RADIOAKTÍV HULLADÉKOK Dr. Zagyvai Péter

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK Dr. Zagyvai Péter

1

1. Sugárvédelmi ismeretek összefoglalása Külső sugárterhelés Belső sugárterhelés: belégzés, lenyelés Dózis: fizikai dózis (D), [Gy=1 J/kg] biológiai dózis (H) [1 Sv=1 Gy biológiai hatása]

Determinisztikus hatás: sugárbetegség, azonnali / akut Sztochasztikus hatás: sejtmutáció, késleltetett

Konzervatív becslés

2

1. Sugárvédelmi ismeretek összefoglalása Dózis konverziós tényező: DCF=HE/A [Sv/Bq] Egységnyi aktivitás inkorporációjából származó effektív dózis.

Dóziskorlátozás: DL – immissziós korlát foglalkozási korlát: 20 mSv/év (5 év átlagaként) lakossági korlát: 1 mSv/év

DC - emissziós korlát (dózismegszorítás – csak lakosságra) kiemelt létesítmény: 0,1mSv/év, más:0,03mSv/év

Az emissziós és immissziós korlátok nem keverhetőek. ΣDC ≠ DL és DC < DL 3 140 1-2, 55 2-4, 21 4-6, 21 6-16

1. Sugárvédelmi ismeretek összefoglalása Méréstechnika: Immisszió → külső sugárterhelés esete -dózismérés: kései kiértékelésű, hosszabb időszakra -dózisteljesítmény mérése: azonnali kiértékelés, rövid időtartamra

Emisszió → belső sugárterhelés esete (bevitt anyagok analízise)

-egésztest- vagy szervszámlálás (in vivo) -mintavétel (in vitro) 4

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Radioaktív hulladék: további felhasználásra nem

szánt, emberi alkalmazás eredményeképpen létrejött radioaktív anyag. 1996. CXVI. tv. -folyamatos üzemi kibocsátás -üzem megszűnéséig helyben maradó anyag (gyűjtött + leszerelési hulladék) -baleseti (rövid ideig tartó) kibocsátás A radioaktív hulladékok kezelése engedélyekhez kötött tevékenység. Előírások: Nyilvántartás Hely Személy 5

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Elhanyagolható dózis: Hi ≈10-30 µSv/év Mentességi szint: (Exemption) egy sugárforrás, illetve

egy adott radioaktív koncentrációval jellemzett anyag a legkedvezőtlenebb forgatókönyv mellett sem okoz Hi-nél nagyobb dózist (foglalkozási vagy lakossági helyzetben). [Bq], [Bq/kg]= MEAK

Felszabadítási szint: (Clearance) egy korábban

sugárvédelmi szabályozás alá tartozó anyag kivonható a szabályzás alól (lakossági helyzetben.) [Bq/kg], [Bq/m2] Hasonlóság: kapcsolat Hi-vel. Eltérés: forgatókönyv

6

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás S (HI „hazard index”)= veszélyességi mutató

Kategóriák a mentességi szint (MEAK [Bq/kg]) alapján: kis-, közepes- és nagyaktivitású hulladék AK: aktivitás-koncentráció [Bq/kg]

Kis aktivitású hulladék (LLW) 1 < S < 1000 Közepes akt. h. (ILW) 103 < S <106 Nagy akt. h. (HLW) S > 106, hőfejlődés > 2 kW/m3

7

Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Halmazállapot szerint: gáznemű, folyékony, szilárd, biológiai hulladék Felezési idő szerint: rövid, hosszú (limit: 137Cs T=30 év) Sugárzásfajta szerint: α-sugárzók külön kezelendők

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Felületi γ-dózisteljesítmény szerinti kategorizálás (a zárt hulladékcsomag felületére vonatkozik) -Kis akt.: 1≤ dD/dt ≤ 300 µSv/h -Közepes akt.: 0,3 ≤ dD/dt ≤ 10 mSv/h -Nagy akt.: dD/dt > 10 mSv/h

9

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Nemzetközi szabályzási alapok: •ICRP 1991 #60 és 2008 #103 (Sugárvédelmi „Ajánlás” = Recommendations) •IAEA SS #115 1996 (Alapszabályzat: „Safety Standards”) = IBSS •96/29 EU direktíva (EURATOM) 10

