KAJ ZARES VEMO O RADIOAKTIVNIH ODPADKIH?
Irena Mele
Tu so, naši so
Konec lanskega leta je minilo 30 let, odkar je bil v Krškem položen temeljni kamen za
izgradnjo jedrske elektrarne. Že več kot 20 let Nuklearna elektrarna Krško redno obratuje in
proizvaja električno energijo. V tem obdobju je jedrska energija pri nas doživljala različna
obdobja: od vznesenih začetkov in navdušenja nad tehnološkim dosežkom ob zagonu prve
jedrske elektrane do hudih nasprotovanj javnosti in groženj z referendumi in predčasnim
zapiranjem jedrske elektrarne.
Danes so se strasti nekoliko umirile in potihem priznavamo, da nuklearna elektrarna v
Krškem prispeva pomemben delež električne energije tako za Slovenijo kot za Hrvaško in da
bi brez tega objekta težko zadostili našim potrebam po električni energiji. Z močjo 676 MWe
in letno proizvodnjo 5 TWh sodi med največje elektroenergetske objekte pri nas in tvori
enega od stebrov slovenskega elektroenergetskega sistema. Vse bolj se širi tudi zavedanje, da
jedrska energija ne proizvaja toplogrednih plinov in zato lahko pomembno prispeva k
varovanju okolja. Celo več: lani so se pojavili tudi prvi, plahi namigi, da bi morali razmisliti
in preveriti možnosti za podaljšanje življenske dobe elektrarne tudi po letu 2023.
Ob tem so nekateri takoj spomnili, da kljub uspešnemu obratovanju jedrske elektrarne del
težav ostaja še vedno nerešen. Ob obratovanju jedrske elektrarne poleg električne energije
nastaja tudi neželeni stranski proizvod – radioaktivni odpadki. Zaradi sevanja, ki ga oddajajo,
predstavljajo radioaktivni odpadki potencialno nevarnost za človeka in okolje, zato moramo
poskrbeti, da so ti odpadki shranjeni tako, da ljudje ne prihajajo v stik z njimi in da odpadki
ne morejo onesnažiti okolja. Tehnično so rešitve, tako začasne kot trajne, že dolgo znane in
tudi preverjene. Za krajša obdobja lahko odpadke hranimo v ustreznih skladiščih, varno trajno
rešitev pa predstavlja odlagališče – poseben objekt, v katerega odpadke dokončno odložimo.
A v javnosti še vedno prevladujejo dvomi in nezaupanje v uporabljene ali predlagane nove
rešitve. Hkrati analize in javnomnenjske raziskave kažejo, da javnost zelo slabo pozna dejstva
o radioaktivnih odpadkih in da svoje mnenje mnogokrat gradi na povsem popačeni sliki.
Radioaktivni odpadki
Radioaktivni odpadki so odpadne snovi, ki vsebujejo radioaktivne izotope nad neko določeno
koncentracijo. Zaradi prisotnosti radioaktivnih elementov radioaktivni odpadki oddajajo
ionizirajoče sevanje, ki je lahko ljudem in okolju nevarno, zato je treba z radioaktivnimi
odpadki postopati tako, da se ščitimo pred škodljivimi učinki ionizirajočega sevanja in da
pred njimi varujemo tudi okolje.
Naša zakonodaja kot radioaktivne odpadke opredeljuje vse tiste odpadne snovi iz jedrskih in
sevalnih dejavnosti, katerih specifična aktivnost presega 108 Bq/m3 (če je odpadek beta/gama
sevalec) oziroma 107 Bq/m3 (če je odpadek alfa sevalec). Po aktivnosti radioaktivne odpadke
delimo na visoko, srednje in nizko radiaoktivne.
Nizko radioaktivni odpadki (NRAO) so večinoma različni predmeti, orodja in obleka, ki so se
pri uporabi v območju s sevanjem radiološko onesnažili. Pri delu z njimi ali med njihovim
prevozom ni potrebno posebej skrbeti za zaščito pred sevanjem. Ljudem so nevarni le v
primeru, če bi brez kakšnekoli zaščite dalj časa živeli v njihovi neposredni bližini ali če bi jih
s hrano ali vdihavanjem vnesli v naše telo.
