Skladištenje nisko i srednje radioaktivnog otpada
Skladištenje znači privremeno čuvanje RAO-a, pri čemu je osigurana zaštita okoliša. Tijekom skladištenja nekim vrstama NSRAO-a može se značajno smanjiti aktivnost. Kratkoživući otpad može se skladištiti dok mu aktivnost ne opadne toliko da se smije kontrolirano ispuštati u okoliš ili odlagati kao komunalni otpad.
Nisko i srednje radioaktivni otpad se u početku sakuplja i privremeno skladišti na mjestu nastanka.
Skladište je armiranobetonska građevina otporna na potrese i konstruirana tako da omogućuje odvojeno slaganje spremnika s radioaktivnim otpadom s obzirom na njegove karakteristike i sigurno manipuliranje njime. Skladišni kapaciteti su ograničeni, te se u svrhu njihova racionalnog korištenja obradom volumen radioaktivnog otpada prije ili za vrijeme skladištenja smanjuje.
Praksa kojom se pristupa funkcionalnom dizajnu skladišta NSRAO-a je takva da objekt mora biti jednostavan, ali robustan i otporan. Izvedba može biti površinska ili pripovršinska, ovisno o lokalnim parametrima i očekivanom inventaru skladišta. Pripovršinska skladišta su uglavnom prekrivena dodatno slojem zemlje i geoinženjerskim barijerama kako bi se dodatno zaštitila i izolirala od vanjskog utjecaja.
U oba slučaja struktura se gradi od visokokvalitetnog betona. Prostor se pomno dizajnira da može primiti što veći volumen otpada s tim da mora postojati prostor za prijenos i pristup svakoj pojedinoj jedinici inventara te sekundarni manipulativni kapacitet za inspekciju i rukovanje inventarom prije smještaja. Pristup je bitan jer skladištenje pretpostavlja kontinuirani nadzor pojedinih spremnika.
Period privremenog skladištenja otpada između obrade i uspostave konačnog odlagališta u većini zemalja sa manje razvijenim nuklearnim programima najvjerojatnije će biti dug. Za dulje skladištenje (više desetljeća) pogodan je samo kondicionirani RAO koji udovoljava propisanim uvjetima za prijam (kriteriji prihvaćanja RAO-a, WAC -Waste Acceptance Criteria).
Radioaktivni otpad se u skladište dovozi u odgovarajućem pakiranju koje udovoljava propisane uvjete. Za skladištenje imobiliziranog i drugog krutog otpada općenito se preporuča korištenje metalnih spremnika koji osiguravaju potpunu izolaciju radionuklida od okoliša u određenom vremenskom razdoblju. Kondicionirani NSRAO trebao bi biti prihvatljiv za dugoročno skladištenje ili odlaganje. Privremena skladišta moraju zadovoljiti zadane sigurnosne standarde, dok se ne osigura trajno rješenje za zbrinjavanje radioaktivnog otpada, odnosno odlagalište. Doze zračenja kao posljedica skladišnih djelatnosti ne smiju prelaziti odgovarajuće granice za radnike i javnost.
Bačve s obrađenim nisko i srednje radioaktivnim otpadom stavljaju se u betonske spremnike, a praznine između otpada u spremniku zapunjavaju se vezivnom masom. Tako solidificirani otpad, zajedno sa svim spremnicima, općenito predstavlja konačni paket otpada. Paket otpada jest proizvod koji uključuje otpad s pripadnim kontejnerom s unutarnjim pregradama, pripremljen za rukovanje, prijevoz, skladištenje ili odlaganje, bez namjere njihove daljnje obrade.
Imobilizirani i drugi kruti otpad pakira se u čelične bačve kapaciteta 200 l, iako je, ovisno o dimenzijama otpada, moguće koristiti i spremnike drugog kapaciteta npr. 220 l ili 320 l. Spremnici su uglavnom cilindričnog oblika poput bačvi i izrađeni od vrlo otpornih i robusnih materijala poput nehrđajućeg čelika, plastike i fiberglasa i to u više slojeva što predstavlja sekundarnu zaštitu. Primarna zaštita ostvaruje se tako da se radioaktivni sadržaj bačve izolira i imobilizira cementom ili sličnom ispunom.
Svaki spremnik mora imati deklaraciju (eng. WPS – Waste Package Specification) koja sadržava identifikacijski broj, prisutne radionuklide i njihovu aktivnost, prijašnju namjenu sadržaja, vrstu ispune, masu i volumen, dozu zračenja na 1 metar od stijenke s datumom mjerenja itd.
Prije smještaja u skladište ili odlagalište, spremnici s radioaktivnim otpadom moraju biti podvrgnuti raznim obradama i inspekcijama čime se postiže fizička i kemijska stabilnost sadržaja odnosno provjerava se da zračenje na kontaktu stijenke bude u granicama norme za skladištenje. Tim preliminarnim procesima se spremnici osiguravaju za rukovanje i transport do mjesta zbrinjavanja.
