Ovaj blog post objašnjava zašto se tehnologija dekontaminacije smatra najvažnijim korakom u procesu razgradnje starih nuklearnih elektrana. Ispituje principe uklanjanja zračenja i uključene tehničke izazove, te ocrtava bitne uvjete za sigurnu razgradnju.
Dana 19. lipnja 2017., Jedinica 1 nuklearne elektrane Kori u Južnoj Koreji trajno je prestala s radom. Jedinica 1 u Goriju, koja je radila 40 godina, doživjela je više incidenata, uključujući potpuni nestanak struje u veljači 2012. Ovi slučajevi poslužili su kao ključni dokazi koji podupiru argument za zatvaranje i razgradnju zastarjelih nuklearnih elektrana. S obustavom rada, Jedinica 1 u Goriju sada ulazi u proces razgradnje, koji će trajati najmanje 30 godina dok se lokacija ne obnovi. Razgradnja nuklearne elektrane odnosi se na proces sigurnog i ekonomičnog rukovanja raznim vrstama nuklearnih postrojenja koja su dosegla kraj svog operativnog vijeka. Budući da se radovi moraju izvoditi u uvjetima koji uključuju izloženost zračenju, razgradnja nuklearnih elektrana zahtijeva tehnologiju koja integrira više disciplina poput kemije, radijacijskog inženjerstva i strojarstva. Cilj ove objave na blogu je objasniti strategije i procese razgradnje nuklearnih elektrana, kao i budućnost tehnologije razgradnje nuklearnih elektrana.
Strategije razgradnje nuklearnih elektrana određuju se na temelju regionalnih tehničkih i političkih varijabli. Općenito se kategoriziraju u trenutnu demontažu i odgođenu demontažu, na temelju razdoblja čekanja prije početka razgradnje. Trenutna demontaža uključuje čekanje dok razina zračenja u zgradama i na lokaciji ne padne ispod određenog praga prije početka demontaže. Ova strategija omogućuje demontažu u relativno kratkom razdoblju od oko 15 godina i olakšava obnovu okoliša nakon toga. Međutim, kritizirana je zbog visokog rizika od izloženosti zračenju jer se radovi moraju nastaviti dok je još uvijek prisutna određena radioaktivnost, te zbog stvaranja velikih količina radioaktivnog otpada. Nasuprot tome, odgođena demontaža uključuje čekanje da se radioaktivni materijali prirodno raspadnu prije početka demontaže. Upravljanje postrojenjem dok se čeka raspad radioaktivnog materijala zahtijeva otprilike 60 godina, dok brtvljenje postrojenja betonskim konstrukcijama zahtijeva više od 100 godina. Iako dugoročni proces dekontaminacije smanjuje rizike od izloženosti zračenju i stvaranje otpada, ima ograničenja: visoke tekuće troškove upravljanja i poteškoće u obnovi okoliša nakon razgradnje i ponovnoj upotrebi lokacije.
Dekomisija nuklearne elektrane uključuje šest faza: zatvaranje, pripremu za dekomisiju, dekontaminaciju, demontažu, zbrinjavanje otpada i obnovu okoliša. Osnovni procesi su dekontaminacija i demontaža, kojima se uklanja zračenje iz unutrašnjosti elektrane. Dekontaminacija je tehnologija koja selektivno uklanja samo dijelove kontaminirane zračenjem; količina radioaktivnog otpada može se smanjiti ovisno o primijenjenoj tehnologiji dekontaminacije. Ključni ciljevi dekontaminacije uključuju ostarjele cjevovode rashladne vode i tanki, tvrdi oksidni film, debljine nekoliko mikrometara (μm), koji se formira na površini istrošenog nuklearnog goriva. Ovaj oksidni film sadrži različite onečišćujuće tvari, uključujući radioaktivni kobalt koji je procurio iz nuklearnog goriva. Kako bi se uklonio ovaj materijal, koji je ljudima ili strojevima teško izravno ukloniti, razvijeno je nekoliko tehnologija dekontaminacije. Reprezentativne metode uključuju naizmjenično ubrizgavanje otopina koje sadrže redukcijska sredstva i oksidacijska sredstva za čišćenje posuda i cjevovoda ili prskanje vode pod visokim tlakom unutar postrojenja za ablaciju površina. Također su u tijeku istraživanja za poboljšanje učinkovitosti dekontaminacije korištenjem otopina za dekontaminaciju u obliku pjene, koje imaju veću površinu od tekućina.