Slika 1: Med nizko radioaktive odpadke sodijo tudi različni kosi oblačil in zaščitne opreme kot npr.
zaščitni pajaci, obujke, rokavice in maske, ki se pri delu radiološko onesnažijo.
Večina srednje radioaktivnih odpadkov (SRAO) nastane med obratovanjem jedrske elektrarne
(gošče in drugi ostanki čiščenja reaktorskega hladila), mednje pa sodijo tudi opuščeni viri
sevanja radiografskih in radioterapevtskih naprav. Pri ravnanju z njimi ali med prevozom teh
odpadkov je potrebno poskrbeti, da so obdani s posebno zaščito, sicer lahko škodljivo
vplivajo na zdravje ljudi tudi, če se ob njih zadržujejo le krajši čas.
Med visoko radioaktivne odpadke (VRAO) uvrščamo izrabljeno jedrsko gorivo (IJG) in
ostanke njegove predelave. Za te odpadke je značilno, da poleg velike aktivnosti oddajajo tudi
toploto, ki nastaja pri radioaktivnem razpadanju jeder v gorivu. Zaradi tega sta ravnanje z
izrabljenim gorivom in njegov prevoz zelo zahtevna in terjata močno zaščito.
Slika 2: Periodično, običajno enkrat letno, v sredici jedrske elektrarne zamenjajo izrabljene gorivne
elemente s svežimi. Izrabljeno gorivo uvrščamo med visoko radioaktivne odpadke.
Radioaktivni odpadki so lahko v vseh treh agregatnih stanjih: v plinastem, tekočem ali
trdnem. Radioaktivni odpadki lahko poleg radioaktivnih izotopov vsebujejo tudi druge
nevarne snovi (kemične ali biološke) in jih je v tem primeru treba obravnavati ne samo kot
radioaktivne, ampak tudi kot toksične.
Pri obratovanju jedrskih objektov nastaja največ nizko in srednje radioaktivnih odpadkov
(NSRAO), visoko radioaktivni odpadki pa so večinoma izrabljeno gorivo ali ostanki njegove
predelave, če se država ali proizvajalec odloči za predelavo. Zaradi različnih lastnosti različne
kategorije odpadkov zbiramo in hranimo ločeno: nizko in srednje radioaktivne posebej in
visoko radioktivne posebej.
Razvrščanje odpadkov ni poenoteno
Razvrščanje odpadkov po državah ni poenoteno. Vsaka država ima tako rekoč svoj sistem,
svojo kategorizacijo. Neenoten sistem velja tudi v državah Evropske unije. Vsi poskusi
poenotenja doslej so bili neuspešni. Večina držav sicer upošteva priporočila Mednarodne
agencije za atomsko energijo, ki pa predstavljajo le največji skupni presek, ki ga je še bilo
mogoče doseči med članicami, in so zato dokaj ohlapna. Kategorije radioaktivnih odpadkov
po državah se zato močno razlikujejo. Nemčija, npr., razvršča radioaktivne odpadke glede na
toploto, ki jo oddajajo: od takih, ki oddajajo znatno količino toplote, do takih, ki oddajajo
zanemarljivo količino toplote. Francija, npr., je poleg nizko, srednje in visoko radioaktivnih
odpadkov uvedla še skupino zelo nizko aktivnih odpadkov, ki ne zahtevajo kakih posebnih
ukrepov ali dragih postopkov odlaganja. Glede na velike količine odpadkov, ki jih ima
Francija, je taka delitev razumljiva in smiselna.
Izrabljeno jedrsko gorivo – surovina ali odpadek?
Razlike so tudi pri obravnavi izrabljenega jedrskega goriva. Ker izrabljeno gorivo še vedno
vsebuje znatno količino še uporabnih snovi (uran in plutonij), ki jih lahko s predelavo
izločimo iz izrabljenega goriva in iz njih izdelamo novo jedrsko gorivo, je opredelitev
izrabljenega jedrskega goriva za odpadek bolj strateška in politična odločitev posamezne
države, kot odraz dejanskega stanja. Danes uporabljajo izrabljeno jedrsko gorivo kot surovino
za izdelavo novega goriva predvsem Francija, Velika Britanija, Japonska in Rusija, ki imajo
skoraj vse tudi velike obrate za predelavo. Druge države se iz ekonomskih ali drugih razlogov
za predelavo niso odločile (nekatere, kot npr. Nemčija, so predelavo tudi opustile), vendar
tudi te države priznavajo, da je izrabljeno jedrsko gorivo potencialna surovina in dopuščajo
možnost, da odločitev o ne-predelavi izrabljenega jedrskega goriva v bodoče spremenijo.
