Tento blogový příspěvek vysvětluje, proč je dekontaminační technologie považována za nejdůležitější krok v procesu vyřazování stárnoucích jaderných elektráren z provozu. Zkoumá principy odstraňování radiace a související technické výzvy a nastiňuje základní podmínky pro bezpečné vyřazování z provozu.
Dne 19. června 2017 trvale ukončil provoz první blok jaderné elektrárny Kori v Jižní Koreji. První blok elektrárny Gori, který byl v provozu 40 let, zažil několik nehod, včetně úplného výpadku proudu v únoru 2012. Tyto případy sloužily jako klíčové důkazy podporující argument pro uzavření a vyřazení stárnoucích jaderných elektráren z provozu. Po zastavení provozu vstupuje první blok elektrárny Gori do procesu vyřazování z provozu, který bude trvat nejméně 30 let, než bude lokalita obnovena. Vyřazování jaderných elektráren z provozu označuje proces bezpečného a ekonomického nakládání s různými typy jaderných zařízení, která dosáhla konce své provozní životnosti. Protože práce musí být prováděny za podmínek zahrnujících radiační expozici, vyžaduje vyřazování jaderných zařízení z provozu technologii, která integruje více oborů, jako je chemie, radiační inženýrství a strojírenství. Tento blogový příspěvek si klade za cíl vysvětlit strategie a procesy vyřazování jaderných zařízení z provozu, jakož i budoucnost technologií pro vyřazování jaderných zařízení z provozu.
Strategie vyřazování jaderných elektráren z provozu se určují na základě regionálních technických a politických proměnných. Obecně se dělí na okamžitou demontáž a odloženou demontáž, a to na základě čekací doby před zahájením vyřazování z provozu. Okamžitá demontáž zahrnuje čekání, dokud úroveň radiace v budovách a lokalitě neklesne pod určitou prahovou hodnotu, než se přistoupí k demontáži. Tato strategie umožňuje demontáž v relativně krátkém období, přibližně 15 let, a usnadňuje následnou obnovu životního prostředí. Je však kritizována za vysoké riziko radiační expozice, protože práce musí probíhat, dokud je stále k dispozici určitá radioaktivita, a za generování velkého množství radioaktivního odpadu. Naproti tomu odložená demontáž zahrnuje čekání, dokud se radioaktivní materiály přirozeně nerozpadnou, než se přistoupí k demontáži. Řízení zařízení během čekání na rozpad radioaktivního materiálu vyžaduje přibližně 60 let, zatímco utěsnění zařízení betonovými konstrukcemi vyžaduje více než 100 let. Ačkoli dlouhodobý proces dekontaminace snižuje rizika radiační expozice a tvorbu odpadu, má své limity: vysoké průběžné náklady na správu a obtíže s obnovou životního prostředí po vyřazení z provozu a opětovným použitím lokality.
Vyřazování jaderné elektrárny z provozu zahrnuje šest fází: odstavení, přípravu na vyřazení z provozu, dekontaminaci, demontáž, likvidaci odpadu a obnovu životního prostředí. Základními procesy jsou dekontaminace a demontáž, které odstraňují radiaci z vnitřku elektrárny. Dekontaminace je technologie, která selektivně odstraňuje pouze části kontaminované radiací; množství radioaktivního odpadu lze snížit v závislosti na použité dekontaminační technologii. Mezi klíčové cíle dekontaminace patří staré potrubí chladicí vody a tenký, tvrdý oxidový film o tloušťce několika mikrometrů (μm), vytvořený na povrchu vyhořelého jaderného paliva. Tento oxidový film obsahuje různé kontaminanty, včetně radioaktivního kobaltu unikajícího z jaderného paliva. Pro odstranění tohoto materiálu, který je pro lidi nebo stroje obtížné přímo odstranit, bylo vyvinuto několik dekontaminačních technologií. Mezi reprezentativní metody patří střídavé vstřikování roztoků obsahujících redukční činidla a oxidační činidla k čištění nádob a potrubí nebo postřikování vodou pod vysokým tlakem uvnitř zařízení k ablaci povrchů. Probíhá také výzkum zaměřený na zvýšení účinnosti dekontaminace pomocí pěnových dekontaminačních roztoků, které mají větší povrch než kapaliny.
