Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Co s vyhořelým jaderným palivem?

Bez hlubinného úložiště se neobejdeme
 |  5. 4. 2000
 |  Vesmír 79, 190, 2000/4

Jedinou českou jadernou elektrárnou, která je v provozu, jsou Dukovany. Její čtyři reaktory typu VVER–440 byly postupně uváděny do provozu v letech 1985–1987. Vyhořelé palivo se krátce skladuje v bazénu u reaktoru, a poté v meziskladu v areálu elektrárny. S každou nově vyrobenou kWh elektrické energie vyhořelého paliva přibývá a rozhodnutí „kam s ním“ se bude muset udělat bez ohledu na to, zda budou u nás uvedeny do provozu Temelín či další jaderné elektrárny. Ty by sice zvýšily množství vyhořelého paliva, ale na faktu jeho existence již nic nezmění. Lišil by se jen předpoklad pro ekonomickou kalkulaci (jiný objem paliva, jiná „historie“ jeho vzniku, která určuje jeho izotopické složení), nikoliv však politické či ekologické podmínky.

Jak vůbec lze vyhořelé jaderné palivo zneškodnit? Česká republika není na zodpovězení této otázky sama, musí se jí zabývat všechny země, které vlastní jaderné elektrárny. Zatím ale neexistuje shoda v názoru, jaký způsob konečného zneškodnění paliva je nejlepší. Shrneme alespoň možnosti, o nichž se dnes ve světě uvažuje. Jejich výhody a nevýhody je třeba zvážit a navrhnout směry výzkumu pro příští období.

Alternativy zneškodnění jaderného paliva

Čerstvé jaderné palivo, které se používá v elektrárně Dukovany, se vyrábí z uranové rudy obohacením o izotop 235U. Po ozáření v jaderném reaktoru se jeho složení změní. Představuje směs původního oxidu uraničitého (více než 96 %) a nově vzniklých příměsí oxidu plutoničitého a sloučenin téměř všech prvků Mendělejevovy tabulky, které vznikly štěpením jader 235U během řízené štěpné řetězové reakce v reaktoru (viz Vesmír 75, 626, 1996/11). Většina štěpných produktů jsou radioaktivní izotopy, které by po uvolnění do životního prostředí představovaly pro člověka vážné nebezpečí. Ozářené palivo i po vyhoření obsahuje stále určité množství štěpitelných prvků (část původního obsahu 235U a některé z nově vzniklých aktinidů), které mohou být nejen zdrojem využitelné energie, ale za určitých podmínek mohou vyvolat i samovolnou štěpnou reakci. Tyto štěpitelné materiály jsou zneužitelné pro výrobu jaderných zbraní.

Alternativy konečného zneškodnění vyhořelého jaderného paliva vycházejí ze dvou strategií, označovaných jako otevřený palivový cyklus (přímé zneškodnění) a uzavřený palivový cyklus (nepřímé zneškodnění).

Základní koncepcí ČEZ, a. s., majoritního původce vyhořelého jaderného paliva v České republice, je otevřená varianta palivového cyklu jaderné elektrárny, tedy přímé zneškodnění vyhořelého jaderného paliva, které se po vyjmutí z reaktoru určitou dobu skladuje, a potom je nevratně uloženo do hlubinného úložiště. ČEZ, a. s., je odpovědná pouze za skladování, za konečné uložení však odpovídá stát. K tomu účelu byla zřízena Správa úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO), která podle atomového zákona odpovídá za úpravu vyhořelého nebo ozářeného paliva do formy vhodné buď pro uložení, nebo pro jeho další využití. Rozhodnutí, kdy vyhořelé jaderné palivo bude předáno státu, však spočívá pouze na ČEZ, a. s. Do této doby nejde o radioaktivní odpad, ale o potenciálně využitelnou surovinu.

