Radioaktivt avfall - Radioactive waste

Thailand Institute of Nuclear Technology (TINT) låg nivå radioaktivt avfall fat.

Radioaktivt avfall är en typ av farligt avfall som innehåller radioaktivt material . Radioaktivt avfall är ett resultat av många aktiviteter, inklusive kärnmedicin , kärnkraftsforskning , kärnkraftsproduktion , gruvdrift med sällsynta jordarter och upparbetning av kärnvapen . Lagring och bortskaffande av radioaktivt avfall regleras av myndigheter för att skydda människors hälsa och miljön.

Den är i stort sett delas in i lågaktivt avfall (LLW), såsom papper, trasor, verktyg, kläder, som innehåller små mängder av mestadels kortlivat radioaktivitet, medelaktivt avfall (ILW), som innehåller större mängder av radioaktivitet och kräver viss avskärmning och högnivåavfall (HLW), som är mycket radioaktivt och varmt på grund av sönderfallsvärme, så kräver kylning och skärmning.

I kärnkraftsförädlingsanläggningar återvinns cirka 96% av använt kärnbränsle till uranbaserade och blandade oxid (MOX) bränslen . De återstående 4% är klyvningsprodukter som är mycket radioaktivt högnivåavfall. Denna radioaktivitet minskar naturligtvis med tiden, så materialet lagras i lämpliga förvaringsanläggningar under en tillräcklig period tills det inte längre utgör ett hot.

Tiden radioaktivt avfall måste lagras beror på typen av avfall och radioaktiva isotoper. Kortsiktiga metoder för lagring av radioaktivt avfall har varit segregering och lagring på ytan eller nära ytan. Begravning i ett djupt geologiskt förvar är en favoritlösning för långtidslagring av högnivåavfall, medan återanvändning och transmutation är gynnade lösningar för att minska HLW-lager.

En sammanfattning av mängderna av radioaktivt avfall och hanteringsmetoder för de flesta utvecklade länder presenteras och granskas regelbundet som en del av International Atomic Energy Agency (IAEA): s gemensamma konvention om säkerhet vid hantering av använt bränsle och om hantering av radioaktivt avfall. .

Natur och betydelse

En mängd radioaktivt avfall består vanligtvis av ett antal radionuklider , som är instabila isotoper av element som genomgår sönderfall och därigenom avger joniserande strålning , vilket är skadligt för människor och miljö. Olika isotoper avger olika typer och nivåer av strålning, som varar under olika tidsperioder.

Fysik

Radioaktiviteten för allt radioaktivt avfall försvagas med tiden. Alla radionuklider i avfallet har en halveringstid- den tid det tar för hälften av atomerna att förfalla till en annan nuklid . Så småningom sönderfaller allt radioaktivt avfall till icke-radioaktiva element (dvs. stabila nuklider ). Eftersom radioaktivt sönderfall följer regeln om halveringstid är sönderfallshastigheten omvänt proportionell mot sönderfallets varaktighet. Med andra ord kommer strålningen från en långlivad isotop som jod-129 att vara mycket mindre intensiv än den för en kortlivad isotop som jod-131 . De två tabellerna visar några av de stora radioisotoperna, deras halveringstider och deras strålningsutbyte som en andel av utbytet av klyvning av uran-235.

Energin och typen av joniserande strålning från ett radioaktivt ämne är också viktiga faktorer för att bestämma dess hot mot människor. Det radioaktiva elementets kemiska egenskaper kommer att avgöra hur rörligt ämnet är och hur sannolikt det är att det sprids till miljön och förorenar människor. Detta kompliceras ytterligare av det faktum att många radioisotoper inte sönderfaller omedelbart till ett stabilt tillstånd utan snarare till radioaktiva sönderfallsprodukter inom en sönderfallskedja innan de slutligen når ett stabilt tillstånd.

Farmakokinetik

Exponering för radioaktivt avfall kan orsaka hälsoeffekter på grund av joniserande strålningsexponering. Hos människor bär en dos på 1 sievert en 5,5% risk att utveckla cancer, och tillsynsmyndigheter antar att risken är linjärt proportionell mot dosen även för låga doser. Joniserande strålning kan orsaka borttagning av kromosomer. Om en organism som utvecklas, till exempel ett foster, bestrålas är det möjligt att en fosterskada kan induceras, men det är osannolikt att denna defekt kommer att finnas i en könsceller eller en könsbildande cell . Förekomsten av strålningsinducerade mutationer hos människor är liten, som hos de flesta däggdjur, på grund av naturliga cellulära reparationsmekanismer, många just nu kommer fram i ljuset. Dessa mekanismer sträcker sig från DNA, mRNA och proteinreparation, till intern lysosomisk matsmältning av defekta proteiner och till och med inducerad cellmord - apoptos

Beroende på sönderfallsläget och ett elements farmakokinetik (hur kroppen behandlar det och hur snabbt) kommer hotet på grund av exponering för en given aktivitet av en radioisotop att skilja sig åt. Till exempel är jod-131 en kortlivad beta- och gammastrålare , men eftersom den koncentreras i sköldkörteln är den mer kapabel att orsaka skada än cesium -137 som, eftersom den är vattenlöslig , snabbt utsöndras genom urinen. På ett liknande sätt anses alfa- avgivande aktinider och radium vara mycket skadliga eftersom de tenderar att ha långa biologiska halveringstider och deras strålning har en hög relativ biologisk effektivitet , vilket gör det mycket mer skadligt för vävnader per mängd energi som avsätts. På grund av sådana skillnader skiljer sig reglerna för biologisk skada mycket åt beroende på radioisotopen, exponeringstiden och ibland också arten av den kemiska föreningen som innehåller radioisotopen.

Källor

Radioaktivt avfall kommer från ett antal källor. I länder med kärnkraftverk, kärnvapenrustning eller kärnbränslebehandlingsanläggningar kommer majoriteten av avfallet från kärnbränslecykeln och upparbetning av kärnvapen. Andra källor inkluderar medicinskt och industriellt avfall, såväl som naturligt förekommande radioaktiva material (NORM) som kan koncentreras till följd av bearbetning eller konsumtion av kol, olja och gas och vissa mineraler, som diskuteras nedan.

Kärnbränslecykel

Framkant

Avfall från den främre änden av kärnbränslecykeln är vanligtvis alfa-emitterande avfall från utvinning av uran. Den innehåller ofta radium och dess sönderfallsprodukter.

Uraniumdioxid (UO ₂ ) koncentrat från gruvdrift är tusen gånger så radioaktivt som graniten som används i byggnader. Den raffineras från gulkaka (U ₃ O ₈ ) och omvandlas sedan till uranhexafluoridgas (UF ₆ ). Som gas genomgår den anrikning för att öka U-235- innehållet från 0,7% till cirka 4,4% (LEU). Den förvandlas sedan till en hård keramisk oxid (UO ₂ ) för montering som reaktorbränsleelement.

Den främsta biprodukten av anrikning är utarmat uran (DU), främst U-238- isotopen, med en U-235-halt på ~ 0,3%. Den lagras antingen som UF ₆ eller som U ₃ O ₈ . Vissa används i applikationer där det extremt hög densitet gör det värdefullt som pansarvärns skal , och åtminstone ett tillfälle även en segelbåt köl . Det används också med plutonium för framställning av blandat oxidbränsle (MOX) och för att späda ut eller nedblanda starkt anrikat uran från vapenlager som nu omdirigeras till reaktorbränsle.

Baksida

Baksidan av kärnbränslecykeln, mestadels förbrukade bränslestavar , innehåller klyvningsprodukter som avger beta- och gammastrålning och aktinider som avger alfa-partiklar , såsom uran-234 (halveringstid 245 tusen år), neptunium-237 ( 2,144 miljoner år), plutonium-238 (87,7 år) och americium-241 (432 år), och även ibland vissa neutronsändare som californium (halveringstid på 898 år för californium-251). Dessa isotoper bildas i kärnreaktorer .

