Rádioaktívny odpad

Urán

Urán (lat. uranium) je v čistom stave striebrobiely lesklý kov, ktorý na vzduchu postupne tmavne – pokrýva sa vrstvou oxidov. Rozomletý na prášok je samozápalný. Nie je príliš tvrdý a dá sa pri normálnej teplote kovať alebo valcovať. Pri zahrievaní sa stáva najskôr krehkým, pri ešte väčšej teplote je však plastický. Je to najťažší kov nachádzajúci sa v prírode.

Urán ako prvok bol objavený v roku 1789 lekárnikom a profesorom chémie Martinom Heinrichom Klaprothom (1743–1817), ktorý objavil aj niekoľko ďalších prvkov (zirkón, titán, cér a telúr). V roku 1896 zistil Henri Becquerel, že urán je rádioaktívny. Marie Curie-Sklodovská so svojim manželom Pierrom Curiem potom z uránovej rudy izolovala 2 nové prvky: najskôr polónium, o niečo neskôr aj rádium.

Ťažba uránu

Urán je ruda, z ktorej môže byť použitá len malá časť (1kg uránu v 1000 kg rudy, z ktorého len polovica sa dá vyťažiť, t.j. 500 gramov uránu v 1000 kilogramoch rudy).
Podzemná aj povrchová ťažba znamená odsunutie obrovských množstiev rudy zo zeme. Každá tona obohateného uránu, ktorá sa predáva na voľnom trhu predstavuje 1000 až 40 000 ton sutiny ako rádioaktívneho odpadu. Táto sutina často predstavuje až 85% pôvodnej rádioaktivity uránovej rudy. Uránové bane sú ale príliš často nechránené. Vietor a dážď šíria smrtiaci, karcinogénny prach z ťažby a kontaminujú okolitú krajinu.

Ťažba uránu ide ruka v ruke s produkciou odpadov, ktoré majú katastrofálny účinok na životné prostredie. A navyše sa k bežným rizikám, ktorým sú vystavení baníci, pridávajú aj vysoké ohrozenie rakovinou pľúc, inými pľúcnymi chorobami, rakovinami kože a žalúdka. Uránové ložiská dnes existujú vďaka ich izolácií od kyslíka a vody po milióny rokov. Ich ťažba ničí tento prirodzený obal a umožňuje vode a vzduchu niesť kontamináciu vonkajším prostredím.

Jedným z hlavných nebezpečí uránu je fakt, že produkuje rádiové a radónové plyny (dcérsky produkt rádia). Pri vdýchnutí radónových plynov tieto môžu spôsobiť rakovinu pľúc a rádium si nájde svoju cestu k ľuďom cez potravinový a vodný reťazec, aby spôsoboval iné druhy rakovín a leukémiu..

Rádium vyžaruje alfa častice a má polčas rozpadu 1600 rokov. Je výsledkom rozpadania sa uránu, ktorý sa nachádza v uránovej rude. Pred nedávnom boli zavedené bezpečnostné štandardy na ochranu proti radónu, ale 20 až 50 percent amerických, nemeckých a kanadských baníkov pracujúcich v minulých podmienkach už umrelo, alebo umrie na rakovinu. Vyše 70% svetových zdrojov uránu leží na územiach osídlených domorodým obyvateľstvom: Severných Teritóriách a provinciách Saskatchewan a Ontario v Kanade, v štátoch Arizona, New Mexico a South Dakota v USA, v Equádore a Brazílií, v Namíbií, Južnej Afrike, Nigérii a Gabune, v Číne, Indii, strednej Ázii a na Sibíri a v Austrálii. Po celom svete je pôvodné obyvateľstvo vystavené pomalej, mučivej smrti.

Ťažbou uránu na vzdialených územiach osídlených pôvodným obyvateľstvom sa jadrový priemysel snaží vyhnúť skutočným zdravotným a ekologickým škodám spôsobovaným ťažbou uránu.