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Jogi szabályozás (Magyarország) 1996. CXVI (atomtörvény) – anyagi alapot is szabályozza - KNPA: kp-i nukleáris pénzügyi alap 24/1997. korm. r. és 23/1997 NM - Mentességi szintek 16/2000 EüM – Személyi sugárvédelem (nem RA hulladékokra) 15/2001 KöM – Környezeti sugárvédelem, kibocsátáskorlátozás (dózismegszorítás) 47/2003 ESzCsM - RA hulladékok 14344 MSz 1989 és 14344/1,2 2004 – RA hulladékok A hulladékok elhelyezése a Radioaktív Hulladékokat Kezelő Kft. (RHK Kft.) feladata, OAH felügyelete alatt. 11

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Hatóságok a radioaktív anyagokkal kapcsolatos ügyekben: ÁNTSZ, OSSKI – személyi sugárvédelem, dózismegszorítás engedélyezése OAH (KFKI Izotóp Intézet): sugárforrások nyilvántartása, NBI: Nukleáris Biztonsági Igazgatóság)

Nyilvántartásban szerepelnie kell : -Mennyiség -Minőség (aktivitás, aktivitás-koncentráció) -Halmazállapot 12

2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Kiemelt nukleáris létesítmények Magyarországon: Paksi Atomerőmű KKÁT (kiégett kazetták tárolása) 2 kutatóreaktor -AEKI -BME Bátaapáti (NRHT) Püspökszilágyi Hulladéktároló (RHFT)

13

A jövő kiemelt létesítménye: ESS

3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris energiatermelés hulladékai: bányászat, dúsítás: U, Th-izotópok; reaktorok működése: hasadási (131I, 137Cs) aktivációs (239Pu) és korróziós (60Co) termékek Egyéb reaktorok (kutatás): más anyagból készült szerelvények, más technológia = néhány további radioizotóp Nukleáris robbantások, fegyverkísérletek hulladékai Ipari sugárforrások: pl. fluoreszkáló festék, gázlámpa-Th, szintjelzés tartályoknál, tömörségvizsgálatok stb. Orvosi sugárforrások: Diagnosztika: in vivo (szervezetbe bevitt anyagok) in vitro RIA; Terápia: daganatoknál 23 sejtpusztítás

3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: „TENORM”: mesterséges okból megnövekedett természetes sugárterhelés szén-, olaj- és gáztüzelésű erőművek (salak, hamu, pernye) nukleáris üzemanyag előállítás bányászat útján kikerülő anyagok egyéb

24

3. Radioaktív hulladékok eredete TENORM – idézet a 47/2003. sz. ESzCsM-rendeletből: Természetes radioizotópokat bedúsító, felhalmozó tevékenységek Az alább felsorolt ipari tevékenységek a természetben előforduló radioizotópokat a mentességi szintet meghaladóan nagymértékben bedúsíthatják, illetve felhalmozhatják melléktermékeikben: 1. Bauxitbányászat, feldolgozás 2. Cirkon homok felhasználás, kerámiagyártás 3. Fémércbányászat, érckohászati feldolgozás 4. Foszfátérc feldolgozás, műtrágyagyártás 5. Geotermikus energia felhasználás 6. Kőolaj és földgáz kitermelés (beleértve a kutatófúrásokat is) 7. Ritkaföldfém bányászat, feldolgozás 8. Szénbányászat, széntüzelésű erőművek 9. Uránérc bányászat, feldolgozás 25

3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris energiatermelés hulladékai: bányászat: 238U T=4,5*109 év, 238U T=0,7*109 év, 232Th T=10,4*109 év szilárd anyag kiemelése – külszíni v. aknás fejtés ISR – helyszíni kinyerés „in situ recovery” ISL – helyszíni kioldás „in situ leaching” Bányászat hulladéka: meddő, darabolt kőhulladék nagy felület: légnemű kibocsátás a 222Rn leányelemekből Visszamaradó urán+leányelemek 1Bq/kg és 103 Bq aktivitás alatt normál hulladékként kezelhetőek. Kioldás: urán+leányelemek elválasztása–savas (kénsav) vagy nem savas (CO2 + O2 + H2O). Ez utóbbi kíméletesebb eljárás a kőzet számára. 26

Uránérc feldolgozás - reaktor üzemanyag előállítása Ércőrlő és szitáló berendezés

Radon chains

Radon 222Rn daughter products Rn-222 -

α (5.5 MeV)

Po-218 -

α (6.00 MeV)

Pb-214 -

α (7.69 MeV)

Bi-214 -

β (526keV – 1.26MeV)