Det är viktigt att skilja bearbetningen av uran för att tillverka bränsle från upparbetning av använt bränsle. Begagnat bränsle innehåller mycket radioaktiva klyvningsprodukter (se högnivåavfall nedan). Många av dessa är neutronabsorberare, kallade neutronförgiftningar i detta sammanhang. Dessa bygger så småningom upp till en nivå där de absorberar så många neutroner att kedjereaktionen stannar, även med kontrollstavarna helt borttagna. Vid den tidpunkten måste bränslet bytas ut i reaktorn med nytt bränsle, även om det fortfarande finns en betydande mängd uran-235 och plutonium . I USA "lagras" vanligtvis detta använda bränsle, medan i andra länder som Ryssland, Storbritannien, Frankrike, Japan och Indien omarbetas bränslet för att ta bort klyvningsprodukterna, och bränslet kan sedan återanvändas -Begagnade. De klyvningsprodukter som tas bort från bränslet är en koncentrerad form av högaktivt avfall liksom kemikalierna som används i processen. Medan de flesta länder omarbetar bränslet som utför enkla plutoniumcykler, planerar Indien flera plutoniumåtervinningssystem och Ryssland fortsätter stängd cykel.

Bränslesammansättning och långsiktig radioaktivitet

U-233: s aktivitet för tre bränsletyper. När det gäller MOX ökar U-233 under de första 650 tusen åren eftersom det produceras av förfallet av Np-237 som skapades i reaktorn genom absorption av neutroner med U-235.

Total aktivitet för tre bränsletyper. I region 1 finns det strålning från kortlivade nuklider, i region 2, från Sr-90 och Cs-137 , och längst till höger, förfallet av Np-237 och U-233.

Användningen av olika bränslen i kärnreaktorer resulterar i olika sammansättningar av använt kärnbränsle (SNF), med varierande aktivitetskurvor. Det vanligaste materialet är U-238 med andra uranisotoper, andra aktinider, klyvningsprodukter och aktiveringsprodukter.

Långlivat radioaktivt avfall från den bakre delen av bränslecykeln är särskilt relevant vid utformningen av en komplett avfallshanteringsplan för SNF. När man tittar på långvarigt radioaktivt sönderfall har aktiniderna i SNF ett betydande inflytande på grund av deras karakteristiskt långa halveringstider. Beroende på vad en kärnreaktor drivs med kommer aktinidsammansättningen i SNF att vara annorlunda.

Ett exempel på denna effekt är användningen av kärnbränslen med torium . Th-232 är ett bördigt material som kan genomgå en neutronuppsamlingsreaktion och två beta-minusförfall, vilket resulterar i produktion av klyvbart U-233 . SNF för en cykel med thorium kommer att innehålla U-233. Dess radioaktiva sönderfall kommer att starkt påverka SNF: s långsiktiga aktivitetskurva runt en miljon år. En jämförelse av aktiviteten associerad med U-233 för tre olika SNF-typer kan ses i figuren längst upp till höger. De brända bränslen är torium med reaktorplutonium (RGPu), torium med vapenplutonium (WGPu) och blandat oxidbränsle (MOX, inget torium). För RGPu och WGPu kan det ursprungliga beloppet av U-233 och dess förfall runt en miljon år ses. Detta påverkar den totala aktivitetskurvan för de tre bränsletyperna. Den initiala frånvaron av U-233 och dess dotterprodukter i MOX-bränslet resulterar i en lägre aktivitet i område 3 i figuren längst ner till höger, medan kurvan för RGPu och WGPu bibehålls högre på grund av närvaron av U-233 som har inte förfallit helt. Kärnbearbetning kan avlägsna aktiniderna från det använda bränslet så att de kan användas eller förstöras (se Långlivad klyvningsprodukt § Actinides ).

Problem med spridning

Eftersom uran och plutonium är kärnvapenmaterial har det funnits oro för spridning. Vanligtvis (i använt kärnbränsle ) är plutonium plutonium av reaktorkvalitet . Förutom plutonium-239 , som är mycket lämpligt för att bygga kärnvapen, innehåller det stora mängder oönskade föroreningar: plutonium-240 , plutonium-241 och plutonium-238 . Dessa isotoper är extremt svåra att separera och det finns mer kostnadseffektiva sätt att erhålla klyvbart material (t.ex. urananrikning eller dedikerade plutoniumproduktionsreaktorer).

Avfall på hög nivå är fullt av mycket radioaktiva klyvningsprodukter , varav de flesta är relativt kortlivade. Detta är en oro eftersom avfallet lagras, kanske i djup geologisk lagring , under många år förfaller klyvningsprodukterna, minskar avfallets radioaktivitet och gör plutonium lättare att komma åt. Den oönskade kontaminanten Pu-240 sönderfaller snabbare än Pu-239, och därmed ökar bombmaterialets kvalitet med tiden (även om dess mängd också minskar under den tiden). Således har vissa hävdat att, med tiden, dessa djupa lagringsområden har potential att bli "plutoniumgruvor", från vilka material för kärnvapen kan förvärvas med relativt liten svårighet. Kritiker av den senare idén har påpekat svårigheten att återvinna användbart material från förseglade djupa lagringsområden gör andra metoder att föredra. Specifikt ökar hög radioaktivitet och värme (80 ° C i omgivande berg) kraftigt svårigheten att bryta ett lagringsområde, och de berikningsmetoder som krävs har höga kapitalkostnader.

Pu-239 förfaller till U-235 som är lämplig för vapen och som har en mycket lång halveringstid (ungefär 10 ⁹ år). Således kan plutonium förfalla och lämna uran-235. Moderna reaktorer är dock bara måttligt berikade med U-235 i förhållande till U-238, så U-238 fortsätter att fungera som denatureringsmedel för alla U-235 som produceras av plutoniumförfall.

En lösning på detta problem är att återvinna plutonium och använda det som bränsle, t.ex. i snabba reaktorer . I pyrometallurgiska snabbreaktorer är det separerade plutonium och uran kontaminerat av aktinider och kan inte användas för kärnvapen.

Avveckling av kärnvapen

Avfall från avveckling av kärnvapen kommer sannolikt inte att innehålla mycket beta- eller gammaaktivitet än tritium och americium . Det är mer troligt att den innehåller alfa-emitterande aktinider som Pu-239 som är ett klyvbart material som används i bomber, plus något material med mycket högre specifika aktiviteter, såsom Pu-238 eller Po.

Tidigare tenderade neutronutlösaren för en atombomb att vara beryllium och en högaktivitetsalfasändare som polonium ; ett alternativ till polonium är Pu-238 . Av nationella säkerhetsskäl släpps normalt inte detaljer om utformningen av moderna bomber till den öppna litteraturen.

Vissa konstruktioner kan innehålla en radioisotop termoelektrisk generator som använder Pu-238 för att ge en långvarig elkälla för elektroniken i enheten.

Det är troligt att det klyvbara materialet i en gammal bomb som ska repareras kommer att innehålla sönderfallsprodukter från de plutoniumisotoper som används i den, dessa kommer sannolikt att innehålla U-236 från Pu-240-föroreningar, plus några U-235 från sönderfall av Pu-239; på grund av den relativt långa halveringstiden för dessa Pu-isotoper skulle detta avfall från radioaktivt sönderfall av bombkärnmaterial vara mycket litet och i alla fall mycket mindre farligt (även när det gäller enkel radioaktivitet) än själva Pu-239.

Betaförfallet av Pu-241 bildar Am-241 ; tillväxten av americium kommer sannolikt att vara ett större problem än förfallet av Pu-239 och Pu-240 eftersom americium är en gammastrålare (ökad extern exponering för arbetare) och är en alfasändare som kan orsaka generering av värme . Plutonium kan separeras från americium genom flera olika processer; dessa skulle innefatta pyrokemiska processer och extraktion av vatten/organiska lösningsmedel . En avkortad extraktionsprocess av PUREX -typ skulle vara en möjlig metod för att göra separationen. Naturligt förekommande uran är inte klyvbart eftersom det innehåller 99,3% U-238 och endast 0,7% U-235.

