Joomla Free Themes by iPage Complaints

ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE



 

W. Gorączko

 

Pracownia Radiochemii

Wydział Technologii Chemicznej

Politechnika Poznańska


ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE

Odpady promieniotwórcze to materiały lub przedmioty o różnych stanach skupienia, zawierające w swym składzie substancje promieniotwórcze, których dalsze wykorzystanie jest niemożliwe (niska aktywność, duże rozcieńczenie itp.) bądź nieopłacalne.

Źródłami odpadów promieniotwórczych mogą być:

  • kopalnie rud uranu oraz zakłady ich przeróbki;

  • zakłady produkcji paliwa jądrowego i przeróbki paliwa wypalonego;

  • eksploatacja reaktorów energetycznych i badawczych;

  • likwidacja reaktorów;

  • stosowanie izotopów promieniotwórczych w medycynie, przemyśle, rolnictwie i badaniach naukowych;

  • awarie, wypadki i katastrofy radiologiczne.

W Polsce odpady promieniotwórcze mogą pochodzić tylko z eksploatacji reaktorów badawczych (reaktory: Ewa i Maria) oraz ze stosowania izotopów promieniotwórczych w medycynie, przemyśle, rolnictwie i badaniach naukowych. Gdyby za 100% uznać oba wyżej wspomniane źródła odpadów promieniotwórczych, to ponad 95% pochodziłoby z obszaru zastosowań. Gdyby z kolei obszar zastosowań potraktować jako 100%, to blisko 90% odpadów byłoby „produkowanych” przez medycynę i około 5% przez przemysł.

 

1. Klasyfikacja odpadów promieniotwórczych

Klasyfikację odpadów promieniotwórczych można przeprowadzić na bardzo wiele sposobów, a mianowicie:

  • ze względu na stan skupienia (odpady promieniotwórcze gazowe, ciekłe i stałe);

  • ze względu na aktywność właściwą (niskoaktywne, średnioaktywne i wysokoaktywne);

  • ze względu na rodzaj emitowanego promieniowania (α-, β-, γ-, neutrono-promieniotwórcze i zawierające materiały rozszczepialne);

  • ze względu na wielkość okresu półrozpadu T1/2 (krótkożyciowe – T1/2  30 lat i długożyciowe – T1/2 > 30 lat);

  • ze względu na grupę radioizotopów (niskoradiotoksyczne – III lub IV klasa radiotoksyczności i wysokoradiotoksyczne – I lub II klasa radiotoksyczności).

Kwalifikację odpadów promieniotwórczych dokonuje się zgodnie z załącznikiem nr.1 do rozporządzeniem RM z dnia 3 grudnia 2002 (poz.nr.1925), a mianowicie ze względu na aktywność dzieli się je na nisko-, średnio- i wysokoaktywne.:

 

Aktywność

1 izotop stężenie promieniotwórcze [kBq\kg]

Kilka izotopów

Suma stosunków stężeń

Aktywność [Bq] lub suma stosunków aktywnośći [/]

Niskoaktywne

(1-10.000>

wartości z załącznika

(1-10.000>

 

 

Ciekłe

 

< od wartości z załącznika

 

<1

> 1000 (aktywność lub suma stosunków aktyw) x wartość z załącznika dla 30 dniowych odpadów

Średnioaktywne

(10.000-10.000.000>

wartości z załącznika

(10.000-10.000.000>

 

wartości z załącznika

 

Wysokoaktywne

> 10.000.000

wartości z załącznika

> 10.000.000

wartości z załącznika

 

 

Odpady na nisko-, średnio- i wysokoaktywne można podzielić na podkategorie, a mianowicie :

 

Podkategorie odpadów

Przejściowe

Krótkożyciowe

Długożyciowe

Stężenie promieniotwórcze odpadów takie, że za 3 lata obiży się po poziomu niskoaktywnech

Zawierają głównie izotopy krótkożyciowe, średnie stężenie promieniotwórcze izotopów długożyciowych 400 [kBq/kg] a maksymalne 4000 [kBq/kg].

Zawiera głównie izotopy długożyciowe; średnie stężenie promieniotwórcze izotopów długożyciowych 400 [kBq/kg].