Spracovanie uránu

Vo všeobecnosti sa pri tomto procese jedná o zvýšenie koncentrácie uránu z 1% na 75%. Ruda z bane sa rozdrtí na piesok a premieša s veľkým množstvom vody a chemikálií. Predajný produkt, ktorý sa získava touto metódou sa nazýva oxid uránu, alebo sa všeobecne označuje ako tzv. žltý koláč. Je to len malé percento z rudy (500 g uránu v 1000 kg uránovej rudy). Rádioaktívny zbytok je tuhý odpad nazývaný konečná ruda, alebo "koncovka", ktorá obsahuje asi 85% celkovej rádioaktivity obsiahnutej v pôvodnej rude. Táto konečná odpadová ruda sa zvyčajne necháva v kopách, kde sa premiešava so vzduchom a vodou. Keď sa tento rádioaktívny prach nechá na povrchu a vyschne, môže byť čiastočne odnesený vetrom a usadiť sa na vzdialenej vegetácii. Alebo môže byť zmývaný dažďom do riek a jazier a kontaminovať ich. Pri spracovateľskom procese sa uvoľňujú obrovské množstvá odpadov v krátkom časovom období: stovky ton na každú tonu žltého koláča. Len na americkom juhozápade sa ich za posledných štyridsať rokov nazhromaždilo vyše 100 miliónov ton.

Odpadová ruda obsahuje vyše tucet rádioaktívnych materiálov. Sú to napríklad tórium, gama žiarič s polčasom rozpadu 80 000 rokov, alebo rádium. Je to aj radónový plyn, ktorý uniká z hromád odpadu a vetrom môže byť prenášaný stovky kilometrov, zasahujúc veľké množstvo ľudí.
Sú tri hlavné dôvody, prečo je radón tak nebezpečný:

1. Je to plyn a môže sa vdýchnuť. Je to jediný plyn, ktorý sa tvorí pri procese rozpadu uránu. Neprirodzene veľké množstvá radónových plynov sa nepretržite dostávajú do ovzdušia v uránových baniach a úložiskách odpadovej rudy.
2. Skutočnosť, že vylučuje najnebezpečnejšie žiarenie - alfa žiarenie.
3. Radón má krátky polčas rozpadu a ako dcérske produkty vznikajúce z "otcovského" radónu sú iné extrémne nebezpečné prvky. Problém radónu je zvlášť dôležitý v podzemných baniach, kde sa tento plyn akumuluje v tuneloch.

Z minulosti poznáme mnoho únikov veľkých množstiev rádioaktivity zo skládok odpadovej rudy do životného prostredia. Jedna z najhorších nehôd sa stala v Spojených štátoch, kde sa pretrhla priehrada a do rieky Rio Puerco sa vypustilo asi 30 miliónov litrov tekutého odpadu a odhadovaných 1100 ton tuhého odpadu. V Austrálii podobná nehoda vyústila do značnej kontaminácie rieky East Finniss, kde následne vyhynuli skoro všetky rastliny a ryby v rieke samotnej a jej zátokach.

Stovky akrov odpadovej rudy boli ponechané svojmu osudu v Grand Junction, Colorado, USA, až pokiaľ sa pre ne v šesťdesiatych rokoch nenašlo obchodné využitie. Mestskí plánovači sa ujali myšlienky použiť túto hmotu ako lacný doplnok do betónových a stavebných zmesí. Stavebné firmy použili tento odpad na výstavbu škôl, nemocníc, rodinných domov, ciest, letiska a obchodného domu. V roku 1970 si miestni detskí lekári všimli výrazný nárast nechutenstva, krvácania perí a ďalších vrodených chorôb novorodených detí v tamojšom kraji. Ďalšie vyšetrovanie preukázalo, že všetky tie deti sa narodili rodičom žijúcich v domoch postavených s použitím uránového odpadu a pri testoch sa mnohé tieto budovy ukázali ako žiariče gama žiarenia ako aj alfa žiariče radónových plynov vo vzduchu- rovnakého materiálu, ktorý spôsobuje rakovinu pracovníkom v uránových baniach.

Obohacovanie

Z jednej tony uránovej rudy je len asi pol kilogramu čistého uránu. Z tohto množstva je 99,3% neštiepny izotop urán 238. V prirodzenej forme sa v uránovej rude nachádza štiepny urán 235 len v koncentráciách 0,7 percenta. Ale pre štiepnu reakciu je túto koncentráciu potrebné zvýšiť. Uránová ruda sa musí "obohatiť", aby obsah uránu 235 dosiahol aspoň 3% jej celkového objemu.

