávají korozi, záření a chemickým vlivům prostředí. V případě vysokoaktivních odpadů je tato doba stovky až tisíce let, u nízko a středně aktivních odpadů desítky až stovky let.
Jsou úložiště bezpečná? Co je hlubinné úložiště? Hlubinné úložiště je určeno pro uložení nejnebezpečnějších radioaktivních odpadů, především vyhořelého jaderného paliva a dalších odpadů s obsahem dlouhodobých radionuklidů, které nelze uložit do stávajících úložišť. Tyto odpady jsou v hloubce několika set metrů doslova zabudovány do stabilní a neporušené geologické formace. Zde mohou přečkat i milion let, dokud jejich aktivita dostatečně nepoklesne a odkud nemohou proniknout po celou tuto dobu na povrch.
Multibariérový systém hlubinného úložiště
Jsou i jiná řešení? Podle některých představ by bylo možné zbavit se tohoto nebezpečného odpadu vystřelením raketou do dalekého kosmického prostoru nebo do Slunce. Je to však způsob nákladný a také riskantní. Těžko domyslet, co by se stalo, kdyby raketa s tímto odpadem explodovala hned po startu anebo v gravitačním dosahu Země.
Start kosmické rakety
Velkou naději nemá ani další řešení, podle kterého by bylo možné dopravit radioaktivní odpad několikakilometrovými vrty pod mořským dnem do žhavého nitra Země. Bylo by to nepředstavitelně drahé a nelze vyloučit, že při posunech litosférických desek, k nimž by mohlo dojít, se radioaktivní odpady po určité době nečekaně vrátí zpět na zem.
3000-6000 m
Kontejner 50-2000 m
Čedič
Schéma ukládání pod mořské dno
Hlubinu nelze ohrozit V hlubinném úložišti jsou radioaktivní odpady umístěny v nepřístupných hloubkách, kam nemohou zasahovat žádné pozemské vlivy.
Systém bariér švédského hlubinného úložiště Základní bariérou je geologická formace, kterou bude ve švédsku žula. Vedle této přírodní bariéry bude bránit úniku radioaktivních látek soustava uměle vytvořených bariér. Patří k nim především kontejner, v němž bude odpad hermeticky uzavřen a těsnící materiály, které kontejner obklopují. Úložné prostory spojené šachtami s povrchem Řez švédským úložným kontejnerem s měděným pláštěm
Kontejnery, v nichž bude vyhořelé palivo nebo vysokoaktivní odpad umístěn, musí zabránit úniku radionuklidů a zajistit odvod tepla v prvním období, kdy radioaktivita uložených materiálů bude ještě poměrně vysoká. Pro hlubinná úložiště se vyvíjejí kontejnery z uhlíkaté nebo nerezavějící oceli, z mědi nebo kombinace mědi a oceli. Navrženy jsou i konstrukce z titanu. Kontejnery z mědi, které zvolili ve Švédsku, budou podle projektových výpočtů hermetické po statisíce let.
Prostor mezi kontejnerem a stěnami ukládací šachty bude vyplněn a utěsněn přírodním materiálem se zvýšenou schopností vázat radionuklidy a odvádět teplo. Jako nejvhodnější se zatím jeví jílovité materiály, například bentonit. Úkolem umělých inženýrských bariér je zejména nedovolit vodě, která by se mohla v úložišti objevit, aby pronikla k odpadům a zabránit tak radionuklidům v jakémkoliv pohybu.
Řez úložným systémem - kontejner, těsnící hmota, okolní hornina
Kde jsou přípravy nejdále? Některé země začaly už před 30 i více lety V zemích, které využívají jadernou energii déle než my, pracují na vývoji hlubinných úložišť už několik desítek let. Nejdále jsou ve Švédsku, Finsku, Německu a Belgii. Tyto práce však probíhají i jinde. Při výběru lokality pro hlubinné úložiště vychází každá země ze svých geologických podmínek. Hostitelská hornina musí splňovat řadu požadavků. Nejvíce vyhovují podmínkám hlubinného ukládání tvrdé krystalické horniny (například žula), tufy (sopečný popel), solné dómy a jílové vrstvy.