Kdyby byla zvolena varianta uzavřeného cyklu, vyhořelé jaderné palivo by se nejdříve přepracovávalo, oddělovaly by se využitelné štěpitelné nuklidy a palivová surovina (238U), které se mohou dále použít k výrobě energie, od nevyužitelných štěpných produktů a minoritních aktinidů (neptunia, americia, curia). Technologický vývoj ukazuje, že po oddělení bude pravděpodobně možné některé aktinidy i některé štěpné produkty spálit (transmutovat) v jaderných reaktorech. I o této strategii ČEZ, a. s., uvažuje a předpokládá, že předání vyhořelého jaderného paliva státu by se mělo uskutečnit až v druhé polovině nadcházejícího století. Tento odklad má vytvořit časový prostor pro vývoj technologií, které by dokázaly využít zbytkovou energii paliva a zároveň snížit jeho celkovou radiotoxicitu.

Při porovnávání variant se posuzuje jejich bezpečnost, proveditelnost, cena a přijatelnost pro veřejnost. Bezpečnost jednotlivých variant se hodnotí podle úrovně zajištění jaderné bezpečnosti, radiační ochrany, fyzické ochrany a havarijní připravenosti. Zejména se zjišťuje, s jakou pravděpodobností mohou radionuklidy uniknout do životního prostředí nad meze stanovené dozorným orgánem, s jakou pravděpodobností může dojít k samovolné štěpné reakci a jaká je pravděpodobnost, že se plutonium nebo jiné štěpné materiály dostanou do nepovolaných rukou.

Otevřený palivový cyklus

V minulosti se často uvažovalo o mnoha alternativách přímého zneškodnění vyhořelého jaderného paliva, ale mnohé z nich byly později zavrženy – ať již z etických, ekologických, anebo technických důvodů.

Způsoby ukládání dnes již nepřijatelné:

  • mimo Zemi (předpokládalo se vynesení vyhořelého jaderného paliva do meziplanetárního prostoru),
  • do polárních ledovců či trvale zmrzlé půdy,
  • do hlubokých a superhlubokých vrtů nebo subdukční zóny (je založeno na uložení vyhořelého jaderného paliva do takové vrstvy zemské kůry, kde lze očekávat jeho zanoření do hlubších partií),
  • do mořského dna (předpokládalo se uložení několik desítek až stovek metrů hluboko do dna v oblasti hlubšího oceánu, tj. 4000–6000 m).

Způsoby ukládání dnes ověřované:

  • do granitického prostředí v robustním silnostěnném či vysoce korozivzdorném kontejneru (Švédsko, Španělsko, Kanada, Finsko, Švýcarsko, Francie),
  • do tufitické horniny v robustním multibariérovém kontejneru (USA),
  • do soli v robustním multibariérovém kontejneru (Německo),
  • do jílové formace (Belgie, Maďarsko, Španělsko, Švýcarsko, Francie).

Na mnoha fórech se diskutuje o myšlence uložit vyhořelé palivo do regionálního úložiště, které by samo o sobě (bez drahých inženýrských bariér) bylo zárukou ochrany člověka a životního prostředí před radionuklidy. Na nedávné konferenci o radioaktivních odpadech v Tucsonu (USA) byla této otázce věnována velká pozornost.[7] Australští odborníci předložili koncept Pangea, který podpořily významné organizace zabývající se ukládáním radioaktivních odpadů (BNFL, NAGRA, Golden Associates). V konceptu se předpokládá vznik mezinárodního úložiště na některém místě v západní či jižní Austrálii. V důsledku legislativních omezení jednotlivých zemí spojených s přijímáním cizích odpadů, a zejména v důsledku silného odporu veřejnosti přijímat tyto odpady nebo tolerovat převozy zásilek s radioaktivními odpady je však nutno tuto variantu považovat spíše za teoretickou.

V České republice připadá zatím v úvahu pouze varianta uložení vyhořelého jaderného paliva do hlubinného úložiště v granitické hornině. Ostatní vhodná horninová prostředí u nás nemají potřebné rozměry. Do hlubinného úložiště lze (po zajištění v koši suchého úložného kontejneru) umístit kazety vyhořelého jaderného paliva převzaté z meziskladu. Operace nezbytné při jejich překládání do úložného kontejneru představují zanedbatelná rizika. Dosavadním argumentem proti hlubinným geologickým úložištím byly obavy o bezpečnost. Je tedy možné zajistit, že dlouhodobě (po desítky tisíc let) nedojde k úniku radionuklidů do životního prostředí? Jaká je pravděpodobnost vzniku samovolné štěpné reakce nebo jiné události, která by mohla iniciovat únik radionuklidů nad stanovené meze? Některé odpovědi lze nalézt v rámečku nahoře.

