Lavaktivt affald. Emballage, filtre m.v. I denne gruppe findes en del langlivede radioisotoper med lav aktivitet f.eks. actinider.
Mellemaktivt affald. Radioisotoper med en mellemlang halveringstid og lang nedbrydningstid.
Højaktivt affald består radioisotoper med en kort halveringstid og kort nedbrydningstid. Det er navnlig denne del af affaldet, som diskussionen drejer sig om – men ofte blandes begreberne sammen, så højaktivt affald tillægges en lang opbevaringstid
En af de farligste radioisotoper er den gasformige og sundhedsfarlige iod-131, der har en halveringstid på 8.17 dage. Den omdannes til en ufarlig inaktiv gasart – xenon – indenfor en periode på ca. 6 mdr. Det såkaldte højaktive affald består overvejende af radioisotoper med en halveringstid på ca. 30 år.
De dominerende radioisotoper i denne gruppe er
Cæsium-137.,
Strontium-90, diverse.
Samarium-isotoper og
Plutonium-isotoper.
Figuren stammer fra IAEA. Den viser aktiviteten at 1 ton højaktivt affald. Læg mærke til, at skalaen er logaritmisk inddelt – hvert trin opad eller henad på skalaen forøges med en faktor på 10. På figuren ses at stråling fra cæsium-137 – 137Cs og strontium-90 – 90Sr dominerer de første 5-600 år.
Efter ca. 1000 år er det især transuraner, der er de dominerende strålingskilder, men nu med en megen beskeden størrelse. Når aktiviteten når ned i en størrelsesorden, der svarer til bjergarters naturlige aktivitet er der ikke tale om egentlig affald mere. Det er endvidere teknisk muligt at udskille en del af transuranerne. Herved formindskes det højaktive affalds levetid. Det kunne være et politisk ønske at nedsætte deponeringstiden – eller at finde anvendelser for disse stoffer i fremtiden.
Endelig kunne det være ønsket om at nedsætte radioaktiviteten ved at anvende transmutation – en metode, der forskes meget i øjeblikket. Transmutation kan foretages med stærk neutronstråling, men også med laserteknik. En meget stor laser kaldet Vulcan befinder sig i Rutherford Appleton Laboratoriet i Oxfordshire. Her har man med succes forvandlet 129Iod, som har en halveringstid på 15.7 millioner år til 128Iod, som har halveringstiden 25 minutter. Ved at benytte guld i processen blev der frembragt en stærk gammastråling, der kunne slå en neutron ud af kernen. Teknikken kan desuden i fremtiden benyttes i behandling af sygdomme som f.eks. kræft. Kilde: New Scientist, 23.8.2003.Se referencerne nederst.
Ved PUREX-processen (Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction) frasepareres uran og plutonium fra det brugte brændsel. Efter nedlukning stilles de brugte brændselselementer til afkøling i et bassin med vand i ½ – 1 år, hvorefter den stærkeste korttids-radioaktivitet er klinget af. Opbevaringen sker oftest i vandbassiner i selve reaktorbygningen. Efter ca. ½ års forløb er 90% af den oprindelige radioaktivitet forsvundet. Det er nu muligt at transportere det brugte brændsel til en oparbejdningsfabrik – eller til et midlertidigt lager udenfor selve reaktorbygningen. Transporten til oparbejdningsfabrikken sker i specielle beholdere, canistre, der dels beskytter mod strålingen, dels er konstrueret til at kunne modstå alle kendte former for havarier.
På oparbejdningsfabrikken klippes elementerne først i stykker og opløses derefter i koncentreret salpetersyre (HNO3). Herved dannes:
Beklædningen fra brændselshylstrene opløses ikke af syren, men fjernes fra opløsningen og opbevares særskilt. Man udskiller uran og plutonium ved at ekstrahere opløsningen med et stof, der kaldes TBP (Tri-n-Butylphosfat – (C4H9O)3PO i ca. 70% petroleum). Stofferne går over i organisk form og kan skilles fra de øvrige stoffer i opløsningen. Det fraskilte plutonium og uran kan efter passende behandlinger anvendes til fabrikation af nyt brændsel.