Äldre avfall

På grund av historiska aktiviteter som vanligtvis är relaterade till radiumindustrin, uranbrytning och militära program innehåller många platser eller är förorenade med radioaktivitet. Bara i USA säger energidepartementet att det finns "miljoner liter radioaktivt avfall" samt "tusentals ton använt kärnbränsle och material" och "enorma mängder förorenad mark och vatten". Trots stora mängder avfall har DOE angett ett mål att rengöra alla förorenade platser framgångsrikt år 2025. Fernald , Ohio -webbplatsen hade till exempel "31 miljoner pund uranprodukt", "2,5 miljarder pund avfall", "2,75 miljoner pund kubikmeter förorenad jord och skräp ", och en" 223 tunnland stor del av den underliggande Great Miami Aquifer hade uranhalter över drickningsstandarder. " USA har minst 108 platser utsedda som områden som är förorenade och oanvändbara, ibland många tusen hektar. DOE vill städa eller mildra många eller alla senast 2025, med hjälp av den nyligen utvecklade metoden för geomeltning , men uppgiften kan vara svår och den erkänner att vissa aldrig kan åtgärdas helt. På bara en av dessa 108 större beteckningar, Oak Ridge National Laboratory , fanns till exempel åtminstone "167 kända föroreningsfrigör platser" i en av de tre underavdelningar av 37.000 tunnland (150 km ² ) plats. Några av de amerikanska sajterna var mindre till sin natur, men rengöringsfrågor var enklare att hantera och DOE har framgångsrikt slutfört sanering, eller åtminstone nedläggning, av flera webbplatser.

Medicin

Radioaktivt medicinskt avfall tenderar att innehålla betapartiklar och gammastrålare . Det kan delas in i två huvudklasser. Inom diagnostisk kärnmedicin används ett antal kortlivade gammastrålare som technetium-99m . Många av dessa kan kasseras genom att låta det förfalla en kort tid innan det kastas som normalt avfall. Andra isotoper som används inom medicin, med halveringstider inom parentes, inkluderar:

• Y-90 , används för behandling av lymfom (2,7 dagar)
• I-131 , används för sköldkörtelns funktionstester och för behandling av sköldkörtelcancer (8,0 dagar)
• SR-89 , används för behandling av bencancer , intravenös injektion (52 dagar)
• IR-192 , används för brachyterapi (74 dagar)
• Co-60 , används för brachyterapi och extern strålbehandling (5,3 år)
• CS-137 , används för brachyterapi och extern strålbehandling (30 år)

Industri

Industriellt avfall kan innehålla alfa- , beta- , neutron- eller gammastrålare. Gammastrålare används vid radiografi medan neutronemitterande källor används i en rad applikationer, till exempel loggning av oljebrunnar .

Naturligt förekommande radioaktivt material

Årlig frisättning av uran och toriumradioisotoper från kolförbränning, förutspådde av ORNL till kumulativt uppgår till 2,9 Mt under perioden 1937-2040, från förbränning av uppskattningsvis 637 Gt kol i världen.

Ämnen som innehåller naturlig radioaktivitet kallas NORM (naturligt förekommande radioaktivt material). Efter mänsklig bearbetning som exponerar eller koncentrerar denna naturliga radioaktivitet (t.ex. brytning som tar kol till ytan eller bränner det för att producera koncentrerad aska), blir det tekniskt förbättrat naturligt förekommande radioaktivt material (TENORM). Mycket av detta avfall är alfapartiklar som avger material från uran- och toriumförfallskedjorna . Huvudstrålningskällan i människokroppen är kalium -40 ( ⁴⁰ K ), vanligtvis 17 milligram i kroppen åt gången och 0,4 milligram/dagligt intag. De flesta stenar, särskilt granit , har en låg radioaktivitet på grund av kalium-40, torium och uran.

Vanligtvis från 1 millisievert (mSv) till 13 mSv årligen beroende på plats, är den genomsnittliga strålningsexponeringen från naturliga radioisotoper 2,0 mSv per person per år över hela världen. Detta utgör majoriteten av den typiska totaldosen (med genomsnittlig årlig exponering från andra källor som uppgår till 0,6 mSv från medicinska tester i genomsnitt över hela befolkningen, 0,4 mSv från kosmiska strålar , 0,005 mSv från arvet från tidigare atmosfäriska kärnprov, 0,005 mSv yrkesmässiga exponering, 0,002 mSv från Tjernobyl -katastrofen och 0,0002 mSv från kärnbränslecykeln).

TENORM regleras inte lika restriktivt som kärnreaktoravfall, även om det inte finns några signifikanta skillnader i de radiologiska riskerna med dessa material.

Kol

Kol innehåller en liten mängd radioaktivt uran, barium, torium och kalium, men för rent kol är detta betydligt lägre än den genomsnittliga koncentrationen av dessa element i jordskorpan . De omgivande skikten, om skiffer eller lersten, innehåller ofta något mer än genomsnittet och detta kan också återspeglas i askhalten i "smutsiga" kol. De mer aktiva askmineralerna koncentreras i flygaskan just för att de inte brinner bra. Radioaskaaktiviteten för flygaska är ungefär densamma som svart skiffer och är mindre än fosfatstenar , men är mer oroande eftersom en liten mängd flygaska hamnar i atmosfären där den kan inandas. Enligt US National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) rapporter uppgår befolkningsexponeringen från 1000 MWe-kraftverk till 490 person-rem/år för kolkraftverk, 100 gånger så stor som kärnkraftverk (4,8 person-rem/ år). Exponeringen från hela kärnbränslecykeln från gruvdrift till avfallshantering är 136 person-rem/år; motsvarande värde för kolanvändning från gruvdrift till avfallshantering är "förmodligen okänt".

Olja och gas

Rester från olje- och gasindustrin innehåller ofta radium och dess sönderfallsprodukter. Sulfatskalan från en oljebrunn kan vara mycket radiumrik, medan vatten, olja och gas från en brunn ofta innehåller radon . Radon sönderfaller för att bilda fasta radioisotoper som bildar beläggningar på insidan av rörledningar. I en oljebearbetningsanläggning är området på anläggningen där propan bearbetas ofta ett av de mer förorenade områdena i anläggningen eftersom radon har en liknande kokpunkt som propan.

Radioaktiva element är ett industriellt problem i vissa oljebrunnar där arbetare som arbetar i direktkontakt med råolja och saltlösning faktiskt kan utsättas för doser som har negativa hälsoeffekter. På grund av den relativt höga koncentrationen av dessa element i saltlake är dess bortskaffande också en teknisk utmaning. I USA är saltlösningen dock undantagen från reglerna för farligt avfall och kan kasseras oavsett innehållet av radioaktiva eller giftiga ämnen sedan 1980 -talet.

Sällsynt jordbrytning

På grund av den naturliga förekomsten av radioaktiva element som torium och radium i malm av sällsynt jordart resulterar gruvdrift också i produktion av avfall och mineralfyndigheter som är något radioaktiva.

Klassificering

Klassificering av radioaktivt avfall varierar från land till land. IAEA, som publicerar Radioactive Waste Safety Standards (RADWASS), spelar också en viktig roll. Andelen olika typer av avfall som genereras i Storbritannien:

• 94%-lågnivåavfall (LLW)
• ~ 6%-medelaktivt avfall (ILW)
• <1%-högnivåavfall (HLW)

Bruksavfall

Avlägsnande av avfall på mycket låg nivå

Uranavfalls finns avfallsbiproduktmaterial kvar från den grova bearbetningen av uran -bärande malm . De är inte signifikant radioaktiva. Brukar kallas ibland 11 (e) 2 avfall , från avsnittet i Atomenergilagen från 1946 som definierar dem. Uranfabriken innehåller vanligtvis också kemiskt farliga tungmetaller som bly och arsenik . Enorma högar av uranbruksavfall finns kvar på många gamla gruvplatser, särskilt i Colorado , New Mexico och Utah .