γ (76keV….2.45MeV 14 peaks) Po-214 -

β (185keV – 1.02MeV)

Pb-210 -

β, γ (soft)

Bi-210 -

β (300 keV…1.161400 MeV)

Po-210 -

α(4.5, 5.3 MeV)

Radon 220Rn (Thoron) daughter products Rn-220

α (6.3 MeV)

Po-216

α (6.77 MeV)

Pb-212

β (100 keV) γ (87keV-300KeV)

Bi-212

γ (70keV – 1.8MeV)

Tl-208

β (200….700keV) γ (84keV…2.6MeV)

Po-212

α (8,78 MeV)

Uránbánya területének helyreállítása

Zagytározók rekultivációja: Tájrendezés Morfológia kialakítás, felületstabilizálás Beszivárgást minimalizáló fedés Felszíni vízrendezés, vízelvezetés Hosszú távú stabilitás biztosítása

Geotechnika és rekultiváció ...

Az iszapmag konszolidációjaa vizlengedés után

Geotechnika és rekultiváció ...

Iszapmag felszínének előkészítése

3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris E-termelés hulladékai: bányászat: az uránérc helyi feldolgozásának terméke: UO3, U3O8 „yellow cake”, ezt szállítják a dúsítást végző üzemekbe, ahol gáznemű UF6-tá alakítják. 235U (dús):

238U(szegény):

UO2,

fegyverek

főként UO2-ként kerül a fűtőelemekbe Urán: toxikus nehézfém, sejtméreg Határérték vízben: 10 µg/l

vesepusztító 35

Radioaktív hulladékok eredete Nukleáris energiatermelés - reaktorok kg/(GW×év)

T1/2 (év)

3. Radioaktív hulladékok eredete Orvosi sugárforrások - terápia Brachyterápia: közeli szövet besugárzás Pl.: agydaganatok: a daganat cisztájába 90Yszilikát kolloid oldat; a daganatszövetbe katéterekben 125I vagy 192Ir Továbbiak: 226Ra, 198Au, 186Re Teleterápia: távoli irányított besugárzás 60Co-val, gyorsító/fékezési röntgensugárzás

4. Radioaktív hulladékok feldolgozása Menedzsment: 1. Gyűjtés, osztályozás 2. Minősítés-1 3. Tárolás (storage), szállítás 4. Hulladékkezelés: -térfogatcsökkentés -kondícionálás 5. Minősítés-2 6. Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés (disposal) Alternatív megoldások: kiégett nukleáris üzemanyag reprocesszálása, hosszú felezési idejű hulladékkomponensek transzmutációja 38

4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 1.

Gyűjtés, osztályozás: Folyamatos üzemi kibocsátás Üzemelés alatti, de helyszínen maradó hulladék Leszerelés (decomissoning) A hulladékokat keletkezésük folyamán, napi munka részeként csoportosítják. Gyűjtés történhet: Halmazállapot szerint: - gáz (kompresszorral tartályba sűrítik vagy kiengedik) - folyadék Zárt rendszer - szilárd Éghető-éghetetlen Aktivitáskoncentráció szerint Biológiai hulladék 39 Mixed waste


Gyűjtés, osztályozás: A hulladék gyűjtési körülményeit naplózás során rögzíteni kell izotóponként (halmazállapot, kémiai forma, AK, felületi dózisteljesítmény stb.) Osztályozás: veszélyességi mutató (S) alapján MSZ 14344/1

2.

Minősítés: Eszközei Műszeres analízis: zárt, mintavételes mérés, γ−mérés Roncsolásos mintavétel: komponensekre bontás kémiailag, α, β analízis Dózisteljesítmény mérés 1 µSv/h-300 µSv/h – kis aktivitás 300 µSv/h-10mSv/h – közepes aktivitás 40 >10mSv/h – nagy aktivitás


Minősítés: Minősítés során dönteni kell a hulladékkezelés fajtájáról: Tömöríthető? Illékony? Toxikus? Üveg hulladék szeparált kezelése Kulcsnuklidok (137Cs, 60Co) bevetése – γ spektrometria

A legkedvezőtlenebb hulladékos forgatókönyv ne legyen rosszabb a használatben levő radioktív anyag forgatókönyvénél. 41


Tárolás, szállítás: Külön és elhatárolva a minősítés szerint; rövid időre adnak ki engedélyt. Szállítás során közterület kerülendő, de a közúton való szállítás nem zárható ki. Előírások vannak: Járműre Személyzetre Útvonal biztosítására (közút: LLW,ILW; vasúti, tengeri: HLW)

Felületi dózisteljesítmény: max. 20 µSv/h Járműburkolat: acél, ólom, bizmut, urán (!)