Snaha o uzavřený palivový cyklus

Vyhořelé jaderné palivo představuje ještě asi čtvrtinu využitelné energie, kterou mělo původní čerstvé palivo. Nejcennějšími složkami jsou zbylý počáteční štěpitelný materiál (235U), sekundární štěpitelný materiál (239Pu,...) a palivová surovina. Výběr vhodné technologie závisí na tom, zda hlavním cílem je konečná likvidace nebezpečných aktinidů, popřípadě i štěpných produktů, nebo dodatečné získání energie. Zaměříme se převážně na likvidaci aktinidů, zejména plutonia, a některých minoritních aktinidů a vybraných štěpných produktů. K jejich zneškodnění lze využít transmutační reakce probíhající např.:

  • v dnes používaných tepelných lehkovodních anebo rychlých reaktorech,
  • v pokročilých reaktorech s použitím paliva na bázi tekutých kovů typu ALMR (Advanced Liquid Metal Reactor),
  • v podkritických jaderných reaktorech řízených protonovým urychlovačem (ADS – Accelerator Driven Systems, viz Vesmír 71, 369, 1992/7).

Základním krokem všech těchto variant je separace uranu od ostatních aktinidů a štěpných produktů, tj. přepracování vyhořelého jaderného paliva. Ve světě se dnes sledují zejména následující alternativy:

  • Přepracování vyhořelého jaderného paliva ve standardních přepracovacích jednotkách typu PUREX a spálení plutonia v lehkovodních či rychlých reaktorech: Jediným standardním procesem používaným k přepracování vyhořelého jaderného paliva je v současné době technologie PUREX používaná ve Francii, Velké Británii a Rusku. Tato technologie je založena na dobré společné extrahovatelnosti uranu a plutonia z kyselých dusičnanových roztoků roztokem tributylfosfátu. Při separaci se oddělí uran a plutonium, které se již dnes díky technologii MOX paliva (Mixed Oxid: oxid plutoničitý a uraničitý) využívají.

    Ve Francii, Belgii, Německu a Švýcarsku je už do některých běžně provozovaných tepelných lehkovodních reaktorů s palivem UO2 zaváženo MOX palivo tak, že tvoří 30 až 40 % palivové vsázky reaktoru. Spalováním MOX se však spotřebovává jen (přibližně) takové množství plutonia, které vyhořením opět znovu vzniká v UO2,[6] a navíc vyhořelé palivo obsahuje větší množství minoritních aktinidů, což komplikuje jeho přímé zneškodňování.

    Další možností je spalování plutonia v rychlých reaktorech, kde MOX palivo může mít obsah plutonia až 45 %, a tudíž se jeho vyhořením spotřebuje daleko více plutonia než v tepelných reaktorech, kde obsah plutonia v MOX palivu nemůže být zdaleka tak vysoký. Tento typ paliva nelze v ČR využít pro reaktory VVER–440, které jsou v jaderné elektrárně Dukovany, a jeho použití pro reaktory typu VVER–1000 je zatím ve stadiu výzkumu. Podstatně účinněji by bylo možné zneškodnit plutonium ve standardních jaderných reaktorech, kdyby se zabudovalo do inertního materiálu, který neobsahuje uranovou složku způsobující kontinuální konverzi uranu na plutonium. Molybden, wolfram, oxid hlinitý, hořečnatý nebo zirkoničitý představují slibné kandidáty inertních matric jaderného paliva. Vynikající vlastnosti má i nitrid hlinitý nebo zirkonitý.[9] Světový vývoj je zaměřen na výrobu tohoto paliva, které by bylo vhodné i pro reaktory, jež jsou již v provozu.

