Atomerőművek és radioaktív hulladékok kezelése Neutron aktivációs módszer

Atomerőművek működése Fűtőanyag előállítása (2-4% 235U) Lassítás: a láncreakcióhoz lassú no szükséges Szabályozás: átlagosan 2,47 no keletkezik, ezt le kell csökkenteni Hűtés: 3 körös hűtő rendszerrel

Atommag-reakciók A fő reakció: 235U + no = 144Ba + 89Kr + 3 no A 235-ös urán hasadásának energia mérlege: A hasadás kinetikus energiája: 167 MeV A β-bomlás energiája: 5 MeV A γ-bomlás energiája: 5 Mev A hasadáskor keletkező neutronok energiája: 5 MeV A neutrinókkal távozott energia 11 MeV A hasadás pillanatában keletkező sugárzás 5 MeV Sok energia szabadul fel: Gazdaságos üzemeltetés

Maghasadás n-besugárzásra A reakció több lépéses → melléktermékek keletkezhetnek

Melléktermékek Rövid felezési idejű, sugárzó termékek: 90Y 2,7 nap 131I 8,0 nap 89Sr 52 nap 192Ir 74 nap 60Co 5,3 nap 137Cs 30 év β és γ sugárzásra hajlamosak → Egészség-károsító hatásúak

Radioaktív hulladék A keletkező hulladék elhelyezése az atomenergetika legnagyobb problémája. A hulladék kezelésének két fő módja: hígítva a környezetbe bocsátjuk koncentráljuk és megfelelő helyen tároljuk

Az Európai Unióban keletkező hulladékok mennyisége (m3/év)

Hulladékok csoportosítása Halmazállapot alapján: Szilárd: 90% éghető anyag → hamvasztásos térfogat csökkentés Folyékony: Szilárdítás (bepárlás, lecsapás) Ioncserélő gyanták alkalmazása Gáz: membránszűrőkkel, a nemesgázok szűrése nehézkes

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség csoportosítása: Kis aktivitású (low level wastes-LLW) Ipari, gyógyászati, tudományos kutatási hulladékok Felszín közeli lerakóban elhelyezhető Közepes aktivitású (intermediate level wastes-ILW) Reaktorok vízkezelési gyantái, fém alkatrészek, vegyi iszap Szilárdítás, sugárvédelem Nagy aktivitású (high level wastes-HLW) Elhasznált fűtőelemek, reprocesszális folyamatok hulladéka Üvegmátrixban α-sugárzó Fűtőelemek Mélységi lerakókban

A biztonságos tárolás feltételei A végleges tárolás fő meghatározó követelményei: Meghatározott időtartamon át a végleges tárolókban a hulladékoknak tökéletesen elzártnak kell lennie. Ez alatt az idő alatt a hulladékok rövid élettartamú, általában legnagyobb része lebomlik. A tökéletes elzárásnak ebben a szakaszában a nagy élettartamú hulladékok kijutását mind a technikailag megvalósított zárórendszer falának, mind a tárolót körülvevő geológiai környezetnek meg kell akadályoznia. Elegendően hosszú idő eltelte után, amikor a hulladékok legnagyobb része lebomlott, a műszakilag kialakított gátaknak már nem lesz elsődlegesen fontos szerepe, mivel a geológiai környezet nyújtotta gátló hatás is elegendővé válik az anyagtranszport megakadályozására.

Alternatív megoldás: Neutron aktivációs módszer A folyamat lépései: A radioaktív atommagot termikus (lassú) neutronnal bombázzuk Az atommag abszorbeálja a neutront A létrejövő gerjesztett mag γ- sugárzást bocsát ki A keletkezett rövid felezési idejű mag β és γ- sugárzás közepette bomlik Stabil atommag jön létre

A neutron aktivációs módszer sematikus ábrája

Összefoglalás Az atomerőművekben keletkező nukleáris hulladék sugároz, így kezelést igényel. A természetbe való visszajuttatás csak rövid távon alkalmazható. A tárolás bonyolult és nehezen megoldható. A neutron aktivációs módszerrel a probléma forrását, a radioaktív magokat szüntethetjük meg.