Odpady promieniotwórcze w energetyce jądrowej

We Francji podziału odpadów promieniotwórczych dokonuje się na podstawie dwóch kryteriów: poziomu promieniowania i okresu ich aktywności. Zgodnie z klasyfikacją Francuskiej Agencji ds. Zarządzania Odpadami Radioaktywnymi (ANDRA) obejmują one dwie podstawowe kategorie: odpady krótko- i długożyciowe.

Odpady krótkożyciowe tracą co najmniej połowę aktywności co 30 lat. Stanowią 90 proc. całkowitej ilości odpadów promieniotwórczych i skupiają 0,1 proc. radioaktywności. Pochodzą z systemów czyszczenia obiegu pierwotnego (filtry, żywice itp.), są pozostałością po remontach urządzeń (pompy, zawory itp.), pracach przy konserwacji (plastik, tkaniny, rękawice itp.) lub demontażu elektrowni (gruz, części metaliczne itp.). Odpady te podlegają ostatecznemu zagospodarowaniu w wyspecjalizowanych obiektach ANDRA we Francji, w miejscowościach Soulaines i Morvilliers.

Odpady długożyciowe tracą swoją aktywność w znacznie dłuższym okresie. Stanowią 10 proc. całkowitej ilości odpadów i skupiają 99,9 proc. radioaktywności.

Powstają w wyniku przetwarzania wypalonego paliwa jądrowego, a także struktur metalicznych. Po 4 - 5 latach wytwarzania energii w reaktorze paliwo jądrowe ulega wypaleniu. W 96 proc. podlega recyklingowi, służąc do produkcji nowego paliwa. Pozostałe 4 proc. to odpady, które nie nadają się do recyklingu. Struktury metaliczne zaś prasowane, a następnie kondycjonowane.

Eksploatacja i demontaż elektrowni jądrowych generują głównie odpady zwane krótkożyciowymi. Niezwykle ważnym jest ograniczanie ich ilości już u źródła. Istotnymi etapami przed składowaniem są również ich selekcja oraz kondycjonowanie.

Stałe ulepszenia poczynione przy projektowaniu elektrowni, ich eksploatacji oraz w dziedzinie gospodarki odpadami sprawiły, że od 1985 r. trzykrotnie zmniejszyła się ilość odpadów przy analogicznym poziomie produkcji energii. Przetwarzanie części odpadów w francuskim zakładzie Centraco umożliwia dodatkowo dziesięciokrotne ograniczenie ich objętości. Odpady metaliczne (zawory, pompy, narzędzia itp.) są stapiane w indukcyjnym piecu elektrycznym w temperaturze 1 600°C, a palne odpady stałe (rękawice, odzież robocza itp.) oraz odpady płynne (roztwory do czyszczenia, oleje, rozpuszczalniki itp.) są spalane.

Odpady krótkożyciowe selekcjonuje się w zależności od poziomu aktywności na nisko- i średnioaktywne oraz w zależności od rodzaju, np. metal, plastik.

Kondycjonowanie odpadów po selekcji polega na ich odizolowaniu i umieszczeniu, zależnie od rodzaju i aktywności, w specjalnych zbiornikach. Otrzymuje się w ten sposób pakiety odpadów, co umożliwia izolowanie człowieka i środowiska od źródła promieniowania na etapie transportu oraz tymczasowego i ostatecznego składowania. Pakiety takie nie zajmują wiele miejsca.

Metody kondycjonowania są dostosowane do odpadów, mogą to być stalowe lub betonowe pojemniki i zbiorniki. W niektórych przypadkach oprócz kondycjonowania stosuje się takie techniki jak prasowanie czy betonowanie. Przykładowo, popioły i żużle ze spalania odpadów w zakładzie Centraco są zalewane cementem, a następnie umieszczane w opancerzonych pojemnikach ze stali.

W celu monitoringu pakietów odpadów sporządza się dla nich kartę identyfikacyjną zawierająca informacje o rodzaju odpadu czy też pochodzeniu. Karta jest wypełniania bezpośrednio w elektrowni i uzupełniana przez ANDRA na poszczególnych etapach zarządzania, zgodnie z procedurami jakości.

Po kondycjonowaniu odpady są tymczasowo składowane w przewidzianych do tego celu miejscach na terenie elektrowni, a docelowo wszystkie odpady są gromadzone na składowiskach ANDRA pod stałym nadzorem.

EDF przetwarza wypalone paliwo zgodnie z francuską polityką energetyczną. Przetwarzanie wypalonego paliwa generuje odpady długożyciowe, które stanowią 10 proc. francuskich odpadów promieniotwórczych. Odpady są składowane w warunkach najwyższego bezpieczeństwa przez Arevę w miejscowości La Hague w Normandii, na przestrzeni o wielkości basenu olimpijskiego. Po wyprodukowaniu energii dla średniej wielkości miasta zamieszkiwanego przez około 0,5 mln mieszkańców, którzy zużyją 1,25 TWh energii elektrycznej w ciągu roku, pozostaną dwa pojemniki długożyciowych odpadów.

Elektrownie jądrowe EDF dostarczają około 430 mln MWh rocznie, czyli 85 proc. całkowitej produkcji EDF, spalając 1150 ton paliwa jądrowego, w tym 1050 ton paliwa uranowego oraz 100 ton paliwa typu MOX (Mixed Oxyde Fuel - paliwo z mieszanki tlenków plutonu i wzbogaconego uranu), pochodzącego z przeróbki plutonu. Od uruchomienia elektrowni jądrowych EDF i przy analogicznej produkcji stała poprawa efektywności energetycznej paliwa umożliwiła zmniejszenie rocznego zużycia paliwa o 25 proc. oraz, w takim samym stopniu, ograniczenie odpadów generowanych przez struktury metaliczne zespołów paliwowych.

Całe wypalone paliwo jest przewożone do zakładów Arevy w La Hague. Przez kilka lat jest tymczasowo składowane w przechowalniku, a następnie przetwarzane.

Przetwarzanie zużytego paliwa polega na fizycznym i chemicznym oddzieleniu elementów nadających się do recyklingu (uran i pluton) od odpadów promieniotwórczych (produkty rozszczepienia, aktynowce mniejsze, odpady ze struktur metalicznych). Przetwarzanie wypalonego paliwa umożliwia także kondycjonowanie długożyciowych odpadów ostatecznych w postaci ciał stałych o bardzo długiej żywotności rzędu kilkuset tysięcy lat.

Ograniczenie ilości odpadów uzyskane dzięki ich kondycjonowaniu pozwala na ich tymczasowe składowanie na niewielkiej powierzchni. Budynki niezbędne do tymczasowego składowania długożyciowych odpadów wysokoaktywnych, powstałych w ciągu 40-letniego wytwarzania energii jądrowej przez EDF, zajmowałyby powierzchnię 7 tys mkw., czyli odpowiednik boiska piłkarskiego.

Przetwarzanie wypalonego paliwa umożliwia ponowne wykorzystanie wcześniej użytych materiałów oraz produkcję nowych paliw, co chroni przyszłe zasoby energetyczne. 96 proc. masy paliwa jądrowego nadaje się do recyklingu: z plutonu uzyskuje się specjalne paliwo typu MOX (Mixed Oxyde Fuel) produkowane w francuskim zakładzie Melox w Marcoule, zaś uran zubożony, którego część składuje się tymczasowo jako zapas, jest wykorzystany do produkcji nowego paliwa jądrowego, czyli przetworzonego uranu wzbogaconego.

Recyklingowi poddaje się obecnie 850 ton wypalonego paliwa rocznie, które zasila reaktory mogące stosować paliwo typu MOX. Recykling 850 ton umożliwia wytworzenie takiej ilości energii elektrycznej jak spalenie 17 - 20 mln ton ropy.

Długożyciowe odpady ostateczne dzielą się na wysokoaktywne, składające się z popiołów z procesu spalania jądrowego, oraz na średnioaktywne, czyli zestawy paliwowe.

Odpady wysokoaktywne są spalane i stapiane z proszkiem szklanym (w analogiczny sposób, w jaki stapiany jest ołów z kryształem przy produkcji szkła stołowego), stając się w ten sposób składnikiem szkliwa. W razie pęknięcia szkliwa odpady nie mogłyby się jednak przedostać do otoczenia (podobnie jak ołów, który nie może się wydostać z kawałków przypadkowo stłuczonego szkła). Szkliwo natychmiast trafia do pojemników ze stali nierdzewnej. Taki sposób kondycjonowania umożliwia trwałe odizolowanie znakomitej większości (96 proc.) substancji promieniotwórczych zawartych we wszystkich długożyciowych odpadach radioaktywnych, bez względu na ich kategorie.

Średnioaktywne metaliczne odpady długożyciowe są zgniatane i kondycjonowane w standardowych pojemnikach bardzo podobnych do pojemników na odpady zeszkliwione.

W przeciwieństwie do odpadów krótkożyciowych wysokoaktywne odpady długożyciowe po kondycjonowaniu muszą być chłodzone przez kilkadziesiąt lat w przechowalniku z uwagi na wydzielane ciepło związane z poziomem ich aktywności.

@RY1@i02/2011/189/i02.2011.189.126.0003.001.jpg@RY2@

Cykl paliwowy w energetyce jądrowej we Francji