    Problémem přepracování paliva technologií PUREX je odstraňování minoritních aktinidů, které je nutno ukládat spolu se štěpnými produkty tvořícími odpad při přepracovávání vyhořelého paliva. I po případném zpracování vyhořelého jaderného paliva v zahraničí se tyto odpady vracejí do země původu a musí být uloženy v hlubinném úložišti.

  • Pyrometalurgické přepracování vyhořelého jaderného paliva a spálení plutonia a minoritních aktinidů v rychlých reaktorech s roztavenými kovy (ALMR): Princip pyrometalurgického zpracování vyhořelého jaderného paliva je znám již dlouho, ale zatím se komerčně neuplatnil. Palivové články se nerozpouštějí ve vodném prostředí jako v případě technologie PUREX, pouze se roztaví a štěpné produkty se z taveniny odstraňují některým metalurgickým postupem, při němž palivo zůstává v kovové formě. Tato technologie je rozpracovávána v Japonsku (v rámci projektu OMEGA) a v USA, kde by měla sloužit pro spalování minoritních aktinidů. Její výhodou je, že navržené reaktory přímo pracují s roztavenými kovy. Neřeší však problematiku transmutace dlouhodobých zářičů beta a gama, které musí být uloženy v hlubinném úložišti.[5]

    Perspektivní pyrometalurgickou metodou je fluoridová metoda přepracování vyhořelého jaderného paliva, která byla vyvinuta v 60. letech v USA. Na počátku 80. let v České republice vedla k přípravě zařízení FREGAT, které pracovalo čtyři roky v Dimitrovgradu a přepracovávalo palivo rychlého reaktoru BOR 60.[2] Princip fluoridového zpracování vyhořelého jaderného paliva vychází z působení elementárního fluoru na roztavené vyhořelé jaderné palivo. Uran zde uniká ve formě fluoridu uranového současně s některými těkavými fluoridy štěpných produktů (jako je MoF6 nebo TcF6). Aby dodatečně nevznikalo plutonium, je nutné odstranit uran až z 99,99 % dalším dočišťováním.[2] Plutonium a minoritní aktinidy by se ve formě fluoridových solí transmutovaly např. ve verzi ADS v podkritickém reaktoru, řízeném neutrony vznikajícími na terčíku protonového urychlovače. Palivo by muselo být kontinuálně přepracováváno („čištěno“ od vznikajících silně absorbujících štěpných produktů), aby bylo fyzikálně možné udržovat systém v provozu.

Takto navržené systémy se zatím nejeví jako efektivní.[10] Ani tato technologie uspokojivě neřeší problematiku dlouhodobých štěpných produktů, které by bylo nutno pro případnou transmutaci separovat. Úspěšně transmutovat lze pravděpodobně pouze 99Tc a 129I. Ostatní dlouhodobé radionuklidy (14C, 135Cs, 79Se, 93Zr, 94Nb) by bylo nutné uložit buď do hlubinného úložiště, nebo „zředit“ natolik, že by jejich koncentrace ve výsledném produktu byla menší než hodnoty uvedené v podmínkách přijatelnosti do povrchových úložišť. Tento princip však odporuje obecně přijímané zásadě minimalizovat před uložením radioaktivních odpadů jejich objem.

Ze závěrů studie Výboru pro separační technologie a systémy transmutace, ustaveného v USA Národní radou pro výzkum na žádost amerického ministerstva energetiky, plyne, že žádná ze současně navrhovaných transmutačních technologií neodstraňuje potřebu hlubinného uložení zbytkových odpadů a vývoj transmutačních technologií vyžaduje rozsáhlý výzkum a vývoj.[3]

V České republice neexistuje průmyslové odvětví zabývající se přepracováním vyhořelého jaderného paliva. Existují proto jen dvě možnosti jak postupovat v případě nastoupení koncepčního směru likvidace vyhořelého paliva transmutačními technologiemi: buď na našem území postavit závod na přepracování vyhořelého paliva a speciální reaktory na transmutaci aktinidů a štěpných produktů, anebo vyvážet naše vyhořelé palivo k přepracování a transmutaci do zahraničí.

