Nukleáris energia. Radioaktiv hulladékok elhelyezése. Bárdossy György

Átírás

1 1 Nukleáris energia Radioaktiv hulladékok elhelyezése Bárdossy György A nukleáris energia felhasználásának elengedhetetlen feltétele a keletkező radioaktív hulladékok elhelyezése. Az atomerőművek használatának ellenzői gyakran ellenzik a hulladéktárolók létesítését mondván hogy a hulladékok maradjanak az atomerőművek területén. A radioktív hulladékok biztonságos elhelyezésének ma már több évtizedes nemzetközi tapasztalatai vannak és ezeket követjük a hazai hulladékelhelyezésben is. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) ajánlásai szerint a radioaktív hulladékokat aktivitás koncentrációjuk szerint három csoportra osztják: 1. Kis aktivitású hulladékok < 0,5 GBq/kg 2. Közepes aktivitású hulladékok 0, Nagy aktivitású hulladékok 500 Ezen belül megkülönböztetnek rövid élettartamúakat, melyek izotópjainak felezési ideje 30 évnél rövidebb és hosszú élettartamúakat, amelyeknél a felezési idő ennél hosszabb. A kis és közepes aktivitású hulladékokat a felszínen, vagy a felszín alatt kis mélységben helyezik el. A nagy aktivitású hulladékokat nagyobb veszélyességük miatt csak mélyen a felszín alatt ( méter) szabad elhelyezni. A kis és közepes aktivitású hulladékok nagyrészt légszűrők, ioncserélő gyanták, technológiai vizek lepárlásával képződő koncentrátumok, ruházatok és eszközök. A nagy aktivitású hulladékokhoz tartoznak a kiégett fűtőelemek, valamint az erőmű nagy aktivitású leszerelési hulladékai. Ide tartoznak továbbá a kiégett fűtőelemek ujrafeldolgozásának maradékai is. A kiégett fűtőelemeket éven át az atomerőművek területén un. átmeneti tárolókban tartják. Ez alatt hőtermelésük jelentősen lecsökken és aktivitásuk egy részét is elvesztik. A paksi atomerőmű mellett is létesült egy ilyen átmeneti tároló. A radioaktív hulladékokat háromszoros gátrendszerrel különítik el a bioszférától: a) Műszaki gátak. A korróziónak ellenálló acélhordók, konténerek, melyek szabad tereit izotópokat elnyelő anyaggal ( bentonit, zeolit stb) töltik ki. 1

2 2 b) Bányaműszaki gátak. A tárolók bányaműszaki létesítményei: vágatok és silók, valamint ezek falai. A köztes teret itt is izoláló tömedékanyaggal töltik ki. Ezen felül a tároló közvetlen környezetében a fellazult kőzetet (EDZ) a vízáteresztést csökkentő oldatokkal injektálják. c) Földtani gátak. Azok a földtani képződmények (kőzetek) ezek, amelyben a hulladéktárolót kialakították. Ezek legfontosabb tulajdonságai a rossz vízáteresztő képesség (transzmisszivitás), jó izotópmegkötő képesség, geotechnikai szilárdság és a térség szeizmikus és geotektonikai stabilitása. Az alkalmasságot meghatározó tényezők a kiszemelt térrészen belül legyenek minél homogénebbek. Ezen felül a befogadó kőzet vastagsága is haladjon meg egy minimális értéket (többnyire 100 métert). A mélységi geológiai tárolók a lezárás után folyamatos felügyeletet nem igényelnek. Újabban a hulladék visszanyerhetősége is a követelmények közé került. A nagy aktivitású hulladék egyes izotópjainak felezési ideje több tizezer év. Kiutat jelenthet ebből az utóbbi évtizedben kialakított transzmutációs eljárás, melynek során gyors neutronokkal való besugárzással a hosszú felezési idejű radioizotópok rövid felezési idejű, vagy stabil izotópokká alakíthatók át. Az elmúlt évtizedekben a hulladéktárolók elhelyezését szolgáló kutatások alábbi elvi sorrendje alakult ki: 1. Telephely kiválasztás (site selection program). Ez a tevékenység nagyobb földtani területegységek, kisebb országok esetében az egész ország területének áttekintő értékelésével indul. Kizárandó területek egész sorát kell itt figyelembe venni,pl. lakott területek, üdülőkörzetek, katonai és ipari létesítmények, ívóviz bázisok stb. Politikai okokból rendszerint több kilométer széles határmenti sávot is kizárnak a felmérésből. A fennmaradó területeket alkalmassági paramétereik szerint rangsorolják. A minél rövidebb szállítás az atomerőműtől is lényeges tényező. Mindezek alapján kisebb régiót jelölnek ki a részletesebb kutatásra. Ezen belül több potenciális helyszínt választanak ki. A kutatás ezeken folytatódik geofizikai mérésekkel és fúrásokkal. A helyi lakosság hozzájárulását is meg kell szerezni a kutatások folytatásához. 2. Telephely jellemzés (site characterization program). A NAÜ módszertani ajánlásainak megfelelően a legkedvezőbbnek tekintett telephelyen részletes földtani térkép, 2

3 3 tektonikai értékelés, geofizikai felmérés, kőzetmechanikai és hidrogeológiai vizsgálatok történnek a felszínről és fúrások segítségével. Az utóbbinál packeres vizsgálatokkal meghatározzák a befogadó kőzet transzmisszivitását, kútcsoportos mérésekkel a talajvíz áramlási irányát. Fontos szempont az un. elérési útvonal és elérési idő meghatározása, vagyis az az idő ami alatt a tárolóból kilépő talajvíz a felszíni bioszférát elérheti. Nagy aktivitású hulladék elhelyezésekor a kiválasztott telephely térségében un. földalatti laboratóriumot kell létesíteni méter mélységben. Ebben több éven, sőt évtizeden keresztül a legfőbb biztonsági paraméterekre in situ méréseket kell végezni. További fontos feladat a vizet jól vezető tektonikai zónák felderítése és elkerülése. A nagyszámú adat tárolására és áttekintésére számítógépes adatbázist kell létesíteni. 3. Összefoglaló kutatási zárójelentés (geological report). Ebben az összes fenti vizsgálat eredményeit átfogóan értékelik, térképeket, szelvényeket és hidrogeológiai diagramokat mutatnak be és három dimenziós térmodelleket készítenek. Összefoglalóan kell értékelni a telephely alkalmasságát a vizsgált paraméterek szerint. 4. Biztonsági elemzés (safety analysis). A kutatási zárójelentés adatai alapján azt kell kiszámítani, hogy mennyire biztonságos a létesítendő hulladék tároló. Ennek főbb fejezetei a hidrogeológiai és izotóptranszport modellek, termokémiai elemzések, bizonytalanság elemzés, scenárió-elemzés, érzékenység vizsgálat és végül a kockázat elemzés. Mindezeknél a létesítendő tárolónak a NAÜ ezirányú előírásait kell teljesíteni. Két biztonsági korlátot különböztetnek meg: Dóziskorlát. Ez azt jelenti, hogy a tárolás teljes ellenőrzött időtartama alatt a lakosság egyedeit maximum 0,1 msv/ év többlet sugárterhelés érintheti. Ehhez tudni kell, hogy hazánk területén a természetes radioaktiv háttérsugárzás 2,4 msv/év. Kockázai korlát. A tárolóból származó és a bioszférát elérő többlet-sugárzás következtében a tároló térségében maximum 10-5 /év maradandó egészségkárosodás vagy haláleset következhet be. Ez a szám főre évente egy ilyen esetet jelent. A biztonsági elemzéseket többnyire determinisztikus vagy sztochasztikus matematikai módszerekkel készítik el. Ezek elméleti kötöttségei különösen a bizonytalanság meghatározására nem eléggé alkalmasak. Előrelépést jelentett ezen a téren a geostatisztikai 3

4 4 módszerek alkalmazása (krigelés) és a fuzzy-aritmetika bevezetése. Különösen az utóbbit tartjuk érdemi előre lépésnek. A paksi atomerőműben Vajda György (2004) adatai szerint 30 év alatt a kiégett fűtőelemek térfogata mintegy 60 m 3. Az atomerőmű működése során évente kb.450 m 3 szilárd, valamint kb 110 m 3 feldolgozott szilárd kis és közepes aktivitású hulladék keletkezik. Ezen kívül kb. 250 m 3 folyékony és ugyancsak 250 m 3 bepárlási kis és közepes aktivitású hulladék jön létre. Vajda György számításai szerint az atomerőmű leszerelésekor kb m 3 kis és közepes aktivitású és kb. 500 m 3 nagy aktivitású fémhulladékot kell elhelyezni. A magyar törvényhozás 1996-ban az atomenergiáról törvényt fogadott el (1996/CXVI). A törvény értelmében Központi Nukleáris Pénzügyi Alapot hoztak létre a radioaktív hulladékok elhelyezésének és az atomerőmű leszerelésének pénzügyi fedezetére. Az alap kezelője az Országos Atomenergia Hivatal (OAH). A befizetést az előállított villamos áram önköltségében érvényesítik. A törvény értelmében 1998-ban létrehazták a Radioaktív Hulladékokat Kezelő Közhasznú Társaságot (ma Kft-t). A földtudományi követelményrendszerrel kapcsolatos kérdésekben az MBFH szakhatósági hozzájárulása szükséges. Hazánkban vállalati szinten 1976-ban kezdődtek el kutatások radioaktív hulladékok elhelyezésére. A nem atomerőművi (oktatási, egészségügyi) kis és közepes aktivitású hulladék elhelyezésére Püspökszilágyon felszíni betonmedencés hulladéktárolót létesítettek. Az üzemeltetési feladatok ellátása mellett a befogadó képességnek növelése és a biztonság fokozása jelenleg is folyik ben több minisztérium és az OAH részvételével országos program indult az atomerőművi kis és közepes aktivitású hulladékok elhelyezésére. Első lépésben egy szakmai követelmény-rendszert dolgoztak ki, majd az ország egészére kiterjedő áttekintő felmérés készült. Kizáró szűrés alkalmazásával km 2 felszíni és km 2 felszín alatti potenciálisan alkalmas területet jelöltek ki. Ebből a Pakstól nyugatra elterülő, km 2 -nyi területet találtak legalkalmasabbnak ben ezen a területen folytatódott a részletesebb kutatás. Ennek eredményeként 128 felszíni és 193 felszín alatti potenciálisan alkalmas helyszínt sikerült elkülöníteni. Mindenegyes helyszínre kikérték a lakosság elfogadó véleményét. Sajnos csak 7 felszíni és 16 felszín alatti helyszínen kapták meg a lakosság hozzájárulását. Ezek közül Udvari és Diósberény térségében felszíni, Bátaapáti térségében felszín alatti 4