Även om bruksavfall inte är särskilt radioaktiva har de långa halveringstider. Bruksavfall innehåller ofta radium, torium och spårmängder uran.

Avfall på låg nivå

Lågnivåavfall (LLW) genereras från sjukhus och industri, liksom kärnbränslecykeln . Lågnivåavfall inkluderar papper, trasor, verktyg, kläder, filter och annat material som innehåller små mängder mestadels kortlivad radioaktivitet. Material som härstammar från någon region i ett aktivt område betecknas vanligen som LLW som en försiktighetsåtgärd även om det bara finns en avlägsen möjlighet att bli förorenad med radioaktiva material. Sådan LLW uppvisar vanligtvis ingen högre radioaktivitet än man kan förvänta sig av samma material som kastas i ett icke-aktivt område, såsom ett normalt kontorsblock. Exempel LLW inkluderar torkdukar, moppar, medicinska rör, slaktkroppar av laboratoriedjur och mer. LLW -avfall utgör 94% av all radioaktivt avfall i Storbritannien.

Vissa högaktiva LLW kräver skärmning under hantering och transport, men de flesta LLW är lämpliga för grund markbegravning. För att minska volymen komprimeras eller förbränns den ofta innan den kastas. Avfall på låg nivå är indelat i fyra klasser: klass A , klass B , klass C och högre än klass C ( GTCC ).

Avfall på medelhög nivå

Använt bränsle flaskor transporteras på järnväg i Storbritannien. Varje kolv är konstruerad av 14 tum (360 mm) tjockt massivt stål och väger mer än 50 ton

Avfall på medelhög nivå (ILW) innehåller högre mängder radioaktivitet jämfört med lågnivåavfall. Det kräver generellt avskärmning, men inte kylning. Avfall medelaktivt inkluderar hartser , kemisk slam och metall kärnbränsle beklädnad, samt förorenade material från reaktor avvecklingen . Det kan stelna i betong eller bitumen eller blandas med kiselsand och förglasas för bortskaffande. Som en allmän regel är kortlivat avfall (främst icke-bränslematerial från reaktorer) begravt i grunda förråd, medan långlivat avfall (från bränsle och bränsleförädling ) deponeras i geologiskt förvar . Förordningar i USA definierar inte denna kategori av avfall; termen används i Europa och på andra håll. ILW står för ca 6% av all radioaktivt avfall i Storbritannien.

Avfall på hög nivå

Avfall på hög nivå (HLW) produceras av kärnreaktorer och upparbetning av kärnbränsle. Den exakta definitionen av HLW skiljer sig internationellt. Efter att en kärnbränslestav tjänar en bränslecykel och avlägsnats från kärnan anses den vara HLW. Använda bränslestavar innehåller mestadels uran med klyvningsprodukter och transuraniska element som genereras i reaktorkärnan . Förbrukat bränsle är mycket radioaktivt och ofta varmt. HLW står för över 95% av den totala radioaktiviteten som produceras i processen för kärnkrafts elproduktionen men den bidrar till mindre än 1% av volymen av allt radioaktivt avfall som produceras i Storbritannien. Sammantaget gav det 60 år långa kärnkraftsprogrammet i Storbritannien fram till 2019 2150 m ³ HLW.

Det radioaktiva avfallet från använda bränslestavar består främst av cesium-137 och strontium-90, men det kan också inkludera plutonium, vilket kan betraktas som transuraniskt avfall. Halveringstiden för dessa radioaktiva element kan skilja sig extremt mycket. Vissa element, såsom cesium-137 och strontium-90, har halveringstider på cirka 30 år. Samtidigt har plutonium en halveringstid som kan sträcka sig till så länge som 24 000 år.

Mängden HLW världen över ökar för närvarande med cirka 12 000 ton varje år. Ett kärnkraftverk på 1000 megawatt producerar cirka 27 ton använt kärnbränsle (obearbetat) varje år. Som jämförelse uppskattas mängden aska som produceras av kolkraftverk i USA enbart till 130 000 000 ton per år och flygaska beräknas släppa ut 100 gånger mer strålning än ett motsvarande kärnkraftverk.

De nuvarande platserna i USA där kärnavfall lagras

År 2010 uppskattades att cirka 250 000 ton kärnkrafts -HLW lagrades globalt. Detta inkluderar inte mängder som har kommit ut i miljön från olyckor eller tester. Japan beräknas hålla 17 000 ton HLW lagrat under 2015. Från och med 2019 har USA över 90 000 ton HLW. HLW har skickats till andra länder för att lagras eller bearbetas och i vissa fall skickas tillbaka som aktivt bränsle.

Den pågående kontroversen om bortskaffande av radioaktivt avfall på hög nivå är en stor begränsning för kärnkraftens globala expansion. De flesta forskare är överens om att den främsta föreslagna långsiktiga lösningen är djup geologisk begravning, antingen i en gruva eller ett djupt borrhål. Från och med 2019 finns inget särskilt civilt högnivåavfall i drift eftersom små mängder HLW inte motiverade investeringen tidigare. Finland befinner sig i ett avancerat skede av byggandet av Onkalo -förvaret för använt kärnbränsle , som planeras att öppna 2025 på 400–450 meters djup. Frankrike är i planeringsfasen för en 500 m djup Cigeo -anläggning i Bure. Sverige planerar en plats i Forsmark . Kanada planerar en 680 m djup anläggning nära Lake Huron i Ontario. Republiken Korea planerar att öppna en webbplats runt 2028. Webbplatsen i Sverige åtnjuter 80% stöd från lokalbefolkningen från och med 2020.

Den Morris Operation i Grundy County, Illinois , är för närvarande det enda de facto högaktivt radioaktivt avfall lagringsplats i USA.

Transuraniskt avfall

Transuraniskt avfall (TRUW) enligt definitionen i amerikanska regler är, utan hänsyn till form eller ursprung, avfall som är förorenat med alfa -avgivande transuraniska radionuklider med halveringstider större än 20 år och koncentrationer större än 100  nCi /g (3,7  MBq /kg ), exklusive avfall på hög nivå. Element som har ett atomnummer större än uran kallas transuraniska ("bortom uran"). På grund av deras långa halveringstid avfallshanteras TRUW mer försiktigt än antingen låg- eller medelaktivt avfall. I USA kommer det huvudsakligen från kärnvapenproduktion och består av kläder, verktyg, trasor, rester, skräp och andra föremål som är förorenade med små mängder radioaktiva element (främst plutonium ).

Enligt amerikansk lag kategoriseras transuraniskt avfall vidare i "kontakthanterad" (CH) och "fjärrhanterad" (RH) på grundval av strålningsdoshastigheten som mäts vid avfallsbehållarens yta. CH TRUW har en ytdoshastighet som inte är högre än 200 mrem per timme (2 mSv/h), medan RH TRUW har en ytdoshastighet på 200 mrem/h (2 mSv/h) eller mer. CH TRUW har inte mycket hög radioaktivitet för högnivåavfall och inte heller hög värmeutveckling, men RH TRUW kan vara mycket radioaktivt med ytdoshastigheter upp till 1 000 000 mrem/h (10 000 mSv/h). USA förfogar för närvarande över TRUW som genereras från militära anläggningar vid Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) i en djup saltformation i New Mexico .

Förebyggande

Ett framtida sätt att minska avfallsackumulering är att fasa ut nuvarande reaktorer till förmån för Generation IV -reaktorer , som producerar mindre avfall per genererad effekt. Snabba reaktorer som BN-800 i Ryssland kan också konsumera MOX-bränsle som tillverkas av återvunnet använt bränsle från traditionella reaktorer.