Uzavřený cyklus neřeší problematiku dlouhodobých radionuklidů, které vznikají aktivací povlaku a konstrukčních materiálů použitých při výrobě jaderného paliva. Ty by se musely buď uložit do hlubinného úložiště, nebo „naředit“ a uložit do úložiště povrchového. Je nutno si rovněž uvědomit, že přepracovatelské závody jsou zdrojem plynného kryptonu a tritia, jodu v různé formě, těkavých radionuklidů ruthenia, aerosolů stroncia a malých množství plutonia a dalších aktinidů. Navíc je třeba zvážit i možnost havárie s únikem radioaktivních látek. V souvislosti s poslední jadernou nehodou v přepracovatelském a výrobním závodě jaderného paliva JCO v japonské Tokai-mura a s mnoha dřívějšími haváriemi v přepracovatelských závodech v bývalém SSSR[4] je nutné připomenout, jak obrovský podíl na vzniku havárií má lidský faktor (liknavost či nezodpovědnost).

Nadřazeným hlediskem ve volbě mezi dvěma zásadními koncepcemi nakládání s vyhořelým palivem je etický princip (nevystavit současné ani budoucí generace riziku ohrožení). Je však obtížné posoudit, která technologie je z tohoto pohledu pro likvidaci vysoce aktivního odpadu i do budoucna bezpečnější: zda pasivně bezpečné hlubinné geologické úložiště, anebo – v případě likvidace vyhořelého paliva transmutačními technologiemi – menší hlubinné úložiště, ale navíc nová jaderná zařízení kombinovaného typu, tj. speciální jaderný reaktor a rozsáhlé radiochemické provozy pro separaci izotopů.

Jestliže se transmutační technologie ukáže jako efektivní, mohla by být v budoucnu přínosná pro země, které vyráběly (vyrábějí), skladují a likvidují jaderné zbraně. (Jde zejména o likvidaci plutonia v koncentracích a objemech, jež u vyhořelého paliva z jaderných reaktorů nemají obdobu.) V těchto zemích již existují rozsáhlé kapacity a provozy určené k práci s nebezpečnými silně radiotoxickými materiály, takže podmínky pro separační práce jsou zde – na rozdíl od České republiky – připraveny. V zájmu naší odborné komunity je, aby se Česká republika alespoň v rámci společného světového výzkumu podílela na vývoji transmutačních technologií. Míru spolupráce patrně určí naše invence v této oblasti.

Existuje ještě jiná možnost?

Není to řešení, ale jen odklad řešení. Hypoteticky nám nic nebrání, abychom vyhořelé jaderné palivo dále skladovali ve střednědobých skladech (meziskladech) a čekali, zda se transmutační technologie osvědčí jako proveditelné a méně nákladné a zda cena uranu stoupne natolik, že množství zbylého 235U a 239Pu ve vyhořelém jaderném palivu vyváží zvýšené náklady na jeho přepracování, anebo bude k dispozici mezinárodní úložiště. Skladování vyhořelého jaderného paliva v meziskladech, ať už povrchových či podzemních, však vyžaduje soustavné sledování, obsluhu a připravenost na možné havarijní stavy včetně teroristických útoků. Proto se stále více uvažuje o hlubinném úložišti, které po určitou dobu umožňuje snadnou vyjímatelnost odpadů, aniž by se snížila funkčnost jednotlivých bariér. Jde tedy částečně i o skladování, které však nevyžaduje soustavné sledování a havarijní stavy nemohou být způsobeny lidským faktorem. Doba tohoto skladování může být velmi dlouhá, závisí zejména na korozivzdornosti použitého kontejneru.

Téměř všechny státy světa, které mají vyhořelé jaderné palivo, intenzivně pracují na přípravě hlubinných úložišt i přes paralelní výzkum v oblasti transmutačních technologií. Také v České republice již několik let probíhají výzkumné a vývojové práce v oblasti hlubinného ukládání hledající nejlepší řešení v našich reálných podmínkách. Podpora, kterou by stát měl věnovat podobně závažným hodnotám a cílům, není dosud příliš zřetelná. Přitom, jak vyplývá ze srovnání s vyspělým světem, jde vždy o podstatnou úsporu nákladů budoucího díla, nesrovnatelně vyšší v porovnání s předchozími náklady na výzkum a vývoj.

