W tym wpisie na blogu wyjaśniono, dlaczego technologia dekontaminacji jest uważana za najważniejszy etap w procesie likwidacji starzejących się elektrowni jądrowych. Analizowano w nim zasady usuwania promieniowania i związane z tym wyzwania techniczne, a także określono podstawowe warunki bezpiecznej likwidacji.
19 czerwca 2017 roku blok 1 elektrowni jądrowej Kori w Korei Południowej na stałe zakończył działalność. Działający przez 40 lat blok 1 w Gori doświadczył licznych incydentów, w tym całkowitego blackoutu w lutym 2012 roku. Przypadki te stanowiły kluczowy dowód na poparcie argumentów za zamknięciem i likwidacją starzejących się elektrowni jądrowych. Po wstrzymaniu działalności blok 1 w Gori wkracza obecnie w proces likwidacji, który potrwa co najmniej 30 lat, zanim zostanie przywrócony do pierwotnego stanu. Likwidacja elektrowni jądrowej odnosi się do procesu bezpiecznego i ekonomicznego postępowania z różnego rodzaju obiektami jądrowymi, które osiągnęły koniec swojego okresu eksploatacji. Ponieważ prace muszą być wykonywane w warunkach narażenia na promieniowanie, likwidacja elektrowni jądrowych wymaga technologii integrującej wiele dyscyplin, takich jak chemia, inżynieria radiacyjna i inżynieria mechaniczna. Niniejszy wpis na blogu ma na celu wyjaśnienie strategii i procesów likwidacji elektrowni jądrowych, a także przyszłości technologii likwidacji elektrowni jądrowych.
Strategie likwidacji elektrowni jądrowych są określane na podstawie regionalnych czynników technicznych i politycznych. Ogólnie rzecz biorąc, dzielą się one na natychmiastowy demontaż i odroczony demontaż, w zależności od okresu oczekiwania przed rozpoczęciem likwidacji. Natychmiastowy demontaż polega na odczekaniu, aż poziom promieniowania w budynkach i na terenie spadnie poniżej określonego progu, przed przystąpieniem do demontażu. Strategia ta pozwala na demontaż w stosunkowo krótkim czasie, około 15 lat, i ułatwia późniejszą rekultywację środowiska. Jest jednak krytykowana za wysokie ryzyko narażenia na promieniowanie, ponieważ prace muszą być kontynuowane, dopóki istnieje pewna ilość substancji radioaktywnych, oraz za generowanie dużych ilości odpadów radioaktywnych. Natomiast odroczony demontaż polega na odczekaniu do naturalnego rozpadu materiałów radioaktywnych przed przystąpieniem do demontażu. Zarządzanie obiektem w oczekiwaniu na rozpad materiałów radioaktywnych zajmuje około 60 lat, podczas gdy uszczelnienie obiektu betonowymi konstrukcjami zajmuje ponad 100 lat. Mimo że długotrwały proces dekontaminacji ogranicza ryzyko narażenia na promieniowanie i wytwarzanie odpadów, ma on jednak pewne ograniczenia: wysokie bieżące koszty zarządzania i trudności w przywracaniu środowiska do pierwotnego stanu po wycofaniu ze służby oraz ponownym wykorzystaniu terenu.
Likwidacja elektrowni jądrowej obejmuje sześć etapów: wyłączenie, przygotowanie do likwidacji, dekontaminację, demontaż, składowanie odpadów i rekultywację środowiska. Kluczowe procesy to dekontaminacja i demontaż, które usuwają promieniowanie z wnętrza elektrowni. Dekontaminacja to technologia selektywnie usuwająca tylko części skażone promieniowaniem; ilość odpadów radioaktywnych można zmniejszyć w zależności od zastosowanej technologii dekontaminacji. Kluczowe cele dekontaminacji obejmują stare rurociągi wody chłodzącej oraz cienką, twardą warstwę tlenku o grubości kilku mikrometrów (μm), tworzącą się na powierzchni wypalonego paliwa jądrowego. Ta warstwa tlenku zawiera różne zanieczyszczenia, w tym radioaktywny kobalt wyciekający z paliwa jądrowego. Aby usunąć ten materiał, który jest trudny do bezpośredniego usunięcia przez ludzi lub maszyny, opracowano kilka technologii dekontaminacji. Typowe metody obejmują naprzemienne wstrzykiwanie roztworów zawierających środki redukujące i utleniające w celu czyszczenia zbiorników i rurociągów lub rozpylanie wody pod wysokim ciśnieniem wewnątrz obiektu w celu ablacji powierzchni. Prowadzone są również badania mające na celu zwiększenie skuteczności dekontaminacji poprzez wykorzystanie roztworów dekontaminacyjnych w postaci piany, która ma większą powierzchnię niż płyny.
