Materijali prednjeg dijela nuklearnog gorivnog ciklusa dolaze u raznovrsnim kemijskim spojevima i fizikalnim stanjima koji predstavljaju potencijalnu opasnost za okoliš i stanovništvo. S obzirom da se sigurnost temelji na dizajnu spremnika za transport radioaktivnog materijala, IAEA je izdala nekoliko standardiziranih sigurnosnih normi. Sigurnosne regulative i kriteriji su grupirani u pet kategorija, ovisno o aktivnosti i tipu radioaktivnog materijala koji se prevozi.

Transport uranovog koncentrata
Uranov koncentrat jest materijal male specifične aktivnosti koji predstavlja malu radiološku opasnost za okoliš i čovjeka. Obično se transportira u zavarenim 200 litrenim bačvama (tzv. industrijski paket) u standardnim (ISO) tovarnim kontejnerima koji se mogu prevoziti cestom, željeznicom, morem ili kombinacijom. Ti industrijski paketi su dizajnirani kako bi pružili sigurnost za vrijeme normalnog transporta i testirani su za razne hipotetske uvjete – slobodni pad, mehanička oštećenja, lom i sl.

Transport uranovog koncentrata

Transport uranovog heksaflourida
Uranov koncentrat se transportira do postrojenja za obogaćenje gdje se konvertira u uranov heksaflourid (UF₆), koji ima jednu drugačiju osobinu od uranovog koncentrata: emitira toksične plinove. UF₆ se transportira se u velikim čeličnim cilindrima, 120 cm u promjeru koji mogu primiti do 12,5 tona materijala. On može biti ubačen u tekućem ili plinovitom stanju, ovisno o proizvodnom procesu, a zatim se na sobnoj temperaturi solidificira. Čelični cilindri koji služe za transport imaju standardizirani dizajn i obavezno moraju proći tlačni test gdje se ne smiju pojaviti stukturalna oštećenja niti plinovita ispuštanja. Također se podrvgavaju termičkim ispitivanjima.

TransportUF₆

Transport obogaćenog UF₆
Obogaćeni UF₆ se prevozi u manjim univerzalnim cilindrima – imaju oko 80 cm u dijametru i grupno su pakirani u posebnoj konstrukciji koja sprečava pojavu neželjene lančane reakcije. Naravno, svi konstrukcijski materijali su podvrgnuti raznim sigurnosnim testovima koji simuliraju moguće nesreće u stvarnosti – pad, požar, poplave, potonuće i sl.
Propisi koje je izdala Međunarodna Agencija za Atomsku Energiju (IAEA) za sigurnosni transport radioaktivnih materijala pružaju osnovu za projektiranje zaštitne opreme i primjenu procesa za efikasan i siguran transport. Na temelju tih pravila nuklearna transportna industrija i industrija kojoj je prijevoz takvih materijala samo dio posla, uspješno i sigurno posluju već 45 godina.

Gorivo koje se koristi u nuklearnim elektranama PWR tipa ima prosječan radni vijek do 5 godina, nakon čega gubi na efikasnosti i mora se zamijeniti svježim. To istrošeno gorivo sadrži oko 96% urana, 1% plutonija i oko 3% fisijskih produkata. U tom trenutku moguća su dva tretmana takvog istrošenog goriva:

• priprema za konačno odlaganje (otvoreni gorivni ciklus)
• reprocesiranje u svrhu izdvajanja urana i plutonija (zatvoreni gorivni ciklus)

Ekstrahirani uran i plutonij se dalje koriste za proizvodnju novog goriva koje se sastoji od oksida U i Pu (MOX gorivo). Ostatak od 3% fisijskih produkata predstavlja visokoaktivni otpad koji se vitrificira i trajno odlaže. Istrošeno nuklearno gorivo je visoko radioaktivno – za vrijeme izmjene goriva se odlaže u bazen za hlađenje zbog generiranja ostatne topline.

Bazen s istrošenim gorivnim elementima

Zajedno s transportom ostalih radioaktivnih materijala, transport istrošenog nuklearnog goriva podliježe strogim propisima, koji su bili revidirani i postroženi kroz zadnjih par desetljeća. Razvijene su sigurnosne mjere za zaštitu ljudi i okoliša od tih opasnih prijevoznih tereta. Osnovna karakteristika takvih materijala jest čvrsto stanje, tj. kažemo da su solidificirani. To se posebno odnosi na istrošeno uransko gorivo, MOX gorivo i vitrificirane materijale. Obilježava ih stabilna konstrukcija koja je zadržana čak i u slučaju nezgoda i imaju malu topivost u vodi. Obično i MOX gorivo je napravljeno od tvrdih keramičkih tableta koje su smještene u metalne košuljice od cirkonija, a ti štapovi se nalaze u pravilnoj konstrukciji. Vitrificirani otpad nastaje spajanjem visokoaktivnog otpada ( fisijski produkti) sa rastaljenim staklom koje se pohranjuje u čelične spremnike.

