سوخت هسته ای و فرایندآن

سوخت هسته ای و فرایندآن

پسماندهای هسته‌ای

]علی رغم سابقه به وضوح ایمن در طول نیم قرن گذشته، امروزه یکی از بحث برانگیزترین جنبه های چرخه سوخت هسته ای مسئله مدیریت و دفع پسماندهای پرتوز است[.

P1 مشکل ترین مسئله، پسماندهای سطح بالا هستند، و دو سیاست مختلف برای مدیریت آنها وجود دارد:

•    بازفرآوری سوخت مصرف شده برای جدا کردن آنها (که با شیشه ای کردن و دفع کردن آنها ادامه می یابد) یا

•    دفع مستقیم سوخت مصرف شده دارای پرتوزایی سطح بالا به صورت پسماند.

]پسماندهای هسته ای اصلی در سوخت راکتور سفالی محفوظ باقی می مانند[.

P2 همانطور که در فصل‌های 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راکتور محصولات شکافتی تولید می کند به مانند ایزوتوپ های مختلف باریم، استرونسیم، نریم، ید، کریپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بیشترین ایزوتوپ‌های شکل گرفته به صورت محصولات شکافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان کوتاه است.

P3 علاوه بر این اتم های کوچکتر به وجود آمده از شکافت سوخت، ایزوتوپ‌های ترااورانومی مختلفی هم با جذب نوترون تشکیل می شوند. از جمله اینها پلوتونیوم- 239، پلوتونیوم- 240 و پلوتونیوم- 241 ، به علاوه محصولات دیگری هستند که از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راکتور و سپس تلاشی بتا به عمل می آیند. همه اینها پرتوزا هستند و به غیر از پلوتونیوم شکافت پذیر که “می‌سوزد”، در سوخت مصرف شده ای که از راکتور برداشته می شود باقی می مانند. ایزوتوپ های ترا اورانیوم و دیگر اکتنیدها  بیشترین قسمت از پسماندهای سطح بالای با طول عمر زیاد را شکل می دهند.

P4 در حالی که چرخه سوخت هسته ای صلح آمیز، پسماندهای مختلفی تولید می‌کند، این پسماندها “آلودگی” به شمار نمی آیند، زیرا در عمل همه آنها نگهداری و مدیریت می شوند، در غیر این صورت است که خطرناک خواهند بود. در حقیقت توان هسته ای تنها صنعت تولید انرژی است که مسئولیت کامل همه پسماندهایش را برعهده گرفته و هزینه آن را به طور کامل بر قیمت تولیداتش اضافه می کند. وانگهی هم اکنون مهارت های به دست آمده در مدیریت پسماندهای غیر نظامی در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهای نظامی است که یک مشکل محیط زیستی جدی در چند نقطه جهان ایجاد کرده است.

موضوع:سوخت هسته ای و فرایندآن

فهرست

پسماندهای هسته‌ای

پسماند سطح بالا

پسماندهای سطح متوسط

بازفرآوری سوخت مصرف شده

پسماندهای سطح بالای مربوط به بازفرآوری‌

انبار و دفع سوخت مصرف شده به عنوان “پسماند”

دفع پسماندهای جامد

یک همسان طبیعی: oklo

هزینه

راکتورهای از کار انداخته شده

پیاده کردن بی فاصله

حصار ایمن (یا Safestor)

دفن

مثال ها

هزینه ها

پیش پرداخت

سرمایه گذاری خارجی (وضع مالیات بر توان هسته ای):

حساب تضمینی، اعتبار اسنادی، یا بیمه

هزینه های خارجی- پیامدهای زیست محیطی، بهداشتی و امنیتی

اثرات زیست محیطی

گرمای هدر رفته

اکسیدهای نیتروژن

اثر گل خانه ای

اثرات بهداشتی و پرتوها

اثرات بهداشت محیطی

توجیه

بهینه سازی

محدودیت

سطح احتمال خطر فردی

پلوتونیوم

اثرات ژنتیکی

ایمنی راکتور

پسماندهای هسته‌ای

پسماندهای پرتوزا مواد گوناگونی را شامل می شوند که از جهت محافظت مردم و محیط زیست اقدامات متفاوتی را طلب می کنند. مدیریت و دفع آنها از نظر فن آوری سر راست است[.