 

Zużyte źródła zamknięte dzielimy również na kategorie :

 

Niskoaktywne

Średnioaktywne

Wysokoaktywne

Aktywność większa niż wartość z załącznika do rozporządzenia

ale 108 Bq

 

 

(108 – 1012> Bq

 

Powyżej 1012 Bq

 

 

Można je dodatkowo podzielić, że względu na okres półrozpadu (na krótko- i długożyciowe) lub ze względu na moc cieplną.

Wypalone paliwo jądrowe traktuje się jako odpady wysokoaktywne.

W zależności od przyjętej klasyfikacji odpady promieniotwórcze różnie się magazynuje i stosuje się różne osłony. W praktyce odpady krótkożyciowe, niskoaktywne i niskoradiotoksyczne można przechowywać i gromadzić na „miejscu” (w pracowni lub magazynie odpadów) aż do całkowitego ich „wygaśnięcia”.


Podczas składowania i unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych obowiązują następujące zasady:

  • minimalizowanie ilości powstających odpadów;

  • odpowiednie segregowanie (oddzielnie ciekłe, oddzielnie nadające się do sprasowania, rozdrobnienia czy spalenia);

  • zmniejszenie objętości (prasowanie, odparowanie, spalenie);

  • zestalanie i pakowanie w taki sposób, by były chemicznie i fizycznie stabilne;

  • składowanie odpadów w miejscach o właściwej strukturze geologicznej i stosowanie wszystkich możliwych technologii i barier, które skutecznie izolują odpady od człowieka i naturalnego środowiska;

  • jeżeli składowanie odbywa się w obiekcie lub pomieszczeniu (magazyn odpadów promieniotwórczych), to należy ten obiekt wyposażyć w: urządzenia wentylacyjne, sprzęt dozymetryczny, stałe lub ruchome osłony przed promieniowaniem, środki ochrony indywidualnej przed skażeniem i napromienieniem oraz w miarę potrzeb w instalację wodną i kanalizację.

Generalnie odpady przechowujemy w taki sposób, by zapewnić ochronę ludzi i środowiska, zarówno w warunkach normalnych, jak i zdarzeń radiacyjnych. Podstawowym wymogiem jest zapewnienie segregacji odpadów według kategorii i podkategorii.

Odpady przechowujemy w specjalnie do tego celu zaprojektowanym (lub zmodernizowanym) pomieszczeniu zwanym magazynem odpadów promieniotwórczych.

Magazyn odpadów promieniotwórczych powinien spełniać ściśle określone warunki techniczne, posiadać odpowiednią infrastrukturę i wyposażenie, a mianowicie :

  • urządzenia do wentylacji mechanicznej lub grawitacyjnej;

  • urządzenia do oczyszczania usuwanego powietrza;

  • klasę B odporności pożarowej;

  • zabezpieczone przed zalaniem wody;

  • stropy, ściany lub osłony muszą zapewniać otrzymanie przez osoby z ogółu ludności rocznej dawki skutecznej nie większej niż 0,1 mSv ();

  • odpowiedni sprzęt dozymetryczny;

  • stałe lub ruchome osłony;

  • tablice ostrzegawcze na drzwiach wejściowych;

  • środki ochrony indywidualnej przed skażeniem i napromienieniem;

  • jeżeli wymagają tego warunki, to instalacja wodna i kanalizacyjna.

Odpady stałe przechowuje się w pojemnikach stalowych, betonowych, z tworzyw sztucznych. W workach foliowych można przechowywać tylko odpady niskoaktywne. Nie wolno w tym samym opakowaniu przechowywać odpadów zakwalifikowanych do różnych kategorii lub mających różne stany skupienia.

Odpady ciekłe przechowuje się w stalowych zbiornikach pokrytych wewnątrz powłoką chemoodporną, zbiornikach betonowych (z powłoką) lub ze sztucznych tworzyw (też z powłoką). Jeżeli magazyn odpadów nie ma indywidualnej kanalizacji, to odpady ciekłe można przechowywać w pojemnikach lub zbiornikach ze stali nierdzewnej o pojemności nie przekraczającej () 100 dm3) 25 dm3. oraz w pojemnikach szklanych lub ceramicznych (odpowiednio zabezpieczonych przed uszkodzeniami mechanicznymi) o pojemności nie większej niż (

Istnieje grupa odpadów ciekłych, które są przechowywane odrębnie, a mianowicie :

  • -promieniotwórcze odpady;

  • odpady zawierające radioizotopy o T1/2  65 dni;

  • rozpuszczalniki organiczne, substancje wybuchowe itp.