Likwidacja to proces rozbiórki i demontażu całego obiektu po dekontaminacji. Najtrudniejszym elementem w tym procesie jest wypalone paliwo jądrowe. Reaktory są trudne do całkowitego odkażenia, a samo paliwo jądrowe emituje silne promieniowanie, tworząc środowisko, w którym pracownicy nie mogą bezpośrednio wykonywać zadań związanych z likwidacją. Dlatego ramiona robotów zastępują ludzi w procesie likwidacji. Pracownicy otwierają pokrywę reaktora, wkładają ramię robota podłączone do dźwigu, a następnie je uszczelniają. Ramię robota precyzyjnie tnie tylko skażone sekcje, umieszcza je w pojemnikach, a po zakończeniu prac transportuje do zakładu przetwarzania odpadów radioaktywnych. Roboty do likwidacji elektrowni jądrowych muszą działać stabilnie w trudnych warunkach, takich jak narażenie na promieniowanie, a ponieważ obsługują materiały radioaktywne, możliwości zdalnego, precyzyjnego sterowania są niezbędne. W Korei Koreański Instytut Badań Energii Atomowej (KAERI) opracowuje robota tnącego do demontażu bloku nr 1 elektrowni jądrowej Gori, a Narodowy Instytut Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) również ogłosił plany opracowania robotów do demontażu elektrowni jądrowych. Co istotne, robot opracowywany przez KAERI ma przeprowadzać inspekcje reaktora podczas jego eksploatacji, a w fazie demontażu – być wyposażony w ramiona umożliwiające cięcie i spawanie.
Utylizacja odpadów radioaktywnych pozostałych po likwidacji to kolejne poważne wyzwanie. Odpady radioaktywne klasyfikuje się jako nisko- lub wysokoaktywne w zależności od stężenia radioaktywności. Odpady niskoaktywne można zagęścić, zestalić w cemencie i zakopać kilka metrów pod ziemią. Problem dotyczy jednak odpadów wysokoaktywnych. Większość odpadów wysokoaktywnych to zeszklone odpady stałe, powstające podczas przeróbki wypalonego paliwa. Technologia ich całkowitego składowania nie została jeszcze opracowana. Najbardziej realistyczna metoda polega na zakopaniu odpadów w głębokich formacjach geologicznych, co najmniej 300 metrów pod ziemią, i zainstalowaniu betonowych ścian blokujących wyciek promieniowania. Jednak i ta metoda nie jest jeszcze uważana za kompletne rozwiązanie ze względu na takie kwestie, jak niewystarczające kryteria wyboru miejsc składowania.
Odpady radioaktywne nie ograniczają się do ciał stałych. Jak widać na przykładzie awarii jądrowej w Fukushimie, mogą również powstawać duże ilości skażonej wody zawierającej materiały radioaktywne. W Fukushimie działają zakłady oczyszczania, które oddzielają substancje radioaktywne, przepuszczając skażoną wodę przez wysoce chłonny zeolit. Metoda ta nie usuwa jednak substancji radioaktywnych; zamiast tego gromadzi je w filtrach lub kanałach wodnych zakładu, ostatecznie tworząc nowe odpady radioaktywne. W 2017 roku Koreański Instytut Badań Energii Atomowej (KOA) opracował technologię oczyszczania skażonej wody radioaktywnej z wykorzystaniem mikroorganizmów. Technologia ta polega na wprowadzeniu do skażonej wody mikroorganizmów odpornych na promieniowanie. Poprzez biologiczne reakcje siarkowania przekształca ona radioaktywny cez w formę krystaliczną i wytrąca go. Jest ona uważana za technologię przyjazną dla środowiska, ponieważ skutecznie usuwa cez, który na ogół trudno wytrąca się, bez generowania dodatkowych odpadów.
Według Centrum Bezpieczeństwa Jądrowego i Informacji, żywotność 12 koreańskich reaktorów jądrowych, w tym bloku Gori 1, ma wygasnąć do 2030 roku. Wraz ze wzrostem liczby starzejących się reaktorów, zapotrzebowanie i konieczność stosowania technologii likwidacji obiektów jądrowych znacząco wzrosną. Nie tylko Korea, ale także kraje silnie uzależnione od energii jądrowej, takie jak Francja, Wielka Brytania i Stany Zjednoczone, borykają się z rosnącymi obciążeniami wynikającymi ze starzenia się reaktorów. Jednak w przeciwieństwie do Korei, gdzie fundamenty instytucjonalne nie są jeszcze w pełni ugruntowane, kraje te opracowały już polityki i technologie likwidacji obiektów jądrowych. Reprezentatywne modele obejmują podejście kierowane przez rząd (Francja, Wielka Brytania), gdzie rząd przewodzi projektom likwidacji, oraz podejście kierowane przez sektor prywatny (USA, Niemcy), gdzie firmy prywatne prowadzą likwidację, a rząd zajmuje się regulacją, zarządzaniem i nadzorem.
Rozwój technologii wycofywania ze służby obiektów jądrowych nie jest prosty, wymaga bowiem złożonej integracji technologii z różnych dziedzin i rozłożenia jej na etapy na przestrzeni dziesięcioleci. Aby bezpiecznie wycofywać z służby starzejące się koreańskie elektrownie jądrowe, a ponadto przyczynić się do rozwiązania globalnego problemu wycofywania ze służby obiektów jądrowych, niezbędny jest ciągły rozwój i inwestycje w tę technologię.