Dolgoživi in kratkoživi radioaktivni odpadki
Pri radioaktivnih odpadkih je poleg aktivnosti pomembna tudi življenska doba radionuklidov,
ki jih odpadki vsebujejo, saj le-ta pogojuje, koliko časa bodo odpadki radioaktivni, s tem pa
določa tudi ravnanje z njimi in pogoje za trajno shranjevanje. Glede na razpolovni čas
vsebovanih radionuklidov radioaktivne odpadke razdelimo na kratkožive in dolgožive. Pri
prvih razpolovna doba radionuklidov ne presega 30 let. Ker se po preteku vsake razpolovne
dobe aktivnost vzorca zmanjša za polovico, aktivnost kratkoživih radioaktivnih odpadkov
hitro pojema in običajno že po preteku 10 razpolovnih dob najbolj dolgoživega vsebovanega
izotopa aktivnost odpadkov upade pod spodnjo mejo za radioaktivne odpadke. Za kratkožive
nizko in srednje radioaktivne odpadke to pomeni, da po približno 300 - 500 letih postanejo
nenevarni. Dolgoživi radioaktivni odpadki pa vsebujejo tudi izotope z bistveno daljšimi
razpolovnimi dobami od 30 let, zato njihova aktivnost upada bistveno počasneje (več deset
tisoč let ali celo dalj).
Radioaktivnost
Večina kemijskih elementov je sestavljena iz dveh ali več izotopov - atomov z enakim
vrstnim številom in različnim masnim številom. Izotopi istega kemijskega elementa imajo v
jedru enako število protonov in različno število nevtronov.
Atomsko jedro je stabilno, če vsebuje uravnoteženo število protonov in nevtronov. Jedra s
presežkom ali manjkom nevtronov imajo presežek energije, kar v jedru povzroča nestabilnost,
ki slej ko prej privede do razpada takega atoma. Večji, kot je presežek ali manjko nevtronov,
bolj nestabilno je jedro in prej bo razpadlo. Ob razpadu jedro izseva višek energije v obliki
elektromagnega valovanja (gama sevanje) ali delca (alfa in beta sevanje).
Nestabilna jedra imenujemo radioaktivna jedra ali radionuklidi, izsevanje presežne energije iz
jedra pa radioaktiven razpad.
Jedro lahko presežno energijo odda tudi v več korakih, z več zaporednimi radioaktivnimi
razpadi. Razpadni nizi so značilni predvsem za težka nestabilna jedra, ki šele po več
zaporednih razpadih dosežejo stabilno obliko (npr. uranov razpadni niz).
Sevanje radioaktivnih snovi
Snovi, ki vsebujejo nestabilna radioaktivna jedra, ob njihovem sponatanem razpadu oddajajo
sevanje. Ločimo tri vrste sevanja: poleg elektromagnetnega sevanja, bolj znanega kot sevanje
gama, lahko radioaktivna jedra ob razpadu izsevajo tudi delce – elektrone (sevanje beta) ali
helijeva jedra (sevanje alfa).
Sevanje alfa ima veliko energijo, a zelo kratek doseg. Četudi imajo delci veliko hitrost, jih
zaustavi že najmanjša ovira, na primer list papirja. V zraku se njihova pot konča že po nekaj
centimetrih. Čez kožo sevanje alfa ne prodre. Človeku je nevarno samo, če z dihanjem ali
hrano sevalce alfa vnesemo v svoje telo. Tedaj lahko zaradi velike energije poškoduje veliko
celic.
Sevanje beta je precej bolj prodorno od sevanja alfa, vendar nosi manj energije in zato na
svoji poti povzroči manj škode. Sevanje beta uspešno zaustavljamo s tanko aluminijasto ali
stekleno ploščo. Tudi to sevanje je najbolj škodljivo, če nas obseva od znotraj, če torej sevalce
beta vnesemo v svoje telo.