Jeżeli w magazynie odpadów promieniotwórczych zgromadzono wystarczającą ilość odpadów lub istnieją inne okoliczności całą zawartość magazynu należy przekazać do Krajowego Składowiska Odpadów Promieniotwórczych (KSOP).

W przypadku odesłania odpadów do KSOP, karty przekazuje się wraz z nimi, a kopie kart przechowuje się przez 3 lata.

 

2.Technologie przetwarzania i zestalania odpadów promieniotwórczych

Zasadniczym zadaniem stosowanych technologii przetwarzania i zestalania odpadów promieniotwórczych jest zmniejszenie ich objętości oraz obniżenie aktywności promieniotwórczej.

Ciekłe odpady promieniotwórcze nisko aktywne magazynowane są w zbiornikach retencyjnych do czasu obniżenia się ich aktywności - do Tl/2<60 dni, a następnie poddawane są oczyszczaniu. Podstawową technologią oczyszczania jest sorpcja na mieszaninie węglanu baru i żelazo cyjanku miedzi, w obecności nadmiaru jonów siarczanowych, dodawanej w postaci zawiesiny wodnej . Po rozdzieleniu faz stałej i ciekłej materiał sorpcyjny zawiera ponad 90% początkowej aktywności ścieków i tylko ten materiał podlega dalej procesowi przetwarzania czyli zestalaniu.

Stałe odpady promieniotwórcze (stanowiące około 85 % wszystkich odpadów) są najczęściej umieszczenie w standardowych opakowaniach, tzn. hobokach o pojemności 0,05, 0,07, i 0,1 m3, lub w bębnach o pojemności 0,2 m3 ocynkowanych dwustronnie i zamykanych pokrywą.

Odpady stałe zawierające nuklidy o Tl/2<60 dni magazynowane są w celu obniżenia ich aktywności. W niektórych przypadkach, po okresie kilku lub kilkunastu miesięcy aktywność odpadów może obniżyć się o tyle, że możliwe jest przekwalifikowanie ich do odpadów niepromieniotwórczych.

Większość odpadów stałych (ok. 45%) to odpady promieniotwórcze, nisko aktywne, których można łatwo zmniejszyć objętość przez sprasowanie lub zgniatanie. Przetwarzanie tych odpadów odbywa się przy zastosowaniu pras hydraulicznych (współczynnik redukcji objętości 1,5-3,0).

Sprasowane, zgniecione lub pocięte odpady stałe znajdujące się w stalowych bębnach zalewane są betonem, zamykane stalową pokrywą i w tej postaci wywożone do miejsca składowania.

Podstawowym celem zestalania odpadów promieniotwórczych jest dążenie do otrzymania produktu o właściwościach najbardziej korzystnych z punktu widzenia długotrwałego ich składowania.

Obecnie stosuje się następujące technologie zestalania odpadów promieniotwórczych:

  • asfaltowanie,

  • betonowanie,

  • zestalanie w żywicy epoksydowej,

  • zestalanie w żywicy mocznikowo-formaldehydowej.


Przetworzone, zestalone i opakowane odpady promieniotwórcze wywożone są na składowisko.

Im większa jest aktywność odpadów promieniotwórczych, tym skuteczniejsze powinny być kroki zmierzające do przeciwdziałania ujemnemu wpływowi promieniowania na człowieka i jego naturalne środowisko oraz możliwym skażeniom.

Wprowadza się pojęcie bariery ochronnej, tj. zespołu czynników naturalnych i sztucznych (wykonanych ręką człowieka) stanowiących fizyczną przeszkodę uniemożliwiającą lub ograniczającą uwalnianie się substancji promieniotwórczych ze składowiska i ich migrację w środowisku.

