Zmniejszanie radioaktywności odpadów jądrowych
Europa stopniowo odchodzi od energetyki jądrowej, w związku z czym szereg państw członkowskich UE zamyka swoje elektrownie jądrowe i inne obiekty. To niezwykle złożony proces, który obejmuje demontaż reaktora, usunięcie materiałów promieniotwórczych, a następnie dekontaminację i oczyszczenie obiektów. Zanim jednak odpady promieniotwórcze mogą bezpiecznie trafić do miejsca składowania, konieczne jest spełnienie określonych wymogów. Tym zagadnieniem zajmuje się zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu PREDIS, który ma na celu opracowanie bezpiecznych i zaawansowanych rozwiązań w zakresie przetwarzania odpadów promieniotwórczych na skalę przemysłową, których obecnie brakuje w przemyśle jądrowym. Jak czytamy w artykule opublikowanym na łamach portalu Innovation News Network, jednym z kluczowych aspektów jest przystosowanie koncepcji gospodarowania odpadami promieniotwórczymi do podejścia opartego na analizie cyklu życia (LCA) – takie rozwiązanie może sprzyjać powstawaniu zrównoważonych i ekologicznych rezultatów. Analiza cyklu życia to popularna metoda stosowana do oceny wpływu produktu na środowisko w całym cyklu życia, obejmującym zarówno wydobycie i przetwarzanie surowców, produkcję, dystrybucję, użytkowanie, recykling, jak i jego utylizację. Artykuł skupia się na odpadach promieniotwórczych metali oraz ich dekontaminacji. Znaczący odsetek odpadów promieniotwórczych metali powstających podczas likwidacji elektrowni jądrowej to elementy reaktorów, które nie mają styczności z jego rdzeniem. To między innymi rury przenoszące ciepło i rury wymiennika ciepła, na powierzchniach których osadzają się materiały promieniotwórcze. W elektrowniach jądrowych wykorzystywane są różne rodzaje metali, w tym stal nierdzewna, stal węglowa i stopy niklu. „W reaktorze jądrowym metale mogą ulec zanieczyszczeniu materiałami promieniotwórczymi na różne sposoby, między innymi w wyniku korozji, uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem i aktywacji neutronowej”, czytamy w artykule. „Korozja w reaktorach jądrowych może wystąpić w wyniku wystawienia metali na działanie wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia oraz żrących środków chemicznych występujących w środowisku reaktora. Produkty korozji to pierwiastki metaliczne (kobalt, żelazo, nikiel i inne) uwalniane bezpośrednio w postaci aktywowanej lub aktywowane podczas przechodzenia przez strumień neutronów”. Głównymi produktami korozji odpowiedzialnymi za zwiększoną promieniotwórczość są radioaktywne izotopy kobaltu – kobalt-60 oraz kobalt-58, a także chrom-51, mangan-54 i żelazo-59. „Produkty te znajdują się zwykle w skorodowanej warstwie metali, a ich dekontaminacja zwykle polega na usunięciu warstw korozji na powierzchni przy najmniejszym możliwym naruszeniu materiału podstawowego”.
Dwuetapowa dekontaminacja
Stosowane metody dekontaminacji obejmują zastosowanie odczynników chemicznych, laserów oraz elektrokoagulacji. Jednym z procesów dekontaminacji, w którym wykorzystuje się odczynniki chemiczne, jest dekontaminacja przy użyciu reakcji chemicznych utleniania-redukcji (CORD). W skład tego procesu wchodzą dwa etapy. „W pierwszym etapie jony nadmanganianu (MnO4-) są wykorzystywane do utleniania warstwy tlenku chromu i uwalniania jonów chromianowych. W kolejnym etapie dodawany jest kwas szczawiowy w celu zredukowania jonów nadmanganianowych do uwodnionych jonów Mn2+ i rozpuszczenia warstwy tlenku wzbogaconej w żelazo i nikiel na powierzchni stopów”. Jak czytamy w artykule, każdy z tych etapów trwa od 3 do 6 godzin i może być powtarzany kilkukrotnie. „Roztwory można następnie poddać obróbce przy pomocy żywicy jonowymiennej w celu odzyskania rozpuszczonych metali lub przeprowadzić proces wytrącania, który pozwala na ograniczenie zużycia żywic, co dodatkowo zmniejsza ilość odpadów promieniotwórczych”. Dodanie nadtlenku wodoru w połączeniu z ogrzewaniem światłem ultrafioletowym niszczy pozostały kwas szczawiowy. Ze względu na to, że proces dekntaminacji powoduje powstawanie dużych ilości płynnych odpadów promieniotwórczych, włączenie koncepcji analizy cyklu życia może przyczynić się do powstania zrównoważonego rozwiązania. Projekt PREDIS (PRE-DISposal management of radioactive waste) dobiegnie końca w sierpniu 2024 roku. Więcej informacji: Strona projektu PREDIS
Słowa kluczowe
PREDIS, odpady promieniotwórcze, metal, energia jądrowa, dekontaminacja, reaktor, korozja