Storbritanniens kärntekniska avvecklingsmyndighet publicerade ett ståndpunkt 2014 om framstegen när det gäller hanteringen av separerat plutonium, som sammanfattar slutsatserna av det arbete som NDA delade med brittiska regeringen.

Förvaltning

Modern transporthållare för medelhög till hög nivå för kärnavfall

Särskilt oroande vid hantering av kärnavfall är två långlivade klyvningsprodukter, Tc-99 (halveringstid 220 000 år) och I-129 (halveringstid 15,7 miljoner år), som dominerar radioaktivitet för använt bränsle efter några tusen år. De mest besvärliga transuraniska elementen i använt bränsle är Np-237 (halveringstid två miljoner år) och Pu-239 (halveringstid 24 000 år). Kärnavfall kräver sofistikerad behandling och hantering för att framgångsrikt isolera det från att interagera med biosfären . Detta kräver vanligtvis behandling, följt av en långsiktig hanteringsstrategi som innefattar lagring, bortskaffande eller omvandling av avfallet till en giftfri form. Regeringar runt om i världen överväger en rad alternativ för avfallshantering och bortskaffande, även om det har varit begränsade framsteg mot långsiktiga lösningar för avfallshantering.

Den Onkalo är en planerad geologiskt djupförvar för slutförvaring av använt kärnbränsle i närheten av Olkiluoto kärnkraftverk i Euraåminne , på västkusten av Finland . Bild på en pilotgrotta på slutdjupet i Onkalo.

Under andra halvan av 1900 -talet undersöktes flera metoder för bortskaffande av radioaktivt avfall av kärnkraftsnationer, vilket är:

• "Långtidslager ovan mark", inte implementerat.
• "Avyttring i yttre rymden" (till exempel inne i solen), inte genomfört - eftersom det för närvarande skulle bli för dyrt.
• " Bortskaffande av djup borrhål ", inte genomfört.
• "Bergsmältning", inte genomfört.
• "Avfallshantering vid subduktionszoner", inte genomfört.
• Avfallshantering från Sovjetunionen, Storbritannien, Schweiz, USA, Belgien, Frankrike, Nederländerna, Japan, Sverige, Ryssland, Tyskland, Italien och Sydkorea (1954–93). Detta är inte längre tillåtet enligt internationella avtal.
• " Avhämtning på havsbotten ", inte genomfört, inte tillåtet enligt internationella avtal.
• "Avfallshantering i isark", avvisat i Antarktisfördraget
• "Direkt injektion", av Sovjetunionen och USA.
• Kärntransmutation , med hjälp av lasrar för att orsaka betaförfall för att omvandla de instabila atomerna till dem med kortare halveringstider.

I USA bröt avfallshanteringspolitiken helt ihop med arbetets slut på det ofullständiga Yucca Mountain Repository . För närvarande finns det 70 kärnkraftverk där använt bränsle lagras. En Obama -kommission utsågs av president Obama för att undersöka framtida alternativ för detta och framtida slöseri. Ett djupt geologiskt förvar tycks gynnas. 2018 Nobelpriset i fysik -Vinnare Gérard Mourou har föreslagit användning av chirpade puls amplifiering för att generera hög energi och låg varaktighet laserpulser att förvandla starkt radioaktivt material (innesluten i ett mål) för att avsevärt minska dess halv-liv, från tusentals år för att bara några minuter.

Initial behandling

Förglasning

Avfallsförglasningsanläggningen på Sellafield

Långtidsförvaring av radioaktivt avfall kräver stabilisering av avfallet till en form som varken reagerar eller försämras under längre perioder. Det teoretiseras att ett sätt att göra detta kan vara genom vitrifiering . För närvarande på Sellafield blandas högnivåavfallet ( PUREX raffinat i första cykeln ) med socker och kalcineras sedan. Kalcinering innebär att avfallet passerar genom ett uppvärmt, roterande rör. Syftet med kalcineringen är att avdunsta vattnet från avfallet och de-nitrera klyvningsprodukterna för att underlätta stabiliteten hos det producerade glaset.

Det genererade 'kalcinet' matas kontinuerligt in i en induktionsuppvärmd ugn med fragmenterat glas . Det resulterande glaset är en ny substans där avfallsprodukterna är bundna till glasmatrisen när det stelnar. Som en smältning hälls denna produkt i cylindriska behållare av rostfritt stål ("cylindrar") i en satsvis process. Vid kylning stelnar vätskan ("vitrifierar") in i glaset. Efter att ha bildats är glaset mycket motståndskraftigt mot vatten.

Efter fyllning av en cylinder svetsas en tätning på cylinderhuvudet. Cylindern tvättas sedan. Efter att ha kontrollerats för yttre föroreningar lagras stålcylindern, vanligtvis i ett underjordiskt förvar. I denna form förväntas avfallsprodukterna vara immobiliserade i tusentals år.

Glaset inuti en cylinder är vanligtvis en svart blank substans. Allt detta arbete (i Storbritannien) utförs med hjälp av hetcells -system. Socker tillsätts för att styra rutenium kemi och för att stoppa bildningen av det flyktiga RuO ₄ innehållande radioaktiva rutenium isotoper . I väst är glaset normalt ett borsilikatglas (liknande Pyrex ), medan det i det tidigare Sovjetunionen är normalt att använda ett fosfatglas . Mängden klyvningsprodukter i glaset måste begränsas eftersom vissa ( palladium , de andra metallerna i Pt -gruppen och tellurium ) tenderar att bilda metallfaser som separeras från glaset. Bulkförglasning använder elektroder för att smälta jord och avfall, som sedan begravs under jorden. I Tyskland används en förglasningsanläggning; detta behandlar avfallet från en liten demonstrationsupparbetningsanläggning som sedan har stängts.

Fosfatkeramik

Förglasning är inte det enda sättet att stabilisera avfallet till en form som inte kommer att reagera eller brytas ned under längre perioder. Immobilisering via direkt inkorporering i en fosfatbaserad kristallin keramisk värd används också. Fosfatkeramikens olika kemi under olika förhållanden visar på ett mångsidigt material som tål kemisk, termisk och radioaktiv nedbrytning över tid. Fosfaternas egenskaper, särskilt keramiska fosfater, av stabilitet över ett brett pH -område, låg porositet och minimering av sekundärt avfall introducerar möjligheter för nya avfallshanteringstekniker.

Jonbytare

Det är vanligt att medelaktivt avfall i kärnkraftsindustrin behandlas med jonbyte eller på annat sätt för att koncentrera radioaktiviteten till en liten volym. Den mycket mindre radioaktiva massan (efter behandling) släpps ofta ut då. Till exempel, är det möjligt att använda en ferri -hydroxid flock att avlägsna radioaktiva metaller från vattenhaltiga blandningar. Efter att radioisotoperna har absorberats på järnhydroxiden kan det resulterande slammet placeras i en metalltrumma innan det blandas med cement för att bilda en fast avfallsform. I syfte att få bättre långsiktiga resultat (mekanisk stabilitet) från sådana former, kan de vara gjorda av en blandning av flygaska , eller masugnsslagg , och portlandcement , i stället för normal betong (gjord med Portland-cement, grus och sand ).