W przypadku odpadów o średniej i niskiej aktywności (a takie występują w Polsce) stosowane są następujące bariery ochronne:

  • chemiczna - trudno rozpuszczalne związki chemiczne izotopów promieniotwórczych (tzw. koncentraty);

  • fizyczna - związanie substancji promieniotwórczych z materiałem wiążącym (spoiwem); proces ten polega na zmieszaniu zatężonych już wstępnie odpadów (koncentratów) ze spoiwem i nadaniu im formy stabilnego ciała stałego; zapobiega to rozsypywaniu, rozproszeniu, rozpyleniu, wymywaniu itp.; najczęściej stosowanym spoiwem jest asfalt, cement, szkło wodne lub tworzywa sztuczne;

  • inżynierska - użycie stalowego lub betonowego opakowania na odpady, zabezpieczającego je przed uszkodzeniami mechanicznymi i kontaktem z wodą oraz stanowiącego barierę biologiczną osłabiającą emitowane promieniowanie; betonowa konstrukcja składowiska (tzw. mogilnik) oraz impregnacja warstwą bitumiczną stanowiącą osłonę przed opadami atmosferycznymi, wilgocią i korozją;

  • naturalna - wykorzystanie struktur geologicznych do gromadzenia odpadów; teren taki powinien być asejsmiczny, niezatapialny i całkowicie wyłączony z działalności gospodarczej, ale poddany stałej kontroli dozymetrycznej; istotną rolę odgrywa właściwa struktura geologiczna i warunki hydrogeologiczne, które powinny uniemożliwiać jakąkolwiek migrację radionuklidów, zapobiegając w ten sposób rozprzestrzenieniu się ich w glebie oraz wodach podziemnych i gruntowych.

Ilość odpadów promieniotwórczych jest bardzo mała w porównaniu do ilości odpadów wytwarzanych przez przemysł chemiczny, czy też powstających w efekcie spalania węgla w elektrowniach i elektrociepłowniach. Na rysunku przedstawiono obrazowe porównanie ilości odpadów produkowanych przez dwie różne elektrownie (o tej samej mocy): jądrową i węglową.


Porównanie ilości odpadów produkowanych przez dwie różne elektrownie:
jądrową i węglową (Ochrona przed promieniowaniem nr.6, Odpady promieniotwórcze, Departament Szkolenia i Informacji Społecznej PAA, Warszawa 1993)


W wielu laboratoriach na świecie trwają prace nad nowymi metodami unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych. szczególnie obiecująca wydaje się tzw. transmutacja, czyli przeobrażenie odpadów długożyciowych w substancje charakteryzujące się krótszym okresem półrozpadu. produkty tego procesu szybciej zmniejszają swoją aktywność, a zatem są mniej groźne dla ludzi i środowiska. transmutacja to jednak wciąż odległa przyszłość.


Składowanie odpadów promieniotwórczych


Obowiązujące wymagania w zakresie lokalizacji składowisk odpadów oraz kierunki prac nad ich udoskonaleniem są wyrazem założonej strategii zrównoważonego rozwoju: Nie dziedziczymy Ziemi po naszych przodkach, ale pożyczamy ją od naszych dzieci". Właściwy wybór terenu pod składowisko odpadów należy do najtrudniejszych zadań związanych z gospodarką odpadami.


W większości krajów odpady promieniotwórcze nisko i średnioaktywne (Tl/2<30 lat) składowane są w składowiskach powierzchniowych (przypowierzchniowych - których obiekty wykonane są na powierzchni terenu lub płytko pod ziemią - do 10 m). W obiektach takich nie mogą być składowane odpady długożyciowe i wysokoaktywne.

Strategia lokalizacji składowisk odpadów promieniotwórczych polega na wyborze kombinacji warunków geologicznych (bariera geologiczna), sposobu składowania (bariera inżynierska - sposób izolacji odpadów od biosfery) i kryteriów akceptacji odpadów do składowania.

Wymagania stawiane lokalizacjom powierzchniowego składowiska odpadów promieniotwórczych to:

  • proste warunki środowiska umożliwiające wiarygodne udokumentowanie bezpieczeństwa radiologicznego i monitorowanie oddziaływania na otoczenie,

  • stabilność procesów ewolucji obszaru, będąca podstawą prognozowalności i warunkiem dopuszczenia w analizach jedynie stopniowego uwalniania się radionuklidów w wyniku powolnego procesu degradacji barier inżynierskich,

  • warunki hydrologiczne i hydrogeologiczne minimalizujące zagrożenia wodne dla systemu składowiska.