USA
Ve Spojených státech amerických, kde je v provozu více než 100 jaderných reaktorů, byla pro umístění hlubinného úložiště vybrána lokalita v pohoří Yucca Mountains v Nevadě, asi 160 km severozápadně od Las Vegas. Úložiště mělo být dokončeno v roce 1998, ale práce na něm se zpozdily. Novým termínem je rok 2010. Úložné prostory jsou umístěny 300 metrů pod horským hřbetem, který tvoří sopečné tufy. Zajímavostí je přístupový tunel vedený šikmo z údolí.
Předpokládaná podoba hlubinného úložiště v pohoří Yucca Mountains v Nevadě
Švédsko Ve Švédsku jsou přípravné práce pro vybudování hlubinného úložiště ve velmi pokročilém stádiu. Úložiště má být vybudováno v žulovém masivu v hloubce 500 metrů pod povrchem. Podzemní laboratoř, kde už několik let probíhá výzkum horninové formace, je vybudována ve stejné hloubce, v jaké by mělo být umístěno úložiště. O konkrétní lokalitě pro úložiště však nebylo dosud rozhodnuto. Jasná je představa o úložných kontejnerech - budou mít dva pláště, vnitřní z oceli a vnější z mědi. Jejich předpokládaná životnost je až statisíce let.
Schéma umístění švédské podzemní laboratoře
Německo Německé hlubinné úložiště by mohlo být umístěno v mohutném solném dómu v Horním Sasku. Sůl má velmi vhodné fyzikální vlastnosti - neobsahuje volnou vodu a velice dobře vede teplo. Solné formace vznikly již před 250 miliony lety. V Gorlebenu, který je jedním z míst, kde by úložiště mohlo být vybudováno, sahá solná formace až do hloubky tří kilometrů pod povrchem. V německém úložišti najdou místo i odpady z přepracovaného vyhořelého paliva. Pro přímé ukládání vyhořelého paliva byly v Německu vyvinuty speciální kovové kontejnery POLLUX.
Kontejner POLLUX pro přímé ukládání vyhořelého jaderného paliva
Belgie V Belgii bude hlubinné úložiště vybudováno ve vrstvě jílu. Jíl je pro svou nepropustnost považován za nejlepší izolační materiál. Podobné materiály se jako výplň budou používat v úložištích vybudovaných v jiných horninách. V belgickém úložišti bude vedle vyhořelého paliva a vitrifikovaného odpadu uvolňujícího teplo, uložen i nízko a středně aktivní odpad s poločasem přeměny kolem 30 let. Tomu bude odpovídat uspořádání úložných chodeb a vzdálenosti mezi nimi.
Předpokládá se, že výzkum a vývoj hlubinných úložišť potrvá v jednotlivých zemích 30 až 40 let. Vlastní stavba úložišť se ve většině zemí plánuje přibližně na deset let. Jejich provoz do uzavření asi na dvacet let.
nízko a středně aktivní vysokoaktivní Řez prostorným belgickým úložištěm
Je hlubinné ukládání bezpečné? Lze dlouhodobě předpovědět bezpečnost? Hlubinné úložiště by mělo mít životnost nejméně sto tisíc let. To je nepředstavitelně dlouhá doba, uvědomíme-li si, že celá lidská civilizace trvá na této planetě teprve pouhých deset tisíc let. Je vůbec možné, abychom předpověděli chování technického díla v časovém intervalu, přesahujícím veškerou dosavadní paměť lidstva?
Matematické modelování úložných systémů
Pro modelování lze využít i údaje získané radarovou technikou
Ke stanovení dlouhodobých prognóz se běžně používají metody matematického modelování. Simulační modely jsou schopny s velkou pravděpodobností předpovědět, jaké změny mohou během mnoha tisíc let v úložišti nastat a jak se při nich bude úložný systém chovat. Dnes nám mohou pomoci s tímto úkolem počítače.