Sevanje gama je elektromagnetno valovanje zelo kratkih valovnih dolžin. Je najbolj prodorno
sevanje. Učinkovito ga zaustavimo šele z debelo plastjo snovi, ki vsebuje atome težkih
elementov (npr. svinec, beton).
Aktivnost in becquerel
Aktivnost neke količine radioaktivne snovi pomeni število spontanih radioaktivnih razpadov
dane snovi na enoto časa. Enota za aktivnost je Bq (becquerel) ali s-1, kar pomeni en
radioaktiven razpad v sekundi. Specifična aktivnost je aktivnost ene prostorninske ali masne
enote dane snovi, enota pa Bq/m3 ali Bq/kg.
Aktivnost 1 Bq je zelo majhna. Tako aktivnost ima, na primer, 1 g kave ali 1 g granita. 1 g
premogovega prahu ima aktivnot 2 Bq, 1 g umetnega gnojila pa 5 Bq. 1 g nizko radioaktivnih
odpadkov ima aktivnost 1000 Bq.
Razpolovni čas
Razpolovni čas je čas, v katerem pade aktivnost radioaktivnega vzorca na polovico začetne
vrednosti. V tem času razpade polovica začetnega števila jeder danega radioaktivnega izotopa.
Izotopi imajo zelo različne razpolovne čase: od delcev sekunde do več miljonov let.
Izotop
razpolovni čas
S-38
Ra-223
C-14
2,87 h
11,43 dni
5730 let
Osnovna načela ravnanja z RAO
Zaradi sevanja, ki ga oddajajo radioaktivni odpadki, moramo z njimi ravnati tako, da
preprečimo njihove škodljive vplive na ljudi ali okolje. Ravnanje zavisi od vrste radioaktivnih
odpadkov. Drugače postopamo, kadar imamo opravka z nizko radioaktivnimi odpadki, kot
takrat, kadar delamo s srednje radioaktivnimi odpadki ali visoko radioaktivnimi odpadki.
Pomembno je tudi, ali so odpadki kratkoživi ali dolgoživi.
Kaj lahko storimo z radioaktivnimi odpadki, da preprečimo škodljiv vpliv sevanja na ljudi in
okolje? Če zelo poenostavimo, lahko rečemo, da imamo na izbiro tri osnovna ravnanja:
− počakamo na razpad (delay and decay),
− odpadke zberemo in zapremo (concentrate and contain) in
− odpadke razredčimo in razpršimo (dilute and disperse).
Pri prvem pristopu hranimo radioaktivne odpadke v ustreznem skladišču toliko časa, da z
radioaktivnim razpadom aktivnost odpadkov upade pod določeno, predpisano mejo, pod
katero odpadkov ni potrebno več obravnavati kot radioaktivne. Običajno se ta pristop
uporablja za zelo kratkožive odpadke, ki imajo razpolovne čase dovolj kratke, da postanejo
»neradioaktivni« že v nekaj mesecih.
Pristop »zberi in zapri« pomeni, da radioaktivne odpadke zberemo, jih obdelamo in z
različnimi postopki zmanjšamo njihovo prostornino in nato zapremo v ustrezno embalažo.
Embalaža preprečuje raznos radioaktivnih snovi v okolje in delno omejuje tudi sevanje
odpadkov. Tako pakirane odpadke lahko varno shranimo v skladiščih ali odlagališčih.
Slika 3: Priprava nizko in srednje radioaktivnih odpadkov v Seibersdorfu pri Dunaju, kjer ima Avstrija
svoje skladišče za radioaktivne odpadke.
Tretji pristop – razredči in razprši – pomeni izpuščanje radioaktivnih odpadnih snovi v okolje
na kontroliran način. Dopusten je le takrat, kadar so koncentracije radioaktivnih izotopov v
izpustih pod dovoljenimi, kadar imamo torej opravka z zelo malo aktivnimi odpadki. Načelo
»razredči in razprši« ne pomeni, da smemo radioaktivne odpadke razredčevati, da bi
zmanjšali njihovo aktivnost pod dovoljeno mejo in jih nato izpuščali v okolje. Tak pristop
smemo uporabiti le za odpadke, ki imajo že na izvoru aktivnost pod dopustno mejo. V praksi
se uporablja za tekoče in plinaste odpadke z zelo nizkimi koncentracijami radioaktivnih
izotopov (običajno po predhodnem čiščenju in filtriranju). Z izpuščanjem v okolje se plini
razpršijo in izteke razredčijo, vplivi na okolje so zanemarljivi.
Kadar govorimo o ravnanju z radioaktivnimi odpadki, imamo običajno od naštetih pristopov v
mislih drugega: zberi in zapri. Čakanje na radioaktivni razpad je sicer običajna praksa za
večino (predvsem tekočih) radioaktivnih odpadkov iz bolnišnic, prav tako so ustaljena praksa
plinasti in tekoči izpusti iz jedrskih elektrarn in raziskovalnih reaktorjev, a prava pozornost
stroke, medijev in javnosti je namenjena odpadkom, ki jih zbiramo, na različne načine
obdelujemo in pakiramo in so namenjeni odlaganju v ustreznem odlagališču. Poglejmo
pobliže, kje nastajajo ti odpadki in kako ravnamo z njimi.
Povzročitelji RAO
V civilni sferi največ radioaktivnih odpadkov nastane pri proizvodnji jedrske energije. Pri tem
je vključen celoten jedrski gorivni krog: od predelave uranove rude in proizvodnje jedrskega
goriva, obratovanja jedrskih elektrarn do predelave izrabljenega goriva, nekaj radioaktivnih
odpadkov pa pridelamo tudi v obratih za obdelavo in pripravo odpadkov. Prispevki ostalih
povzročiteljev so bistveno manjši, a ne nepomembni. Opaznejši povzročitelji radioaktivnih
odpadkov so še raziskovalni reaktorji, pospeševalniki in različni raziskovalni laboratoriji, ki
pri raziskavah uporabljajo radioaktivne snovi in vire. Radioaktivni odpadki nastajajo tudi pri
uporabi izotopov in obsevalnih naprav v medicini in uporabi radioaktivnih virov v industriji
in raziskovalni dejavnosti. V novejšem času, ko so številne jedrske elektrarne že odslužile
svojo dobo in ko so bili zaprti tudi nekateri raziskovalni reaktorji, narašča količina odpadkov
iz razgradnje jedrskih objektov.
Slika 4: Največ radioaktivnih odpadkov nastane v jedrskih elektrarnah.
Slika 5: Med povzročitelji radioaktivnih odpadkov so tudi raziskovalni reaktorji.
Količine odpadkov
Po grobih ocenah proizvede 1000 MWe jedrska elektrarna približno 300 m3 nizko in srednje
radioaktivnih odpadkov in okrog 30 ton izrabljenega jedrskega goriva oziroma visoko
radioaktivnih odpadkov na leto. Za primerjavo je zanimivo vedeti, da termoelektrarna
podobne moči vsako leto proizvede 300.000 m3 pepela, ki med drugim vsebuje tudi
radioaktivne snovi in težke kovine. Za enako količino proizvedene električne energije je torej
neželeni stranski produkt termoelektrarne tisočkrat večji, skrb zanj pa neprimerno manjša, saj
večina pepela konča na površinskih deponijah in v zraku.
Za države Evropske unije (pred razširitvijo) so zbrani podatki pokazali, da je celotna količina
obdelanih in pripravljenih radioaktivnih odpadkov, ki nastane v enem letu, okrog 50.000 m3.
Velika večina teh odpadkov je nizko ali srednje radioaktivnih, le 1 % od celotne količine sodi
v kategorijo visoko radioaktivnih odpadkov ali izrabljenega jedrskega goriva.
NSRAO-kratkoživi
NSRAO-dolgoživi
VRAO
Slika 6: 99 % radioaktivnih odpadkov, ki nastajajo v državah EU (po obdelavi in pripravi), je nizko ali
srednje radioaktivnih, le 1% sodi v kategorijo visoko radioaktivnih odpadkov. Med nizko in srednje
radioaktivnimi prevladujejo kratkoživi, teh je 2/3, le 1/3 od celotne količine NSRAO je dolgoživih.
