RADIOAKTINÍ ODPADY Z JADERNÝCH ELEKTRÁREN

Při provozu jaderných elektráren se objevují vedle vysokoaktivního vyhořelého paliva také nízkoaktivní a středně aktivní plynné, kapalné a pevné radioaktivní odpady. Vznikají kontaminací různých materiálů radionuklidy uvolňovanými v reaktoru. Výjimečně jsou to štěpné produkty ty se za normálního provozu nemohou dostat ven z obalu palivových článků. Většinou to jsou radionuklidy vzniklé aktivací různých látek obsažených v primárním okruhu. Vznikají a shromažďují se hlavně v chladicím systému reaktoru a v menší míře v bazénech na skladování vyhořelého paliva. Další radioaktivní odpady pak pocházejí z různých čisticích a filtračních stanic v elektrárně, z prádelen a umýváren, případně z laboratoří.
Při zpracování odpadů se řídíme třemi hlavními zásadami: snížit množství odpadů, odstranit radionuklidy a změnit složení odpadů.

Linka na úpravu středněaktivních radioaktivních odpadů v jaderné elektrárně Dukovany.

Aby se snížilo množství odpadů určené ke zpracování a skladování a aby se minimalizovaly náklady s tím spojené, klade se největší důraz na snížení jejich objemu. To je zvlášť důležité u nízkoaktivních odpadů, které mají velký objem, ale nízkou aktivitu. V závislosti na druhu odpadů se ke snížení objemu používá odpařování, lisování, spalování ap.
Druhou hlavní zásadou při zneškodňování odpadů je odstranit z nich radionuklidy. To se děje například fyzikálně - chemickým oddělováním nebo zadržením odpadů po dobu, než se přítomné radionuklidy samovolně rozpadnou.
Pro bezpečné uložení odpadů a jejich izolování od okolí je důležité, aby měly formu, která umožní jejich uzavření do kontejnerů a další praktickou manipulaci s nimi. Všechny radioaktivní odpady se pečlivě shromažďují, sledují a po celou dobu práce s nimi se monitorují a kontrolují.

Kapalné odpady a mokré pevné odpady

V závislosti na typu reaktoru vznikají kapalné odpady, které se liší jak množstvím, tak aktivitou. Například reaktory chlazené a moderované vodou produkují více kapalných odpadů než reaktory chlazené plynem. Kapalné radioaktivní odpady vznikají při čištění primárního chladiva, bazénů pro skladování vyhořelého paliva, drenážních vod, oplachových vod apod. Vznikají také při údržbě a opravách. Do skupiny mokrých pevných odpadů patří použité ionexové pryskyřice z iontoměničových filtrů, nasycené náplně filtrů a filtrační kaly. Největší množství těchto odpadů představují ionexové pryskyřice.
Hlavním cílem zpracování kapalných radioaktivních odpadů je takové snížení obsahu radionuklidů, aby bylo možné převážnou část těchto odpadů buď bezpečně vypustit do životního prostředí, nebo důležité složky z nich znovu použít. Pro zpracování kapalných radioaktivních odpadů se používají 4 hlavní technologické postupy:

Ukládání do sudů slisovaných středněaktivních RAO.

• odpařování přebytečné vody
• chemické srážení
• oddělení pevných částeček
• iontová výměna.