Inventarom se može manipulirati ručno (u slučaju spremnika koji neznatno zrače) ili viljuškarima i dizalicama koje mogu biti ručno ili daljinski upravljane. Unutar skladišta se često ugrađuju metalne konstrukcije na koje se spremnici postavljaju vodoravno ili uspravno kako bi se maksimalno iskoristio raspoloživi prostor u skladištu. Bačve s otpadom se također mogu slagati jedna na drugu na nekoliko razina ili samo polagati na podlogu jedna do druge, ovisno o količini, težini i tipu otpada u skladištima odnosno spremnicima.
Samo skladište mora imati implementiranu vatrogasnu zaštitu, ventilaciju te odgovarajući sustav praćenja radioaktivnog zračenja cijelog skladišta kao i u vanjskom okolišu. Praksa je da se redovito mjeri doza zračenja na jedan metar udaljenosti od spremnika s radioaktivnim otpadom i bilježi svako stanje i promjena koja bi mogla upućivati na ikakve probleme. Oko samog skladišta se postavljaju mjerne točke za nadzor koje u realnom vremenu prate stanje radioaktivnosti okoliša. Granica dopuštenog mogućeg ozračenja pojedinca iz stanovništva je 1 mSv godišnje iz svih takvih tehničkih izvora zajedno. Za usporedbu, svjetski prosjek izloženosti pojedinca je 3,01 mSv godišnje, od kojih se 2,4 mSv odnosi na prirodne izvore.
Odlaganje nisko i srednje radioaktivnog otpada
Svjetska praksa odlaganja otpada ističe dva osnovna pristupa kao najbolje opcije odlaganja radioaktivnog otpada:
- površinsko ili pripovršinsko odlaganje u posebno izgrađene odlagališne jedinice, na površini ili plitko ukopane, ili u tunele na dubini od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara (samo za nisko i srednje radioaktivni otpad),
- duboko geološko odlaganje u osobito prikladnim geološkim formacijama na dubini od oko 500 metara ili dublje (za sve vrste radioaktivnog otpada, a nužno za VRAO-a i ING-a).
Iako kod oba pristupa treba uskladiti djelovanje prirodnih (geoloških) i izgrađenih (inženjerskih) barijera, postoje vrlo izražene razlike između zahtjeva za odlaganje NSRAO-a i VRAO-a.
Osnovni je cilj odlagališta NSRAO-a osiguranje dugotrajne izolacije radionuklida na način da se spriječi njihova migracija u okoliš sve do trenutka kada aktivnost ne padne na zanemarivo malu razinu (usporedivu s pozadinskim zračenjem), što će se dogoditi nakon nekoliko stotina godina. To se postiže izborom lokacije zadovoljavajućih izolacijskih svojstava i izgradnjom odlagališta u kojem će se primijeniti sigurnosni koncept, koji se temelji na sustavu višestrukih inženjerskih barijera. Sigurnost ovisi o djelotvornosti prirodnih i inženjerskih zaštitnih barijera:
- prirodna barijera – geološka formacija u kojoj je odlagalište izgrađeno,
- inženjerske barijere – umjetne prepreke odlagališta koje sprječavaju migraciju radionuklida.
U slučaju NSRAO-a izolacija otpada od okoliša može se u velikoj mjeri postići samo inženjerskim barijerama (period od nekoliko stotina godina), dok su u slučaju odlaganja VRAO-a inženjerske barijere prva prepreka za sprečavanje širenja radionuklida,a dugoročnu izolaciju spremnika od biote mogu osigurati samo povoljna geološka svojstva lokacije (period od 10-ak do nekoliko stotina tisuća godina).
Odnos ovih sustava je komplementaran, jer geološka formacija izrazito dobrih izolacijskih svojstava traži manje zahtjevan tehnički sustav inženjerskih barijera i obrnuto. Ispod određene kvalitete geološke sredine, gradnja odlagališta nije isplativa, bez obzira na različite inženjerske barijere, stoga se najveća pažnja u procesu izbora prikladne lokacije pridaje upravo vrednovanju njezinih izolacijskih svojstava.
Dugoročni problem koji se javlja prilikom zbrinjavanja RAO-a je osiguranje stabilnosti kako bi se onemogućio kontakt radioaktivnih izotopa s biosferom, a naročito s podzemnim vodama.
Imobilizacija radionuklida unutar zaštitne posude korištenjem smola i betona osnovni je princip kojim se postiže stabilnost, kao i tehnološka izvedba bačvi i ostalih posuda, te tip geološke formacije.
Površinsko odlagalište
Najjednostavnije površinsko odlagalište je običan plitki rov u kojem se otpad prekriva zemljom. Danas je uobičajeno da se u takvom plitkom odlagalištu postavi odgovarajuća izolacija na dno, te da zemljani pokrov sadrži jedan nepropusni sloj s drenažnim kanalima. RAO se obično obrađuje prije odlaganja i dodatno izolira u nepropusnim posudama, betonskim spremnicima ili kontejnerima.
Jednostavnija izvedba površinskog odlagališta vrlo nisko radioaktivnog otpada: metalni spremnici sa radioaktivnim materijalom polažu se na armirano betonsku podlogu i zatim zatrpavaju šljunkom, pijeskom i glinom.