Obohacovací proces je extrémne nákladný a spotrebuje veľké množstvo energie a odpadová uránová ruda obsahujúca nepotrebný urán 238 sa necháva ležať na zemi. Keďže urán 238 je extrémne hustý materiál, používa sa na výrobu krytov konvenčných zbraní, dávajúc zbraniam možnosť preniknúť cez pancierovú vrstvu tankov. Počas šesťtýždňovej pozemnej vojny v Iraku v roku 1991 bolo použitých minimálne 10 000 krytov s uránom 238 a prinajmenšom 40 ton tohoto materiálu bolo ponechaného v Iraku a Kuvajte. Deti sa teraz hrajú s prázdnymi obalmi zbraní a tým sú vystavené vonkajším dávkam gama žiarenia, ako aj vdychovaniu a konzumovaniu čiastočiek uránu, ktoré môžu spôsobovať choroby pečene, rakovinu pľúc a kostí a leukémiu. Miera úmrtí detí pod päť rokov sa zdvojnásobila, počas prvých osem mesiacov od skončenia vojny umrelo 50 000 detí na rôzne druhy chorôb, vrátane rakoviny a chorôb žalúdka.

Výroba paliva

Po prechode procesom obohacovania sa urán pretvaruje do malých tabletiek. Tieto valcovité tabletky sa následne umiestňujú do kovových prútov asi štyri metre dlhých a dva centimetre širokých. Typický 1000 MW reaktor obsahuje asi 50 000 palivových tyčí obsahujúcich viac ako 100 ton uránu vo valcovitom priestore šesť metrov širokom a štyri metre vysokom. Počas výroby týchto paliet sú pracovníci vystavení nebezpečiam nízkych úrovní gama žiarenia vysielaných z obohateného paliva a kontamináciám alfa žiaričov- radónu, rádia a uránu.Jadrové reaktory

Keď sú palivové články pripravené v jadre reaktora a zaliate vodou, obohatený urán je pripravený na začiatok štiepnej reakcie. Počas nej sa jadrá uránu 235 rozpadajú na častice (produkty štiepnej reakcie- jadrá ľahších atómov ako stroncium a cézium), teplo a jeden či viac voľných neutrónov. Keby bol každý voľný neutrón absorbovaný jadrom uránu a nahradený voľným neutrónom z iného štiepiaceho sa jadra, situácia by sa stala kritickou a reťazová reakcia v reaktore by bola samoudržateľná. Kontrolné tyče, ktoré absorbujú rýchlo sa pohybujúce neutróny regulujú rýchlosť tohoto procesu.

Štiepna reakcia uvoľňuje obrovské množstvo tepla, ktoré sa používa na varenie vody v reaktore. Vriaca voda tvorí paru, ktorá otáča turbínu a vyrába elektrinu. Štiepna jadrová reakcia je preto najnebezpečnejšou a najdrahšou metódou ako si uvariť vodu- asi ako krájanie masla elektrickou pílou.

Popri výrobe elektriny štiepny urán takisto vyžaruje stovky rádioaktívnych izotopov - všetko karcinogénne a mutagénne látky s polčasom rozpadu niekoľko sekúnd až sedemnásť miliónov rokov, či viac. Kontrolné tyče, chladiaca voda a jadro reaktora sa po istom čase stanú extrémne rádioaktívne a vyhorené palivo je miliónkrát rádioaktívnejšie ako v čerstvom stave.

Prevádzka jadrových elektrární predstavuje mnohé nebezpečenstvá, ktoré boli často podhodnotené, pretože, ako to už býva, krátkodobé zisky prevážia zodpovednosť priemyslu a vlád chrániť verejnosť.

Ani černobyľská katastrofa neprinútila jadrový priemysel pochopiť skutočnosť o negatívnom vplyve bežnej prevádzky jadrových reaktorov na život v prírode a na človeka napriek tomu, že táto skutočnosť je už známa a jej dôsledky sú stále preukázateľnejšie.

Každý jeden deň sa z jadrových elektrární vylúči značné množstvo plynných rádioaktívnych odpadov a vyprodukuje istá dávka tekutých a tuhých odpadov. Skutočnosť, že je treba vybudovať vysoké komíny nad každým reaktorom neoddiskutovateľne ukazuje na potrebu dekoncentrácie emisií a teda na ich nebezpečnosť.

