Nukleáris hulladékkezelés. környezetvédelem

Átírás

1 Nukleáris hulladékkezelés környezetvédelem

2 A felhasználási terület meghatározza - a radioaktív izotópok fajtáját, - mennyiségét és - aktivitását A radioaktív izotópok felhasználása: katonai polgári kutatás reaktor alkalmazott kutatások orvosi diagnosztika terápia izotóp-előállítás műszer- és szabályozástechnika sugárforrások előállítása energiatermelés bányászat dúsítás elégetés maradék

3

4 A világ elektromos energia igénye ill. annak részesedése: T=10 12 A világ energiaforrásai Organisation for Economic Co-operation and Development

5 A világ elektromos energia termelése 2002-ben: A nukleáris energia aránya (IAEA): Litvánia 80 % Németország 28 % Franciaország 78 % Japán 25 % Svédország 50 % USA 20 % Svájc 40 % Oroszország 17 % Magyarország 33 % Kína <5 %

6 A fűtőanyagok összehasonlítása Tűzifa Barnaszén Feketeszén Földgáz Nyersolaj Természetes U, könnyűvizes reaktor 16 MJ/kg 9 MJ/kg MJ/kg 39 MJ/m MJ/kg MJ/kg Szennyezés: Széntüzeléses erőmű 1000 MW e ( t szén/év): t CO t SO t hamu toxikus fémek As, Cd, Hg szerves karcinogének mutagének természetes radioaktív izotópok

7

8 Alternatív/megújuló energiaforrások: konverzió elektromossá? η ~ 20 %, háttér földrajz jelenleg: MW e háttér földrajz részesedése jelenleg 18 % természetes - mesterséges jelenleg: MW e földrajz élelmiszer vagy energia?

9 Jelenleg 442 nukleáris erőmű 27 építés alatt (Finnország) Fő terjeszkedés: Távol-kelet Dél-Ázsia

10 Nukleáris trendek: USA: új energiapolitika Európa: a moratórium újraértékelése Finnországban elkezdték egy új erőmű építését Franciaország leszerel Oroszország: megőrizni a nukleáris energia részesedését UK újra napirendre kerül Kína: 2030-ra 6-ról 35 GW Japán: növelni a nukleáris energia részesedését

11 1000 MW e teljesítményű könnyűvizes reaktor U-ciklusa

12 172t az áram ára tartalmazza a hulladékkezelés költségeit!

13 A felhasználás meghatározza a radioaktív izotópok fajtáját, mennyiségét és aktivitását A radioaktív hulladékok csoportosítása, IAEA Aktivitás Felezési idő (20 T 1/2 ) Koncentráció Hőfejlődés LLW ILW HLW α-sugárzók

14 Alapelvek: Koncentrálás és ellenőrzött tárolás Hígítás és eloszlatott kibocsátás Késleltetés - bomlás

15 LLW kis aktivitás hosszú T 1/2 elhanyagolható Radioaktív izotóppal szennyezett eszközök, szűrőpapír, kesztyűk, rongyok, üvegeszközök, stb. Kezelése nem veszélyes, de gondosabban kell eljárni, mint a hasonló inaktív hulladékkal Általában tömörítik, majd zárt konténerben elégetik Végső elhelyezés: felszínközeli tárolókban A keletkező radioaktív hulladékok térfogatának 90, aktivitásának 1 %-a ilyen

16 ILW közepes aktivitás közepes hőfejlődés Vízkezelő gyanták, iszapok, berendezések, reaktoralkatrészek, leszerelt kontaminált eszközök 90 Sr (25 év), 137 Cs (33 év) lebomlás: kb. 600 év Speciális sugárvédelem* Stabilizálás Betonba vagy bitumenbe rögzítik, RM acélhordó Végső elhelyezés: rövid T 1/2 felszínközeli tárolókban, hosszabb T 1/2 (reproc) : mélységi elhelyezés A keletkező radioaktív hulladékok térfogatának 7, aktivitásának 4 %-a ilyen * D At k R = 2

17 ILW közepes aktivitás közepes hőfejlődés Vízkezelő gyanták, iszapok, berendezések, reaktoralkatrészek, leszerelt kontaminált eszközök 90 Sr (25 év), 137 Cs (33 év) lebomlás: kb. 600 év Speciális sugárvédelem* * D At k R = 2 A keletkező radioaktív hulladékok térfogatának 7, aktivitásának 4 %-a ilyen

18 Kis és közepes aktivitású hulladék Paks/év: 200 m 3 folyékony 400 m 3 szilárd 90 Sr 137 Cs 600 év

19 Kis és közepes aktivitású hulladékok végleges elhelyezése 1. Stabilizálás RM acélhordó

20 2. Végső elhelyezés rövid T 1/2 felszínközeli tárolókban, hosszabb T 1/2 (reproc) : mélységi elhelyezés

21 HLW nagy aktivitás nagy hőfejlődés hosszú felezési idő 1. Kiégett fűtőelem: 50 természetes és 1500 mesterséges radioaktív izotóp 10-4 s < T 1/2 < 4, év kivétel pillanatában: 10 4 watt/t U hőtermelés nagy aktivitású hasadványok 1-1,5 év pihentetés ( hűtés )

22 A reaktorból kikerült fűtőelemek hosszú felezési idejű izotópjainak aktivitása az idő függvényében

23 2. Reprocesszálás utáni maradék (transzuránok) Hűtést igényelnek, különleges sugárvédelmi intézkedések a tárolás és mozgatás során A keletkező radioaktív hulladékok térfogatának 3, aktivitásának 95 %-a ilyen éves szinten: 3 m 3 vitrifikált HLW ill t kiégett fűtőelem

24 α-sugárzók a fűtőelemgyártás, reprocesszálás α-dús maradéka hosszú felezési idő HLW-ként kezelendő

25 Kiégett fűtőelemek vs. Reprocesszálás USA Kanada Skandinávia Spanyolország Nyugat-Európa Japán Oroszország Előnyei: Kinyerhető el nem égett fűtőanyag Egyéb radioaktív izotópok A radioaktív hulladék térfogatának csökkentése (1/9) 2000-ben: t kiégett fűtőelem, % újrafeldolgozás 1 t kiégett fűtőelem: 30 kg hasadvány, 4 kg T 1/2 >30 év 10 kg transzurán: nagy A, erős hőfejlődés, T 1/2 >>30 év 2007: 5000 t/év reprocesszált

26 Reprocesszálás PUREX (Plutonium Uranium EXtraction) 3 %, 750 kg/1000 MWe A kiégett fűtőelem kikerülése a reaktorból Átmeneti tárolás (3-5 év) közeli medencében Reprocesszálás HLW folyadék tárolása (1 év) Vitrifikálás, majd az üvegmátrix konténerbe helyezése (nagy A, hő) Átmeneti tárolás (30-40év) Végleges mélységi elhelyezés

27 Reprocesszálás ma: % A kiégett fűtőanyag kémiailag is mérgező távműködtetett zárt technológia 500 t/év, t/40 év Kiégett fűtőelem: 96 % U (< 1% 235 U) 3 % hulladék 1% Pu Darabolás Burkolat megbontása HNO 3 Hasadási termék<->hasadóanyag Tisztítás: Pu(IV) és U(VI) eltérő kémia PuO 2, UF 6 fűtőelemgyártás Mixed OXide fuel

28 Nagy aktivitású hulladékok végleges elhelyezése 1. Stabilizálás bórszilikát RM

29 2. Végső elhelyezés: mélységi elhelyezés Végleges mélységi elhelyezés modellje

30 gránit/vastag sóréteg/bazalt, tufa, pala/agyag

31 Nagy mélységben lévő STABILIS geológiai formációk (múltbéli viselkedés alapján)

32 Biztonsági vizsgálat 1) forgatókönyvelemzés: a rendszert befolyásoló lehetséges folyamatok kvali és kvanti definiálása 2) Konzekvenciaelemzés 3) Az eredmények értelmezése Prognózis: 1000 év a rövid T 1/2 -ű izotópok teljes lebomlása év a hosszú T 1/2 a természetes U szintjére csökken év a nagy A hulladék ellenőrzött tartózkodási ideje

33 Alternatíva? Accelerator driven Transmutation of Waste p besugárzással rövid T 1/2, kis és közepes A Új nukleáris reaktor generáció Fúziós energiatermelés