Składowania zużytego paliwa jądrowego i odpadów wysokoaktywnych wymaga zbudowania składowiska trwałego przez czas liczony w tysiącleciach. Kraje o rozwiniętej energetyce jądrowej zgodziły się co do tego, że bezpieczne i trwałe (w skali czasowej kilku tysięcy lat) odizolowanie tego typu odpadów można osiągnąć poprzez budowę głębokiego składowiska w określonych formacjach skalnych (granity, bazalty, sole kamienne, skały ilaste, tufy). Koncepcja składowisk głębokich, zwanych również geologicznymi, polega na stworzeniu systemu wielu barier naturalnych i sztucznych (inżynierskich). Każda ma za zadanie nie dopuścić do kontaktu wód podziemnych z odpadem. Barierami bliskiego zasięgu są: forma odpadu promieniotwórczego (zużyte paliwo jądrowe, odpad zeszklony, ceramiczny), opakowanie odpadu i podsadzka bentonitowa. Stanowią one zespół barier inżynierskich. Natomiast skała, w której zbudowane jest składowisko, stanowi barierę geologiczną i jest to zarazem bariera dalekiego zasięgu.

Składowiska tak się buduje, by ogół ludności w ciągu roku nie otrzymał dawki skutecznej ze wszystkich dróg narażenia przekraczającej 0,1 mSv, dla :

  • składowiska powierzchniowego przez okres 500 lat;

  • składowiska głębokiego przez okres 10.000 lat

Składowanie odpadów promieniotwórczych w Polsce

W Polsce wszystkie odpady promieniotwórcze podzielono na trzy kategorie:

  • I kategoria obejmuje odpady β- i γ-promieniotwórcze:

  • niskoaktywne: odzież ochronna, lignina, bibuła, sprzęt laboratoryjny, narzędzia itp.; odpady te nie wymagają specjalnych osłon podczas transportu lub składowania;

  • średnioaktywne: koncentraty promieniotwórcze powstające w procesie zatężania ścieków, zużyte materiały sorpcyjne (np. wkłady filtrów z systemów wentylacyjnych), fragmenty konstrukcji urządzeń i instalacji jądrowych;

  • wysokoaktywne: wypalone paliwo jądrowe oraz pozostałości po jego przeróbce.

  • II kategoria obejmuje odpady α-promieniotwórcze.

  • III kategoria to zużyte zamknięte źródła promieniotwórcze.


Przestawiona klasyfikacja odpadów promieniotwórczych stanowi podstawę ich segregacji już w miejscu powstania. Jest to istotny etap w procesie unieszkodliwiania, gdyż nie ma uniwersalnej technologii dezaktywacji i składowania odpadów. Rodzaj i właściwości odpadów decydują o wyborze technologii ich unieszkodliwiania.

Odpowiednia gospodarka odpadami promieniotwórczymi może skutecznie zabezpieczyć człowieka i naturalne środowisko przed skażeniami.

 

Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie


Zgodnie z zarządzeniem Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki składowisko odpadów w Różanie posiada status Krajowego Składowiska Odpadów Promieniotwórczych.

CSOP uzyskało certyfikat Państwowej Agencji Atomistyki (PAA) i International Atomic Energy Agency (IAEA). Jest to obecnie jedyne polskie składowisko odpadów promieniotwórczych, lecz w najbliższej przyszłości planuje się budowę drugiego, zakłada się bowiem rozwój energetyki jądrowej.

Składowanie odpadów promieniotwórczych w KSO w Różanie odbywa się na podstawie porozumienia pomiędzy Zarządem Gminy i Miasta Różan a Instytutem Energii Atomowej.

W Polsce powstają głównie odpady średnio- i niskoaktywne. składuje się je w płytkich składowiskach podziemnych. krajowe składowisko odpadów promieniotwórczych (ksop) zlokalizowano w starym forcie w miejscowości różan koło ostrołęki, na północny wschód od Warszawy.

