Tento blogový príspevok vysvetľuje, prečo sa dekontaminačná technológia považuje za najdôležitejší krok v procese vyraďovania starnúcich jadrových elektrární z prevádzky. Skúma princípy odstraňovania žiarenia a súvisiace technické výzvy a načrtáva základné podmienky pre bezpečné vyraďovanie z prevádzky.
19. júna 2017 natrvalo ukončil prevádzku 1. blok jadrovej elektrárne Kori v Južnej Kórei. 1. blok elektrárne Gori, ktorý bol v prevádzke 40 rokov, zaznamenal viacero incidentov vrátane úplného výpadku prúdu vo februári 2012. Tieto prípady slúžili ako kľúčové dôkazy podporujúce argument pre uzavretie a vyradenie starnúcich jadrových elektrární z prevádzky. Po zastavení prevádzky 1. blok elektrárne Gori teraz vstupuje do procesu vyraďovania, ktorý bude trvať najmenej 30 rokov, kým sa lokalita obnoví. Vyraďovanie jadrovej elektrárne z prevádzky sa vzťahuje na proces bezpečnej a ekonomickej manipulácie s rôznymi typmi jadrových zariadení, ktoré dosiahli koniec svojej prevádzkovej životnosti. Keďže práce sa musia vykonávať za podmienok zahŕňajúcich ožiarenie, vyraďovanie jadrových zariadení z prevádzky si vyžaduje technológiu, ktorá integruje viacero disciplín, ako je chémia, radiačné inžinierstvo a strojárstvo. Cieľom tohto blogového príspevku je vysvetliť stratégie a procesy vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky, ako aj budúcnosť technológie vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky.
Stratégie vyraďovania jadrových elektrární z prevádzky sa určujú na základe regionálnych technických a politických premenných. Vo všeobecnosti sa delia na okamžitú demontáž a odloženú demontáž na základe čakacej doby pred začiatkom vyraďovania. Okamžitá demontáž zahŕňa čakanie, kým úroveň radiácie v budovách a na mieste neklesne pod určitú prahovú hodnotu, kým sa s demontážou začne. Táto stratégia umožňuje demontáž v relatívne krátkom období, približne 15 rokov, a uľahčuje následnú obnovu životného prostredia. Je však kritizovaná za vysoké riziko ožiarenia, pretože práce musia pokračovať, kým zostáva určitá rádioaktivita, a za generovanie veľkého množstva rádioaktívneho odpadu. Naproti tomu odložená demontáž zahŕňa čakanie, kým sa rádioaktívne materiály prirodzene rozpadnú, predtým ako sa s demontážou začne. Riadenie zariadenia počas čakania na rozpad rádioaktívneho materiálu vyžaduje približne 60 rokov, zatiaľ čo utesnenie zariadenia betónovými konštrukciami vyžaduje viac ako 100 rokov. Hoci dlhodobý proces dekontaminácie znižuje riziká ožiarenia a tvorbu odpadu, má svoje obmedzenia: vysoké priebežné náklady na riadenie a ťažkosti s obnovou životného prostredia po vyradení z prevádzky a opätovným použitím lokality.
Vyraďovanie jadrovej elektrárne z prevádzky zahŕňa šesť fáz: odstavenie, príprava na vyradenie z prevádzky, dekontaminácia, demontáž, likvidácia odpadu a obnova životného prostredia. Hlavnými procesmi sú dekontaminácia a demontáž, ktoré odstraňujú žiarenie z vnútra elektrárne. Dekontaminácia je technológia, ktorá selektívne odstraňuje iba časti kontaminované žiarením; množstvo rádioaktívneho odpadu sa dá znížiť v závislosti od použitej dekontaminačnej technológie. Medzi kľúčové ciele dekontaminácie patria staré potrubia chladiacej vody a tenký, tvrdý oxidový film s hrúbkou niekoľko mikrometrov (μm), ktorý sa vytvára na povrchu vyhoreného jadrového paliva. Tento oxidový film obsahuje rôzne kontaminanty vrátane rádioaktívneho kobaltu unikajúceho z jadrového paliva. Na odstránenie tohto materiálu, ktorý je pre ľudí alebo stroje ťažké priamo odstrániť, bolo vyvinutých niekoľko dekontaminačných technológií. Medzi reprezentatívne metódy patrí striedavé vstrekovanie roztokov obsahujúcich redukčné činidlá a oxidačné činidlá na čistenie nádob a potrubí alebo striekanie vody pod vysokým tlakom vo vnútri zariadenia na abláciu povrchov. Prebieha aj výskum na zvýšenie účinnosti dekontaminácie použitím penových dekontaminačných roztokov, ktoré majú väčší povrch ako kvapaliny.