Literatura

[1] Jílek M., Picek M., Šik J.: Kontejnery Škoda pro skladování vyhořelého jaderného paliva a úložné obalové soubory pro hlubinné úložiště, Soubor příspěvků konference „Nebezpečné odpady“, Plzeň 6.–7. 10. 1999
[2] Hosnedl P., Valenta V.: Transmutační technologie pro řešení problémů vyhořelého jaderného paliva, Soubor příspěvků konference „Nebezpečné odpady“, Plzeň 6.–7. 10. 1999
[3] Nuclear Wastes – Technologies for Separations and Transmutation, National Research Council, National Academy Press, Washington, D. C., 1996
[4] Proceedings, ICNC’99, 20.–24. září 1999, Versailles, France
[5] Merz E. R.: Waste Partitioning and Transmutation as a Means Towards Long-term Risk Reduction, Berichte des Forschungszentrums Jülich, 1993
[6] Gruppelaar H., Kloosterman J. L., Konings R. J. M.: Advanced Technologies for the Reduction of Nuclear Waste, ECN Petten, 1998
[7] Pentz D. L: Pangea – An International Repository, WM ’99 Conference Tucson, 28. 2. – 4. 3. 1999
[8] Lyman E. S.: A Perspective on the Proliferation Risks of Plutonium Mines U. S. DOE Workshop on Plutonium Stabilization and Immobilization, Washington, D. C., prosinec 1994
[9] Kleykamp H.: Selection of materials as diluents for burning of plutonium, J. Nucl. Materials 275, 1–11, 1999
[10] T. W. Doering, COGEMA, USA – osobní sdělení

Obrázky

Poznámky

1) Jaderná řetězová reakce sama z fyzikálních důvodů ustane po určité době, kdy se teplem vyvinutým během reakce odpaří moderační médium havarijně vniklé do prostoru, kde došlo k potenciálně kritické koncentraci štěpných izotopů.
2) Mezi ně patří odpad z přepracování vyhořelého jaderného paliva, samo nepřepracovávané vyhořelé jaderné palivo, odpady z vyřazování jaderných zařízení, odpady z výzkumu, ze zdravotnictví apod. 

MULTIBARIÉROVÝ SYSTÉM HLUBINNÉHO ÚLOŽIŠTĚ


  • Bariéry proti úniku radionuklidů. Podle současných projektů bude palivo v úložišti chráněno řadou na sobě nezávislých bariér. První bariérou je samotný materiál paliva, druhou zirkoniový povlak paliva (není znám mechanizmus, který by jej při uvažovaných teplotách mohl poškodit). Další bariérou je kontejner, buď ze silné vrstvy uhlíkaté oceli, která koroduje plošně, nebo z vysoce korozivzdorného materiálu (mědi, titanu, niklu), který koroduje lokálně. V ČR se uvažuje též o tenkostěnném kontejneru z vrstev různých materiálů (niklu a uhlíkové oceli) korodujících různým mechanizmem.[1] Životnost kontejneru se pohybuje v rozmezí 500 až 1 000 000 let (měděný kontejner). Následující bariérou je zhutněný bentonit, který téměř nepropouští vodu a po poškození kontejneru, povlaku a rozpuštění matrice paliva mohou radionuklidy migrovat pouze difuzí. Poslední bariérou je vlastní geologické prostředí, které musí být zvoleno tak, aby se snížila pravděpodobnost degradace předchozích inženýrských bariér a maximálně zpomalila migrace radionuklidů.

