انرژی هستهای تنها فناوری تولید انرژی در مقیاس بزرگ است که مسئولیت تمام زبالههای خود را عهده میگیرد. میزان زباله تولید شده توسط انرژی هستهای نسبت به سایر فناوریهای تولید برق حرارتی بسیار ناچیز است. سوخت هستهای استفاده شده ممکن است به عنوان یک منبع یا صرفا به عنوان زباله تلقی شود. مدیریت زبالههای هستهای نسبت به سایر پسماندهای سمی صنعتی نه خطرناک و نه سخت است. روشهای ایمن برای دفع نهایی زبالههای رادیواکتیو سطح بالا از نظر فنی اثبات شده است. دفع زمین شناسی زبالهای هستهای از نظر جوامع بینالمللی بهترین گزینه است.
مانند همه صنایع، تولید برق نیز زباله تولید میکند. زبالههای تولید شده در تولید برق باید از راههایی کنترل شود که از سلامت انسان را محافظت کرده و تاثیر آن بر محیط زیست را به حداقل برساند. برای ضایعات رادیواکتیو، این به معنای جداسازی یا رقیقسازی آن است به گونهای که میزان یا غلظت رادیونوکلیدهای برگشتی به زیست کره بی ضرر باشد. برای دستیابی به این هدف، تقریبا تمام پسماندهای رادیواکتیو مهار و مدیریت میشود، بطوریکه برخی به وضوح به دفن عمیق و دائمی نیاز دارند. از تولید انرژی هستهای برخلاف سایر اشکال تولید برق حرارتی، همه زبالهها تنظیم میشوند - هیچ یک مجاز به ایجاد آلودگی نیستند. انرژی هستهای با مقدار بسیار زیادی انرژی تولید شده از مقدار بسیار کمی سوخت مشخص میشود.
زبالههای تولید شده در طی این فرآیند نیز نسبتا کم هستند. با این حال بسیاری از زبالههای تولید شده رادیواکتیو هستند و بنابراین باید به عنوان ماده خطرناک با دقت مدیریت شوند. تمام قسمتهای چرخه سوخت هستهای مقداری زباله رادیواکتیو تولید میکند و هزینه مدیریت و دفع این بخشی از هزینه برق است (یعنی توسط مصرف کنندگان برق داخلی هزینه آن پرداخت میشود). تمام نیازهای زبالههای سمی با خیال راحت برطرف میشوند - نه فقط زبالههای رادیواکتیو و در کشورهایی که دارای انرژی هستهای هستند، زبالههای رادیواکتیو بخش بسیار کمی از کل زبالههای خطرناک صنعتی تولید شده را تشکیل میدهند. زبالههای رادیواکتیو منحصر به چرخه سوخت هستهای نیست. از مواد رادیواکتیو به طور گستردهای در پزشکی، کشاورزی، تحقیقات، تولید، آزمایش غیر مخرب و اکتشاف مواد معدنی استفاده میشود. برخلاف سایر مواد صنعتی خطرناک، سطح خطر همه پسماند رادیواکتیو با گذشت زمان کاهش مییابد. انواع زباله رادیواکتیو شامل هر مادهای است که به طور ذاتی رادیواکتیو باشد یا توسط رادیواکتیویته آلوده شده باشد و دیگر استفاده نشود. سیاستهای دولت مشخص میکند که آیا بعضی از مواد مانند سوخت هستهای و پلوتونیوم استفاده شده به عنوان زباله طبقه بندی میشوند یا خیر.
هر رادیونوکلئید دارای نیمه عمر است - زمانی که نیمی از اتمهای آن خراب میشود و بنابراین نیمی از رادیواکتیویته خود را از دست میدهد. رادیونوکلئیدها با نیمه عمر طولانی تمایل به انتشار دهندههای آلفا و بتا دارند - که کار آنها را راحتتر میکند در حالی که رادیواکتیوهایی که نیمه عمر کوتاه دارند تمایل دارند که اشعه گامای نفوذ پذیرتری را منتشر کنند. در نهایت تمام پسماندهای رادیواکتیو به عناصر غیر رادیواکتیو تبدیل میشوند. هرچه ایزوتوپ رادیواکتیو بیشتری داشته باشد سریعتر تحلیل میرود.
زباله های سطح پایین، سطح متوسط و سطح بالا
زبالههای رادیواکتیو به طور معمول به عنوان سطح پایین (LLW)، سطح متوسط (ILW) یا سطح بالا (HLW) طبقه بندی میشوند که در درجه اول به سطح رادیواکتیویته بستگی دارند.
- زبالههای سطح پایین ضایعات سطح پایین (LLW) دارای محتوای رادیواکتیو بیش از چهار گیگا بکرل در هر تن (GBq / t) فعالیت آلفا یا ۱۲ GBq / t فعالیت بتا گاما است. LLW هنگام حمل و نقل نیازی به محافظ ندارد و برای دفع در تاسیسات نزدیک سطح مناسب است. LLW از بیمارستانها، صنعت و همچنین چرخه سوخت هستهای تولید میشود. این شامل کاغذ، پارچه، ابزار، لباس، فیلتر و غیره است که حاوی مقادیر کمی رادیواکتیویته عمدتا کوتاه مدت است. برای کاهش حجم آن، LLW اغلب قبل از دفع متراکم یا سوزانده می شود. LLW حدود ۹۰٪ از حجم را شامل میشود اما فقط ۱٪ از رادیواکتیویته تمام پسماندهای رادیواکتیو است.
- زبالههای سطح متوسط: زبالههای سطح متوسط دارای (ILW) رادیواکتیو بیشتری نسبت به LLW هستند، اما گرمای تولیدی آن (<2 kW / m3) کافی است تا در طراحی یا انتخاب امکانات ذخیره سازی و دفع در نظر گرفته شود. با توجه به سطح بالایی از رادیواکتیویتهای که دارند، ILW به برخی از محافظها نیاز دارد. ILW معمولاً شامل رزینها، لجنهای شیمیایی و روکش فلز سوخت و همچنین مواد آلوده از رده خارج شدن راکتور است. اقلام کوچکتر و هر نوع غیر جامد ممکن است برای دفع در بتن یا قیر جامد شود. این حدود ۷٪ از حجم را تشکیل میدهد و ۴٪ از رادیواکتیویته کل پسماند رادیواکتیو است.
- زبالههای سطح بالا ضایعات سطح بالا (HLW) به اندازه کافی رادیواکتیو است تا گرمای پوسیدگی آن (> 2kW / m3) باشد تا درجه حرارت آن و دمای محیط آن به طور قابل توجهی افزایش یابد HLW به خنک سازی و محافظت نیاز دارد. HLW از "سوختن" سوخت اورانیوم در یک راکتور هستهای ناشی میشود. HLW شامل محصولات شکافتی و عناصر ترانورانیک تولید شده در راکتور c است
سنگ معدن HLW فقط ۳٪ از حجم را تشکیل میدهد، اما ۹۵٪ از کل رادیواکتیویته زبالههای تولید شده را تشکیل میدهد که دو نوع مشخص از HLW وجود دارد:
۱. سوخت فرسودهای که به عنوان زباله تعیین شده است.
۲. زبالههایی که از فرآوری مجدد سوخت استفاده شده جدا شدهاند.
HLW هر دو دارای اجزای طولانی مدت و کوتاه مدت است و بسته به مدت زمانی که برای کاهش رادیواکتیویته رادیونوکلئیدهای خاص به سطوحی که برای مردم و محیط اطراف غیر خطرناک در نظر گرفته شود، طول خواهد کشید. به طور کلی میتوان محصولات شکافت کوتاه مدت را از اکتینیدهای طولانی مدت جدا کرد، این تمایز در مدیریت و دفع HLW مهم میشود. HLW توجه قابل توجهی در مورد انرژی هستهای دارد و بر این اساس مدیریت میشود. زبالههای بسیار سطح پایین زبالههای معاف و زبالههای سطح بسیار پایین (VLLW) حاوی مواد رادیواکتیو در سطحی است که برای مردم یا محیط اطراف مضر محسوب نمیشود. این ماده عمدتا از مواد تخریب شده (مانند بتن، گچ، آجر، فلز، شیرآلات، لوله کشی و ...) تولید شده در حین عملیات توانبخشی یا برچیدن در سایتهای صنعتی هستهای تشکیل شده است. صنایع دیگر مانند پردازش مواد غذایی، مواد شیمیایی، فولاد و غیره نیز در نتیجه غلظت رادیواکتیویته طبیعی موجود در برخی مواد معدنی مورد استفاده در فرایندهای تولید، VLLW تولید میکنند. پس زبالهها با زبالههای خانگی دفع میشوند، برخی کشورها مانند فرانسه در حال توسعه امکانات دفع VLLW مخصوص هستند.