5 5 kutatást választottak ki a szakértők. Részletes geofizikai mérések, fúrások és egyéb vizsgálatok alapján a Bátaapáti helyszín mutatkozott legalkalmasabbnak. Ezen a helyszínen a Mecsekérc Rt, Földtani Intézet (MÁFI), ETV-ERŐTERV és a Golder Associates (Hungary) együttműködésében számos fúrás mélyült és sokirányú méréseket végeztek re pontosították a telephely tervezett helyét ban a MÁFI földtani kutatási zárójelentést készített, amit az illetékes hatóságok elfogadtak. Ezután került sor egy összefoglaló biztonsági elemzés elkészítésére, amelyet párhuzamosan determinisztikus, sztochasztikus és fuzzy módszerrel számítottak ki. Mindhárom módszerrel kapott eredmények kielégítették a nemzetközi biztonsági követelményeket. A tervezett tároló gránitban lesz a felszín alatt méter mélységben ben megindult két párhuzamos lejtősakna mélyítése, amelyek 2008-ban el is készültek. Jelenleg a tároló kamrákhoz vezető vágatok kihajtása folyik. Rendkívül fontos, hogy a tárolók kialakítása során a biztonságot befolyásoló összes paraméter rendszeres mérése megtörténjen. Ezek elkészülte után készíthető el a végleges biztonsági elemzés az összes szükséges adat felhasználásával. Időközben elkészültek a tárolót kiszolgáló felszíni létesítmények, amelyek ünnepélyes átadására 2008-ban került sor Pálinkás József a Tudományos Akadémia elnökének részvételével. A nagy aktivitású hulladék elhelyezésének kutatása a fentiektől eltérő módon alakult. A Mecseki Ércbánya Vállalat (MÉV)i uránérc bánya 1989-ben javaslatot tett a Bodai Aleurolit Formáció (BAF) mélységi feltárására, amely különösen alkalmasnak tünt nagy aktivitású hulladék befogadására. Ezt követően 1050 méter mélységben az uránérc bányából kutató vágatot hajtottak ki a BAF irányába, amit el is értek. A vágatot folytatták a formációban, több irányban fúrásokat végeztek, különböző in situ vizsgálatokat végeztek és számos mintát vettek laboratóriumi vizsgálatokra. Ezek eredményeiről a MÉV 1995-ben kutatási jelentést készített. Ebből kiderült, hogy a BAF kivételesen kedvező tulajdonságokkal rendelkezik nagy aktivitású hulladék tárolására. Legfontosabbak a nagy vastagság (közel 1000 méter), homogén összetétel, igen rossz vízvezető képesség, valamint agyagásvány tartalma miatt igen jó radioizotóp megkötő képesség. Természesetes radioaktivitása kicsiny: 200 Bq/kg. Kőzetmechanikai tulajdonságai is igen kedvezőek. Mindezek alapján 1995-ben az OAH kezdeményezte önálló kutatási program létrehozását a BAF mintegy 150 km 2 -nyi területére. 5

6 6 Az első, rövid távú kutatási program 1998-ban zárult egy kutatási jelentés elkészítésével, melyben az összes létező adatot értékelték. Közben gazdasági-pénzügyi nehézségek miatt a kormányzat 1997-ben bezárta az uránérc bányát. A BAF ban kihajtott vágat fenntartása olyan magas költséggel járt volna, hogy a vágatot fel kellett hagyni. Ezután a kutatások felszíni mérésekre (pl.geofizika, hidrológia) és fúrásokra korlátozódtak ben rövid távú országos felmérés készült esetleges alternatív telephelyek kimutatására. Alapos előkészítés után 12 helyszínt jelöltek ki részletesebb értékelésre. Ennek során kiderült, hogy a Bodai Aleurolit Formáció mindegyiknél jóval kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkezik, sőt külföldi szakértőkkel való konzultáció alapján úgy látszik, hogy a formáció nemzetközi összehasonlításban is kiemelkedően alkalmas nagy aktivitású hulladék elhelyezésére. A kutatás következő lépése a BAF legalkalmasabb helyszínének kijelölése lenne, majd pedig ott egy mélységi laboratóriumot kellene létesíteni. Ez nagy költséggel járna. Ezért jelenleg a kutatás csupán felszíni hidrológiai és geofizikai mérésekre ( monitoring ) korlátozódik. Kormányzati szinten vár eldöntésre, hogy a kiégett fűtőelemek reprocesszálása legyen a válaszott út, vagy folytatódjon a BAF kutatása. Meg kell jegyezni, hogy az atomerőmű végső leszerelése során olyan nagy aktivitású anyagokat (pl. reaktor blokkok) is el kell helyezni, amelyek reprocesszálása nem lehetséges. Számításokat kellene végezni, hogy ezt a leszerelési hulladékot meddig kellene pihentetni ahhoz, hogy elékje a közepes aktivitású szintet és így a Bátaapáti tárolóban is el lehetne helyezni. E folyamat gyorsítására a transzmutáció alkalmazását is figyelembe kellene venni. 6