Synroc

Australian Synroc (syntetisk sten) är ett mer sofistikerat sätt att immobilisera sådant avfall, och denna process kan så småningom komma till kommersiell användning för civilt avfall (det utvecklas för närvarande för amerikanskt militärt avfall). Synroc uppfanns av prof Ted Ringwood ( geokemist ) vid Australian National University . Synroc innehåller mineraler av pyroklor och kryptomelan. Den ursprungliga formen av Synroc (Synroc C) utformades för flytande högnivåavfall (PUREX-raffinat) från en lättvattenreaktor . Huvudmineralerna i denna Synroc är hollandit (BaAl ₂ Ti ₆ O ₁₆ ), zirkonolit (CaZrTi ₂ O ₇ ) och perovskit (CaTiO ₃ ). Zirkonolit och perovskit är värdar för aktiniderna . Den strontium och barium kommer att fastställas i perovskit. Den cesium kommer att fastställas i hollandit. En avfallsbehandlingsanläggning från Synroc började bygga 2018 på ANSTO

Långsiktig ledning

Tidsramen i fråga när det gäller radioaktivt avfall varierar från 10 000 till 1 000 000 år, enligt studier baserade på effekten av uppskattade strålningsdoser. Forskare föreslår att prognoser om hälsoskada för sådana perioder bör granskas kritiskt. Praktiska studier tar bara upp till 100 år när det gäller effektiv planering och kostnadsutvärderingar. Långsiktigt beteende för radioaktivt avfall är fortfarande ett ämne för pågående forskningsprojekt inom geoforecasting .

Sanering

Alger har visat selektivitet för strontium i studier, där de flesta växter som används vid biomediering inte har visat selektivitet mellan kalcium och strontium, ofta mättade med kalcium, som finns i större mängder i kärnavfall. Strontium-90 med en halveringstid på cirka 30 år, klassas som avfall på hög nivå.

Forskare har tittat på bioackumulering av strontium från Scenedesmus spinosus ( alger ) i simulerat avloppsvatten. Studien hävdar en mycket selektiv biosorptionskapacitet för strontium av S. spinosus, vilket tyder på att det kan vara lämpligt för användning av kärnvattenvatten. En studie av dammalgen Closterium moniliferum med icke-radioaktivt strontium fann att varierande förhållande barium till strontium i vatten förbättrade strontiumselektiviteten.

Avfallshantering

Torr cask lagring innefattar typiskt tar avfall från en bränslebassängen och försegling det (tillsammans med en inert gas ) i en stålcylinder, som är placerad i en betongcylinder som verkar som en strålskärm. Det är en relativt billig metod som kan utföras vid en central anläggning eller intill källreaktorn. Avfallet kan enkelt hämtas för upparbetning.

Geologisk avfallshantering

Diagram över en underjordisk plats för deponering av radioaktivt avfall

Den 14 februari 2014 läckte radioaktiva material på avfallsisoleringspilotanläggningen ut från en skadad lagertrumma på grund av användning av felaktigt förpackningsmaterial. Analys visade avsaknaden av en "säkerhetskultur" vid anläggningen eftersom dess framgångsrika drift i 15 år hade fött självbelåtenhet.

Processen med att välja lämpliga djupa slutförvar för högnivåavfall och använt bränsle pågår nu i flera länder med det första som förväntas tas i bruk någon gång efter 2010. Grundkonceptet är att lokalisera en stor, stabil geologisk formation och använda gruvteknik för att gräva en tunnel, eller stor öppning tunnelborrningsmaskiner (liknande de som används för att borra tunneln under Engelska kanalen från England till Frankrike) för att borra en axel 500 meter (1.600 fot) till 1000 meter (3300 fot) under ytan där rum eller valv kan grävas för bortskaffande av radioaktivt avfall på hög nivå. Målet är att permanent isolera kärnavfall från den mänskliga miljön. Många människor känner sig fortfarande obekväma när det avyttringssystemet omedelbart upphör , vilket tyder på att ständig hantering och övervakning skulle vara mer försiktig.

Eftersom vissa radioaktiva arter har halveringstider längre än en miljon år, måste även mycket låga behållarläckage och radionuklidvandringshastigheter beaktas. Dessutom kan det kräva mer än en halveringstid tills vissa kärnämnen förlorar tillräckligt med radioaktivitet för att sluta vara dödliga för levande saker. En översyn av National Academy of Sciences från 1983 av det svenska radioaktiva avfallshanteringsprogrammet visade att landets uppskattning av flera hundratusen år - kanske upp till en miljon år - var nödvändig för avfallsisolering "fullt berättigat".

Avfallshantering av radioaktivt avfall på havsbotten har föreslagits av konstaterandet att djupt vatten i Nordatlanten inte utbyter med grunt vatten i cirka 140 år baserat på uppgifter om syrehalt som registrerats under en period av 25 år. De inkluderar begravning under en stabil avgrundsslätt , begravning i en subduktionszon som långsamt skulle bära avfallet nedåt i jordens mantel och begravning under en avlägsen naturlig eller människogjord ö. Även om dessa metoder alla har förtjänst och skulle underlätta en internationell lösning på problemet med bortskaffande av radioaktivt avfall, skulle de kräva en ändring av havslagen .

Artikel 1 (definitioner), 7., i 1996 års protokoll till konventionen om förebyggande av marin förorening genom dumpning av avfall och andra ämnen (London Dumping Convention) säger:

"" Hav "avser alla andra marina vatten än staternas inre vatten, liksom havsbotten och dess undergrund; det omfattar inte förvaringsplatser för havsbotten som endast nås från land."

Den föreslagna landbaserade subduktiva avfallshanteringsmetoden förfogar över kärnavfall i en subduktionszon som nås från mark och är därför inte förbjuden enligt internationellt avtal. Denna metod har beskrivits som det mest livskraftiga sättet att kassera radioaktivt avfall, och som den senaste tekniken från 2001 inom teknik för avfallshantering av kärnavfall. Ett annat tillvägagångssätt som kallas Remix & Return skulle blanda avfall på hög nivå med urangruva och bruksavfall till nivån för uranmalmens ursprungliga radioaktivitet och sedan ersätta det i inaktiva urangruvor. Detta tillvägagångssätt har fördelarna med att tillhandahålla arbetstillfällen för gruvarbetare som skulle fungera som avyttringspersonal, och att underlätta en vagga-till-grav-cykel för radioaktiva material, men skulle vara olämpligt för använt reaktorbränsle i avsaknad av upparbetning, på grund av närvaron av mycket giftiga radioaktiva element som plutonium i den.

Fördjupning av djupborrhål är konceptet att kasta radioaktivt avfall på hög nivå från kärnreaktorer i extremt djupa borrhål. Fördjupning för djupborrning syftar till att placera avfallet så mycket som 5 kilometer (3.1 mi) under jordens yta och bygger främst på den enorma naturliga geologiska barriären för att begränsa avfallet säkert och permanent så att det aldrig ska utgöra ett hot mot miljön . Jordskorpan innehåller 120 biljoner ton thorium och 40 biljoner ton uran (främst vid relativt spårkoncentrationer av delar per miljon som vardera läggs samman över jordskorpans 3 × 10 ¹⁹ ton massa), bland andra naturliga radioisotoper. Eftersom andelen nuklider som sönderfaller per tidsenhet är omvänt proportionell mot en isotops halveringstid skulle den relativa radioaktiviteten för den mindre mängd människoproducerade radioisotoper (tusentals ton istället för biljoner ton) minska när isotoperna med mycket kortare halveringstider än huvuddelen av naturliga radioisotoper förfallit.

I januari 2013 avvisade landstinget i Cumbria Storbritanniens centralregeringsförslag om att börja arbeta med en underjordisk lagringsdump för kärnavfall nära Lake District National Park . "För varje värdgemenskap kommer det att finnas ett betydande paket för samhällsnytta och värt hundratals miljoner pund", säger Ed Davey, energisekreterare, men ändå röstade det lokala valda organet 7–3 mot att forskningen fortsatte, efter att ha hört bevis från oberoende geologer att "de brutna lagren i länet var omöjliga att anförtro så farligt material och en fara som varar i årtusenden."

Horisontellt bortskaffande av borrhål beskriver förslag om att borra över en km vertikalt och två km horisontellt i jordskorpan, för att avfallshantera högnivåavfall, t.ex. använt kärnbränsle , Cesium-137 eller Strontium-90 . Efter utplaceringen och återvinningsperioden skulle borrhål fyllas på igen och förseglas. En rad tester av tekniken utfördes i november 2018 och sedan igen offentligt i januari 2019 av ett amerikanskt privat företag. Testet visade placering av en testbehållare i ett horisontellt borrhål och hämtning av samma kapsel. Det användes inget egentligt högnivåavfall i detta test.