  • Zábrana proti vniknutí moderátoru. Jaderné palivo s nižším obohacením 235U než 5 % nemůže být kritické bez přítomnosti moderátoru (látky sloužící k zpomalování neutronů, např. vody). Pro vyhořelé palivo z již provozovaných komerčních tlakovodních tepelných reaktorů (včetně VVER) z podobného výpočtu vyplývá, že kritické by mohlo být pouze po vniknutí moderátoru do ukládané jednotky. Jednotka vyhořelého paliva sice může vypadat různě, ale vždy obsahuje bariéry, které mají zamezit vniknutí vlhkosti. Voda by mohla způsobit vnitřní kritičnost (tj. kritičnost ukládané jednotky oproti kritičnosti celého úložiště anebo jeho části). Kdyby však přesto taková situace nastala, ukazují analýzy prováděné v podmínkách nevadského hlubinného úložiště v Yucca Mountain, že následky hypotetických kritických stavů pro různě dlouhé doby trvání 1) by byly malé. Výrazně by neměnily jeho izotopické složení ani jeho úhrnnou aktivitu.

  • Ochrana před nepovolanými osobami. S jadernými odpady, které obsahují štěpitelné materiály, by se podle mezinárodních doporučení mělo nakládat tak, aby nelegální způsob jejich získání byl stejně obtížný jako výroba nového jaderného materiálu. Z rozboru amerických odborníků[8] vyplývá, že existuje pouze jediný scénář, kdy by toto omezení nemuselo stačit: jestliže by skupina lidí nemajících přístup k provozovaným jaderným zařízením chtěla vyrobit jaderné zbraně rychlostí srovnatelnou s jejich produkcí supervelmocemi v době studené války.

Úložiště jsou stovky metrů pod zemí a po naplnění jsou nevratně uzavřena. Selhání zařízení, přístrojů anebo lidí nehrají proto pro bezpečnost úložiště takovou roli jako u ostatních jaderných zařízení. Rozhodujícím faktorem bezpečnosti jsou dlouhodobé procesy degradace materiálů a odhadované změny prostředí (z geologického, seizmického, hydrogeologického a geochemického hlediska).

Počítačové simulace tvrdých podmínek pro nově vyvinuté špičkové materiály dávají možnost prozkoumat degradační proces a určit chování materiálu na tisíce let dopředu. Modelování dále umožňuje poznat pohyb radionuklidů z porušených jednotek a hledat potenciální kritické stavy úložiště i s výhledem do budoucnosti. Nejistoty takových výsledků rostou, čím dále do budoucna „předpověď“ sahá. Jestliže jsou však takové stavy vyhodnoceny jako „možné“, jsou v samotném konceptu úložiště provedeny změny, které těmto stavům brání. Z ohromného množství výpočetních analýz předcházejících projektu a stavbě vyplyne jak bezpečnost a životaschopnost hlubinného geologického úložiště, tak náklady na jejich zajištění. Protože jde o jedinou v současné době dostupnou technologii uložení velkého množství vysoce radioaktivních odpadů nejrůznějšího původu, 2) je použití nejmodernějších a nejpokročilejších metod vývoje této varianty nutné. Každým dnem výzkumu a vývoje se reálná cena budoucího hlubinného úložiště snižuje.

Elementy o radioaktivitě


Uvažovali jste někdy o informovaném souhlasu (nesouhlasu) v jiné souvislosti než s lékařským zákrokem? Nebo raději přenecháváte rozhodování o věcech, kde z principu nemůžete dohlédnout důsledky rozhodnutí, pouze odborníkům? Zdá se, že obě řešení mají svá úskalí. Naprosto nezbytnou vzájemnou komunikaci (a pochopení, o čem odborník mluví) usnadňuje obeznámenost se základy problematiky. To sice nevyřazuje odborníka ani nezaručuje kvalitu informovaného souhlasu, ale zvyšuje to šanci, že např. můžeme odhalit případnou snahu o manipulaci s daty a emocemi.

  1. Co je zdrojem přirozeného radioaktivního pozadí?

    • Kosmické záření, jehož dávkový příkon se mění s nadmořskou výškou a zeměpisnou šířkou.

    • Záření emitované řadou radioaktivních nuklidů přítomných v zemské kůře (uran, thorium) – jejich obsah se mění v závislosti na geologickém složení.

    • Vzduch, který obsahuje radon, radioaktivní plyn produkovaný rozpadem uranu v zemské kůře.

    • Jídlo a nápoje, které obsahují radioaktivní nuklidy (především radioaktivní izotopy 40K a 14C) a které se po požití stávají částí tkání a kostí.

