Odlaganje opasnog otpada

Nuklearna goriva?

Nuklearno gorivo je materijal koji sadrži atomske jezgre nekih teških hemijskih elemenata kojima se mogu ostvariti nuklearni procesi za oslobađanje energije. U nuklearnom gorivu takvi se procesi podržavaju sami od sebe te se odvijaju lančano, prenoseći se od jedne do druge atomske jezgre i to kada se u nuklearnom reaktoru nađe dovoljna količina nuklearnog goriva raspodijeljenog na pravilan način. Nuklearni gorivni ciklus skup je aktivnosti kojima se dobiva sirovina za gorivo, izrađuje gorivo, upravlja njegovim korištenjem i brine o iskorištenom gorivu (spremanju, preradi i odlaganju radioaktivnog otpada). Nuklearno gorivo je najgušći dostupni izvor energije. Većina nuklarnih goriva sadrže teške fisijske elemente koji uzrokuju lančanu reakciju nuklearne fisije u nuklarnom reaktoru. U najčešća nuklearna goriva ubrajaju se tri fisilna materijala : uranij-235 (235U), plutonij-239 (239Pu) i uranij-233 (233U). Samo jedan od njih nađen je u prirodi više nego u tragovima, a to je izotop 235U. On čini samo oko 0,7% prirodnog elementa uranija, stoga se taj materijal zove prirodno ili primarno nuklearno gorivo. Druga dva nuklarna goriva, 239Pu i 233U, dobivaju se u nuklearnim reaktorima. Bombardiranjem neutronima od 238U nastaje 239Pu, a od 232Th nastaje 233U – to su sekundarna nuklearna goriva, a 238U i 232Th od kojih nastaju ta sekundarna goriva nazivaju se oplodnim materijalima. Izvorni materijali za nuklearno gorivo, uranij i torij, široko su rasprostranjeni u Zemljinoj kori te su veliki energetski potencijali. Njihova ukupna količina do dubine od oko 5km procjenjena je na približno 12•1012t. Najveći dio tih elemenata rijetko se susreće u koncentracijama ekonomičnim za eksploataciju, međutim, moguće je iz umjereno siromašnih ruda, sa sadržajem od oko 0,1% uranija, dobiti 20 do 30•106t uranija i nekoliko milijuna tona torija. Oni imaju više od deset puta veći energetski potencijal nego sve postojeće zalihe fosilnih goriva (ugljen, nafta, plin).

Osnovne faze u korištenju nuklearnih goriva?
Nuklearni gorivni ciklus je skup aktivnosti kojima se dobiva sirovina za gorivo, izrađuje gorivo, upravlja njegovim korištenjem i brine o iskorištenom gorivu, što uključuje spremanje, preradu i odlaganje radioaktivnog otpada. Faze nuklearnog gorivnog ciklusa su:

• Istraživanja ležišta urana, iskapanje i prerada rudače,
• Konverzija (Prvi korak u obogaćivanju urana je njegova konverzija iz U3O8 u UF6 – uranov heksafluorid. Postrojenja za konverziju nalaze se u Rusiji, Kanadi, Francuskoj, Velikoj Britaniji i SAD-u.)
• Obogaćenje urana moguće je sljedećim metodama:
  • Difuzijska metoda je prva metoda korištena za dobivanje obogaćenog urana, a temelji se na pojavi da prolaz plina kroz membranu ovisi brzini molekula plina.
  • Metoda centrifuga,
  • Aerodinamički procesi
  • Elektromagnetska separacija,
  • Lasersko obogaćenje.
• Izrada goriva. Gorivo je najčešće u formi oksida, bilo UO2 ili MOX. Ranije se upotrebljavao metalni uran. Prednost metalnog goriva u odnosu na oksidno je bolja termička vodljivost, ali ima niže talište. Manje uobičajene forme su keramičko gorivo, te goriva u formi uranovog nitrida (UN) i uranovog karbida (UC). Prednost nitridnog goriva u odnosu na klasično je veća termička vodljivost i viša temperatura taljenja. Danas se upotreba UC goriva razmatra u izvedbi mikro čestica goriva (TRISO čestice) za IV generaciju VHTR reaktora. UC gorivo također karakterizira visoka termička vodljivost i visoka temperatura taljenja
• Izgaranje goriva u reaktoru,
• Privremeno odlaganje. Nakon što je gorivo izvađeno iz reaktora privremeno se odlaže i hladi u bazenu za istrošeno gorivo. Nakon toga, ako je kapacitet bazena nedovoljan za sve istrošeno gorivo tokom rada elektrane, ohlađeni se gorivni elementi mogu staviti u posebno napravljene kontejnere i odložiti u suha odlagališta. Gorivo se u suhim spremištima može skladištiti stotinjak godina. Suho spremište može biti ili na lokaciji elektrane ili izvan. Treba istaći da se kapacitet bazena za istrošeno gorivo može povećati gušćim pakiranjem istrošenog goriva, ali ne i stavljanjem jednih elemenata iznad drugih. Time bi se smanjio zaštitni sloj vode s približno sedam metara iznad gorivnog elementa na polovicu iznosa što nije dozvoljeno od strane NRC-a koji propisuje minimalnu debljinu vodenog sloja od 6,1 m.
• Reprocesiranje – Prerada istrošenog goriva obavlja se u različite svrhe: proizvodnju plutonija za izradu nuklearnog oružja, izdvajanje plutonija za izradu MOX goriva, izdvajanje svih aktinida za brze oplodne reaktore, izdvajanje urana za ponovo obogaćivanje. Osim što se preradom istrošenog goriva omogućava smanjenje potreba za uranom, izdvajanje različitih sastojaka iz istrošenog goriva omogućuje njihov različit tretman – korisni radionuklidi mogu se koristiti u industriji i medicini;
• Posljednja je faza nuklearnog gorivnog ciklusa odlaganje radioaktivnog otpada. Pod pojmom „radioaktivni otpad“ smatra se prerađeno istrošeno gorivo iz kojega su izdvojeni oplodni i fisibilni nuklidi. Od više opcija danas se za najprihvatljiviju smatra odlaganje u stabilne geološke formacije, iako bi u budućnosti opcija odlaganja u duboke bušotine mogla imati prednost. Bušotina bi trebala biti duboka oko 10 km, a nakon odlaganja otpada bušotina bi se zatrpala. Uslijed razvijanja topline otpad bi se rastalio i spojio s okolnim stijenama. Problem je bušenje rupa dovoljne dubine i promjera pa je zbog manje dubine bušenja odlaganje u stabilne geološke formacije danas u prednosti uz glavni uvjet – nepostojanje podzemnih voda.

Od čega se sastoji energija zračenja?
Radioaktivnost je spontano emitiranje alfa-česticȃ i beta-česticȃ iz tvari, često praćeno i emisijom gama elektromagnetskih valova, pri čemu hemijski elementi prelaze iz jednih u druge te se oslobađa energija u obliku kinetičke energije emitiranih čestica ili energije elektromagnetskih valova a svaka atomska jezgra ima karakteristično vrijeme poluraspada. U radioaktivnim procesima, elementarne čestice ili elektromagnetska zračenja emitiraju se iz jezgri atoma. Najuobičajeniji oblici zračenja tradicionalno se nazivaju alfa-čestice (α – Većina helija na Zemlji (oko 99%) je produkt alfa-raspada uranija i torija. Do raspada dolazi zbog nestabilnosti atomske jezgre odnosno neuravnoteženoga broja protona i neutrona u njoj.), beta-čestice (β – je brzi elektron ili pozitron koji nastaje pri raspadu atomskih jezgri nekih radioaktivnih elemenata. Beta-čestice su vrsta ionizirajućeg zračenja, koje ima dovoljno energije da u međudjelovanju s hemijskom tvari ionizira tu tvar. U međudjelovanju s tvari dolazi do izmjene energije i izmjene strukture ozračene tvari. Takve posljedice mogu biti korisne, ali i vrlo štetne.) i gama (γ – su neutralne i vrsta su ionizirajućeg zračenja, te posjeduju znatno veću prodornost od alfa-čestica i beta-čestica. Gama zrake su snopovi fotona. Foton je kvant energije, odnosno “energetski paket”, bez mase mirovanja.) zračenjima. Zračenja iz jezgre se događaju i u drugim oblicima, uključujući emitiranje protona ili neutrona, te spontanih nuklearnih fisija (cijepanja) masivnih jezgri. Radioaktivni raspad pretvara jednu jezgru u drugu ako nova jezgra ima veću energiju vezanja po nukleonu nego što je imala početna jezgra. Razlika u energiji vezanja (prije i poslije raspada) određuje koji se raspadi mogu energijski događati, a koji ne. Višak će energije vezanja izlaziti u obliku kinetičke energije ili mase čestica u raspadu. Nuklearni raspadi moraju zadovoljiti nekoliko zakona očuvanja energije, podrazumijevajući da vrijednost očuvane veličine nakon raspada (uzimajući u obzir sve produkte) ima jednaku vrijednost kao i za jezgru prije raspada.