Europeiska kommissionens gemensamma forskningscentrumrapport från 2021 (se ovan) drog slutsatsen:

Hantering av radioaktivt avfall och dess säkra avfallshantering är ett nödvändigt steg i livscykeln för alla tillämpningar av kärnvetenskap och teknik (kärnkraft, forskning, industri, utbildning, medicin och andra). Radioaktivt avfall genereras därför i praktiskt taget alla länder, det största bidraget kommer från kärnkraftens livscykel i länder som driver kärnkraftverk. För närvarande finns det en bred vetenskaplig och teknisk enighet om att bortskaffande av högaktivt, långlivat radioaktivt avfall i djupa geologiska formationer, enligt dagens kunskap, anses vara ett lämpligt och säkert sätt att isolera det från biosfären under mycket lång tid tidsskala.

Transmutation

Det har kommit förslag om reaktorer som förbrukar kärnavfall och överför det till annat, mindre skadligt eller kortare liv, kärnavfall. I synnerhet var den integrerade snabbreaktorn en föreslagen kärnreaktor med en kärnbränslecykel som inte producerade något transuraniskt avfall och faktiskt kunde konsumera transuraniskt avfall. Det gick så långt som till stora tester men avbröts så småningom av den amerikanska regeringen. Ett annat tillvägagångssätt, som anses säkrare men kräver mer utveckling, är att ägna subkritiska reaktorer till transmutation av de överblivna transuraniska elementen.

En isotop som finns i kärnavfall och som representerar en oro när det gäller spridning är Pu-239. Det stora lageret av plutonium är ett resultat av dess produktion inuti urandrivna reaktorer och av upparbetning av vapenplutonium under vapenprogrammet. Ett alternativ för att bli av med detta plutonium är att använda det som bränsle i en traditionell lättvattenreaktor (LWR). Flera bränsletyper med olika plutoniumförstöringseffektivitet undersöks.

Transmutation förbjöds i USA i april 1977 av president Carter på grund av faran för plutoniumspridning, men president Reagan upphävde förbudet 1981. På grund av ekonomiska förluster och risker återupptogs inte byggandet av upparbetningsanläggningar under denna tid. På grund av det höga energibehovet har arbetet med metoden fortsatt i EU . Detta har resulterat i en praktisk kärnkraftsforskningsreaktor kallad Myrrha där transmutation är möjlig. Dessutom har ett nytt forskningsprogram vid namn ACTINET startats i EU för att möjliggöra transmutation i stor industriell skala. Enligt president Bushs Global Nuclear Energy Partnership (GNEP) från 2007, främjar USA aktivt forskning om transmutationsteknik som behövs för att markant minska problemet med kärnavfallshantering.

Det har också varit teoretiska studier som omfattar användning av fusionsreaktorer som så kallade "aktinider brännare", där en fusionsreaktor plasma såsom i en tokamak , skulle kunna vara "dopat" med en liten mängd av de "mindre" transuranatomer som skulle vara överförs (vilket betyder klyvning i aktinidfodralet) till lättare element vid deras successiva bombardering av de neutroner med mycket hög energi som produceras genom sammansmältning av deuterium och tritium i reaktorn. En studie vid MIT visade att endast 2 eller 3 fusionsreaktorer med parametrar som liknar den hos International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) kan överföra hela den årliga mindre aktinidproduktionen från alla lättvattenreaktorer som för närvarande arbetar i USA: s flotta medan samtidigt genererar cirka 1 gigawatt effekt från varje reaktor.

Återanvänd

Förbrukat kärnbränsle innehåller mycket fruktbart uran och spår av klyvbara material. Metoder som PUREX -processen kan användas för att avlägsna användbara aktinider för produktion av aktivt kärnbränsle.

Ett annat alternativ är att hitta applikationer för isotoper i kärnavfall för att återanvända dem. Redan extraheras cesium-137 , strontium-90 och några andra isotoper för vissa industriella tillämpningar såsom matbestrålning och radioisotop termoelektriska generatorer . Även om återanvändning inte eliminerar behovet av att hantera radioisotoper, kan det minska mängden avfall som produceras.

Nuclear Assisted Hydrocarbon Production Method, kanadensisk patentansökan 2 659 302, är en metod för tillfällig eller permanent lagring av kärnavfallsmaterial innefattande placering av avfallsmaterial i ett eller flera förråd eller borrhål konstruerade till en okonventionell oljebildning. Avfallsmaterialens termiska flöde bryter formationen och förändrar de kemiska och/eller fysikaliska egenskaperna hos kolvätematerial inom den underjordiska formationen för att möjliggöra avlägsnande av det förändrade materialet. En blandning av kolväten, väte och/eller andra formationsvätskor produceras från formationen. Radioaktiviteten hos radioaktivt avfall på hög nivå ger spridningsmotstånd mot plutonium placerat i förrådets periferi eller den djupaste delen av ett borrhål.

Uppfödarreaktorer kan köras på U-238 och transuraniska element, som omfattar majoriteten av använt bränsle radioaktivitet under 1000–100 000-årsperioden.

Utrymmehantering

Rymdförvaring är attraktivt eftersom det tar bort kärnavfall från planeten. Det har betydande nackdelar, till exempel risken för katastrofalt misslyckande av ett skjutfordon , som kan sprida radioaktivt material till atmosfären och runt om i världen. Ett stort antal uppskjutningar skulle krävas eftersom ingen enskild raket skulle kunna bära mycket av materialet i förhållande till den totala mängden som behöver kastas. Detta gör förslaget opraktiskt ekonomiskt och ökar risken för minst ett eller flera startfel. För att ytterligare komplicera ärendena måste internationella överenskommelser om regleringen av ett sådant program upprättas. Kostnader och otillräcklig tillförlitlighet för moderna raketuppskjutningssystem för rymdförvaring har varit ett av motiven för intresset för rymdlanseringssystem som inte är raketer , såsom massförare , rymdhissar och andra förslag.

Nationella förvaltningsplaner

Anti-kärnvapenprotest nära kärnavfallshanteringscenter vid Gorleben i norra Tyskland

Sverige och Finland är längst längs när de åtar sig en särskild avfallsteknik, medan många andra bearbetar använt bränsle eller avtalar med Frankrike eller Storbritannien för att göra det, tar tillbaka det resulterande plutonium och högnivåavfall. "En ökande eftersläpning av plutonium från upparbetning utvecklas i många länder ... Det är tveksamt att upparbetning är ekonomiskt meningsfull i den nuvarande miljön av billigt uran."

I många europeiska länder (t.ex. Storbritannien, Finland, Nederländerna, Sverige och Schweiz) är risk- eller dosgränsen för en medborgare som utsätts för strålning från en framtida kärnavfallsanläggning på hög nivå betydligt strängare än vad som föreslås av International Commission on Radiation Protection eller föreslagits i USA. Europeiska gränser är ofta strängare än standarden som föreslogs 1990 av International Commission on Radiation Protection med en faktor 20 och strängare med en faktor tio än standarden som föreslogs av US Environmental Protection Agency (EPA) för kärnkraft i Yucca Mountain avfallsförvar de första 10 000 åren efter stängning.

