KONEČNÁ LIKVIDACE

Po dočasném skladování v jaderných elektrárnách přijde na řadu konečná likvidace odpadů.

Třebaže se někdy objevuje názor, že problém likvidace vysokoaktivních odpadů není ještě vyřešen, není tomu tak. Takového odpadu ještě není mnoho, protože jaderné elektrárny nespotřebovávají mnoho paliva. Vyhořelé palivo nebo odpad vyprodukovaný za celou dobu životnosti elektrárny je možné uskladnit v poměrně malém prostoru. Významnou ekologickou výhodou jaderné energetiky je způsob zacházení s odpady: nešíří se volně do životního prostředí, ale radioaktivní materiál je po dlouhá období uchován uvnitř palivových článků, ve kterých vznikl. Protože vyhořelého paliva je málo a může se skladovat velmi dlouho, není důvod spěchat zatím s rozhodnutím o jeho konečné likvidaci.
O způsobech likvidace vysokoaktivních odpadů, ať již ve formě zeskelněných zbytků po přepracování, nebo přímo samotného vyhořelého paliva, panuje mezi odborníky shoda. Budou se ukládat do kontejnerů odolných proti korozi a s nimi do umělých dutin 300 až 1000 m pod zem v hlubokých geologických formacích. Navrženy jsou již i speciální metody převedení odpadu na neaktivní materiál pomocí urychlovačů.

Schéma vitrifikace vysokoaktivních odpadů

Vitrifikace

Vysokoaktivní kapalné odpady se upravují převedením na stabilní materiál sklo. Po odstranění vody z odpadu se přidají sklotvorné přísady a běžnou sklářskou technikou se při asi 1200 °C vytaví křemičitanové nebo boro-křemičitanové sklo. Zkoušejí se i fosfátosilikáty. Zeskelněné odpady mají vysokou odolnost vůči vyluhování vodou, dobrou tepelnou vodivost a mechanickou pevnost. Pro ještě lepší tepelnou vodivost se zkoušejí kapky skla obalovat kovem roztaveným olovem nebo hliníkem.
V r. 1978 byl uveden do provozu první průmyslový závod na vitrifikaci odpadů v Marcoule ve Francii, v r.1987 v Čeljabinsku v Sovětském svazu, v r.1989 druhý závod ve Francii v Cap de La Hague a v r.1990 ve Windscale ve Velké Británii. Tyto závody dokážou zpracovat všechny odpady, které při přepracování paliva vznikají.
Od října 1985 do září 1991 byl v provozu vitrifikační provoz v Mole v Belgii, nyní podstupuje modernizaci. Další země mají projekty na vlastní vitrifikační závody. Čína chce převzít belgickou technologii, Japonsko zkouší zařízení s americkou technologií, které by mělo vyrobit asi 140 sudů vitrifikovaného odpadu za rok. USA má tři vitrifikační projekty v různých stádiích vývoje, z toho dva jsou určeny pro likvidaci zbrojních pracovišť. Proces vitrifikace radioaktivních odpadů byl zvládnut i v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži.

Projekt ATW

Pod touto zkratkou se skrývá nejmodernější koncepce zneškodňování vysokoaktivních odpadů v překladu tato zkratka znamená přeměnu odpadu pomocí urychlovače. Působením neutronů z urychlovače se vysoce radioaktivní prvky s dlouhým poločasem rozpadu mohou přeměňovat na krátkodobé nebo dokonce na neradioaktivní.
Metodu vyvinuli vědci z výzkumné laboratoře Los Alamos v USA, jako vedlejší využití silných urychlovačů určených původně pro hvězdné války. Velký lineární urychlovač protonů z terčíku z vhodného materiálu (roztavené olovo) vyrazí neutrony, kterými se ostřeluje radioaktivní odpad. Ten je ve formě taveniny s fluoridem LiBeF2 nebo v roztoku s těžkou vodou. Přitom vzniknou buď látky s krátkým poločasem rozpadu, které stačí uložit jako odpad jen na 10 až 50 let, což je podstatně méně problematické, než na desetitisíce let, nebo dokonce i látky neradioaktivní.

Reaktor pro transmutaci radioaktivních odpadů.
Typický výkon 500 MW.

Při transmutaci radioaktivních prvků se vyvíjí velké teplo, takže takovéto zařízení by se dalo využít i pro výrobu elektrické energie. Kdyby se urychlovač instaloval do areálu jaderné elektrárny, mohl by po skončení její životnosti likvidovat vyhořelé jaderné palivo a dál vyrábět elektřinu na stávajícím elektrárenském zařízení. Využilo by se tak nejen to, co dnes nazýváme odpadem, ale i všechna ostatní zařízení elektrárny včetně turbín, chladicích věží atd. Nová elektrárna ani nevyžaduje taková bezpečnostní opatření jako klasická jaderná elektrárna, neboť teplo nevzniká řetězovou štěpnou reakcí.
V tomto typu elektrárny lze stejným způsobem jako vyhořelé palivo "spalovat" také thorium. Thorium je čtyřicátý nejčastější prvek v zemské kůře. Přitom ze 12 gramů thoria lze uvolnit tolik energie jako spálením 30 tun uhlí. Bude-li tento reaktor schopen přeměnit 99 % svých zplodin, získáme téměř neomezený zdroj energie, takřka bez odpadu.
Potřebné silné urychlovače jsou velmi nákladná zařízení a potrvá jistě několik let, než budeme moci tuto převratnou technologii uvést do provozu. Je však krásnou ukázkou toho, že problémy, které se nám dnes zdají obtížné, mohou být zítra díky novým vědeckým objevům elegantně vyřešeny.

Zneškodnění jaderných odpadů
v hlubinném vrtu v síře.

Ukládání do síry

Vedle dnes už "klasických" projektů na ukládání vyhořelého paliva a vysokoaktivních odpadů, vznikl v roce 1990 v Rusku zajímavý projekt ukládání odpadu do hlubokých, až pětikilometrových vrtů, vyplněných nízkotavitelným a ve vodě nerozpustným materiálem, nejlépe sírou. Odpad v hermetických pouzdrech se spustí do vrtu, kde teplem, které vyvíjí, roztaví síru. Teplota tavení síry je 113 ° C a její tepelná vodivost je asi desetkrát nižší než tepelná vodivost hornin. Jaderný odpad zvýší teplotu dna vrtu asi na 500 ° C. V důsledku tepelné roztažnosti hornin a chemického působení síry se průměr vrtného otvoru dole zvětší, celý sloupec nahromaděného odpadu se začne posouvat dolů. Vznikne "kapka" o teplotě až 1800 ° C, síra vytvoří s oxidy železa z okolních hornin pyrit. Odpad pomalu klesá do hlubin a jeho postup se zpomaluje podle toho, jak se odpad rozpadá a ztrácí radioaktivitu. Samovolný pokles může postupovat až do 10 km. Jeden vrt lze využít pro takovéto ukládání až třikrát. Nerozpustný pyrit tvoří matrici, která zabrání úniku radionuklidů nejméně po tři miliony let. Bezpečnost metody zaručuje též velká hloubka, které lze dosáhnout vrtem ve srovnání s klasickými důlními metodami. Tento způsob likvidace odpadu je blízký přírodnímu procesu, který se odehrával při vzniku naší Země.