زباله های رادیواکتیو کجا و چگونه ایجاد می شوند؟
زبالههای رادیواکتیو در تمام مراحل چرخه سوخت هستهای تولید میشوند. چرخه سوخت شامل استخراج و فرز سنگ معدن اورانیوم، فرآوری و ساخت آن به عنوان سوخت هستهای، استفاده از آن در راکتور، فرآوری مجدد آن (در صورت انجام)، تصفیه سوخت استفاده شده از راکتور و سرانجام دفع مواد معدنی و اضافی آن است. در حالیکه زبالهها در طول استخراج، فرز و تولید سوخت تولید میشوند، بیشتر آنها (از نظر رادیواکتیویته) از "سوزاندن" واقعی اورانیوم برای تولید برق حاصل میشود. در صورت پردازش مجدد سوخت مصرفی، میزان زباله به طور قابل ملاحظهای کاهش مییابد. استخراج از طریق تولید سوخت، استخراج اورانیوم سنتی زبالههای شنی خوبی ایجاد میکند که تقریبا تمام عناصر رادیواکتیو طبیعی موجود در سنگ اورانیوم را در خود دارد. آنها در سدهای مهندسی جمع آوری میشوند و در نهایت با یک لایه خاک رس و سنگ پوشانده میشوند تا از نشت گاز رادون جلوگیری کرده و از ثبات طولانی مدت اطمینان حاصل کنند.
در کوتاه مدت مواد اضافه اغلب با آب پوشانده میشود. پس از چند ماه مواد اضافه حدود ۷۵٪ از رادیواکتیویته سنگ معدن اصلی را شامل میشود. به طور دقیق اینها به عنوان زبالههای رادیواکتیو طبقه بندی نمیشوند. کنسانتره اکسید اورانیوم حاصل از استخراج، اساساً "کیک زرد" (U3O8) ، رادیواکتیو نیست - به سختی بیشتر از گرانیت مورد استفاده در ساختمانها است. تصفیه شده و سپس به گاز هگزا فلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل میشود. به عنوان گاز، غنی سازی میشود تا محتوای U-235 از ۰.۷٪ به حدود ۳.۵٪ برسد. سپس به عنوان عناصر سوخت راکتور برای ساخت مونتاژ به یک اکسید سرامیک سخت (UO2) تبدیل میشود.
اصلیترین محصول جانبی غنی سازی، اورانیوم ضعیف شده (DU) است که عمدتا ایزوتوپ U-238 است و یا به صورت UF6 یا U3O8 ذخیره میشود. برخی از DU در کاربردهایی مورد استفاده قرار میگیرد که تراکم بسیار زیاد آن باعث ارزشمند شدن آن میشود، مثلاً برای استفاده در قایقهای تفریحی و گلولههای نظامی. همچنین (با استفاده از پلوتونیوم فرآوری شده) برای تهیه سوخت اکسید مخلوط (MOX) و رقیق سازی اورانیوم بسیار غنی شده از سلاحهای جداشده که میتواند برای سوخت راکتور استفاده شود.
تولید برق
تولید برق از نظر رادیواکتیویته، منبع اصلی ناشی از استفاده از راکتورهای هستهای برای تولید برق از مواد طبقه بندی شده به عنوان HLW است. محصولات شکافت بسیار رادیواکتیو و عناصر ترانورانیک در طی عملیات راکتور از اورانیوم و پلوتونیوم تولید میشوند و در سوخت استفاده میشوند. در مواردی که کشورها چرخه بستهای را اتخاذ کرده و سوخت استفاده شده را مجدداً پردازش میکنند، محصولات شکافتی و اکتینیدهای جزئی از اورانیوم و پلوتونیوم جدا شده و به عنوان HLW در نظر گرفته میشوند.در کشورهایی که سوخت فرسوده فرآوری مجدد نمیشود، سوخت مصرف شده خود یک ضایعات محسوب میشود و بنابراین به عنوان HLW طبقه بندی میشود. LLW و ILW در نتیجه عملیات عمومی مانند تمیز کردن سیستمهای خنک کننده راکتور و حوضچههای ذخیره سوخت و ضد عفونی کردن تجهیزات، فیلترها و اجزای فلزی که در اثر استفاده از آنها در داخل یا نزدیک راکتور رادیواکتیو شده اند. فرآوری مجدد سوخت استفاده شده هر سوخت استفاده شده هنوز حاوی برخی از U-235 اصلی و همچنین ایزوتوپهای مختلف پلوتونیوم است که در داخل هسته راکتور و U-238 تشکیل شده است. در کل اینها حدود ۹۶٪ اورانیوم اصلی را تشکیل میدهند.
