Dette blogginnlegget forklarer hvorfor dekontamineringsteknologi regnes som det viktigste trinnet i avviklingsprosessen av aldrende kjernekraftverk. Det undersøker prinsippene for fjerning av stråling og de tekniske utfordringene som er involvert, og skisserer de viktigste betingelsene for sikker avvikling.
19. juni 2017 opphørte enhet 1 ved Kori kjernekraftverk i Sør-Korea permanent driften. Gori enhet 1, som hadde vært i drift i 40 år, opplevde flere hendelser, inkludert et fullstendig strømbrudd i februar 2012. Disse sakene tjente som sentrale bevis som støttet argumentet for å stenge og avvikle aldrende kjernekraftverk. Etter at driften er stanset, går Gori enhet 1 nå inn i avviklingsprosessen, som vil ta minst 30 år før stedet er restaurert. Avvikling av kjernekraftverk refererer til prosessen med å håndtere ulike typer kjernekraftverk som har nådd slutten av sin levetid på en sikker og økonomisk måte. Fordi arbeidet må utføres under forhold som involverer strålingseksponering, krever kjernekraftavvikling teknologi som integrerer flere disipliner som kjemi, strålingsteknikk og maskinteknikk. Dette blogginnlegget tar sikte på å forklare strategiene og prosessene for kjernekraftavvikling, samt fremtiden for kjernekraftavviklingsteknologi.
Strategier for avvikling av kjernekraftverk bestemmes basert på regionale tekniske og politiske variabler. De er grovt kategorisert i umiddelbar demontering og utsatt demontering, basert på ventetiden før avviklingen starter. Umiddelbar demontering innebærer å vente til strålingsnivåene i bygningene og på området faller under en viss terskel før demontering fortsettes. Denne strategien tillater demontering innen en relativt kort periode på omtrent 15 år og letter miljøgjenoppretting etterpå. Den kritiseres imidlertid for den høye risikoen for strålingseksponering, siden arbeidet må fortsette mens noe radioaktivitet gjenstår, og for å generere store mengder radioaktivt avfall. I motsetning til dette innebærer utsatt demontering å vente til radioaktivt materiale forfaller naturlig før demontering fortsettes. Å administrere anlegget mens man venter på at radioaktivt materiale forfaller, krever omtrent 60 år, mens å forsegle anlegget med betongkonstruksjoner krever over 100 år. Selv om den langsiktige dekontamineringsprosessen reduserer risikoen for strålingseksponering og avfallsproduksjon, har den begrensninger: høye løpende forvaltningskostnader og vanskeligheter med miljøgjenoppretting og gjenbruk av området etter avvikling.
Avvikling av kjernekraftverk involverer seks stadier: nedstengning, forberedelse til avvikling, dekontaminering, demontering, avfallshåndtering og miljørestaurering. Kjerneprosessene er dekontaminering og demontering, som fjerner stråling fra innsiden av anlegget. Dekontaminering er en teknologi som selektivt fjerner bare de strålingsforurensede delene; mengden radioaktivt avfall kan reduseres avhengig av hvilken dekontamineringsteknologi som brukes. Viktige dekontamineringsmål inkluderer gamle kjølevannsrørledninger og den tynne, harde oksidfilmen, flere mikrometer (μm) tykk, som dannes på overflaten av brukt kjernebrensel. Denne oksidfilmen inneholder forskjellige forurensninger, inkludert radioaktiv kobolt som lekker fra kjernebrenselet. For å fjerne dette materialet, som er vanskelig for mennesker eller maskiner å fjerne direkte, er det utviklet flere dekontamineringsteknologier. Representative metoder inkluderer vekselvis injeksjon av løsninger som inneholder reduksjonsmidler og oksidasjonsmidler for å rengjøre beholdere og rør, eller sprøyting av høytrykksvann inne i anlegget for å fjerne overflater. Forskning pågår også for å forbedre dekontamineringseffektiviteten ved å bruke skumformede dekontamineringsløsninger, som har et større overflateareal enn væsker.