  2. 2. Které lidské aktivity přispívají k zvýšení radioaktivního pozadí?

    Všechny lidské činnosti, které způsobí, že se přirozené radioaktivní nuklidy dostanou ze spodních vrstev zemské kůry na její povrch, do vzduchu a vody, dále testy jaderných zbraní, jaderné havárie včetně havárií jaderných zbraní anebo lodí a ponorek na jaderný pohon... Např. při povrchové těžbě fosilních paliv se do ovzduší uvolňuje radon z lomů a ze skrývek. Při spalování uhlí se radon uvolňuje přímo do ovzduší. V popílku pak dochází ke koncentraci přirozeně radioaktivních nuklidů obsažených ve fosilním palivu.


  3. V jakých jednotkách se měří dávka ionizujícího záření?

    Podle normy je dávka, resp. absorbovaná dávka v daném bodě, určený podíl střední sdělené energie předané ionizujícím zářením látce a hmotnosti této látky. Jednotkou je Gy (Gray, rozměr m2s–2). Dávkový příkon udává změnu dávky s časem. Pokud jde o elektromagnetické záření anebo nenabité částice, využívají se ionizační účinky sekundárních částic vznikajících při jejich interakci s hmotou.


  4. V jakých jednotkách se měří radioaktivita?

    Radioaktivita je vlastnost některých jader spontánně emitovat částice či fotony nebo emitovat rentgenové záření, doprovázející zachycení orbitálního elektronu jádrem, nebo se štěpit. V tomto smyslu hovoříme o radioaktivní přeměně jader. Měřená veličina se podle normy nazývá aktivita a její jednotkou je Bq (becquerel, rozměr s–1), který udává podíl středního počtu radioaktivních přeměn v určitém množství radionuklidu za časový interval a tohoto časového intervalu.


  5. Jak velikou dávku obdrží člověk z přirozených zdrojů záření?

    Pro účely radiační ochrany se uvažuje zejména biologická účinnost záření a citlivost orgánů na ozáření. Definuje se ekvivalentní dávka jako součin střední absorbované dávky v zasažené tkáni a radiačního váhového faktoru závažnosti absorbované dávky podle biologických účinností nabitých částic, které tuto dávku působí. Dále se definuje efektivní dávka úměrná ekvivalentní dávce s koeficientem úměrnosti lišícím se pro různé orgány. Konečně se určuje tzv. úvazek efektivní dávky a ekvivalentní dávky jako časové integrály jejich příkonů (časových změn těchto veličin). Společnou jednotkou je Sv (sievert, rozměr m2s–2). Lidská populace obdrží v celosvětovém průměru 2,4 mSv na člověka za rok, z toho z přirozených zdrojů celkem přibližně 68 %, tj. 1,6 mSv.


  6. Jaká je nejvyšší povolená dávka pro obyvatelstvo?

    Vyhláška Státního dozoru pro jadernou bezpečnost stanoví pro činnosti vedoucí k ozáření základní obecný limit pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření 1 mSv/rok. Tento limit se však nevztahuje na některé činnosti, např. na lékařskou diagnostiku a léčení.


  7. Co je LD50 a jaká je její hodnota?

    Střední smrtelná dávka (LD50, median lethal dose) je absorbovaná dávka, která během určitého času usmrtí 50 % široké populace daného druhu. Pro člověka tato dávka leží někde mezi 3 až 4 Gy.


  8. Je možné seřadit jednotlivé druhy záření podle biologické účinnosti?

    Radiační váhové faktory (viz otázku č. 5) podle biologických účinností záření:

    záření alfa 20

    záření beta 1

    záření gama 1

    neutrony s energií menší než 10 keV 5

    neutrony s energií 10 keV až 100 keV 10

    neutrony s energií 100 keV až 2 MeV 20

    neutrony s energií 2 MeV až 20 MeV 10

    neutrony s energií větší než 20 MeV 5

    miony 1

    protony 5


/ib+lm+mm/

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Technické vědy

O autorech

Aleš Laciok

Ludmila Marková

Antonín Vokál

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné