Osobní nástroje
Nacházíte se zde: Úvod Výzkum Radioaktivní odpady Ukládání odpadů v ČR

Ukládání odpadů v ČR

Úvod

V průběhu let 1947–53 vzrostla v tehdejší ČSSR výroba elektřiny na trojnásobek, a proto bylo potřeba hledat zdroj pro pokrytí potřeby rychle se rozvíjejícího průmyslu. Jako velice přitažlivá se jevila jaderná energie. Při ČSAV byla nejdříve zřízena Laboratoř nukleární fyziky, z které se v roce 1955 stal Ústav jaderného výzkumu v Řeži u Prahy. Zde byl 24. 10. 1957 spuštěn experimentální reaktor.

V roce 1974 byla započata výstavba naší první jaderné elektrárny v Dukovanech. První reaktorový blok byl uveden do provozu 4. května 1985, poslední čtvrtý blok 20. července 1987. V elektrárně jsou ve dvou dvojblocích instalovány celkem čtyři tlakovodní reaktory typu VVER 440 - model V 213, každý o elektrickém výkonu 440 MW. V areálu elektrárny se nachází úložiště nízko a středně aktivního odpadu. V roce 1995 byla v areálu elektrárny dokončena výstavba a po zkušebním provozu byl zahájen trvalý provoz suchého meziskladu vyhořelého paliva s kapacitou 60 kontejnerů CASTOR 440/84.

RADIOAKTIVNÍ ODPADY

ROZDĚLENÍ RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ

Při provozu jaderného reaktoru vznikají různé radioaktivní látky. Převážnou většinu z nich (cca 99 %) tvoří štěpné produkty uzavřené v palivových článcích. Zbývající radioaktivní látky vznikají i mimo palivové články, zejména pohlcováním neutronů (zcela nepatrná část těchto látek se po úpravách kontrolovaně vypouští do atmosféry a do vodotečí, čímž se dále ředí). Ostatní radioaktivní látky vytvářejí tzv. reaktorové radioaktivní odpady, které se musí zpracovat a pak definitivně uložit tak, aby nemohly proniknout do životního prostředí v množství, které by ohrozilo současnou nebo budoucí populaci. Radioaktivním odpadem se rozumí jakýkoliv materiál, pro který se neplánuje žádné další užití a jehož charakter a úroveň radioaktivity jsou takové, že z hlediska radiační bezpečnosti neumožňují jeho bezprostřední rozptýlení do životního prostředí. Producentem těchto odpadů nemusí být pouze jaderná energetika, ale i například zdravotnictví a některá další odvětví průmyslu.

Podle intenzity záření a doby, po kterou toto záření produkuje, je možné radioaktivní odpad rozdělit do tří skupin:

  • nízkoaktivní odpad
  • středně aktivní odpad
  • vysoce aktivní odpad

Nízkoaktivní odpad

Nízkoaktivní odpady tvoří asi 90 % veškeré produkce radioaktivních odpadů. Jsou tvořeny převážně zbytky z radioaktivních provozů jako jsou kontaminované drtě, kovy, papírové a plastikové obaly, nářadí a ochranné oděvy tvoří objemově značnou část radioaktivních odpadů jako celku. Tyto látky obsahují poměrně malé množství radionuklidů a z tohoto důvodu není nutné tyto látky odstiňovat ani chladit a lze je ukládat do povrchových úložišť. Spalitelná část těchto odpadů bývá před uložením zpopelněna. Poločas rozpadu nízkoaktivních odpadů je zhruba 30 let.

Středně aktivní odpad

Za středně aktivní označujeme odpad, který nemůže být zařazen do kategorie nízkoaktivního odpadu, ale zároveň nevyžaduje speciální zacházení jako vysokoaktivní odpad. Při manipulaci a přepravě středně aktivního odpadu je nutné stínění, ale uvolňované teplo je malé. Za středně aktivní odpad lze označit především servisní materiály, jako jsou povlaky paliva, konstrukční materiály palivových souborů, nečistoty ve formě kalů, náplně kolon chemické úpravy chladiv, moderátorů, ale i zařízení na úpravu vyhořelého paliva.

Některé z těchto odpadů vyžadují trvalé uložení v hlubinném geologickém úložišti, v ostatních případech je možné použít úložiště povrchového typu.

Vysoce aktivní odpad

Vysoce radioaktivní odpad uvolňuje značné množství tepla - vyžaduje chlazení a stínění. Více než 90 % tohoto druhu odpadu tvoří vyhořelé palivové články z jaderných elektráren. Ty obsahují především štěpné produkty, vznikající ozářením jaderného paliva v reaktoru. Tyto látky se vyskytují převážně ve skupenství kapalném a jsou obvykle uloženy do skleněné matrice při procesu zvaném vitrifikace. Hlavním nebezpečím vysoce aktivních odpadů je velká koncentrace radioaktivních a extrémně dlouhodobých radionuklidů, s poločasem rozpadu sto tisíc i více let. Odborníci uvádějí, že nejnebezpečnější doba je prvních zhruba 300 let.

Z celkové produkce představují vysoce aktivní odpady poměrně malé procento, asi 1 %, ale obsahují 99 % veškeré aktivity. Z ekologického hlediska je významné, že tento odpad obsahuje některé radioaktivní nuklidy s velmi dlouhým poločasem přeměny a jeho trvalé uložení bude muset být zabezpečeno na mnoho tisíc let. Je tedy zřejmé, že trvalé uložení je možné pouze v hlubinném geologickém úložišti s dlouhodobou životností.

ZPRACOVÁNÍ RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ

Počáteční fáze palivového cyklu, tj. těžba a úprava uranové rudy, obohacování paliva a výroba palivových článků jsou již technicky dokonale a bezpečně zvládnuty v rozsáhlém průmyslovém měřítku. To se však nedá konstatovat o závěrečné fázi palivového cyklu, tj. o přepracování paliva a ukládání příslušných odpadů. Úprava a zpracování radioaktivních odpadů před jejich uložením závisí na typu a skupenství odpadu. Hlavním účelem zpracování je zmenšit objem odpadu, převést radioaktivní nuklidy do stabilní nerozpustné formy a uzavřít je do vhodných obalů, aby se v budoucnosti zamezilo případným únikům těchto látek do životního prostředí.

Dalším možným postupem při zpracování jaderného odpadu je jeho přepracování a opětné využití. Bohužel i přes dosažené úspěchy při vývoji technologie se ukázalo, že ceny regenerovaného uranu a získaného plutonia nepokryjí náklady na přepracování. Proto si přepracovávání vysoce aktivního odpadu mohou dovolit jen některé státy (Francie, Velká Británie, Rusko). Z jedné tuny vyhořelého paliva tak vzejde jen 115 litrů vysoce aktivního odpadu, který se dále zpracovává vitrifikací.

První závod na vitrifikaci odpadů byl uveden do provozu v roce 1978 ve francouzském Marcoule. Dalším byly Čeljabinsk (1987), francouzský závod Cap de La Hauque (1989) a nakonec Windscale ve Velké Británii (1990). Projekty na vitrifikační závody mají i další země a tento proces byl zvládnut také v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži.

Vyhořelé palivo, které je vyňato z aktivní zóny reaktoru, nelze bezprostředně zpracovávat. Musí být po dobu jednoho až tří let skladováno a chlazeno ve speciálních nádržích, aby se rozpadly některé krátkodobé a střednědobé radioaktivní izotopy, a tak se snížila celková aktivita paliva a aby klesl tepelný výkon z rozpadu štěpných produktů.

Skladovací nádrže, které se dnes používají, jsou naplněny vodou. Voda účinně stíní radioaktivní záření a je dobrým chladivem, je lehce dostupná, snadno se zpracovává a díky její průhlednosti je možná vizuální kontrola manipulace s palivem pod hladinou.

Vnitřní stěny nádrží jsou chráněny plechy z nerezavějící oceli a nádrž je také vybavena účinným zařízením na kontinuální filtraci, demineralizaci a chlazení vody. Těmito opatřeními a zvýšenou těsností palivových článků se docílí snížení obsahu radioaktivních látek v chladící vodě.

Po tříletém skladování by se měli palivové soubory odvážet ke konečnému zpracování, ale vzhledem k nedostatečným kapacitám a již dříve zmiňovaným ekonomickým problémům se nejdříve umísťují do meziskladů. Zde dochází k dalšímu snižování radioaktivity a postupnému chladnutí. Mezisklady lze rozdělit podle dvou hledisek:

  • podle umístění meziskladu
  • podle typu meziskladu

Mezisklad může být umístěn buď přímo v areálu jaderné elektrárny nebo samostatně jako centrální mezisklad pro všechny radioaktivní elektrárny v zemi.

Podle typu meziskladu rozeznáváme mokrá skladovací zařízení a suchá skladovací zařízení. Metoda mokrého skladování je obdobou technologie skladovacích bazénů. Tato metoda je velice ekonomicky náročná, navíc z hlediska bezpečnosti není několikanásobná manipulace s odpadem právě nejvhodnější.

Naopak při suché metodě je manipulace s materiálem mnohem jednodušší. Tato technologie dnes již natolik pokročila, že ji lze použít pro skladování všech typů palivových článků. Články jsou ukládány do speciálních kontejnerů, mnohdy i multifunkčních, které slouží jak pro převoz, tak pro uložení ve finálním úložišti. Chlazení probíhá proudícím vzduchem.

Z meziskladu stejně jako ze zpracovatelských závodů by se měly odpady ukládat do finálních úložišť.

ÚLOŽIŠTĚ

UKLÁDÁNÍ RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ

Ukládání nízko a středně aktivních odpadů

Tyto odpady lze rozdělit na:

  • institucionální odpady
  • provozní odpady

Nízko a krátkodobé středně aktivní odpady nejsou tak velkým nebezpečím jako například vyhořelé palivo. Z tohoto důvodu není v některých případech nutné je ukládat do hlubinných úložišť nebo používat jiné, složitější způsoby likvidace. Jedná se především o institucionální odpad, tedy odpad vzniklý provozem výzkumných a zdravotnických zařízení, zemědělských a potravinářských podniků. Odhaduje se, že v České republice je zhruba 500 původců institucionálních odpadů. Část těchto odpadů je zpopelnitelná. U zbývajícího odpadu se co nejvíce zmenšuje objem a uzavírá se do bezpečného obalu. Jejich fixace je provedena “zacementováním“ do 500 litrových sudů. Po takto provedeném zabezpečení se odpad ukládá většinou do povrchových nebo podpovrchových úložišť, které je nutné chránit od přírodních, ale i technologických vlivů, mezi které patří koroze, tepelná pnutí atd. Vzhledem ke krátkodobé aktivitě těchto odpadů se úložiště po naplnění uzavřou a po dobu řádově v desítkách let se monitorují. Po této době se předpokládá, že nebudou dále ohrožovat životní prostředí.

Prvním takovýmto typem úložiště radioaktivního odpadu se stala část podzemního lomu Alkazar u Hostími (okr. Beroun) v roce 1959. V roce 1964 bylo toto úložiště uzavřeno. Uzavření úložiště, spočívající v několikanásobném zazdění vstupů, se v průběhu osmdesátých let projevilo jako nedostatečné proti násilnému vniknutí. Důkladnější uzavření úložiště bylo provedeno v roce 1997 zaplněním všech prostorů úložiště betonem.

Úložiště ČR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 V roce 1964  bylo zprovozněno druhé úložiště v komplexu bývalého vápencového dolu Richard II u Litoměřic. Toto úložiště je stále v provozu.

V roce 1974 bylo otevřeno úložiště nízko a středně aktivního institucionálního odpadu v důlním komplexu Bratrství u Jáchymova. Je určeno výhradně k ukládání odpadů s přírodními radionuklidy. I toto úložiště je stále v provozu a dokonce se u obou těchto úložišť uvažuje o rozšíření jejich kapacit za rok 2005.

Provozní odpady vznikají v provozech jaderných elektráren. Jedná se o odpady popsané podrobněji u středně aktivních odpadů: servisní materiály, jako jsou povlaky paliva, konstrukční materiály palivových souborů atd. Stejně jako institucionální odpady i provozní jsou, pokud je to možné, páleny nebo lisovány a posléze fixovány tak, aby neznečišťovaly okolní prostředí.

Na území České republiky existuje takovéto úložiště pouze jedno, přímo v areálu jaderné elektrárny Dukovany. Úložiště Dukovany je povrchového typu a je tvořeno 112 jímkami ve 4 řadách. Případnému úniku radionuklidů do biosféry zabraňuje soustava inženýrských bariér s dlouhodobou životností. Prostory mezi sudy jsou vyplňovány maltovou směsí. Jsou zde ukládány nízkoaktivní bitumenované odpady nebo slisované pevné odpady ve 200 l pozinkovaných sudech z provozu jaderné elektrárny Dukovany. Kapacita úložiště je dostačující pro uložení všech nízkoaktivních odpadů, které vznikly a vzniknou v provozu elektráren Dukovany a Temelín a to i v případě, že životnosti těchto elektráren budou prodlouženy o 10 let. Doba kontroly povrchového úložiště Dukovany se odhaduje na 300 let. Dále je možné, že se sníží celkové nároky na uskladňování radioaktivních materiálů vzhledem ke zlepšujícím se technologiím v jaderném průmyslu. Jedná se zejména o zavedení nového typu paliva, kterým se sníží množství provozních odpadů.

Ukládání vysoce aktivních odpadů

Posledním krokem k odstranění problému s radioaktivními odpady je vybudování konečného úložiště. Ať už vyhořelý radioaktivní odpad dále zpracováváme a upravujeme nebo ne, vždy je nutné jej nakonec nějakým způsobem uložit. Nejčastěji je navrhováno hlubinné ukládání v podzemních a podmořských úložištích.

Podmořské úložiště by mohlo být vybudováno ve stabilních geologických formacích pod mořským dnem. Odpad by byl uložen relativně mělko v nekonsolidovaných sedimentech nebo v konsolidovaných sedimentech ve spodnějších vrstvách. Další možností by také mohlo být čedičové podloží pod mořským dnem. Přestože má tato koncepce bezesporu mnoho výhod, např. v hlubinných sedimentech odpadá problém podzemní vody, možnost rozředění radioaktivity v případě úniku, vysoký stupeň ochrany proti nepředvídatelným situacím, vyvstávají zde problémy technické proveditelnosti a problém politicko-sociální, týkající se smluv o nedotknutelnosti mezinárodních vod.

Podzemní úložiště je oproti podmořskému použitelným a technologicky proveditelným způsobem ukládání vysoce aktivního odpadu. Hlavní myšlenkou tohoto projektu je ukládání do hlubinné geologické formace pokud možno neporušeného masivu. V úvahu přicházejí solné formace, krystalické horniny a jíly.

Každá z těchto geologických formací má své specifické vlastnosti vzhledem ke konstrukci úložiště. Všechny země, které se odpovědně zabývají likvidací jaderných odpadů a chtějí budovat hlubinné úložiště, musí obvykle zřídit nejdříve podzemní laboratoř. Hlavním důvodem pro vybudování podzemní laboratoře je potřeba získat informace o chování hornin ve velkých hloubkách, o metodách jejich průzkumu, o dlouhodobé stabilitě vyražených prostor a změnách vlastností hornin, plynoucích z uložení kontejneru s vysoce aktivním odpadem. V podzemních laboratořích se pak zkoumají jednotlivé technologie ražení, s ohledem na co nejmenší porušení horninového masivu a také se provádějí všechna potřebná měření in situ ke zjištění dalších vlastností potencionální hostitelské horniny. Tyto údaje jsou velice potřebné pro návrh celého úložiště a také pro modelování úložiště. Ve světe dnes již existují podzemní laboratoře, z nichž s některými se do budoucna počítá jako s finálními úložišti:

  • Mol (Belgie) - jíly
  • Yucca Mountain (USA) - tufy
  • Äspö (Švédsko) - granitické horniny
  • Grimsel a Mont Terri (Švýcarsko) - granitické horniny a jíly
  • důl Asse (Německo) - solné formace
  • komplex laboratoří Whiteshell (Kanada) - granitické horniny

V České republice bylo vytipováno několik finálních lokalit jak pro hlubinné úložiště tak pro podzemní laboratoř, ale zatím žádná z nich nebyla vybrána.

Jedním z nejpravděpodobnějších návrhů bylo zřízení podzemní laboratoře v šachtě č.16 v Příbrami, která se nachází v hlubinných vyvřelinách. Pro nedostatek finančních prostředků se tato varianta nerealizovala.