Tyto procesy jsou dokonale ověřené a široce používané takřka na všech jaderných elektrárnách světa.
Ze všech uvedených metod se největšího snížení objemu a nejúčinnější dekontaminace dosahuje metodou odpařování. Po odpaření vody zůstávají netěkavé pevné zbytky ve formě solí, které obsahují většinu radionuklidů. Metoda odpařování je tak vysoce účinná, že čistý kondenzát (odpařená a znovu zkondenzovaná voda) se může bez dalšího zpracování vypouštět do povrchových vodotečí. Kromě prostého odpařování se používají také chemické metody, kdy se do kapalných odpadů přidávají srážecí činidla, nejčastěji hliníkaté a železité soli, jejichž pomocí se radionuklidy vysrážejí a usadí na dně ve formě nerozpustných solí (precipitace), nebo se přidávají vločkotvorné chemikálie, které vážou radionuklidy ve formě vloček (flokulace). Na rozdíl od metody odpařování, kde se dosahují dekontaminační faktory 10⁴ až 10⁶ (to znamená, že v kondenzátu je pouhá desetitisícina až miliontina původního množství radionuklidů), jsou dekontaminační faktory u chemické metody nízké a stupeň oddělení není úplný, takže je nutné je kombinovat s dalšími účinnějšími metodami.
S pomocí filtrů a odstředivek se z kapalných odpadů .odstraňují pevné částice. Jako doplněk se někdy používají biologické čistící metody, které využívají schopnosti některých mikroorganismů kumulovat v sobě radionuklidy.

Cementace

Nejčastěji se používají kombinované fyzikálně-chemické metody: adsorpce, iontová výměna, elektrodialýza, reversní osmóza. K čištění vody primárního a sekundárního okruhu reaktorů, vody z bazénů pro skladování vyhořelého paliva a kondenzátů z odparek se používá tzv. metoda výměny iontů. Iontoměniče jsou nerozpustné vysokomolekulární látky s ionizovatelnou funkční skupinou. Mohou být organické, anorganické, přírodní i umělé. Iontoměničové filtry účinně zachytávají radionuklidy. Když se nasytí, je možno je buď regenerovat, nebo se zpracují také jako radioaktivní odpad.
   Mokré pevné odpady, které zůstanou po zpracování kapalných odpadů, je ještě nutno přeměnit do pevných produktů, to je do takové chemicky a fyzikálně stabilní formy, která snižuje možnost pohybu radionuklidů nebo jejich uvolnění při dopravě, skladování nebo konečném uložení. Pro zpevnění a znehybnění se používají nejčastěji 3 metody:

Bitumenace

• cementace
• bitumenace
• polymerace

Zpevňování radioaktivních odpadů do cementu (cementace) přináší řadu výhod a používá se v celém světě již mnoho let. Je levné, nepotřebuje nijak složité zařízení, výsledný produkt je stabilní, pojme do sebe relativně hodně odpadu a má i vysokou schopnost samostínění.
Na rozdíl od cementace prováděné za studena je bitumenace horký proces, který umožňuje, aby byl odpad před znehybněním zbaven další vody. Díky tomu se velmi snižuje objem odpadů i náklady. Nevýhodou tohoto procesu je to, že bitumen (živice, organická látka podobná asfaltu) je potenciálně hořlavý a vyžaduje speciální opatření při zacházení. Přesto se bitumenizace stále více uplatňuje v USA, Japonsku, Rusku, Švédsku, Švýcarsku a jinde.

Polymerace

Poměrně novým procesem znehybnění mokrých pevných odpadů je polymerace, tj. jejich zabudování do umělých hmot, jako jsou polyester, vinylester nebo epoxidové pryskyřice. Jejich použití je však nesrovnatelně nákladnější a vyžaduje relativně složitá zařízení. Proto se tento proces používá jen tam, kde je zpevnění do cementu nebo bitumenu technicky nevhodné. Výhodou umělých hmot je velká odolnost vůči vyluhování radionuklidů a chemická netečnost.
Kapalné odpady se zpracovávají v areálu elektrárny na speciálních linkách. Zahušťují se a koncentrují, aby se co nejvíce zmenšil jejich objem. Přebytečná voda se odpařuje na odparkách, koncentrát se chemicky sráží, cementuje, nebo upravuje do bitumenu asfaltové živice. Zanedbatelná část kapalných odpadů se ředí čistou vodou a řízeně vypouští do povrchových vod. Koncentrace radionuklidů ve výpustích jaderných elektráren splňuje limity pro pitnou vodu a je 100 až 150x nižší než koncentrace přírodních radionuklidů v povrchových vodách a běžných tekutinách. Jedinou výjimku představuje izotop vodíku - tritium, ale i jeho koncentrace v odpadních vodách z jaderné elektrárny je l00x nižší, než maximální přípustný limit pro pitnou vodu. Tritium nelze dostupnými způsoby z vody odstranit. Protože má stejné chemické vlastnosti, jako lehký vodík, dostává se do odpadních vod. Síť monitorovacích stanic a pravidelné měření vzorků zajišťuje neustálou kontrolu.

