RADIOAKTÍV HULLADÉKOK Dr. Zagyvai Péter

Átírás

1 RADIOAKTÍV HULLADÉKOK Dr. Zagyvai Péter 1

2 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

3 1. Sugárvédelmi ismeretek összefoglalása Dózis konverziós tényező: DCF=H E /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 , , ,

4 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

5 2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Radioaktív hulladék: további felhasználásra nem szánt, emberi alkalmazás eredményeképpen létrejött radioaktív anyag 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

6 2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Elhanyagolható dózis: H i µsv/év Mentességi szint: (Exemption) egy sugárforrás, illetve egy adott radioaktív koncentrációval jellemzett anyag a legkedvezőtlenebb forgatókönyv mellett sem okoz H i -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/m 2 ] Hasonlóság: kapcsolat H i -vel. Eltérés: forgatókönyv 6

7 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) 10 3 < S <10 6 Nagy akt. h. (HLW) S > 10 6, hőfejlődés > 2 kw/m 3 7

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

9 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

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

11 2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Jogi szabályozás (Magyarország) 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 MSz 1989 és 14344/1, RA hulladékok A hulladékok elhelyezése a Radioaktív Hulladékokat Kezelő Kft. (RHK Kft.) feladata, OAH felügyelete alatt. 11

12 2. Radioaktív hulladékok definíciói, szabályozás Hatóságok a radioaktív anyagokkal kapcsolatos ügyekben: ÁNTSZ, OSSKI személyi sugárvédelem, dózismegszorítás engedélyezése OAH (KFKIIzotóp Intézet): sugárforrások nyilvántartása, NBI: Nukleáris Biztonsági Igazgatóság) Nyilvántartásban szerepelnie kell : -Mennyiség -Minőség (aktivitás, aktivitás-koncentráció) -Halmazállapot 12

13 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

14

15

16

17

18

19

20

21

22 A jövő kiemelt létesítménye: ESS

23 3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris energiatermelés hulladékai: bányászat, dúsítás: U, Th-izotópok; reaktorok működése: hasadási ( 131 I, 137 Cs) aktivációs ( 239 Pu) és korróziós ( 60 Co) 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

24 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

25 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

26 3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris energiatermelés hulladékai: bányászat: 238 U T=4,5*10 9 év, 238 U T=0,7*10 9 év, 232 Th T=10,4*10 9 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 222 Rn leányelemekből Visszamaradó urán+leányelemek 1Bq/kg és 10 3 Bq aktivitás alatt normál hulladékként kezelhetőek. Kioldás: urán+leányelemek elválasztása savas (kénsav) vagy nem savas (CO 2 + O 2 + H 2 O). Ez utóbbi kíméletesebb eljárás a kőzet számára. 26

27 Uránérc feldolgozás - reaktor üzemanyag előállítása Ércőrlő és szitáló berendezés

28 Radon chains

29 Radon 222 Rn daughter products Rn Po Pb α (5.5 MeV) α (6.00 MeV) α (7.69 MeV) Bi β (526keV 1.26MeV) γ (76keV.2.45MeV 14 peaks) Po Pb β (185keV 1.02MeV) β, γ (soft) Bi β (300 kev MeV) Po α(4.5, 5.3 MeV)

30 Radon 220 Rn (Thoron) daughter products Rn-220 Po-216 Pb-212 Bi-212 Tl-208 Po-212 α (6.3 MeV) α (6.77 MeV) β (100 kev) γ (87keV-300KeV) γ (70keV 1.8MeV) β ( keV) γ (84keV 2.6MeV) α (8,78 MeV)

31 Uránbánya területének helyreállítása

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

33 Geotechnika és rekultiváció... Az iszapmag konszolidációjaa vizlengedés után

34 Iszapmag felszínének előkészítése Geotechnika és rekultiváció...

35 3. Radioaktív hulladékok eredete Hulladékok/üzemi kibocsátások: Nukleáris E-termelés hulladékai: bányászat: az uránérc helyi feldolgozásának terméke: UO 2, UO 3, U 3 O 8 yellow cake, ezt szállítják a dúsítást végző üzemekbe, ahol gáznemű UF 6 -tá alakítják. 235 U (dús): 238 U(szegény): fegyverek főként UO 2 -ként kerül a fűtőelemekbe Urán: toxikus nehézfém, sejtméreg vesepusztító Határérték vízben: 10 µg/l 35

36 Radioaktív hulladékok eredete Nukleáris energiatermelés - reaktorok kg/(gw év) T 1/2 (év)

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

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

39 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 Éghető-éghetetlen - szilárd Aktivitáskoncentráció szerint Biológiai hulladék Zárt rendszer Mixed waste 39

40 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 1. 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 >10mSv/h nagy aktivitás 40

41 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 2. Minősítés: Minősítés során dönteni kell a hulladékkezelés fajtájáról: Tömöríthető? Illékony? Toxikus? Üveg hulladék szeparált kezelése Kulcsnuklidok ( 137 Cs, 60 Co) bevetése γ spektrometria A legkedvezőtlenebb hulladékos forgatókönyv ne legyen rosszabb a használatben levő radioktív anyag forgatókönyvénél. 41

42 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 3. 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

43 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 4. 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 c1 m1 művelet tiszta V2 szennyezett c2 m2 43

44 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 4. 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 ~ között; DF(szűrő dekontaminációs tényezője) = c1/c0 ~ , 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

45 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 4. Hulladékkezelés: V1 Térfogatcsökkentés: Bepárlás: Folyadék fázisban, ha DF, ekkor jó a művelet. gőz hűtés A folyadék illékony része ne legyen radioaktív.ha elértük a mentességi szintet, az elég. VRF = max. 2 bepárlás V2 V0 45

46 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 4. Hulladékkezelés: Kondicionálás: Üvegesítés: előkészítő művelete: hőbontás; SiO 2, Al 2 O 3, NaO, BeO, B 2 O 3, Li 2 O; szervetlen és amorf anyag, hulladék nem zárványban, MWR= max.10:1, kimoshatósága a legmegfelelőbb, de drága (plazmaív kemence: o C), kiváló sugárállóság Kondicionálás szempontjai: Kezelőszemélyzet dózisa alacsony legyen Rugalmas módszer Hulladéktérfogat legyen minél kisebb Alacsony ár Ellenálló legyen hőfejlődésre, radiolízisre 46

47 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 5. Minősítés-2: dózisteljesítmény mérés 6. Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés: felszíni, felszínközeli (LLW) vagy mélységi tárolás (LLW,ILW,HLW) Fontos: vízzáró réteg, törésvonal ellenőrzése! RTOX érték: radiotoxicitás index ahol A i az izotóp leltári aktivitása, f mi mobilitás index [1/kg]: 1 Bq bevitt aktivitástól mekkora aktivitás-koncentráció alakul ki a táplálékban, Q táplálék [kg/év]. i A i Sv év ( ) t f Q DCF m i i 47

48 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 6. 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

49 4. Radioaktív hulladékok feldolgozása 6. 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

50

51

52

53

54