Ta objava na blogu pojasnjuje, zakaj tehnologija dekontaminacije velja za najpomembnejši korak v procesu razgradnje starajočih se jedrskih elektrarn. Preučuje načela odstranjevanja sevanja in s tem povezane tehnične izzive ter opisuje bistvene pogoje za varno razgradnjo.
19. junija 2017 je enota 1 jedrske elektrarne Kori v Južni Koreji trajno prenehala z delovanjem. Enota 1 v Goriju, ki je obratovala 40 let, je doživela več incidentov, vključno s popolnim izpadom električne energije februarja 2012. Ti primeri so služili kot ključni dokazi v podporo argumentu za zaprtje in razgradnjo starajočih se jedrskih elektrarn. Po ustavitvi delovanja enota 1 v Goriju zdaj vstopa v proces razgradnje, ki bo trajal vsaj 30 let, dokler se lokacija ne obnovi. Razgradnja jedrske elektrarne se nanaša na postopek varnega in ekonomičnega ravnanja z različnimi vrstami jedrskih objektov, ki so dosegli konec svoje obratovalne dobe. Ker je treba dela izvajati v pogojih, ki vključujejo izpostavljenost sevanju, jedrska razgradnja zahteva tehnologijo, ki združuje več disciplin, kot so kemija, sevalno inženirstvo in strojništvo. Namen te objave na blogu je razložiti strategije in procese jedrske razgradnje ter prihodnost tehnologije jedrske razgradnje.
Strategije razgradnje jedrskih elektrarn se določajo na podlagi regionalnih tehničnih in političnih spremenljivk. Na splošno so razdeljene na takojšnjo razgradnjo in odloženo razgradnjo, glede na čakalno dobo pred začetkom razgradnje. Takojšnja razgradnja vključuje čakanje, da raven sevanja v stavbah in na lokaciji pade pod določen prag, preden se nadaljuje z razgradnjo. Ta strategija omogoča razgradnjo v relativno kratkem času, približno 15 let, in olajša sanacijo okolja po njej. Vendar pa je kritizirana zaradi visokega tveganja izpostavljenosti sevanju, saj se morajo dela nadaljevati, dokler je še nekaj radioaktivnosti, in zaradi nastajanja velikih količin radioaktivnih odpadkov. Nasprotno pa odložena razgradnja vključuje čakanje, da se radioaktivni materiali naravno razgradijo, preden se nadaljuje z razgradnjo. Upravljanje objekta med čakanjem na razpad radioaktivnih materialov zahteva približno 60 let, medtem ko zatesnjevanje objekta z betonskimi konstrukcijami zahteva več kot 100 let. Čeprav dolgoročni proces dekontaminacije zmanjšuje tveganja izpostavljenosti sevanju in nastajanje odpadkov, ima omejitve: visoke tekoče stroške upravljanja in težave pri sanaciji okolja po razgradnji in ponovni uporabi lokacije.
Razgradnja jedrske elektrarne vključuje šest faz: zaustavitev, pripravo na razgradnjo, dekontaminacijo, razstavljanje, odlaganje odpadkov in sanacijo okolja. Osrednja procesa sta dekontaminacija in razstavljanje, ki odstranita sevanje iz notranjosti elektrarne. Dekontaminacija je tehnologija, ki selektivno odstrani le dele, onesnažene s sevanjem; količino radioaktivnih odpadkov je mogoče zmanjšati glede na uporabljeno tehnologijo dekontaminacije. Ključni cilji dekontaminacije vključujejo stare cevovode za hladilno vodo in tanko, trdo oksidno plast, debelo več mikrometrov (μm), ki nastane na površini izrabljenega jedrskega goriva. Ta oksidna plast vsebuje različne onesnaževalce, vključno z radioaktivnim kobaltom, ki je uhajal iz jedrskega goriva. Za odstranitev tega materiala, ki ga ljudje ali stroji težko neposredno odstranijo, je bilo razvitih več tehnologij dekontaminacije. Reprezentativne metode vključujejo izmenično vbrizgavanje raztopin, ki vsebujejo redukcijska sredstva in oksidacijska sredstva, za čiščenje posod in cevovodov ali škropljenje vode pod visokim tlakom znotraj objekta za ablacijo površin. Prav tako potekajo raziskave za povečanje učinkovitosti dekontaminacije z uporabo penastih dekontaminacijskih raztopin, ki imajo večjo površino kot tekočine.