MULTIBARIÉROVÝ SYSTÉM HLUBINNÉHO ÚLOŽIŠTĚ

Princip izolování odpadu v hlubinném úložišti je založen na multibariérovém systému. Celý systém se skládá ze dvou základních částí:

  • přírodní bariéra – geologické prostředí, které je voleno podle místních podmínek jednotlivých států (granity, solné formace, jíly)
  • inženýrská bariéra - kromě kontejneru s odpadem hlavně vícevrstvá bariéra na bázi bentonitu

Jednotlivé bariéry jsou navrhovány ve vztahu k funkci celého systému. Takto se lze vyhnout případu, kdy by celý bezpečnostní systém závisel pouze na jedné bariéře a při selhání takovéto bariéry by se zhroutil celý systém.

Přírodní bariéra

Hostitelská hornina by měla být pokud možno isotropní a homogenní, měla by se nacházet v masivu nezatěžovaném tektonikou a měla by být co nejméně porušena trhlinami a plochami diskontinuit. Lze říci, že hlavními účinky na hostitelskou horninu budou – změny napětí, působení podzemní vody a zatěžování přírodní bariéry teplotou.

Základem správného návrhu konstrukce hlubinného úložiště je dobrý průzkum. Při získání podrobnějších informací o horninovém masivu jako přírodní bariéře je třeba brát velké ohledy například na porušení masivu. Proto, aby se nezměnily vlastnosti inženýrské bariéry žádnou z činností průzkumu a posléze ani vlastní ražbou hlubinného úložiště, je možné použít jen omezený počet metod. Přímo v místě úložiště je možné provádět jen nedestruktivní metody průzkumu jako jsou geofyzikální a radiogeologické metody. Destruktivní metody průzkumu se dají aplikovat jen v dostatečné vzdálenosti od zkoumané lokality nebo jen do určité hloubky tak, aby nebyly porušeny vrstvy, v kterých se předpokládá vybudování úložiště.

Inženýrské bariéry

Prvním stupněm inženýrské bariéry jsou skleněné matrice, do nichž je ukládán vysoce radioaktivní odpad při procesu zvaném vitrifikace. Takto upravený odpad již lze umístit do kontejneru. Tyto počáteční bariéry mají za úkol zabránit úniku radionuklidů do ovzduší či porušení při manipulaci, zároveň umožňují pohodlnou manipulaci.

Kontejnery jsou vyráběny z uhlíkových nebo korozivzdorných ocelí, mědi nebo z jejich kombinace, využívá se i titanu či betonu. Při návrhu konstrukcí kontejnerů se uvažují jednak hlediska bezpečnosti (různé nehody – např. pád letadla), jednak co největší životnost. V praxi to znamená co nejvíce oddálit a zpomalit korozi kontejneru.

Po případném poškození kontejneru musí izolační funkci převzít další část inženýrské bariéry, tzv. geotechnická bariéra. Geotechnická bariéra se předpokládá na bázi bentonitů - ten byl zvolen na základě studia přírodních analogů, protože má ve srovnání s ostatními materiály (např. beton, cement) nejstálejší reologické vlastnosti – tzn. nemění své chování (vlastnosti) po dobu tisíců let.

Geotechnická bariéra musí splňovat funkce tlumící, těsnící, výplňovou a konstrukční. Jejím úkolem je zabraňovat pronikání podzemní vody ke kontejneru, migraci radionuklidů a zajistit dostatečný odvod tepla do hostitelského prostředí. Podle vlastností, které musí geotechnická bariéra splňovat, se také stanoví konstrukce jednotlivých vrstev bariéry.

  • Konstrukční vrstva zajišťuje prostorovou stálost inženýrské konstrukce úložiště. Do této vrstvy například spadá ostění a další zajištění výrubu.
  • Těsnící vrstva bude tvořena hlavně injektážemi
  • Výplňová vrstva je požadována z materiálů na bázi směsi bentonitu s rubaninou popřípadě s pískem.
  • Tlumící vrstva se pak předpokládá z lisovaných bentonitových prefabrikátů případně lisovaných prefabrikátů ze směsi bentonitu s pískem či grafitem.
Odpady
Akce dokumentů