42


Hulladékkezelés: sugárvédelmi és gazdaságossági aspektus (ICRP 60 és 103)

Térfogatcsökkentés • Általános: préselés, égetés, dekontamináció, bepárlás • Szelektív: felületi (szorpció), térfogati (extrakció) addíció, szubsztitúció V0<MEAK Kondicionálás • Cementezés (LLW, ILW) • Bitumenezés (szerves LLW) • Üvegesítés (HLW)

V1 hulladékáram tiszta

c1 m1

művelet V2 szennyezett c2 m2

43


Hulladékkezelés: Térfogatcsökkentés: általános esetben valamennyi tényezőre azonos térfogatcsökkentés történik. Préselés: égethetetlen szilárd anyagokra, legegyszerűbb VRF(térfogatcsökkentési tényező) = V1/V2 ~ 5-10 között Tömörítés 50 bar nyomással; nem tömöríthető: üveg, tégla, beton Égetés: HEPA szűrők alkalmazásával; Japánban & Svájcban VRF = m1/m2 ~ 50-100 között; DF(szűrő dekontaminációs tényezője) = c1/c0 ~ 104-105 , ami a szűrőre jutó gáz tulajdonságát jellemzi. Dekontamináció: szilárd (szennyezett, c1) + folyadék rendszer (tisztító) között; idő elteltével ebből lesz c1, tiszta folyam; felületi folyamat 44


Hulladékkezelés: Térfogatcsökkentés: Bepárlás: Folyadék fázisban, ha DF gőz V1

∞, ekkor jó a művelet. A folyadék illékony része ne legyen radioaktív.Ha elértük a mentességi szintet, az elég. VRF = max. 2

hűtés

bepárlás V2

V0

45


Hulladékkezelés: Kondicionálás: Üvegesítés: előkészítő művelete: hőbontás; SiO2, Al2O3, NaO, BeO, B2O3, Li2O; szervetlen és amorf anyag, hulladék nem zárványban, MWR= max.10:1, kimoshatósága a legmegfelelőbb, de drága (plazmaív kemence: 1100-1300 oC), kiváló sugárállóság Kondicionálás szempontjai: Kezelőszemélyzet dózisa alacsony legyen Rugalmas módszer Hulladéktérfogat legyen minél kisebb Alacsony ár Ellenálló legyen hőfejlődésre, radiolízisre

46

4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 5. 6.

Minősítés-2: dózisteljesítmény mérés Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés: felszíni, felszínközeli (LLW) vagy mélységi tárolás (LLW,ILW,HLW) Fontos: vízzáró réteg, törésvonal ellenőrzése!

  RTOX érték: radiotoxicitás index Ai t ⋅ f mi ⋅ Q ⋅ DCFi    év  ahol Ai az izotóp leltári aktivitása, i fmi mobilitás index [1/kg]: 1 Bq bevitt aktivitástól mekkora aktivitás-koncentráció alakul ki a táplálékban, Q táplálék [kg/év].

∑ ()

Sv

47


Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés: Többszörös mérnöki gátak módszere: (Multiple Engineered Barriers, Defence-In-Depth) – az egyik gát sérülése ne legyen hatással a többi védelemre EB1 – kondicionált forma EB2 – acélhordó (cement radiolízise passziválja az acélt) EB3 – betonfalú épület + hordók közti rés öntöttbetonnal való kitöltése felszínközeli vagy mélységi tárolás EB4 – „backfill” visszatöltés, bentonit EB5 – „fresh bedrock” befogadó, háborítatlan kőzet Majd lezárás következik és föld kerül rá. 48


Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés: felszíni, felszínközeli (LLW) vagy mélységi tárolás (LLW,ILW,HLW) Fontos: vízzáró réteg, törésvonal ellenőrzése!

Átmeneti: telephelyen belül vagy önálló felszíni telephelyen (KKÁT)

Végleges: • LLW – ILW: felszínközeli vagy mélységi lerakóhely (Püspökszilágy *** Bátaapáti) •HLW: mélységi lerakóhely (Boda – BAF) •Alternatíva: reprocesszálás Külfüld: YUCCA - Új-Mexikó: mélységi tároló HLW Forsmark – gránit LLW,ILW

49

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK Dr. Zagyvai Péter

Recommend Documents