Upravljanje visoko radioaktivnim otpadom

Visoko radioaktivni otpad (HLW) nastaje kada se iz istrošenog goriva izdvoje fisibilni i oplodni nuklidi. Naravno, bez reprocesiranja, istrošeno gorivo također se tretira kao visoko radioaktivni otpad. HLW zauzima 3% volumena ukupnog radioaktivnog otpada, ali 95% ukupne radioaktivnosti. Sastoji se od visoko radioaktivnih fisijskih produkata i nešto teških elemenata s dugim vremenom poluraspada. Procesom izdvajanja urana i plutonija visoko radioaktivni otpad nastaje u tekućem stanju i nužno ga je prevesti u kruto stanje. To se radi procesom ustakljivanja (vitrifikacije) čime se smanjuje i njegov volumen za 70%. Kao rezultat rada tipičnog energetskog nuklearnog reaktora godišnje se dobije oko 25 t istrošenog goriva, čijim reprocesiranjem se godišnje dobije oko 3 m³ ustakljenog visoko radioaktivnog otpada. Ustakljeni HLW privremeno se pohranjuje u čeličnim spremnicima. Ustakljeni HLW razvija toplina pa se prije konačnog odlaganja mora hladiti. Zbrinjavanje visokoradioaktivnog otpada poskupljuje cijenu električne energije pa kupci u SAD-u uplaćuju 0,001 US$/kWh u specijalni fond u kojem je do 2007. prikupljeno 18 milijardi US$. Konačno odlaganje predviđa se u stabilnim geološkim formacijama (granit, bazalt, sedra, glina, solne formacije), a izbor se razlikuje od zemlje do zemlje.

Nakon izlaska iz reaktora istrošeno se gorivo najprije hladi, a zatim ili ide na preradu ili se privremeno pohranjuje do konačnog odlaganja (40 – 50 godina nakon izlaska iz reaktora). Privremeno pohranjivanje istrošenog goriva može biti mokro ili suho. Mokro pohranjivanje može se realizirati u bazenima za istrošeno gorivo u krugu elektrane ili u posebno izgrađenim postrojenjima gdje se na jednom mjestu pohranjuje istrošeno gorivo iz većeg broja nuklearnih elektrana (centralno pohranjivanje). Primjeri centralnog pohranjivanja su postrojenje CLAB u Švedskoj i postrojenje Loviisa u Finskoj. Istrošeni gorivni elementi koji su proveli u bazenu za hlađenje dovoljno dugo vremena mogu se podvrgnuti suhom pohranjivanju. U tu su svrhu napravljeni betonski, metalni i višenamjenski (MPC; Multi-Purpose Canister) spremnici. MPC-i su razvijeni za potrebe pohrane, transporta i trajnog odlaganja istrošenog goriva. Nakon stavljanja istrošenog goriva u spremnik obavlja se transport do predviđene lokacije za suho pohranjivanje. Valja napomenuti da transportni spremnici prolaze rigorozna testiranja i moraju ostati hermetički zatvoreni i nakon udara lokomotive brzinom 130 km/h u betonski zid. Do sada nije bilo radioaktivnog ispuštanja iz spremnika tijekom transporta. Postrojenje za suho pohranjivanje može biti otvorenog i zatvorenog (bunkerskog) tipa.
Istrošeno gorivo i ustakljeni visoko radioaktivni otpad dobiven preradom istrošenog goriva sadrže dugoživuće radioaktivne nuklide koji su velika opasnost za okoliš i stanovništvo, te se moraju trajno izolirati iz okoliša. Stoga je potrebno istrošeno gorivo i ustakljeni HLW prebaciti u konačno odlagalište visoko radioaktivnog otpada. Razmatrane su sljedeće mogućnosti konačnog odlaganja visoko radioaktivnog otpada:

1. odlaganje u oceanima,
2. odlaganje u stabilne geološke formacije na kopnu,
3. izvanzemaljsko odlaganje,
4. odlaganje na antarktički led.

Međunarodni ugovor o Antarktiku ne dopušta odlaganje HLW-a na Antarktiku tako da ta mogućnost otpada. Izvanzemaljsko odlaganje bi se moglo koristiti za samo za male količine posebnih nuklida (¹²⁹I, aktinidi) zbog visokih troškova, ali metoda zahtjeva i izgradnju novih spremnika koji moraju sačuvati integritet i pri eventualnom padu raketoplana. Opcija odlaganja u oceanima može biti višestruka:

• odlaganje u duboke vode,
• odlaganje u bušotine u morskom dnu,
• odlaganje u oceanske tektonske rovove.

Međutim, odlaganje u stabilne geološke formacije na kopnu je, prema studiji American Physical Society, u neposrednoj budućnosti jedino prihvatljivo rješenje s tim da je odlaganje u duboke bušotine potencijalno bolja opcija u daljoj budućnosti. Ocjena prihvatljivosti bazira se na procjenama o načinu i vremenu potrebnom da radioaktivni otpad dođe do površine prijenosom pomoću podzemnih voda. Iako aktivnost radioaktivnog otpada naglo opada za približno 700 godina, ostaje problem dugoživućih ¹²⁹I, ⁹⁹Tc i aktinida. Studija pokazuje da pri djelomičnoj propusnosti stijena radioaktivnost ne bi doprla do površina za 0,8 milijuna godina. Vodi treba od 100 do 1000 godina da s dubine 500 metara dođe do površine, ali je zbog ionske izmjene prijenos radioaktivnih izotopa sporiji tako pa je rizik od radioaktivnosti za ⁹⁹Sr i ¹³⁷Cs jednak nuli jer će se ti raspasti prije nego što dođu do površine. Prije nego što radioaktivni materijel krene prema površini treba doći do otapanja ustakljenog otpada i otapanja oplate kontejnera. Čelična oplata nije dovoljna i trajna zaštita, ali je sloj olova s unutarnje strane dovoljna barijera za najmanje milijun godina. Uz to brzina otapanja stakla iznosi od 0,1 do 1 μm za 1000 godina u realnim uvjetima što čini dosta dugotrajnu barijeru osim za aktinide i ¹²⁹I. Američke procjene rizika trajnog odlaganja visoko radioaktivnog otpada pokazuju da bi otpad bez urana (on je ionako vraćen u zemlju) i ¹²⁹I zakopan na 600 m dubine, uz brzinu erozije 45 m u milijun godina, izazvao 0,0009 slučajeva raka za gigavat godinu proizvedene električne energije. U SAD-u izgrađeno je konačno odlagalište visoko radioaktivnog otpada Yucca Mountain u Nevadi no još se ne koristi jer nema uporabnu dozvolu. Prvo odlagalište visoko radioaktivnog otpada u Europi bit će izgrađeno u Finskoj na lokaciji Olkiluoto. Istrošeno gorivo stavljeno u posebne kontejnere odlagat će se u podzemne tunele iskopane u granitnim stijenama na dubini od 500 m. Radovi na izgradnji odlagališta počeli su 2004. godine a početak pogona odlagališta predviđen je za 2020. godinu.

Shematski prikaz finskog konačnog odlagališta visoko radioativnog otpada na lokaciji Olkiluoto