Transport istrošenih gorivnih elemenata

Transport spremnika s istrošenim gorivom

Nakon što su istrošeni gorivni elementi odležali propisani period vremena u bazenu za hlađenje, može se pristupiti njihovom transportu. Transportiraju se posebnim spremnicima (cask) u postrojenja za reprocesiranje ili odlaganje. Spremnici su masivne konstrukcije, pretežito od čelika, težine oko 100 tona i intenzivno se koriste za prijevoz željeznicom i morem. Filozofija sigurnosti koja leži u propisima IAEA (TS-R-1, 2005) jest da se sačuva integritet spremnika bez obzira na način prijevoza. Pod tim strogim regulativama, spremnici moraju ispuniti rigorozne kriterije na mehaničku izdržljivost u slučaju pada, zapaljenja ili potapljanja. Spomenimo samo neke:

• pad sa 9 m visine na čvrstu podlogu i pad sa 1 m na čeličnu prepreku
• izloženost zapaljenju na 800 °C u trajanju od 30 min
• tlačna ispitivanja gdje se simulira dubina potapljanja od 15 m u trajanju od 8 sati
• za visokoradioaktivne materijale, zahtjevi su još stroži, npr. „uranjanje“ na 200 m u trajanju od 1 sata i sl.

Spremnici koji udovoljavaju takvim kriterijima, a ovisno o svom sadržaju, imaju certifikat tipa A, B ili C, te se mogu sa sigurnošću koristiti za transport cestom, željeznicom ili brodom.
Od 2001. godine na snagu je stupio poseban međunarodni zakon za transport istrošenog nuklearnog goriva, plutonija i visokoaktivnog materijala putem mora. Taj zakon uvodi preporuke za dizajn posebnih spremnika za radioaktivni materijal i zahtijeva posebne brodove sa oznakom INF (Irradiated Nuclear Fuel), koji su konstruirani prema IAEA sigurnosnoj normi. Primjer takvog broda vidimo na sljedećoj slici.

Sigurnosne karakteristike broda klase INF3

Brodovi su svrstani u kategorije ovisno o razini radioaktivnosti koju prenose. Podjelu možemo vidjeti u tablici.

Klasifikacija brodova za transport radioaktivnog materijala

Transport vitrificiranog materijala

Vitrificirani radioaktivni materijal je smjesa koja nastaje spajanjem visokoradioaktivnog otpada (fisijskih produkata) iz istrošenog nuklearnog goriva s rastaljenim staklom koje se zatim ubacuje u čelične spremnike. Privremeno se odlaže u postrojenju za reprocesiranje kako bi se smanjila ostatna toplina do dozvoljene granice, a zatim se transportira u matičnu zemlju za trajno odlaganje. Velike su sličnosti s istrošenim gorivnim elementima što se tiče dizajna spremnika (caska) i sigurnosnih normi koje se moraju primijeniti u transportu. Postrojenja za trajno odlaganje takvog otpada su specifična po interijeru, gdje vitrificirani elementi postaju dio građevinskog objekta.

Postrojenje za odlaganje vitrificiranog materijala

Transport MOX goriva

Izdvojeni fisibilni izotopi plutonija u postrojenjima za reprocesiranje se vraćaju u matičnu zemlju u obliku MOX goriva, koje se dalje koristi za proizvodnju električne energije u nuklearnim reaktorima (npr. EPR). Za prijevoz ovog materijala postoje specijalizirane kompanije koje osiguravaju posebne uvjete za cestovni i željeznički promet, dok su za prijevoz morem projektirani posebni spremnici popraćeni rigoroznim sigurnosnim režimima. Značajno iskustvo u transportu je ostvareno posljednjih godina u Zapadnoj Europi.

Transport MOX goriva

Nuklearna industrija nije jedina industrija koja se intenzivno oslanja na transport radioaktivnih materijala. Zbog poznate činjenice da radioaktivno zračenje može prodirati kroz materiju došlo je do široke upotrebe radioaktivnih materijala u medicini, poljoprivredi, industriji, istraživanju i sl. Primjenu bi grubo mogli podijeliti na:

Poljoprivreda – radioizotopi se primjenjuju za rast usjeva, u stočarstvu i u sterilizaciji kod prehrambene industrije.