Den amerikanska EPA: s föreslagna standard för mer än 10 000 år är 250 gånger mer tillåtande än den europeiska gränsen. US EPA föreslog en lokal gräns på högst 3,5 millisievert (350 millirem ) varje år till lokala individer efter 10 000 år, vilket skulle vara upp till flera procent av exponeringen som för närvarande erhålls av vissa befolkningar i de högsta naturliga bakgrundsregionerna på jorden, även om US Department of Energy (DOE) förutspådde att den mottagna dosen skulle ligga mycket under denna gräns . Under en tidsram på tusentals år, efter att de mest aktiva korta halveringstiderna av radioisotoper förfallit, skulle begravning av amerikanskt kärnavfall öka radioaktiviteten i de översta 2000 foten av sten och jord i USA (10 miljoner km ² ) med cirka 1 del i 10 miljoner över den kumulativa mängden naturliga radioisotoper i en sådan volym, men platsen i närheten skulle ha en mycket högre koncentration av artificiella radioisotoper under jorden än ett sådant genomsnitt.

mongoliet

Efter allvarligt motstånd om planer och förhandlingar mellan Mongoliet med Japan och USA för att bygga kärnkraftsavfall i Mongoliet, stoppade Mongoliet alla förhandlingar i september 2011. Dessa förhandlingar hade börjat efter att USA: s vice energisekreterare Daniel Poneman besökte Mongoliet i september 2010. Samtal ägde rum i Washington, DC mellan tjänstemän i Japan, USA och Mongoliet i februari 2011. Efter detta gick Förenade Arabemiraten (UAE), som ville köpa kärnbränsle från Mongoliet, med i förhandlingarna. Samtalen hölls hemliga och även om Mainichi Daily News rapporterade om dem i maj förnekade Mongoliet officiellt förekomsten av dessa förhandlingar. Men oroade över denna nyhet protesterade mongoliska medborgare mot planerna och krävde regeringen att dra tillbaka planerna och lämna ut information. Den mongoliska presidenten Tsakhiagiin Elbegdorj utfärdade den 13 september ett presidentbeslut som förbjöd alla förhandlingar med utländska regeringar eller internationella organisationer om lagringsplaner för kärnavfall i Mongoliet. Den mongoliska regeringen har anklagat tidningen för att ha distribuerat falska påståenden runt om i världen. Efter presidentordern sparkade den mongoliska presidenten individen som förmodligen var inblandad i dessa samtal.

Olaglig dumpning

Myndigheter i Italien undersöker en 'Ndrangheta -maffianklan anklagad för människohandel och olaglig dumpning av kärnavfall. Enligt en visselblåsare betalade en chef för Italiens statliga energiforskningsbyrå Enea klanen för att bli av med 600 trummor giftigt och radioaktivt avfall från Italien, Schweiz, Frankrike, Tyskland och USA, med Somalia som destination, där avfallet begravdes efter att ha köpt av lokala politiker. Tidigare anställda på Enea misstänks ha betalat kriminella för att ta avfall från händerna under 1980- och 1990 -talen. Sändningarna till Somalia fortsatte in på 1990 -talet, medan 'Ndrangheta -klanen också sprängde skeppslaster med avfall, inklusive radioaktivt sjukhusavfall, och skickade dem till havsbotten utanför den kalabriska kusten. Enligt miljögruppen Legambiente har tidigare medlemmar i 'Ndrangheta sagt att de fick betalt för att sjunka fartyg med radioaktivt material under de senaste 20 åren.

Olyckor

Några incidenter har inträffat när radioaktivt material hanterades på fel sätt, avskärmning under transporten var defekt, eller när det helt enkelt övergavs eller till och med stals från en sopaffär. I Sovjetunionen blåstes avfall lagrat i Karachaysjön över området under en dammstorm efter att sjön delvis torkat ut. På Maxey Flat , en lågnivåanläggning för radioaktivt avfall som ligger i Kentucky , döljde inneslutningsgravar täckta med smuts, istället för stål eller cement, under kraftig nederbörd i skyttegravarna och fylldes med vatten. Vattnet som invaderade skyttegravarna blev radioaktivt och måste kasseras på själva Maxey Flat -anläggningen. I andra fall av olyckor med radioaktivt avfall flödade sjöar eller dammar med radioaktivt avfall av misstag ut i floderna under exceptionella stormar. I Italien släpper flera radioaktiva avfallsmaterial in material i flodvatten och förorenar därmed vatten för hushållsbruk. I Frankrike sommaren 2008 inträffade många incidenter: i en, vid Areva -fabriken i Tricastin , rapporterades det att vätska som innehöll obehandlat uran flödade ur en defekt tank och cirka 75 kg av det radioaktiva materialet under en tömningsoperation. sipprade in i marken och därifrån i två floder i närheten; i ett annat fall var över 100 anställda smittade av låga doser av strålning. Det finns pågående oro kring försämringen av kärnavfallsplatsen på Enewetak -atollen på Marshallöarna och ett potentiellt radioaktivt utsläpp.

Rensning av övergivet radioaktivt material har varit orsaken till flera andra fall av strålningsexponering , främst i utvecklingsländer , som kan ha mindre reglering av farliga ämnen (och ibland mindre allmän utbildning om radioaktivitet och dess faror) och en marknad för skrotade varor och skrot metall. Rensarna och de som köper materialet är nästan alltid omedvetna om att materialet är radioaktivt och det är valt för dess estetik eller skrotvärde. Ansvarslöshet från ägarna till det radioaktiva materialet, vanligtvis ett sjukhus, universitet eller militär, och avsaknaden av regler om radioaktivt avfall eller bristande efterlevnad av sådana regler har varit viktiga faktorer vid strålningsexponering. För ett exempel på en olycka med radioaktivt skrot från ett sjukhus, se Goiânia -olyckan .

Transportolyckor med använt kärnbränsle från kraftverk kommer sannolikt inte att få allvarliga konsekvenser på grund av styrkan i de använda kärnbränslefartygen .

Den 15 december 2011 erkände regeringens högsta talesperson Osamu Fujimura från den japanska regeringen att kärnämnen hittades i avfallet från japanska kärntekniska anläggningar. Även om Japan 1977 åtog sig dessa inspektioner i skyddsavtalet med IAEA, hölls rapporterna hemliga för inspektörerna från International Atomic Energy Agency . Japan inledde diskussioner med IAEA om de stora mängder berikat uran och plutonium som upptäcktes i kärnavfall som rensats bort av japanska kärnkraftsoperatörer. På presskonferensen sa Fujimura: "Baserat på undersökningar hittills har de flesta kärnämnen hanterats korrekt som avfall, och ur det perspektivet finns det inga problem i säkerhetshanteringen," men enligt honom var frågan i det ögonblicket fortfarande som utreds.

Tillhörande varningsskyltar

• 

  Trefoliesymbolen används för att indikera joniserande strålning.

• 

  2007 ISO -radioaktivitets farosymbol avsedd för IAEA kategori 1, 2 och 3 källor definierade som farliga källor som kan dö eller allvarliga skador.

• 

  Klassificeringstecken för farligt gods för radioaktiva material

Se även

Referenser

Citerade källor

• Vandenbosch, Robert & Vandenbosch, Susanne E. (2007). Kärnavfall dödläge . Salt Lake City: University of Utah Press. ISBN 978-0874809039.

externa länkar

• Alsos Digital Library - Radioactive Waste (kommenterad bibliografi)
• Euridice European Interest Group som ansvarar för driften av Hades URL (länk)
• Ondraf/Niras, myndigheten för avfallshantering i Belgien (länk)
• Kritisk timme: Three Mile Island, The Nuclear Legacy och National Security (PDF)
• Environmental Protection Agency - Yucca Mountain (dokument)
• Grist.org - Hur man berättar för kommande generationer om kärnavfall (artikel)
• International Atomic Energy Agency - Internet Directory of Nuclear Resources (länkar)
• Nuclear Files.org - Yucca Mountain (dokument)
• Nuclear Regulatory Commission - Radioactive Waste (dokument)
• Nuclear Regulatory Commission - Beräkning av genererad värme för använt bränsle (guide)
• Radwaste Solutions (tidning)
• UNEP Earthwatch - Radioaktivt avfall (dokument och länkar)
• World Nuclear Association - Radioactive Waste (briefing papers)
• Oro kan inte begravas när kärnavfallet hopar sig, Los Angeles Times, 21 januari 2008