Avvikling er prosessen med å kutte og demontere hele anlegget etter dekontaminering. Det mest utfordrende å håndtere i denne prosessen er brukt kjernebrensel. Reaktorer er vanskelige å dekontaminere fullstendig, og selve kjernebrenselet avgir sterk stråling, noe som skaper et miljø der menneskelige arbeidere ikke kan utføre avviklingsoppgaver direkte. Derfor erstatter robotarmer menneskelige arbeidere i avviklingen. Arbeidere åpner reaktorlokket, setter inn en robotarm koblet til en kran, og forsegler den deretter. Robotarmen kutter presist bare de forurensede delene, plasserer dem i beholdere, og etter at arbeidet er fullført, transporterer den dem til et behandlingsanlegg for radioaktivt avfall. Roboter for avvikling av kjernekraftverk må operere stabilt under tøffe forhold, som strålingseksponering, og siden de håndterer radioaktive materialer, er fjernstyringsmuligheter med presisjon avgjørende. I Korea utvikler Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) en kutterobot for avvikling av Gori kjernekraftverk enhet 1, mens Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) også har annonsert planer om å utvikle kjernekraftavviklingsroboter. Det er verdt å merke seg at roboten som er under utvikling av KAERI, er designet for å utføre reaktorinspeksjoner under drift av anlegget, og i avviklingsfasen være utstyrt med armer som kan skjære og sveise.
Deponering av radioaktivt avfall som er igjen etter avvikling er en annen kritisk utfordring. Radioaktivt avfall klassifiseres som lavaktivt eller høyaktivt basert på radioaktivitetskonsentrasjonen. Lavaktivt avfall kan komprimeres, størknes i sement og graves ned flere meter under jorden. Problemet ligger imidlertid i høyaktivt radioaktivt avfall. Mesteparten av høyaktivt avfall består av forglasset fast avfall som genereres under opparbeiding av brukt brensel. Teknologien for fullstendig deponering er ennå ikke utviklet. Den mest realistiske metoden innebærer å grave ned avfallet i dype geologiske formasjoner minst 300 meter under jorden og installere betongvegger for å blokkere strålingslekkasje. Dette anses imidlertid heller ikke som en komplett løsning på grunn av problemer som utilstrekkelige kriterier for valg av deponeringssteder.
Radioaktivt avfall er ikke begrenset til faste stoffer. Som sett under atomulykken i Fukushima, kan det også genereres store mengder forurenset vann som inneholder radioaktive materialer. I Fukushima er det renseanlegg i drift som separerer radioaktive stoffer ved å føre det forurensede vannet gjennom svært absorberende zeolitt. Denne metoden fjerner imidlertid ikke radioaktive stoffer; i stedet akkumuleres de i anleggets filtre eller vannveier, noe som til slutt skaper nytt radioaktivt avfall. I 2017 utviklet Korea Atomic Energy Research Institute en teknologi for å rense radioaktivt forurenset vann ved hjelp av mikroorganismer. Denne teknologien innebærer å introdusere strålingsresistente mikroorganismer i det forurensede vannet. Gjennom biologiske sulfideringsreaksjoner omdannes radioaktivt cesium til krystallinsk form og utfelles. Det regnes som en miljøvennlig teknologi fordi den effektivt fjerner cesium, som generelt er vanskelig å utfelle, uten å generere ytterligere avfall.
Ifølge Nuclear Safety and Information Center er det planlagt at driftslevetiden til 12 koreanske kjernereaktorer, inkludert Gori Unit 1, skal utløpe innen 2030. Etter hvert som antallet aldrende reaktorer øker, vil etterspørselen og behovet for kjernefysisk dekommisjoneringsteknologi øke betydelig. Ikke bare Korea, men også land som er sterkt avhengige av kjernekraft, som Frankrike, Storbritannia og USA, står overfor økende byrder fra aldrende reaktorer. I motsetning til Korea, hvor det institusjonelle grunnlaget ennå ikke er fullt etablert, har disse landene allerede utviklet retningslinjer og teknologier for kjernefysisk dekommisjonering. Representative modeller inkluderer den myndighetsledede tilnærmingen (Frankrike, Storbritannia), der regjeringen leder dekommisjoneringsprosjekter, og den privatsektorledede tilnærmingen (USA, Tyskland), der private selskaper leder dekommisjoneringen mens regjeringen håndterer regulering, forvaltning og tilsyn.
Utvikling av kjernefysisk dekommisjoneringsteknologi er langt fra enkel. Den krever kompleks integrering av teknologier på tvers av ulike felt og foregår i faser over flere tiår. For å avvikle Koreas aldrende kjernekraftverk på en sikker måte og videre bidra til å løse den globale utfordringen med kjernefysisk dekommisjonering, er kontinuerlig utvikling og investering i denne teknologien avgjørende.