Vyřazování z provozu je proces řezání a demontáže celého zařízení po dekontaminaci. Nejnáročnějším předmětem, se kterým je v tomto procesu třeba manipulovat, je vyhořelé jaderné palivo. Reaktory je obtížné plně dekontaminovat a samotné jaderné palivo emituje silné záření, což vytváří prostředí, kde lidští pracovníci nemohou přímo provádět úkoly vyřazování z provozu. Proto při vyřazování z provozu nahrazují lidské pracovníky robotická ramena. Pracovníci otevřou víko reaktoru, vloží robotické rameno připojené k jeřábu a poté jej utěsní. Robotické rameno přesně řeže pouze kontaminované části, umístí je do kontejnerů a po dokončení práce je přepraví do zařízení na zpracování radioaktivního odpadu. Roboty pro vyřazování jaderných elektráren z provozu musí stabilně fungovat v náročných podmínkách, jako je radiační expozice, a protože manipulují s radioaktivními materiály, jsou nezbytné možnosti dálkového přesného ovládání. V Koreji vyvíjí Korejský výzkumný ústav pro atomovou energii (KAERI) řezacího robota pro vyřazování prvního bloku jaderné elektrárny Gori z provozu, zatímco Ulsanský národní institut vědy a techniky (UNIST) také oznámil plány na vývoj robotů pro vyřazování jaderných elektráren z provozu. Je pozoruhodné, že robot vyvíjený společností KAERI je navržen tak, aby prováděl inspekce reaktorů během provozu elektrárny a ve fázi vyřazování z provozu měl být vybaven rameny schopnými řezání a svařování.
Dalším kritickým problémem je likvidace radioaktivního odpadu, který zbývá po vyřazení z provozu. Radioaktivní odpad se klasifikuje jako nízkoaktivní nebo vysokoaktivní na základě jeho koncentrace radioaktivity. Nízkoaktivní odpad lze zhutnit, zpevnit v cementu a zakopat několik metrů pod zem. Problém však spočívá u vysoce radioaktivního odpadu. Většina vysoce radioaktivního odpadu se skládá z vitrifikovaného pevného odpadu vznikajícího při přepracování vyhořelého paliva. Technologie pro jeho úplné uložení dosud nebyla vyvinuta. Nejrealističtější metodou je uložení odpadu do hlubokých geologických formací nejméně 300 metrů pod zemí a instalace betonových stěn, které by zabránily úniku radiace. Ani toto však dosud není považováno za kompletní řešení kvůli problémům, jako jsou nedostatečná kritéria pro výběr úložišť.
Radioaktivní odpad se neomezuje pouze na pevné látky. Jak bylo vidět při jaderné havárii ve Fukušimě, může vznikat i velké množství kontaminované vody obsahující radioaktivní materiály. Ve Fukušimě fungují čisticí zařízení, která oddělují radioaktivní látky průchodem kontaminované vody přes vysoce absorpční zeolit. Tato metoda však radioaktivní látky neodstraňuje, ale hromadí je ve filtrech nebo vodních tocích zařízení, čímž nakonec vytváří nový radioaktivní odpad. V roce 2017 vyvinul Korejský výzkumný ústav pro atomovou energii technologii čištění radioaktivně kontaminované vody pomocí mikroorganismů. Tato technologie spočívá v zavedení mikroorganismů odolných vůči záření do kontaminované vody. Prostřednictvím biologických sulfidačních reakcí se radioaktivní cesium přeměňuje na krystalickou formu a vysráží. Je považována za ekologickou technologii, protože účinně odstraňuje cesium, které se obecně obtížně vysráží, aniž by vznikal další odpad.
Podle Centra pro jadernou bezpečnost a informace (JIAC) má provozní životnost 12 korejských jaderných reaktorů, včetně prvního bloku Gori, vypršet do roku 2030. S rostoucím počtem stárnoucích reaktorů výrazně poroste poptávka a potřeba technologií pro vyřazování jaderných zařízení z provozu. Nejen Korea, ale i země silně závislé na jaderné energii, jako je Francie, Spojené království a USA, čelí rostoucí zátěži způsobené stárnoucími reaktory. Na rozdíl od Koreje, kde institucionální základ ještě není plně vybudován, však tyto země již vyvinuly politiky a technologie pro vyřazování jaderných zařízení z provozu. Mezi reprezentativní modely patří vládní přístup (Francie, Spojené království), kde vláda stojí v čele projektů vyřazování z provozu, a přístup vedený soukromým sektorem (USA, Německo), kde soukromé společnosti vedou vyřazování z provozu, zatímco vláda se stará o regulaci, řízení a dohled.
Vývoj technologie pro vyřazování jaderných zařízení z provozu není zdaleka jednoduchý, vyžaduje komplexní integraci technologií napříč různými oblastmi a probíhá ve fázích po celá desetiletí. Pro bezpečné vyřazení stárnoucích korejských jaderných elektráren z provozu a další přispění k řešení globálního problému vyřazování jaderných zařízení z provozu je nezbytný neustálý vývoj a investice do této technologie.