Hoci denné dávky emisií sa zdajú byť malé (v rozmedzí od niekoľko curie do niekoľko sto curie), všetkých 434 jadrových elektrární vo svete spolu po mnoho rokov produkuje množstvo rádioaktivity, ktoré je rovnaké s množstvom vyžiarenom z Černobyľa.

Čo sa týka bezpečnosti reaktorov je možné povedať len toľko, že jadrový reaktor je bezpečný len v tom prípade, keď za žiadnych okolností (napríklad nehody, chybné jednanie prevádzkovateľov, kombinácia náhodných udalostí, terorizmus a pod.) nemôže vylúčiť nebezpečné rádioaktívne látky do prostredia.

Takéto reaktory neexistujú a vzhľadom na momentálne existujúce technológie je možno povedať, že v blízkej budúcnosti ani nebudú. V skutočnosti dokonca aj samotní konštruktéri reaktorov hovoria o základných nebezpečenstvách jednotlivých druhov reaktorov. A všetci z nich súhlasia, že ani len na stoloch projektantov ešte neexistuje takýto bezpečný reaktor so zabudovanou bezpečnosťou (teda taký, z ktorého by za žiadnych okolností nemohli uniknúť rádioaktívne látky).

V každej krajine s prevádzkovanou jadrovou elektrárňou jej nepriatelia, teroristické organizácie, či mentálne chorí ľudia už nepotrebujú jadrové zbrane na začatie jadrovej vojny. Stačí im len spustiť bežnú bombu na jadrový reaktor a tým dosiahnuť únik väčšiny jeho rádioaktívnych látok a smrť tisícok ľudí. Je zrejmé, že keby počas druhej svetovej vojny Európa získavala energiu z jadra, bola by ešte stále neobývateľná vďaka rádioaktívnej kontaminácii vzduchu, potravín a vody.

Likvidácia jadrových reaktorov

Obrovské množstvá rádioaktívnych odpadov sa tiež vyprodukujú, keď je jadrový reaktor odstavený. Toto sa deje preto, lebo mnohé jeho časti, vrátane paliva, sa stali rádioaktívnymi. Nemôžeme ich jednoducho odhodiť. Proces starania sa o jadrovú elektráreň v tejto fáze voláme likvidácia. Po dvadsiatich, maximálne štyridsiatich rokoch sa do nej dostane každý jeden reaktor. Doteraz sa nikde na svete nezlikvidoval žiaden klasický reaktor. Niektoré krajiny plánujú rozobrať celú reaktorovú štruktúru, vrátane rádioaktívnych častíc, prenechajúc len prázdny priestor, tzv. zelenú lúku. Iné navrhli nechať budovu stáť na tom istom mieste a zasypať ju betónom alebo pochovať pod horou zeme.

V nasledujúcich tridsiatich rokoch sa bude musieť odstaviť viac ako 350 reaktorov. Ale viac ako 40 rokov po spustení prevádzky prvej jadrovej elektrárne jadrový priemysel ešte stále nenašiel spôsob ako bezpečne a efektívne zlikvidovať odstavený reaktor.

Jadrový odpad

Je známe, že jadrový odpad sa produkuje počas rôznych štádií ťažby uránu, výroby jadrového paliva a počas bežnej prevádzky jadrovej elektrárne (tekutý, tuhý aj plynný odpad) vo forme vyhoreného paliva, počas prípadného prepracovávania vyhoreného paliva a konečne počas likvidácie jadrových elektrární po skončení ich životnosti.

Problémom rádioaktívneho odpadu je, že niektoré dlhotrvajúce rádionuklidy sú aktívne po desiatky, stovky, tisíce či až milióny rokov. Je nutné zdôrazniť, že žiadna iná z ľudstvu známych technológií nedokáže zmeniť fyzikálno-chemickú štruktúru biosféry našej planéty. Štiepna jadrová reakcia vyúsťuje do tvorby častíc, ktoré sú v biosfére votrelcami a ktorým sa živé organizmy nedokážu a nemôžu prispôsobiť. Tieto častice obsahujú predovšetkým plutónium a iné produkty uránu.
Ako časť bežnej prevádzky vylučuje každá jadrová elektráreň isté množstvo odpadových materiálov priamo do okolitej prírody. Tekuté odpady sa vylučujú spolu s chladiacou vodou do blízkej rieky, prípadne mora a plynné odpady sa vylučujú do atmosféry.