Co jsou přírodní analogy? Odpověď na otázku, zda je hlubinné úložiště bezpečným trezorem pro radioaktivní odpad, nám poskytuje sama příroda. V přírodě existují místa podobná úložištím radioaktivního odpadu, která tímto způsobem fungují miliony let. Přírodní analogy poskytují řadu cenných údajů pro matematické modely dlouhodobého chování úložného systému. Před dvěma miliardami let došlo v ložisku uranové rudy Oklo v africkém Gabunu samovolně k řetězové reakci jaká probíhá v jaderných reaktorech. Na místě vzniklo velké množství dlouhodobých radionuklidů. Přestože u tohoto přírodního reaktoru neexistovaly nejrůznější bariéry a ložiskem protékala voda, za dvě miliardy let se produkty uranového štěpení výrazněji nepohnuly z místa vzniku. Způsob, jakým se radionuklidy v ložisku chovaly, odpovídá předpovědím v bezpečnostních modelech, vypracovaných pro úložiště radioaktivních odpadů.
Ložisko uranu v Oklo je neustále středem zájmu návštěvníků z celého světa
“Přírodní úložiště” Cigar Lake Příkladem dokonalé analogie s hlubinným úložištěm je ložisko uranové rudy, které se nachází u jezera Cigar Lake v Kanadě. V hloubce 450 metrů pod zemí se před milionem a třemi sty tisíci lety vytvořilo ložisko uranové rudy s několikanásobně vyšším obsahem uranu, než se běžně v přírodě vyskytuje. Více než milion kubických metrů takto bohaté uranové rudy leží na žulovém masivu a je překryt třiceti až padesátimetrovou vrstvou jílu. Podobnost s konstrukcí hlubinných úložišť je naprosto neuvěřitelná. Měřeními se prokázalo, že ani takováto extrémní akumulace uranu nemá vliv na bezpečnost životního prostředí. Jílová vrstva dokázala toto úložiště po celou dobu izolovat.
V České republice máme přírodní analog v lokalitě Ruprechtov na Sokolovsku, kde se v rámci mezinárodní spolupráce studuje chování uranu a thoria v montmorillonitických jílech.
Důkaz byl vyloven z moře
Řez ložiskem uranu pod jezerem Cigar Lake v Kanadě
Rozhodnutí švédských vědců vyrábět kontejnery pro hlubinné úložiště z mědi ovlivnil archeologický nález bronzového děla, které leželo na dně Baltského moře od roku 1676. Za více než tři sta let nedokázala koroze povrch děla poškodit. Bronz, z něhož bylo odlito, obsahoval 96,3 % mědi. Podle propočtů mají švédské měděné kontejnery vydržet pod zemí milion let.
Hlaveň bronzového děla vyzdvižená z moře u pobřeží Švédska
Je hlubinné ukládání bezpečné? Co je podzemní laboratoř? Podzemní laboratoře slouží k experimentálnímu ověřování postupů a technologií pro ukládání radioaktivních odpadů v horninové struktuře odpovídající typu horniny, v níž by mělo být hlubinné úložiště vybudováno. V těchto laboratořích se provádějí dlouhodobé experimenty, které věrohodně napodobují chování úložného systému a poskytují velmi cenné informace pro vytvoření optimální varianty úložiště.
Ukázka podzemních prostor vybavených měřícími přístroji
Podzemní laboratoř Grimsel Podzemní laboratoř se nachází v žulovém prostředí v jižní části švýcarských Alp v nadmořské výšce 1732 metrů. Prostory laboratoře jsou v hloubce 450 metrů. Od roku 1983 zde za mezinárodní účasti proběhlo několik experimentů zaměřených na chování žulového masivu a jeho hydrogeologické vlastnosti. GRIMSEL
Umístění laboratoře na mapě Švýcarska
V současné době probíhá v laboratoři kromě jiných výzkumů rozsáhlý experiment s názvem FEBEX, při kterém se simulují podmínky pro umístění kontejneru s odpadem produkujícím teplo – vlastní odpad je nahrazen topnými tělesy. Na experimentu se podílejí i čeští vědci.
Podzemní laboratoř Äspö Švédská podzemní laboratoř byla vybudována počátkem 90. let na poloostrově Simplvar v hloubce 450 metrů a vede k ní čtyři kilometry dlouhá podzemní šachta. Laboratoř se nachází v žulovém masivu v hloubce, která přibližně odpovídá umístění budoucího úložiště. .
ÄSPÖ
Umístění laboratoře na mapě Švédska
Přístupový tunel do podzemní laboratoře Äspö
V podzemí se kromě jiného experimentálně ověřovaly a porovnávaly metody ražení chodeb klasickou technikou s použitím trhavin a razicím štítem. Značná část výzkumů je věnována proudění podzemní vody a také pohybu radionuklidů v místech puklin v hornině.