Efter gentagne rensninger bl.a. ved ionbytning, er der i opløsningen tilbage den rest, der kaldes det højaktive affald. Denne rest består hovedsagelig af:
/ul>
Strontium-90 (90Sr)
Cæsium-137
med en halveringstid på omkring 30 år.
Uranylnitrat – UO(NO3)2
Plutonium-4-nitrat – Pu(NO3)4
Denne rest inddampes ved 500-800 °C og iblandes derefter bor og kisel. Efter inddampningen er de radioaktive affaldsprodukter omdannes til en glasagtig masse ved l000º-1200ºC – en slags borosilikatglas (pyrexglas).
Den stærkt radioaktive glasmasse anbringes i cylindre af rustfrit stål. Disse cylindre må isoleres fra omgivelserne. Det kan ske bag tykke betonmure, hvor cylindrene skal stå til afkøling i 20-40 år, inden temperaturen er nede på en tilstrækkelig lav værdi, så de kan slutdeponeres i undergrunden – evt. efter en omkrystallisation. Overfladetemperaturen må af hensyn til dannelse af krystalvand, ikke overstige ca. 70 ºC, hvis de skal deponeres i saltformationer.
Hvis der ikke er politisk enighed om en eventuel slutdeponering, kan man i stedet uden risiko fortsætte deponeringen i mellemlageret i eller under jordens overflade.
Radioaktiviteten og varmeudviklingen af det højaktive affald halveres stort set efter 30 års forløb. Efter 100 års opbevaring er aktiviteten faldet til 10% af udgangsværdien. Efter 3-400 års forløb er aktiviteten faldet til den samme værdi som den malm havde, som uranen blev udvundet af i sin tid. Efter 700 års forløb er aktiviteten faldet til samme værdi som den, Jordens bjergarter har.
Det højaktive affald fra et års drift af et kernekraftværk på 1000 MWe vil i forglasset tilstand fylde ca. 3 m3. Den beskrevne proces kaldes PUREX-processen.
Ved CIVEX-processen ledes plutonium sammen med så meget uran, at det kan anvendes til brændselsfabrikation, men ikke til f.eks. bombeformål.
Ved UREX (URanium EXtraction) – processen frasepareres uran fra det brugte brændsel, hvorved der spares plads ved opbevaringen af det brugte brændsel. Ved processen fjernes ca. 99.9% af uranet og mere end 95% af Technetiumindholdet.Ved TRUEX (TRansuranic EXtraction) fjernes transuranerne fra det brugte brændsel.DIAMEX (DIAMideEXtraction) er et alternativ til TRUEX, en extractionsprocess ved hjælp af et organisk opløsningsmiddel. Processen anvendes f.eks. i Frankrig.SANEX (Selective ActiNNide EXraction) fjerner visse actinider og lanthanider i det brugte affald. NUEX separerer uran og derefter alle transuraner (herunder plutonium) sammen med fissionsprodukter. (USA). COEX adskiller uran og plutonium (og muligvis neptunium) sammen med andre aktinider fra fissionsprodukterne. En variant af denne proces adskiller americium og curium fra fissionsprodukterne (Frankrig). GANEX adskiller uran og plutonium som i COEX. Derefter adskilles de kortlivede radionukleider og nogle lanthanider fra affaldet. (Frankrig). SIXEP (Site Ion Exchange Plant) er en ionbytningsproces, der tilbageholder en række radioisotoper, bl.a. cæsium og strontium. Udledningerne af radioisotoper har normalt ligget langt under de tilladte værdier.SYNROC – en metode der omdanner affaldet på en keramisk form, så det er egnet til slutdeponering.
Hele verden over forskes i metoder for deponering af affaldet. Den intensive forskning foregår ikke, fordi man ikke kender en sikker deponeringsmetode, men har til formål at finde den bedste, enkleste og billigste metode.