Industrija – čeličane i razne tehnološke tvornice, proizvodnja detektora dima, luminoscentne komponente u satovima, cestovna industrija (mjerenje neravnina), gama- radiografija za inspekciju varova kod cjevovoda i drugo.
Medicina – primjena u radioterapiji, dijagnostici, liječenju i farmaciji. Tu su važni snažni izvori gama zračenja (npr. ⁶⁰Co) koji se koriste za sterilizaciju medicinske opreme i pribora, te za uništavanje tumorskih stanica (npr. gamma knife). Takvi specifični izvori se proizvode u svega nekoliko zemalja svijeta, stoga je za njihovu distribuciju presudan transport morem i zrakom.
Prije samog fizičkog transporta radioaktivnih pošiljki potrebno je provesti sigurnosne kontrole i mjerenja. Potrebno je provjeriti ispravnost brtvi industrijskih paketa i ostalih komponenti, izvesti test na ispuštanje toksičnih plinova, provesti radijacijska mjerenja na specifičnim lokacijama paketa. Institucije koje se brinu o transportu takvih pošiljki moraju zadovoljiti međunarodne sigurnosne regulative – tehničko stanje prijevoznog sredstva, odabir rute, osposobljenost radne snage, markiranje paketa, dokumentacija i sl.

Radioaktivni se materijali transportiraju diljem svijeta u sve većim količinama. Nuklearni materijali izvan gorivnog ciklusa dolaze u širokom spektru kemijskih i fizičkih formi, stoga je i njihova potencijalna opasnost šarolika.
Pokrivaju se razna područja, od farmacije i medicine gdje se javljaju radioaktivni nuklidi za dijagnostiku i liječenje pa sve do visokoaktivnog istrošenog nuklearnog goriva koje se javlja u nuklearnim elektranama i postrojenjima za reprocesiranje. To mogu biti male kapsule sa radio-farmaceutskim materijalom koje se prevoze u kartonskim kutijama ili pak snažni gama izvori koji se prevoze u masivnim betonskim spremnicima od nekoliko tona.

Svi ti materijali se transportiraju kopnom, morem i zrakom u skladu sa zakonskim normama koja su danas univerzalna i standardizirana prema IAEA-inim sigurnosnim propisima za transport radioaktivnih materijala. Takva regulativa je uvedena kako bi se osigurala potrebna zaštita radnika, stanovništva i okoliša od toksičnih i radioaktivnih materijala, od njihovog širenja u slučaju akcidenta ili pojave kritičnosti u transportu nuklearnih materijala iz gorivnog ciklusa. Nužne sigurnosne mjere uključene su u cijeli transportni proces, a započinju specifičnim pakiranjem materijala. U velikoj većini slučajeva takvim se paketima može rukovati kao da je riječ o konvencionalnim opasnim nusproduktima industrije (kiseline, teški metali i sl.). Radnici uključeni u transport moraju poštivati pravila o gomilanju paketa i njihovom prostornom rasporedu.

Vrlo male količine radioaktivnog materijala, bilo samostalne ili kao dio nekog uređaja, mogu se transportirati u paketima koji ne podliježu posebnim sigurnosnim propisima.

Veće se količine, dobivene iz nuklearne medicine i istraživačkih centara, transportiraju u paketima klase A koji moraju izdržati uvjete normalnog transporta i eventualno grubo rukovanje. U hipotetskim ozbiljnijim akcidentima može se narušiti integritet takvih paketa – time se postavljaju gornje sigurnosne granice za vrstu radionuklida koji se može prevoziti.

Još veće količine radioaktivnog materijala, kao što su radioaktivni izvori iz medicine i industrije, istrošeno nuklearno gorivo te razni toksični materijali, transportiraju se u paketima tipa B koji moraju izdržati teške akcidente koji se mogu javiti u transportu kopnom, vodom i zrakom, a bez da se značajnije naruši njihov integritet.

Sigurnosne mjere obuhvaćaju razne postupke zaštite od posljedica namjerno izazvanih nesreća. U prošlosti su najveću zabrinutost izazivale potencijalne krađe (diverzije) nuklearnog materijala, međutim tragični događaji u novijoj povijesti (11. rujan 2001. u SAD) pojačali su osjetljivost na mogućnost terorizma. Postoji cijeli niz mjera zaštite, kao što su kvaliteta proizvodnje materijala za konstrukciju, sigurnosna pratnja tereta, kontrola pristupa, provjeravanje zaposlenika, satelitsko praćenje koordinata materijala i sl. Također se teži minimizirati ukupno vrijeme transporta i klasificirati njegove informacije – dan i vrijeme isporuke kao i sama relacija za prijevoz.

Godine 2002. IAEA je poduzela inicijativu podizanja razine sigurnosti u transportu radioaktivnih materijala, što je nadopuna postojećem sigurnosnom modelu UN-a. Propisi obuhvaćaju sve materijale potencijalno korisne terorističkim skupinama – eksplozive, zapaljive plinove i tekućine, opasne kemikalije te opisani radioaktivni materijali.