Podzemní laboratoř Mol Podzemní laboratoř byla vybudována na severovýchodě Belgie v jílové vrstvě v hloubce 230 metrů. V průzkumné štole dlouhé 62 metrů probíhají v rámci projektu HADES experimenty zaměřené na technologie hloubení chodeb v jílu a na detailní zkoumání termomechanických a hydrogeologických vlastností jílových hornin.
MOL
Umístění laboratoře na mapě Belgie
Trvání řady experimentů bylo naplánováno na dobu 20 i více let a jejich výsledky pozorně sledují odborníci v řadě zemí a také u nás. Jílovité materiály budou zpravidla využívány k utěsnění kontejnerů v jiných typech hornin.
Budeme mít u nás hlubinné úložiště? Jsou u nás podmínky pro vybudování hlubinného úložiště? Podobně jako jiné země, musí se i Česká republika postarat o vyhořelé jaderné palivo a vysokoaktivní odpady vybudováním hlubinného úložiště na svém území.
Vyhořelé jaderné palivo se překládá do kontejneru ve speciální stíněné šachtě
Česká republika má pro umístění hlubinného úložiště relativně příznivé podmínky, protože leží na starém a stabilním území.
V roce 1991 vybral Český geologický ústav 27 geologicky perspektivních oblastí v různých horninových typech. Z nich bylo na základě zhodnocení archivovaných údajů vytypováno 8 studijních lokalit. Po bližším průzkumu těchto lokalit bude výběr zúžen na dvě kandidátní lokality. Na těchto lokalitách budou provedeny hlubinné vrty s cílem získat trojrozměrný obraz území a posoudit jejich vhodnost pro výstavbu.
Vytypované studijní lokality na jihu a západě České republiky (bílé obdélníčky). Místa s výskytem žulových hornin jsou vyznačena červenou barvou.
Výzkum už probíhá několik let Český program vývoje hlubinného úložiště vyhořelého jaderného paliva a vysokoaktivních odpadů byl zahájen v roce 1993. Od roku 1998 tento program koordinuje Správa úložišť radioaktivních odpadů. Program je financován z prostředků jaderného účtu, jehož podstatnou část vytvářejí provozovatelé jaderných elektráren.
Úvodní studie a projekty
Referenční projekt hlubinného úložiště V roce 1999 byl dokončen referenční projekt, který uzavřel první, koncepční etapu programu hlubinného úložiště. Referenční projekt není vázán na konkrétní lokalitu hlubinného úložiště. Slouží k bližšímu technickému a ekonomickému modelování budoucí investice a posuzuje její proveditelnost. Stanovuje také časový harmonogram jednotlivých etap prací a průběh realizace.
Množství odpadů, které bude třeba uložit Množství odpadů, které má být v hlubinném úložišti umístěno, nebude příliš vysoké. Jaderné elektrárny Dukovany a Temelín vyprodukují během svého provozu dohromady přibližně 3 000 tun vyhořelého paliva. Pokud by se podařilo prodloužit jejich životnost na 40 let, byla by hmotnost ozářeného uranu kolem 3 800 tun. K tomu přibudou odpady z demontáže jaderných reaktorů a další dlouhodobé radionuklidy z průmyslu a lékařství v celkovém objemu 3 000 tun.
Kontejner s vyhořelým palivem na transportním vagoně
Budeme mít u nás hlubinné úložiště Jak vypadá hlubinné úložiště podle referenčního projektu Projekt českého úložiště vychází z obdobných koncepcí hlubinných úložišť ve světě. Hlubinné úložiště tvoří nadzemní areál, který zpočátku slouží při budování podzemních prostor a v době provozu úložiště především k překládání vyhořelého paliva do úložných kontejnerů. Podzemní areál sestává z přístupových šachet a tunelů a z rozsáhlé sítě chodeb pro ukládání.
Projekt švýcarského hlubinného úložiště umístěného v žulovém masivu
Nadzemní část V nadzemním objektu úložiště se po přivezení vyhořelé palivo přeloží v horké komoře pomocí manipulátorů z transportních do úložných kontejnerů. Projekt předpokládá, že kazety s vyhořelým palivem se nebudou demontovat a pouze se přeloží do nových obalů. Počet operací v horké komoře se tak sníží na minimum.