Hvis ikke brændslet oparbejdes, skal det opbevares i kølebassinerne i længere tid, op til flere år, indtil det kan opbevares i et tørlager med luft som kølemiddel – dry storages. Politiske forhold kan gøre det nødvendigt at opbevare brugt brændsel i et mellemlager i længere tid, indtil der er opnået enighed om placeringen. Politiske forhold kan gøre det nødvendigt at opbevare brugt brændsel i et mellemlager i længere tid, indtil der er opnået enighed om placeringen.
Også Rusland har vist interesse for at varetage slutdeponeringen for flere lande af forretningsmæssige hensyn. Da man her råder over enorme arealer, der kunne synes velegnede til formålet, ville det være en mulig løsning. I øjeblikket opbevares affaldet dog i de respektive lande, der driver a-kraftværker, hvilket ikke er en optimal løsning.
Nogle lande mener, det er billigere at deponere det brugte brændsel uden oparbejdning – altså uden at skille uran og plutonium fra. Det gælder f.eks. Sverige. Den løsning medfører ikke udgifter til oparbejdning, men stiller langt større krav til en egnet lokalitet for slutdeponering pga. mange af stofferne har meget lange halveringstider. Det gælder f.eks. plutonium, der har en halveringstid på 24.400 år.
Den svenske plan for deponering af det højaktive affald fra de svenske kernekraftværker er beskrevet i KBS 1 og KBS 2 rapporterne. Disse planer blev godkendt af den svenske kernekraftinspektion d. 27.3.1979 og d. 21.6.1979 tilsluttede den svenske regering sig denne godkendelse. Sverige var hermed det første land i verden, der havde løst problemerne med opbevaring af det højaktive affald. Planerne er siden blevet revideret på flere punkter – se afsnittet nedenfor. Finlands løsning er meget lig den svenske. Brændslet skal indkapsles i kobber og omgives af bentonit-ler og derefter placeres ca. 500 meter nede i grundfjeldet. De finske reaktorer kommer til at producere omkring 2500 ton under sin livsforløb. Brændslet opbevares indtil videre i vandfyldte bassiner ved selve værkerne. Her skal de ligge i ca. 40 år. I januar 2000 sagde Eurajoki kommune ja til at opbevare det i Olkiluoto. Regering og rigsdagen har siden bekræftet beslutningen.I Tyskland har man over 7000 ton brugt brændsel. Ca. 6000 t er oparbejdet. Resten lagres i bassiner ved kernekraftværkerne eller i centrale mellemlagre. Det findes 3 centrale anlæg hvor det brugte kernebrændsel kan mellemlagres i 40 år. 2 af dem, Ahaus og Gorleben, er tørre mellemlagre som også tager imod forglasset affald fra oparbejdning. Kernekraftværket i Obrigheim har eget mellemlager for brugt brændsel. Salthorsten i Gorleben er tænkt som slutdeponering. Andre løsninger undersøges.
Frankrig har et oparbejdningsanlæg i La Hague, hvor der er behandlet mere end 10 000 ton s kernebrændsel. Her behandles ikke blot fra egen produktion, men også fra Japan, Belgien, Tyskland, Holland og Schweiz.
I Storbritannien findes et oparbejdningsanlæg på Sellafield, det gamle Windscale, nær ved det første kommercielle atomkraftværk – Calder Hall. Det har ofte ført til forvekslinger, idet mange har ment, at Windscale/Seascale og Calder Hall var det samme anlæg. Den gamle militære produktionsreaktor blev nedlagt i 1981. Den producerede plutonium af våbenkvalitet, men ikke elektricitet. Sellafields udledninger til Det Irske Hav har ofte givet anledninger til bekymring og kritik, men de samlede udledninger har været beskedne.
I USA havde man for nylig vedtaget at slutdeponering af radioaktivt affald fra den civile og militære aktivitet skal ske i et område i Nevada, Yucca Mountain – en beslutning der blev omgjort under den seneste valgkamp, hvor præsident Obama lovede at skrotte projektet. Det har medført krav fra atomkraftindustrien om tilbagebetaling af indbetalte beløb.