Plynné odpady a radioaktivní aerosoly

Při normálním provozu jaderné elektrárny vznikají i plynné radioaktivní odpady ve formě plynných radioaktivních prvků, rozptýlených částeček nebo aerosolů. Nejdůležitějšími těkavými radionuklidy jsou halogeny, vzácné plyny, tritium a uhlík ¹⁴C. Veškeré plynné odpady jsou před vypuštěním do atmosféry zpracovány tak, aby se z nich odstranila většina radioaktivních látek. Plyny a vzduch z vnitřních prostor elektrárny procházejí ventilačními systémy se speciálními filtry. Obvykle se používají hrubé předfiltry, po nichž jsou zařazeny vysoce účinné HEPA (High-Efficiency Parficulate Air Filter) filtry, schopné pohltit 99,9 % pevných částic. Radioaktivní plynný jod je zachycován na dřevouhelných filtrech. Protože vzácné plyny uvolňované v malém množství z palivových článků mají většinou krátký poločas rozpadu, stačí je po několik hodin až dní zadržet. Součástí ventilačního systému jsou tedy i nádrže, kde se plynné odpady zadrží po dobu, než se radionuklidy rozpadnou na neaktivní prvky. Potom se v souladu s přísnými hygienickými limity vypouštějí do atmosféry. Provozní zkušenosti a přísná měření dokazují, že zatímco z komína jaderné elektrárny vycházejí jen zlomky povolených limitů, vypouští běžná klasická elektrárna na uhlí do ovzduší několikanásobně více radioaktivních látek.

Pevné odpady

Při provozu jaderné elektrárny vznikají též různé suché pevné odpady obsahující radioaktivní materiály. Patří mezi ně různé kontaminované látky a předměty z provozních, revizních, ale nejčastěji údržbových a opravárenských činností. Jsou to papír, pryž, textil, dřevo, sklo, plasty, izolační materiály, náplně filtrů, drobný kovový odpad a také různé aktivované součástky a zařízení. Pevné radioaktivní odpady se obvykle člení do 4 kategorií: spalitelné, nespalitelné, lisovatelné a nelisovatelné.

Kombinovaná metoda zpracování RAO - superlisování a cementace.

Hlavním cílem zpracování pevných radioaktivních odpadů je rovněž snížení jejich objemu. Protože tyto odpady představují široké spektrum materiálů a forem, nestačí obvykle použít jedinou techniku k jejich zpracování, ale je třeba kombinovat různé procesy. Nejpoužívanější technikou je nízkotlaké lisování, které dokáže zmenšit objem odpadů až 5krát. Vysokotlaké lisování docílí ještě podstatnějšího zmenšení objemu. Lisováním se sice snižuje objem odpadů, ale nemění se jejich vlastnosti z hlediska dlouhodobé manipulace a konečného ukládání.
Zkušenosti ukazují, že 50 - 80 % pevných radioaktivních odpadů lze považovat za spalitelné. Oproti lisování má spalování tu výhodu, že se kromě významného snížení objemu získá homogenní konečný produkt ve formě popela, který může být bez dalšího zpracování uložen do kontejnerů určených ke skladování a konečnému uložení. Spalováním je možno odstranit i organické kapaliny, například oleje, mazadla nebo rozpouštědla, jejichž zpracování je obtížné. Vzniklé plyny je samozřejmě nutné jímat a naložit s nimi jako s plynnými radioaktivními odpady.
Některé organické odpady se dají likvidovat mikrobiologickým rozkladem. Taková jednotka je vybudována u jaderné elektrárny Loviisa ve Finsku.