Vyraďovanie z prevádzky je proces rezania a demontáže celého zariadenia po dekontaminácii. Najnáročnejšou položkou, s ktorou sa v tomto procese manipuluje, je vyhorené jadrové palivo. Reaktory je ťažké úplne dekontaminovať a samotné jadrové palivo vyžaruje silné žiarenie, čím vytvára prostredie, v ktorom ľudskí pracovníci nemôžu priamo vykonávať úlohy vyraďovania. Preto robotické ramená nahrádzajú ľudských pracovníkov pri vyraďovaní z prevádzky. Pracovníci otvoria veko reaktora, vložia robotické rameno pripojené k žeriavu a potom ho utesnia. Robotické rameno presne odreže iba kontaminované časti, umiestni ich do kontajnerov a po dokončení práce ich prepraví do zariadenia na spracovanie rádioaktívneho odpadu. Roboty na vyraďovanie jadrových elektrární z prevádzky musia stabilne fungovať v náročných podmienkach, ako je vystavenie žiareniu, a keďže manipulujú s rádioaktívnymi materiálmi, sú nevyhnutné možnosti diaľkového presného ovládania. V Kórei vyvíja Kórejský výskumný ústav pre atómovú energiu (KAERI) rezací robot na vyraďovanie 1. bloku jadrovej elektrárne Gori, zatiaľ čo Národný inštitút vedy a techniky v Ulsane (UNIST) tiež oznámil plány na vývoj robotov na vyraďovanie jadrových elektrární z prevádzky. Je pozoruhodné, že robot, ktorého vyvíja spoločnosť KAERI, je navrhnutý tak, aby vykonával kontroly reaktorov počas prevádzky elektrárne a vo fáze vyraďovania z prevádzky mal byť vybavený ramenami schopnými rezania a zvárania.
Ďalšou kritickou výzvou je likvidácia rádioaktívneho odpadu, ktorý zostane po vyradení z prevádzky. Rádioaktívny odpad sa klasifikuje ako nízkoaktívny alebo vysokoaktívny na základe jeho koncentrácie rádioaktivity. Nízkoaktívny odpad sa môže zhutniť, stuhnúť v cemente a zakopať niekoľko metrov pod zemou. Problém však spočíva vo vysokoaktívnom rádioaktívnom odpade. Väčšina vysokoaktívneho odpadu pozostáva zo vitrifikovaného pevného odpadu, ktorý vzniká počas prepracovania vyhoretého paliva. Technológia na jeho úplné zneškodnenie ešte nebola vyvinutá. Najrealistickejšia metóda zahŕňa zakopanie odpadu v hlbokých geologických formáciách najmenej 300 metrov pod zemou a inštaláciu betónových stien na zablokovanie úniku rádioaktívneho žiarenia. Ani toto sa však zatiaľ nepovažuje za úplné riešenie kvôli problémom, ako sú nedostatočné kritériá pre výber miest na zneškodnenie.
Rádioaktívny odpad sa neobmedzuje len na pevné látky. Ako bolo vidieť pri jadrovej havárii vo Fukušime, môžu vznikať aj veľké objemy kontaminovanej vody obsahujúcej rádioaktívne materiály. Vo Fukušime sú v prevádzke čistiarne, ktoré oddeľujú rádioaktívne látky prechodom kontaminovanej vody cez vysoko absorpčný zeolit. Táto metóda však neodstraňuje rádioaktívne látky; namiesto toho ich akumuluje vo filtroch alebo vodných tokoch zariadenia, čím v konečnom dôsledku vytvára nový rádioaktívny odpad. V roku 2017 vyvinul Kórejský výskumný ústav pre atómovú energiu technológiu na čistenie rádioaktívne kontaminovanej vody pomocou mikroorganizmov. Táto technológia spočíva v zavedení mikroorganizmov odolných voči žiareniu do kontaminovanej vody. Prostredníctvom biologických sulfidačných reakcií premieňa rádioaktívne cézium na kryštalickú formu a vyzráža ho. Považuje sa za ekologickú technológiu, pretože účinne odstraňuje cézium, ktoré sa vo všeobecnosti ťažko vyzráža, bez toho, aby vznikal ďalší odpad.
Podľa Centra pre jadrovú bezpečnosť a informácie sa prevádzková životnosť 12 kórejských jadrových reaktorov vrátane prvého bloku Gori má skončiť do roku 2030. S rastúcim počtom starnúcich reaktorov sa výrazne zvýši dopyt a potreba po technológii vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky. Nielen Kórea, ale aj krajiny silne závislé od jadrovej energie, ako je Francúzsko, Spojené kráľovstvo a USA, čelia rastúcej záťaži zo starnúcich reaktorov. Na rozdiel od Kórey, kde inštitucionálny základ ešte nie je úplne vybudovaný, však tieto krajiny už vyvinuli politiky a technológie pre vyraďovanie jadrových zariadení z prevádzky. Medzi reprezentatívne modely patrí vládny prístup (Francúzsko, Spojené kráľovstvo), kde vláda stojí na čele projektov vyraďovania z prevádzky, a prístup vedený súkromným sektorom (USA, Nemecko), kde súkromné spoločnosti vedú vyraďovanie z prevádzky, zatiaľ čo vláda sa stará o reguláciu, riadenie a dohľad.
Vývoj technológie vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky nie je ani zďaleka jednoduchý, vyžaduje si komplexnú integráciu technológií v rôznych oblastiach a prebieha vo fázach počas desaťročí. Pre bezpečné vyradenie starnúcich kórejských jadrových elektrární z prevádzky a ďalší príspevok k riešeniu globálneho problému vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky je nevyhnutný neustály vývoj a investície do tejto technológie.