Da der er tale om forholdsvis små mængder kan det synes uhensigtsmæssigt at hvert land – næsten uanset størrelsen, selv skal bekoste ressourcer og faciliteter på slutdeponering. Der kunne spares meget, hvis man enedes om en fælles deponering af i hvert fald den højaktive del, der har været gennem en reprocessing.
Der er peget på en række sikre og brugbare løsninger.
Slutdeponering i en geologisk stabil formation
Slutdeponering i en stabil salthorst
Dumpning på et udvalgt område i dybhavet. En fælles losseplads i havet vil kun okkupere ganske få km2. Evt. i nærheden af et sted, hvor en kontinentalplade skubbes ind under en anden. Affaldet vil have meget begrænset effekt på evt. liv. Få meter vandlag stopper enhver form for stråling.
Deponering ca. 600 år i en betonbunkers nær overfalden vil være en sikker løsning. Uden for en 1.5 – 2 m betonmur vil den største stråling stamme fra betonen selv. Ved at vælge en sådan løsning vil man have mulighed for at viderebehandle materialet, hvis andre og bedre løsninger viser sig i fremtiden.
Transmutering er en teknik, hvor man forvandler grundstoffer ved bestråling. Denne teknik kræver, at man kan adskille de enkelte isotoper. Behandlingen skal ske i specielle reaktorer, men har ingen interesse i øjeblikket.
At sende affaldet til Solen med raket har været foreslået, men må nok betegnes som ren science fiction eller en tegneserieløsning.
Enkeltheder om de politiske beslutninger
Affaldsbehandling for brugt brændsel fra atomkraftværker.
Med de mange muligheder for en faglig sikker deponering af radioaktivet affald må det konkluderes, at det største problem er af politisk og ikke geologisk art. Til top
Den svenske løsning på slutdeponeringen
I Sverige var betingelsen for at får driftstilladelse for atomreaktorer, at der forelå en godkendt politisk løsning på handteringen af atomaffaldet.
KBS-3 (en forkortelse af kärnbränslesäkerhet, nukleart brændsel, sikkerhed) er en teknologi til deponering af højaktivt radioaktivt affald udviklet i Sverige af Swedish Kärnbränslehantering AB (SKB) efter aftale fra Statens Strålskyddsinstitut (regeringens strålingsbeskyttelse agentur).
Metoden består af følgende trin:
Affaldet bliver først gemt i midlertidig opbevaring i 30 år.
Kapslen - canistret- indkapsles i en kobberlegering.
Kapslen indsættes i et lag af bentonit ler, i et cirkulært hul 8 meter dyb og med en diameter på 2 meter, der er boret i en hule 500 meter nede i den krystallinske klippe.
Når lageret er fuld, forsegles borehullet og stedet afmærkes.
Efter 100.000 år er radioaktiviteten niveauet af affaldet på samme niveau som uran malm udvindes til at gøre brændstof.
Placeringen blev valgt i 2009 som led i en flerårig konkurrence med byerne Forsmark og Oskarshamn.
Anlægget vil have plads til 6000 kapsler og det er planen at deponere 200 kapsler i lageret årligt.
Teknologien blev udviklet ved at studere forskellige naturlige lagerfaciliteter såsom naturlig reaktor i Oklo i Gabon og uranminen i Cigar Lake Canada .
Et af Verdens første permanente nukleare affald oplagspladser, der kan huse højradioaktivt affald i mere end 100.000 år, vil hermed blive bygget i Sverige.
SKB har meddelt sin beslutning om at placere lageret på Soderviken nær Forsmark i Östhammar kommune, hvor der er den bedste geologi.
SKB ansøgt om tilladelse til at bygge lageret i marts 2011. Man planlægger at begynde projektet i 2013, fuld byggeri starter i 2015, og drift efter 2020.
Dette lager vil have 12.000 tons kapacitet i 500 meters dybde i den 1.9 milliarder år gamle granit.
En 5 km rampe vil oprette forbindelse til en eventuel 60 km tunneler på over 4 kvadratkilometer med en kapacitet på 6000 kobbercanistre, der indeholder det anvendte brændsel. Bentonitler vil omgive hver beholder for at adsorbere eventuelle lækager. Konceptet er kendt som KBS-3.