Pro ukládání by se měly používat dva typy kontejnerů. Kontejner pro vyhořelé palivo z Dukovan, který pojme 7 palivových kazet a kontejner pro vyhořelé palivo z Temelína, ve kterém budou umístěny 3 palivové kazety. Vnitřní pouzdro kontejnerů by mělo být z nerezové oceli. Vnější silnostěnný přebal by měl být vyroben z uhlíkaté oceli a opatřen ochranným antikorozním povlakem. Životnost kontejnerů se předpokládá 500 - 1 000 let.
Velín horké komory
Podzemní část palivová kazeta
kontejner
hornina
bentonit
Úložné prostory budou umístěny v hloubce minimálně 500 m pod povrchem, kam budou kontejnery dopravovány svislou šachtou. Podzemní prostory tvoří systém přístupových chodeb, na které navazují ukládací chodby. Převoz kontejnerů v podzemí budou obstarávat transportní vozíky s elektropohonem, vybavené hydraulickým zvedacím zařízením. Kontejnery se budou ukládat buď do svislých vrtů nebo ve vodorovné poloze do chodeb. Volný prostor mezi kontejnerem a vrtem vyplní těsnící materiál. Obdobně budou kontejnery utěsněny i při uložení v chodbách. V projektu jsou zvoleny lisované prefabrikáty z bentonitu, kterými bude vyplněno i dno vrtu a prostor nad kontejnerem. Vrt bude nakonec uzavřen silnou zátkou z betonu.
Řez úložným kontejnerem Jedna z možných variant transportního vozíku
Hlubinné úložiště bude v provozu přibližně 20 let. Po jeho naplnění budou všechny volné podzemní prostory vyplněny jílem a betonem. Po uzavření úložiště budou demontovány nadzemní objekty a krajina bude uvedena do původního stavu. Po určitou dobu se bude celá lokalita monitorovat. Její využití na povrchu země nebude ničím omezeno.
Dominantou nadzemního areálu bude těžní věž
Budeme mít u nás hlubinné úložiště? Etapa přípravných prací Vybudovat hlubinné úložiště je velmi náročný úkol, jehož přípravě se věnuje ve všech zemích mimořádná pozornost. Příprava na vybudování hlubinného úložiště vyžaduje desítky let intenzivní práce a podílejí se na ní odborníci z mnoha oborů. Výzkumné a vývojové práce na přípravě hlubinného úložiště budou u nás probíhat do roku 2050. Jedním z důležitých úkolů v této etapě bude výběr konkrétní lokality pro umístění úložiště.
Na posouzení lokalit se podílí celá řada specialistů
Výběr lokality Vybrat lokalitu pro hlubinné úložiště a prokázat její vhodnost z hlediska bezpečnosti a dlouhodobé funkčnosti úložiště není jednoduché. Vedle přísných geologických požadavků a požadavků ochrany jiných, zákony chráněných zájmů, je třeba zvažovat další kritéria, zejména ekologická, sociální a ekonomická.
2003
2016
2030
zahájení výzkumných prací
zařazení kandidátních lokalit do územního plánu
vydání územního rozhodnutí pro podzemní laboratoř
Ze současných osmi vytypovaných lokalit bude v průběhu 15 let výběr zúžen na dvě kandidátní lokality. V jedné z těchto lokalit bude po roce 2030 vybudována podzemní laboratoř. Po dobu přibližně dvaceti let se v laboratoři budou provádět experimenty s cílem prokázat, že úložný systém, který by zde měl být vybudován, bude po všech stránkách bezpečný.
Časové etapy pro výběr lokality
Výstavba a provoz úložiště Výstavba úložiště by měla být zahájena přibližně 15 let před jeho plánovaným zprovozněním v roce 2065. Povrchový areál bude navržen podle reliéfu krajiny a vlastní rozsah stavby bude obdobný jako u hlubinného dolu. Hornina, která se z podzemí vytěží, bude zčásti použita jako stavební materiál. Vyhořelé palivo, které bude třeba uložit, se vejde asi do 380 kontejnerů. Za celou dvacetiletou dobu provozu úložiště se uskuteční přibližně 130 transportů vyhořelého paliva. Množství ostatních odpadů nepřesáhne objem 3 000 m3.