Druga varijanta površinskog odlagališta je zidana betonska građevina, plitko ukopana ili sagrađena iznad površine zemlje (tumulus/monolit/kaseta). Građevina se sastoji od prostorija koje se redom popunjavaju posudama s otpadom. Kada se određeni, zasebni segment odlagališta popuni, zatvara se prije čega se odloženi paketi otpada zalijevaju betonom ili ispunjavaju drugim materijalom za popunu i stabilizaciju. Metalne posude s radioaktivnim otpadom polažu se na armirano-betonsku podlogu i zatrpavaju šljunkom, pijeskom i glinom. Varijanta odlagališta poznata kao betonski monolit predstavlja standardizirano rješenje odlaganja nisko i srednje radioaktivnog otpada. Razlika je u tome što su metalne posude s radioaktivnim otpadom smještene u armirano-betonske kontejnere koji se po određenom rasporedu polažu na armirano-betonsku podlogu opremljenu drenažnim sustavom. Nakon popune predviđenog prostora, omeđenog oplatom i ojačanog armaturom, armirano-betonski kontejneri ograđuju se betonskim zidom čime se dobiva monolitna struktura koja se obično prekriva s nekoliko slojeva prirodnih i umjetnih materijala.
U pripovršinskim odlagalištima (5) čelične 200-litarske bačve s nisko i srednje radioaktivnim otpadom (1) složene su u betonske spremnike (2). Oni se slažu u armiranobetonske građevine (kasete) (3), koje se popunjavaju zaštićene od oborina pokretnim krovom (4). Odlagalište se potom prekriva zaštitnim sustavom slojeva koji sprečavaju procjeđivanje oborinskih voda u tijelo odlagališta, a služe i kao biološka barijera (protiv intruzije flore, faune i ljudi).
Kao materijali za izradu pokrova uglavnom se koriste različiti šljunkoviti, pjeskoviti i glinoviti prirodni materijali s lokacije i folije visokih hidroizolacijskih svojstava (geomembrana, geotekstil). Time se dodatno formira još jedna inženjerska barijera. Slojevi pijeska i šljunka koriste se za drenažu, tj. prikupljanje oborina i površinskih voda kako bi se spriječio njihov prodor u odlagalište i omogućila kontrola kvalitete. Odlagalište se vizualno uklapa u okoliš, ozelenjavanjem površinskog sloja humusa.
Primjer sustava inženjerskih barijera
Tunelsko odlagalište
Alternativna tehnološka varijanta odlaganja NSRAO-a, koja je usvojena u nekim zemljama, je tunelsko odlaganje unutar čvrste stijene na različitim dubinama (od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara).
Plitka odlagališta mogu biti ukopana na dubinu od 50 do 100 m ili mogu biti tunelskog tipa (5) pod nadslojem terena jednake visine. Čelične bačve (1) s nisko i srednje radioaktivnim otpadom slažu se u betonske spremnike (2), koji se transportiraju u podzemne prostorije (3) odlagališta. Raspored podzemnih prostorija može biti niz komora nalik na tunele (4).
U nekim zemljama se adaptiraju napušteni rudnici soli ili željeza u prikladnim geološkim formacijama, zbog naročito pogodnih izolacijskih svojstava (rudnici Konrad i Morsleben u Njemačkoj). Neke zemlje grade podzemna odlagališta kopajući horizontalne tunele u kamenoj padini, kao npr. Švicarska. U Švedskoj, Finskoj i Mađarskoj iskopani su kosi tuneli unutar granitnih stijena s nekoliko bočnih prostorija (galerija) do željene dubine u kojima se grade betonski silosi i/ili horizontalne prostorije. Metalne bačve i betonski kontejneri s radioaktivnim otpadom odlažu se u bočne prostorije koje se nakon popunjavanja trajno zatvaraju betonskom smjesom.
Proračuni rizika (sigurnosne analize) bitna su komponenta kod planiranja i pogona odlagališta jer provjeravaju efikasnost i funkcionalnost svih prirodnih i umjetnih (inženjerskih) barijera. Pri tome se identificiraju različiti mehanizmi, kritični putevi i količine radionuklida koje bi u hipotetskim situacijama mogle prodrijeti u okoliš. Proračuni se izvode izrazito konzervativno, a to znači uz pretpostavku najnepovoljnijeg slijeda događaja. Na temelju takvih provjera, za koje se koriste podaci iz različitih mjerenja (tzv. karakteriziranje lokacije odlagališta), procjenjuju se prirodne i definiraju inženjerske barijere koje će moći zaustaviti prodiranje radionuklida u okoliš i kod takvih ekstremno negativnih, hipotetskih slučajeva.
Posebna pažnja se također posvećuje nadzoru utjecaja odlagališta na okoliš, tzv. monitoringu. Prema definiranim propisima izvode se radiološka, radiokemijska, biološka i druga mjerenja, kako bi se pravovremeno zapazila migracija radionuklida kroz biološke štitove i prirodne barijere. Posebna se pozornost posvećuje nadzoru vode i drenažnim sustavima iz kojih se uzimaju uzorci za analizu prije nego se voda ispusti u lokalnu biosferu.