Razgradnja je postopek rezanja in demontaže celotnega objekta po dekontaminaciji. Najzahtevnejši element v tem postopku je izrabljeno jedrsko gorivo. Reaktorje je težko v celoti dekontaminirati, jedrsko gorivo pa samo oddaja močno sevanje, kar ustvarja okolje, v katerem človeški delavci ne morejo neposredno opravljati nalog razgradnje. Zato robotske roke pri razgradnji nadomeščajo človeške delavce. Delavci odprejo pokrov reaktorja, vstavijo robotsko roko, povezano z žerjavom, in jo nato zaprejo. Robotska roka natančno reže le kontaminirane dele, jih namesti v zabojnike in jih po končanem delu prepelje v objekt za predelavo radioaktivnih odpadkov. Roboti za razgradnjo jedrskih elektrarn morajo stabilno delovati v težkih pogojih, kot je izpostavljenost sevanju, in ker ravnajo z radioaktivnimi materiali, so bistvene zmogljivosti natančnega daljinskega upravljanja. V Koreji Korejski raziskovalni inštitut za atomsko energijo (KAERI) razvija robota za rezanje za razgradnjo enote 1 jedrske elektrarne Gori, medtem ko je Nacionalni inštitut za znanost in tehnologijo Ulsan (UNIST) prav tako napovedal načrte za razvoj robotov za razgradnjo jedrskih elektrarn. Omeniti velja, da je robot, ki ga razvija KAERI, zasnovan za izvajanje pregledov reaktorjev med delovanjem elektrarne, v fazi razgradnje pa bo opremljen z rokami, ki lahko režejo in varijo.
Odlaganje radioaktivnih odpadkov, ki ostanejo po razgradnji, je še en kritičen izziv. Radioaktivni odpadki so glede na koncentracijo radioaktivnosti razvrščeni kot nizkoradioaktivni ali visokoradioaktivni. Nizkoradioaktivne odpadke je mogoče stisni, strditi v cementu in zakopati več metrov pod zemljo. Problem pa predstavljajo visokoradioaktivni odpadki. Večina visokoradioaktivnih odpadkov je sestavljena iz vitrificiranih trdnih odpadkov, ki nastanejo med predelavo izrabljenega goriva. Tehnologija za njihovo popolno odlaganje še ni razvita. Najbolj realistična metoda vključuje zakopavanje odpadkov v globoke geološke formacije vsaj 300 metrov pod zemljo in postavitev betonskih sten za preprečevanje uhajanja sevanja. Vendar pa tudi to še ne velja za popolno rešitev zaradi težav, kot so neustrezna merila za izbiro odlagališč.
Radioaktivni odpadki niso omejeni le na trdne snovi. Kot je bilo razvidno iz jedrske nesreče v Fukušimi, lahko nastanejo tudi velike količine onesnažene vode, ki vsebuje radioaktivne snovi. V Fukušimi delujejo čistilne naprave, ki ločujejo radioaktivne snovi tako, da onesnaženo vodo prepuščajo skozi visoko vpojni zeolit. Vendar ta metoda ne odstranjuje radioaktivnih snovi, temveč jih kopiči v filtrih ali vodnih poteh objekta, kar na koncu ustvari nove radioaktivne odpadke. Leta 2017 je Korejski raziskovalni inštitut za atomsko energijo razvil tehnologijo za čiščenje radioaktivno onesnažene vode z uporabo mikroorganizmov. Ta tehnologija vključuje vnos mikroorganizmov, odpornih proti sevanju, v onesnaženo vodo. Z biološkimi reakcijami sulfidacije pretvori radioaktivni cezij v kristalno obliko in ga obori. Velja za okolju prijazno tehnologijo, saj učinkovito odstranjuje cezij, ki ga je običajno težko oboriti, ne da bi pri tem nastajali dodatni odpadki.
Po podatkih Centra za jedrsko varnost in informacije naj bi se obratovalna življenjska doba 12 korejskih jedrskih reaktorjev, vključno z enoto 1 Gori, iztekla do leta 2030. Z naraščanjem števila starajočih se reaktorjev se bosta znatno povečala povpraševanje in potreba po tehnologiji za razgradnjo jedrskih elektrarn. Ne le Koreja, ampak tudi države, ki so močno odvisne od jedrske energije, kot so Francija, Združeno kraljestvo in ZDA, se soočajo z vse večjim bremenom zaradi starajočih se reaktorjev. Vendar pa so te države za razliko od Koreje, kjer institucionalni temelji še niso v celoti vzpostavljeni, že razvile politike in tehnologije za razgradnjo jedrskih elektrarn. Reprezentativni modeli vključujejo vladni pristop (Francija, Združeno kraljestvo), kjer vlada vodi projekte razgradnje, in pristop, ki ga vodi zasebni sektor (ZDA, Nemčija), kjer zasebna podjetja vodijo razgradnjo, medtem ko vlada skrbi za regulacijo, upravljanje in nadzor.
Razvoj tehnologije za razgradnjo jedrskih elektrarn še zdaleč ni preprost, saj zahteva kompleksno integracijo tehnologij na različnih področjih in poteka v fazah več desetletij. Za varno razgradnjo starajočih se korejskih jedrskih elektrarn in nadaljnji prispevek k reševanju globalnega izziva razgradnje jedrskih elektrarn sta bistvenega pomena nenehen razvoj in vlaganje v to tehnologijo.