Razlike med posameznimi državami so seveda velike. Francija kot država z največjim
jedrskim programom v EU pridela letno okrog 70.000 m3 nizko in srednje radioaktivnih
odpadkov in približno 700 m3 visoko radioaktivnih odpadkov, Grčija in Portugalska, ki
jedrskih elektrarn nimata, pa le okrog 70 oziroma 30 m3 NSRAO.
Začasne in trajne rešitve
Radioaktivne odpadke moramo varno hraniti. Za to uporabljamo posebne, namenske objekte,
v katerih so odpadki izolirani od okolja. Z večslojnim obdajanjem radioaktivnih odpadkov v
teh objektih oslabimo sevanje, ki ga oddajajo. Z izbiro materialov, s katerimi obdajamo
odpadke, in zadostnim številom slojev, sevanje izven objekta povsem preprečimo. Izbrani
materiali morajo biti tudi dovolj trajni, da objekti svojo varnostno funkcijo zagotavljajo
celotno obdobje, za katero so načrtovani.
Objekte za shranjevanje radioaktivnih odpadkov v splošnem delimo na skladišča in
odlagališča. Prva so namenjena shranjevanju odpadkov za omejeno, krajše časovno obdobje.
To obdobje je lahko dolgo nekaj let ali pa nekaj deset let. Že od začetka je predvideno, da se
po tem obdobju odpadki preselijo drugam (v odlagališče, izjemoma lahko začasno v drugo
skladišče).
V nasprotju s skladiščem pa je odlagališče zasnovano, projektirano in tudi zgrajeno tako, da
predstavlja trajno rešitev za odpadke. Odlagališče je že v zasnovi predvideno kot pasiven
objekt, torej kot objekt, ki ne potrebuje nadzora in ekipe ljudi, ki bi skrbela za njegovo
pravilno delovanje. Odlagališče zagotavlja izolacijo odpadkov za celotno obdobje, dokler so
radioaktivni. Vsi procesi od degradacije odpadkov do degradacije embalaže ali celo
odlagalnega objekta so v odlagališču predvideni in tudi ob razvoju dogodkov po najslabšem
možnem scenariju življensko okolje zaradi odloženih odpadkov ni ogroženo.
Medtem ko z odložitvijo odpadkov v odlagališče vprašanje radioaktivnih odpadkov rešimo
enkrat za vselej, predstavlja skladišče le začasno rešitev, le odlog pred dokočno rešitvijo.
Skladiščenje je neke vrste vmesna faza pred dokončno odložitvijo, ki je včasih nujno potrebna
(pri izrabljenem jedrskem gorivu s skladiščenjem počakamo, da se gorivo dovolj ohladi za
odlaganje) ali ekonomsko upravičena (pri majhnih količinah radioaktivnih odpadkov je
smiselno v skladišču najprej zbrati zadostne količine odpadkov), včasih pa začasna rešitev, ki
jo uporabljamo po sili razmer, ker iz takih ali drugačnih razlogov trajne rešitve nimamo.
Varno in trajno
Objekte za shranjevanje radioaktivnih odpadkov potrebujejo v mnogih državah, v tistih, ki
imajo jedrske elektrarne, pa tudi tistih, v katerih radioaktivni odpadki nastajajo le pri pri
uporabi radioaktivnih virov v medicini, industriji ali raziskovalni dejavnosti. Mnoge od teh
držav so že poskrbele za ustrezne trajne rešitve za nizko in srednje radioaktivne odpadke in se
resno pripravljajo na gradnjo odlagališč za izrabljeno gorivo in visoko radioaktivne odpadke.
Vse dosedanje izkušnje z obratovanjem odlagališč so pozitivne in potrjujejo, da so odlagališča
varna rešitev. Kakšna so zares skladišča in odlagališča za radioaktivne odpadke, pa bo v
besedi in sliki bolj podrobno predstavljeno v naslednji številki.
Viri
1. The Principles of Radioactive waste Management, Safety Series No. 111-F, IAEA,
1995
2. Classification of Radioactive Waste, Safety Series Np. 111-G-1.1, IAEA, 1994
3. Radioactive Waste Management in the European Union, European Commission,
Directorate General XI, 1999
4. Irena Mele et al., Predlog strategije ravnanja z NSRAO, ARAO-T1119/00-1, 2000