Dekomisija je proces rezanja i demontaže cijelog postrojenja nakon dekontaminacije. Najizazovniji predmet za rukovanje u ovom procesu je istrošeno nuklearno gorivo. Reaktore je teško u potpunosti dekontaminirati, a samo nuklearno gorivo emitira jako zračenje, stvarajući okruženje u kojem ljudski radnici ne mogu izravno obavljati zadatke dekomisije. Stoga robotske ruke zamjenjuju ljudske radnike u dekomisioniranju. Radnici otvaraju poklopac reaktora, ubacuju robotsku ruku spojenu na dizalicu, a zatim je zatvaraju. Robotska ruka precizno reže samo kontaminirane dijelove, stavlja ih u kontejnere i nakon završetka posla prevozi ih u postrojenje za obradu radioaktivnog otpada. Roboti za dekomisioniranje nuklearnih elektrana moraju stabilno raditi u teškim uvjetima, poput izloženosti zračenju, a budući da rukuju radioaktivnim materijalima, mogućnosti daljinskog preciznog upravljanja su ključne. U Koreji, Korejski institut za istraživanje atomske energije (KAERI) razvija robota za rezanje za dekomisioniranje Jedinice 1 nuklearne elektrane Gori, dok je Nacionalni institut za znanost i tehnologiju Ulsan (UNIST) također najavio planove za razvoj robota za dekomisioniranje nuklearnih elektrana. Značajno je da je robot kojeg razvija KAERI dizajniran za obavljanje inspekcija reaktora tijekom rada elektrane, a u fazi dekomisije bit će opremljen rukama sposobnim za rezanje i zavarivanje.
Zbrinjavanje radioaktivnog otpada koji preostaje nakon razgradnje još je jedan kritičan izazov. Radioaktivni otpad klasificira se kao niskoaktivni ili visokoaktivni na temelju koncentracije radioaktivnosti. Niskoaktivni otpad može se zbiti, stvrdnuti u cementu i zakopati nekoliko metara pod zemljom. Problem, međutim, leži u visokoaktivnom otpadu. Većina visokoaktivnog otpada sastoji se od vitrificiranog krutog otpada nastalog tijekom prerade istrošenog goriva. Tehnologija za njegovo potpuno zbrinjavanje još nije razvijena. Najrealnija metoda uključuje zakopavanje otpada u duboke geološke formacije najmanje 300 metara pod zemljom i postavljanje betonskih zidova za sprječavanje curenja zračenja. Međutim, ni to se još ne smatra potpunim rješenjem zbog problema poput neadekvatnih kriterija za odabir mjesta odlaganja.
Radioaktivni otpad nije ograničen samo na krute tvari. Kao što se vidjelo u nuklearnoj nesreći u Fukushimi, mogu se generirati i velike količine kontaminirane vode koja sadrži radioaktivne materijale. U Fukushimi rade postrojenja za pročišćavanje koja odvajaju radioaktivne tvari propuštanjem kontaminirane vode kroz visoko upijajući zeolit. Međutim, ova metoda ne uklanja radioaktivne tvari; umjesto toga, akumulira ih u filterima ili vodenim putovima postrojenja, što u konačnici stvara novi radioaktivni otpad. Korejski istraživački institut za atomsku energiju razvio je 2017. godine tehnologiju za pročišćavanje radioaktivno kontaminirane vode pomoću mikroorganizama. Ova tehnologija uključuje uvođenje mikroorganizama otpornih na zračenje u kontaminiranu vodu. Biološkim reakcijama sulfidacije pretvara radioaktivni cezij u kristalni oblik i taloži ga. Smatra se ekološki prihvatljivom tehnologijom jer učinkovito uklanja cezij, koji je općenito teško taložiti, bez stvaranja dodatnog otpada.
Prema Centru za nuklearnu sigurnost i informacije, operativni vijek trajanja 12 korejskih nuklearnih reaktora, uključujući Gori Blok 1, trebao bi isteći do 2030. Kako se broj starih reaktora povećava, potražnja i potreba za tehnologijom nuklearne dekomisije značajno će rasti. Ne samo Koreja, već i zemlje koje uvelike ovise o nuklearnoj energiji poput Francuske, Ujedinjenog Kraljevstva i SAD-a suočavaju se s rastućim teretom starenja reaktora. Međutim, za razliku od Koreje, gdje institucionalni temelj još nije u potpunosti uspostavljen, te zemlje već su razvile politike i tehnologije za nuklearnu dekomisiju. Reprezentativni modeli uključuju pristup vođen od strane vlade (Francuska, Ujedinjeno Kraljevstvo), gdje vlada predvodi projekte dekomisije, i pristup vođen od strane privatnog sektora (SAD, Njemačka), gdje privatne tvrtke vode dekomisiju, dok vlada obavlja regulaciju, upravljanje i nadzor.
Razvoj tehnologije razgradnje nuklearnih elektrana daleko je od jednostavnog, zahtijeva složenu integraciju tehnologija u različitim područjima i odvija se u fazama tijekom desetljeća. Za sigurno razgradnju starih korejskih nuklearnih elektrana i, nadalje, doprinos rješavanju globalnog izazova razgradnje nuklearnih elektrana, ključni su kontinuirani razvoj i ulaganja u ovu tehnologiju.