Obszar składowiska zajmuje 4,2 ha powierzchni. wzdłuż zachodniej i południowej jego granicy biegnie sucha fosa o głębokości 2-6 m. składowisko znajduje się na terenie położonym kilkanaście metrów powyżej poziomu wód gruntowych.

Na terenie składowiska znajduje się dziewięć obiektów, z których sześć to zapełnione, aktualnie wykorzystywane lub przeznaczone do wykorzystania w przyszłości. są to budowle betonowe o charakterze obronnym o grubości ścian i stropów 1,2 - 1,5 m oraz warstwie podłogowej do 30 cm. aktualnie na tym terenie eksploatowane są trzy obiekty: nr 1, 3a oraz 8.

W forcie wykorzystano betonowe bunkry i fosy.

Odpady α-promieniotwórcze składuje się w bunkrach (grubość ścian do 1,5 m), które zamurowuje się po całkowitym zapełnieniu.

Pozostałe odpady umieszcza się w fosach fortecznych, które warstwowo zalewa się betonem i asfaltem.

 

Przekrój jednej z fos fortu Różan

Teren składowiska jest szczelnie otoczony płotem i pilnowany, a na jego terenie i w najbliższej okolicy prowadzi się stały monitoring dozymetryczny.

Kontrola radiologiczna KSOP w Różanie polega na prowadzeniu ciągłych i okresowych pomiarów radiometrycznych oraz dozymetrycznych na terenie i w obiektach składowiska oraz w jego otoczeniu.

Celem kontroli jest określenie:

  • radioaktywności głównych elementów składowych środowiska naturalnego,

  • poziomu promieniowania gamma na terenie i w okolicy składowiska,

  • narażenie na promieniowanie osób zatrudnionych na składowisku,

  • zagrożenie w obiektach i na terenie składowiska.

W ramach obowiązującego programu kontroli stanu ochrony przed promieniowaniem KSOP w Różanie, pobieranych jest około 100 próbek z otaczającego środowiska (gleba, zboża, wody gruntowe, woda z rzeki Narew, woda wodociągowa z terenu składowiska, woda studzienna) oraz 50 próbek powietrza. Wszystkie próbki poddawane są pomiarom radiometrycznym i na tej podstawie określana jest ogólna zawartość substancji beta promieniotwórczych.

Ponadto corocznie wykonuje się kilkadziesiąt analiz spektrometrycznych prób środowiskowych i analiz na zawartości trytu. Do systemu monitoringu w 1993 r. włączono stanowisko do ciągłego zbierania aerozoli w centralnej części składowiska. W ramach kontroli prowadzone są również systematyczne pomiary poziomu promieniowania gamma na terenie i poza terenem składowiska.

Dla uzyskania w pełni obiektywnej oceny wpływu składowiska na środowisko naturalne, prowadzone są od 1966 r. badania porównawcze radioaktywności takich samych elementów składowych środowiska jak dla KSOP w Różanie w tzw. punktach odniesienia. Punktem odniesienia dla KSOP w Różanie została wytypowana Góra Kalwaria, gdyż znajduje się poza wpływem jakichkolwiek obiektów stosujących źródła promieniotwórcze. Wyniki pomiarów wykonywane w punkcie odniesienia traktowane są jako naturalne tło promieniowania otoczenia.

W wyniku technologii przetwarzania i zestalania otrzymuje się rocznie 240-270 m3 odpadów, które przeznaczone są do czasowego lub ostatecznego składowania.

Dalsze efektywne i bezpieczne gospodarowanie odpadami promieniotwórczymi w Polsce wymaga:

  • zlokalizowania, zaprojektowania, wybudowania i uruchomienia nowego, powierzchniowego składowiska odpadów promieniotwórczych nisko i średnio aktywnych (eksploatacja obecnego składowiska przewidziana jest do 2010 r),

  • zlokalizowania, zaprojektowania, wybudowania i uruchomienia podziemnego składowiska odpadów wypalonego paliwa jądrowego i odpadów wysoko aktywnych,

  • zmodyfikowania i wdrożenia prawno-organizacyjnych zasad gospodarowania odpadami promieniotwórczymi i nowych technologii ich przetwarzania.




Odsłony: 37916