Jedna z možných podob nadzemní části úložiště
Kontejnery pro přepravu vyhořelého jaderného paliva jsou zkonstruovány tak, aby při případné havárii, silném nárazu nebo požáru neztratily hermetičnost a umožňují za všech podmínek bezrizikový přístup osob až k jejich povrchu. Kontejner typu CASTOR
Testy odolnosti kontejnerů v různých situacích
Jak velké budou náklady? Celkové náklady od současnosti až do vyřazení hlubinného úložiště z provozu se odhadují podle cen platných v roce 1999 na 46,9 mld. Kč. Z toho náklady na výzkum a vývoj představují 5,2 mld., na přípravu stavby a její realizaci 18,3 mld., na provoz 23,1 mld. a na vyřazení hlubinného úložiště z provozu 0,3 mld. Kč.
Budeme mít u nás hlubinné úložiště? Proč potřebujeme hlubinné úložiště V naší republice je už dnes nezanedbatelné množství vyhořelého jaderného paliva i vysokoaktivních odpadů, které jsou prozatím skladovány v jaderných elektrárnách a v dalších místech, kde vznikají. Zde však mohou být umístěny jen na přechodnou dobu. Budoucí vývoj jaderné energetiky může změnit pouze požadavek na termín zprovoznění hlubinného úložiště, nikoliv nezbytnost toho úložiště vybudovat. Do života mohou vstoupit technologie, které umožní vyhořelé palivo z větší části využít a snížit na minimum množství nebezpečných radionuklidů. Vždy ale zůstane určité množství vysokoaktivních odpadů, které jinam, než do hlubinného úložiště, nebude možné umístit.
Povinnost k příštím generacím Záměr řešit zneškodnění vysokoaktivních odpadů a vyhořelého paliva jejich uložením z dosahu člověka a životního prostředí vychází z Koncepce nakládání s radioaktivními odpady a vyhořelým jaderným palivem v ČR. Je plně v souladu s konceptem “trvale udržitelného rozvoje”, který byl hlavním tématem summitu v Riu de Janeiru v roce 1992. Podle tohoto etického konceptu “je nutné uspokojovat potřeby současné generace, aniž bychom ohrozili schopnost budoucích generací uspokojovat jejich potřeby”. Pro oblast radioaktivních odpadů to znamená, že budoucím generacím můžeme předat vyhořelé jaderné palivo a další vysokoaktivní odpady pouze s bezpečným řešením jejich zneškodnění a vytvořit pro toto řešení nutné finanční zdroje.
Každý se může vyjádřit Každá etapa programu vývoje hlubinného úložiště podléhá schvalovacím procesům. Tyto kroky nelze chápat jen jako legislativní povinnost, ale i jako nezávislou a širokou oponenturu přijímaných názorů. Jde často o velmi závažná rozhodnutí, na nichž by se měla svými názory podílet i nejširší veřejnost.
Vlivy na životní prostředí Na hlubinné úložiště se vztahuje zákon o posuzování vlivů staveb na životní prostředí. Případné dopady na životní prostředí jsou předmětem veřejného projednávání. Na stavbu hlubinného úložiště jsou z hlediska vlivu na životní prostředí kladeny velmi náročné požadavky. Musí být vyprojektováno tak, aby i za mnoho tisíc let nebyly ani v nejbližším okolí překročeny povolené limity pro ozáření osob. Informace o úložišti bude po jeho uzavření bezpečně uložena a uživatel lokality nepozná, že zde nějaké úložiště je.
Než padne rozhodnutí Konečnému rozhodnutí, zda u nás budeme či nebudeme mít hlubinné úložiště, musí předcházet řada kroků. Konečné slovo může být vysloveno až tehdy, prokáže-li se jeho technická realizovatelnost, bezpečnost navrhovaného způsobu ukládání a dokážeme-li také řešení, které přináší, přijmout. Z dnešního pohledu a našich současných znalostí se jeví jako nejlepší a jediné možné.
V případě radioaktivních odpadů jsme našli spolehlivý způsob, jak je bezpečně ukládat a tím je z našeho životního prostředí navždy vyloučit. Přesto ponecháváme na budoucích generacích, aby samy rozhodly, zda je tato cesta nejlepší a případně si zvolily jinou.