Det første skridt var etableringen af et mellemlager for det brugte brændsel, der skete i et lager i 40 m dybde - CLAB. Beskrivelsen af lageret kan læses her:
CLAB - det svenske mellemlager. PDF-fil
Den svenske teknik består i at man lagrer to tons brugte brændselselementer i kobber-coatede dunke - de såkaldte canisters - der vejer 25 tons hver.
Hver canister er svejset ved hjælp af en speciel teknik, og derefter mekanisk deponeres i en tunnel i lageret.
En buffer af bentonitler, en vulkansk aske, sikrer en vandtæt barriere og beskytter mod jordskælv, injiceres derefter ind i hullet i klippen.
Affaldet vil blive begravet i tunneller boret 500 meter (1.640 fod) under jorden i grundfjeldet i Forsmark, nær byen Östhammar 200 km nord for Stockholm.
Efter flere årtier med midlertidig deponering, er der nu omkring en procent tilbage af den oprindelige radioaktivitet.
Men først efter 100.000 år vil radioaktiviteten faldet til det niveau, uran malm havde, da den blev brudt.
To bysamfund har holdt afstemning om man ville være værter for denne deponering, i begge stemte ca. 80% for accept af projektet.
Nogle links til den svenske løsning:
KBS-3 projektet. Wikipedia.Den svenske metode
OECD skønnede i 1977 ud fra en undersøgelse, at man på den tid havde udviklet tilfredsstilende teknologier til at håndtere affaldet fra kernekraftværker. Man var bevidst om, at der var et politisk problem i de enkelte lande.
En dansk undersøgelse af Mors-salthorstens geologi viste, at den var velegnet som slutdeponering af højaktivt affald ifølge en international geolog Richter-Bernburg.. I medierne blev der sået tvivl om horstens anvendelighed. En af årsagerne kunne være, at der gik politik i vurderingen af sagen. Når man nævner muligheden for dannelse af krystalvand ved temperaturer over 70 ºC er det imidlertid kun aktuelt hvis man slutdeponerer efter ca. 20 år – venter man den dobbelte tid, er temperaturen faldet så meget, at der ingen problemer er med dannelse af krystalvand i saltet, der kunne fremskynde en korrosion af indpakningen.
I Amerika har bl.a. prof. Bernard L. Cohen fra Pittsburg University undersøgt problemerne med deponering af det højaktive affald. I en artikel i Scientific American nr. 6, juni 1977. Professor B. Cohen har prøver fra boringer fra alle lokaliteter i USA, der skal indsendes til Pittsburg University. Cohen går i sine beregninger ud fra 60 tilfældigt udvalgte deponeringssteder, hvor affaldet tænkes opbevaret i 600 m dybde i pulveriseret tilstand uden nogen form for indkapsling eller udpegning af egnede formationer. Cohens undersøgelser viser, at der er overordentligt ringe sandsynlighed for, at affaldet ville kunne komme til at påvirke vort miljø i påviselig grad ud i fremtiden. Undersøgelserne viser, at affaldet fra kulfyrede kraftværker vil give samme risiko for forurening af radioaktivt materiale, hvis det deponeredes i samme dybde, 600 m nede i jorden. Cohen har sammenlignet giftigheden af det højaktive affald med andre giftige forbindelser, der anvendes i den amerikanske industri, f.eks. til bekæmpelse af ukrudt og skadedyr. Se i kildehenvisningerne nederst.
Sammenligning mellem giftigheder
Ifølge denne undersøgelse ville det ikke være noget større teknisk og geologisk problem at finde mange egnede steder til slutdeponering for radioaktivt affald.
Mange har den opfattelse, at man ingen praktiske erfaringer har med deponering af radioaktivt affald. Det er faktisk ikke korrekt. Man har kendskab til 2 mia. års deponering!
