Nukleáris hulladékkezelés http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/fizkem/kornymern/nukleáris környezetvédelem
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
A világ elektromos energia igénye ill. annak részesedése: T=10 12 A világ energiaforrásai Organisation for Economic Co-operation and Development
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 %
A fűtőanyagok összehasonlítása Tűzifa Barnaszén Feketeszén Földgáz Nyersolaj Természetes U, könnyűvizes reaktor 16 MJ/kg 9 MJ/kg 24-30 MJ/kg 39 MJ/m 3 45-46 MJ/kg 500.000 MJ/kg Szennyezés: Széntüzeléses erőmű 1000 MW e (3.000.000 t szén/év): 7.000.000 t CO 2 200.000 t SO 2 200.000 t hamu toxikus fémek As, Cd, Hg szerves karcinogének mutagének természetes radioaktív izotópok
Alternatív/megújuló energiaforrások: konverzió elektromossá? η ~ 20 %, háttér földrajz jelenleg: 200.000 MW e háttér földrajz részesedése jelenleg 18 % természetes - mesterséges jelenleg: 8.000 MW e földrajz élelmiszer vagy energia?
Jelenleg 442 nukleáris erőmű 27 építés alatt (Finnország) Fő terjeszkedés: Távol-kelet Dél-Ázsia
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
1000 MW e teljesítményű könnyűvizes reaktor U-ciklusa
172t az áram ára tartalmazza a hulladékkezelés költségeit!
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
Alapelvek: Koncentrálás és ellenőrzött tárolás Hígítás és eloszlatott kibocsátás Késleltetés - bomlás
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
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
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
Kis és közepes aktivitású hulladék Paks/év: 200 m 3 folyékony 400 m 3 szilárd 90 Sr 137 Cs 600 év
Kis és közepes aktivitású hulladékok végleges elhelyezése 1. Stabilizálás RM acélhordó
2. Végső elhelyezés rövid T 1/2 felszínközeli tárolókban, hosszabb T 1/2 (reproc) : mélységi elhelyezés
HLW nagy aktivitás nagy hőfejlődés hosszú felezési idő 1. Kiégett fűtőelem: 50 természetes és 1500 mesterséges radioaktív izotóp 10-4 s < T 1/2 < 4,5.10 9 év kivétel pillanatában: 10 4 watt/t U hőtermelés nagy aktivitású hasadványok 1-1,5 év pihentetés ( hűtés )
A reaktorból kikerült fűtőelemek hosszú felezési idejű izotópjainak aktivitása az idő függvényében
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. 25-30 t kiégett fűtőelem
α-sugárzók a fűtőelemgyártás, reprocesszálás α-dús maradéka hosszú felezési idő HLW-ként kezelendő
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: 200.000 t kiégett fűtőelem, 25-30 % 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
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
Reprocesszálás ma: 25-30 % A kiégett fűtőanyag kémiailag is mérgező távműködtetett zárt technológia 500 t/év, 90000 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
Nagy aktivitású hulladékok végleges elhelyezése 1. Stabilizálás bórszilikát RM
2. Végső elhelyezés: mélységi elhelyezés Végleges mélységi elhelyezés modellje
gránit/vastag sóréteg/bazalt, tufa, pala/agyag
Nagy mélységben lévő STABILIS geológiai formációk (múltbéli viselkedés alapján)
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 10.000 50.000 év a hosszú T 1/2 a természetes U szintjére csökken 100.000-500.000 év a nagy A hulladék ellenőrzött tartózkodási ideje
Alternatíva? Accelerator driven Transmutation of Waste p besugárzással rövid T 1/2, kis és közepes A Új nukleáris reaktor generáció Fúziós energiatermelés