Existujú tri kategórie rádioaktívnych jadrových odpadov: vysoko aktívny, stredne aktívny a nízko aktívny odpad. Vysokoaktívny odpad pozostáva predovšetkým z vyhoreného paliva a jadra reaktorov, a vysokoaktívneho tekutého odpadu vznikajúceho pri prepracovávaní paliva. Tento odpad je tisíckrát rádioaktívnejší ako stredne aktívny odpad. Stredne aktívny odpad predstavuje predovšetkým kovové nádrže na palivo, ktoré pôvodne obsahovali uránové palivo pre jadrové reaktory, kovové časti reaktorov a chemické zvyšky. Tieto musia byť chránené, aby pracovníci a verejnosť neboli vystavení žiareniu počas ich prepravy a uskladnenia. Väčšinou sa skladujú v mieste produkcie. Stredne aktívne odpady sú väčšinou tisíc krát rádioaktívnejšie ako nízko aktívne odpady. Nízko aktívne odpady pozostávajú predovšetkým z takých vecí ako napríklad ochranné ošatenie a laboratórne zariadenie, ktoré prišlo do kontaktu s rádioaktívnymi materiálmi.

Existuje niekoľko návrhov na uskladnenie rádioaktívnych odpadov nie ich zničením, ale "bezpečnou" izoláciou. Najčastejšie diskutovanými spôsobmi sú vystreľovanie odpadov do vesmíru, ukladanie na dne oceánov alebo hlbinné ukladanie mnoho kilometrov pod povrchom Zeme. Ako riešenie problému rádioaktívneho odpadu sa niekedy spomína aj jeho zaliatie do živice, betónu, soli, skla alebo keramických materiálov. Tento postup odpad ale nezničí, len ho zocelí a umožní lepšiu skladovateľnosť a zlepší jeho dočasnú izolovanosť. Problém samotný sa ale prenesie na plecia budúcich generácií. Navyše nikto nemôže garantovať schopnosť súčasných spôsobov izolácie rádioaktívnych odpadov na 100, 1000 alebo 10 000 rokov.

Vysoko rádioaktívny odpad je niekoľko tisíc rokov smrteľné nebezpečný. Preto sa ho zbavujeme formou uskladnenia, zatavuje sa do skla a uchováva v kontajneroch. V každej krajine je to však iná forma uskladnenia. Azda najlepší spôsob uloženia tohoto odpadu je ten, keď sa rádioaktívny odpad zataví do sklených valcov a skladuje sa hlboko v zemi. Vo Francúzsku sa táto metóda používa už od roku 1978. Niektorý z rádioaktívnych odpadov by mohol presiaknuť na povrch najskôr za milión rokov. Za taký dlhý čas sa však rozpadne na relatívne neškodné látky. Odpad by mal byť ukrytý pod toľkými vrstvami, že jeho únik v zohľadňovanom časovom období by bol celkom nemožný.

Jediné uspokojujúce riešenie problému s rádioaktívnym odpadom by bolo jeho úplne zničenie. K dnešnému dňu je známy jediný spôsob takéhoto zničenia, ktorým je "transmutácia", teda transformácia nebezpečných rádionuklidov s dlhou životnosťou na rádionuklidy s krátkou životnosťou a nakoniec na látku, ktorá by už nebola rádioaktívna. Transmutácia je teoreticky možná, ale neuskutočniteľná v praxi, kvôli nevyhnutným enormným množstvám energie, väčším než by bol zisk zo štiepnej reakcie v reaktore.

V skutočnosti neexistuje akceptovateľné a praktické riešenie tohoto problému a v blízkej budúcnosti ani nie je dosiahnuteľné. Všetky jadrovým priemyslom momentálne ponúkané riešenia sú ako "vyčistenie izby a zametenie špiny pod koberec".

Najlepším riešením pre budúcnosť je, aby sme už nikde na svete neprodukovali ďalší jadrový odpad.

Zdroje:

Jadrová elektráreň v Dukovanoch
Jadrová elektráreň South Texas
Výmurovka spaľovacej pece na rádioaktívny odpad