P5 این پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزایی موجود در آنها معمولاً به سه دسته تحت عنوان های پسماندهای سطح پایین سطح متوسط و سطح بالا دسته بندی می‌شوند.

P6 عامل دیگر در مدیریت پسماندها مدت زمانی است که آنها ممکن است خطرناک باقی بمانند. این زمان به نوع ایزوتوپ های پرتوزای موجود در آنها و به خصوص مشخصه نیمه عمر هر یک از این ایزوتوپ ها بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است که طی می شود تا یک ایزوتوپ پرتوزا نیمی از پرتوزائیش را از دست بدهد. پس از چهار نیمه عمر سطح پرتوزایی به   مقدار اولیه آن و پس از هشت نیمه عمر به   آن می رسد.

P7 ایزوتوپ های پرتوزای مختلف نیمه عمرهایی دارند که از کسری از ثانیه تا دقیقه‌ها، ساعات یا روزها، حتی تا میلیون ها سال گسترده شده اند. پرتوزایی با گذشت زمان، همانطور که این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های پایدار غیر پرتوزا تلاش می کنند کم می شود.

P8 آهنگ تلاشی یک ایزوتوپ با عکس نیمه عمرش متناسب است. یک نیمه عمر کوتاه به معنای تلاشی سریع است. بنابراین، برای هر نوع پرتوزایی، شدت پرتوزایی بالاتر در یک مقدار ماده داده شده مستلزم کوتاه‌تر بودن نیمه عمر است. 

P9 سه اصل کلی برای مدیریت پسماندهای پرتوزا بکار گرفته می شود:

•    تغلیظ و نگهداری concentrate-and-cantain

•    تضعیف و پراکنش dilute- and disparoe

•    تأخیر و تلاش delay-and-decay

P10 دو تای اول در مورد مدیریت پسماندهای غیر پرتوزا هم به کار می روند. پسماندها یا تغلیظ شده و سپس متروی می شوند، یا (برای مقادیر خیلی کم) تا سطح قابل قبولی تضعیف شده و سپس به محیط زیست باز گردانده می شوند. با این وجود تأخیر و تلاشی منحصر به مدیریت پسماندهای پرتوزاست و به این معنی است که پسماند ذخیره و اجازه داده می شود که پرتوزایی آن از طریق تلاشی طبیعی ایزوتوپ‌های موجود در آن کم شود.

]در چرخه سوخت هسته ای غیرنظامی توجگه اصلی بر پسماندهای سطح بالاست که حاوی محصولات شکافت و عناصر ترا اورانیومی تشکیل شده در قلب راکتور هستند[.

P11 پسماند سطح بالا: ممکن است خود سوخت مصرف شده یا پسماند اصلی حاصل از باز پردازش آن باشد. در هر دو حال این حجم متوسطی دارد- در حدود 30-25 تن سوخت مصرف شده یا سه مترمکعب پسماند شیشه ای شده در سال برای یک نمونه راکتور هسته ای بزرگ (1000 MWC، نوع آب سبک). این حجم می تواند به صورت موثر و اقتصادی ایزوله شود. سطح پرتوزایی آن به سرعت کم می شود. به عنوان نمونه، یک مجموعه سوخت راکتور آب سبک تازه تخلیه شده آن قدر پرتوزایی دارد که چند صد کیلو وات گرما می پراکند، اما پس از یک سال این مقدار به 5kw و پس از پنج سال به یک کیلووات می رسد. ظرف مدت 40 سال پرتوزایی آن به حدود یک هزارم مقدار آن هنگام تخلیه می رسد.

P12 اگر سوخت مصرف شده بازفرآوری شود، %3 آن که به صورت پسماند سطح بالا ظاهر می شود، عمدتاً مایع است و حاوی “خاکستر” اورانیوم سوخته شده است. این پسماند که شامل محصولات شکافت به شدت پرتوزا و چند عنصر سنگین با پرتوزایی دراز مدت است، مقدار قابل توجهی گرما تولید می کند و باید خنک شود. این به صورت شیشه بورو سیلیکات  (شبیه به پیرکتن) و به منظور پوشینه‌داری، ذخیره سازی میان مدت، و دفع نهایی در اعماق زمین شیشه ای می شود. این سیاستی است که توسط بریتانیا، فرانسه، آلمان، ژاپن، چین و هند اتخاذ می شود. (بخش های 5-2 و 5-3 را ببینید)

دانلود کامل سوخت هسته ای و فرایندآن