I en uranmine i Oklo i Gabon fandt man uran med et lidt lavere U-235 indhold end normalt. Det drejede sig om ca. ½ promille. Nærmere undersøgelser viste, at naturen for ca. 2 mia. år siden skabte 17 atomreaktorer. På den tid var U-235 indholdet i uran ca. 4% – samme mængde som det berigede brændsel i moderne letvandsreaktorer. Det skyldes at U-235 har noget kortere halveringstid end U-238 – ca. 700 mio. år mod U-238 på ca. 4.5 mia. år. I det omtalte område var de geologiske forhold således, at der i sandlagene var hulrum, der kunne samle vand, der virkede som moderator – betingelserne for at en kædeproces kunne forløbe var til stede. De store temperaturforskelle ved de naturlige reaktorer fik vandet til at cirkulere og skabe grundlag for en ret omfattende energiproduktion.
De naturlige reaktorer virkede i en periode på op til 800.000 år med en samlet beregnet energiproduktion på 150.000 GMh svarende til ca. 8 gange det årlige danske forbrug. Det mest interessante er at studere, hvorledes spaltningsprodukterne har opført sig i løbet af de ca. 2 mia. år. Kort fortalt har de dannede radionukleider ikke flyttet sig nævneværdigt fra stedet, hvor de blev dannet. Den samlede affaldsmængde er beregnet til at være ca. som 5 års drift af Ringhals-værkerne.
Atomenergi erstatter som regel kuldrift, hvilket nedsætter mængderne af affald. Det vil være nærliggende at sammenligne med de miljømæssige konsekvenser ved at udskifte kun med uran. Mængderne af affald fra atomenergi er nævnt ovenfor. I tabellen nedenfor vises tal for kulafbrændigen. Ifølge tyske undersøgelser belaster kulfyrede kraftværker og atomkraftværker omgivelser med samme mængde radioaktivitet målt i Bq/kWh, men den biologiske effekt er ca. 100 gange større for det kulfyrede kraftværk. Det skyldes, at atomkraftværker kun udleder små mængder inaktive gasarter, der ikke optages i den menneskelige organisme, hvorimod kullene forurener med radioaktive partikler. Sammenligningen gælder naturligvis kun for værker i normal drift, konsekvenser for uheld er nævnt et andet sted. Handelsministeriet oplyste i 70-erne, hvor store mængder miljøfremmede stoffer, som blev efterlaft ved forbrænding af de 8-10 mio. ton kul, der dengang blev anvendt årligt. Tallene var et led i en oplysningskampagne i forbindelse med diskussionen om Danmark skulle indføre atomenergi. Tallene skal tages med det forbehold, at der er forskel på kul. Desuden er der sket en udvikling i retning af bedre rensning af røgen, men det samlede indhold af miljøfremmede stoffer er uændret. Omkring 15% af kulmængden ender som slagge eller aske. Tabellen viser de omtrentlige affaldsmængder, der blev efterladt efter forbrænding af 7 mio. ton kul, som årligt blev anvendt her i landet i 1979/80.
Tungmetaller o.a. miljøgifte fra forbrænding af 7 mio. ton kul.
*) cancerogent stof **) mutagent stof Kilde: Handelsministeriet 1976, Hessner rapporten.. De store mængder af de radioaktive stoffer, uran og thorium, er overraskende, de vil i virkeligheden kunne drive et mindre atomkraftværk i ca. 1 år. Det ender nu som affald, der hovedsageligt deponeres som underlag i vort vejsystem. I Kina udføres forsøg med at udvinde uran i kulaske med det formål at anvende det som brændsel i deres atomkraftværker. Kvælstofilter er ubehagelige miljøgifte, der omdannes i atmosfæren til salpetersyre og -syrling, der giver sur regn. Cadmium er et stærkt miljøbelastende stof, som kan medføre mange alvorlige lidelser. Vanadium er et stof, der mistænkes for at have en væksthæmmende effekt på plantevækst. Kinesisk forsøg med uranudvinding af kulaske -I Kinesisk forsøg med uranudvinding af kulaske -I I WNA – om kuls indhold af radioisotoper og andre stofferTil top
