Centrum výzkumu Řež, s.r.o. Směry výzkumu odpadů v oblasti štěpné a fúzní energetiky, jejich charakteristiky a srovnání Ing. Jaroslav Stoklasa, Ph.D. Ing. Vojtěch Galek Ing. Jan Hadrava Odpadové fórum, Hustopeče,19.3. - 21.03.2019

Nejdůležitější souvislosti z hlediska odpadů v energetice Klasické spalovací elektrárny 2 C (*l, s) + O2 (g) = 2 CO (g) C (*l, s) + O2 (g) = CO2 (g) Pevný odpad (popílek), aerosoly a další spaliny (oxidy S, N) bez recyklace; opotřebované části zařízení Jaderná energetika (štěpný proces) n + 235U → 141Ba + 92Kr + 3 n (202,5 MeV ~ 83,14 TJ/kg) Vyhořelé články, zachycené pevné, kapalné a plynné produkty; odpady k roztřídění a recyklaci Fúzní energetika 2H + 3H → 4He (1,561 MeV) + n (14,029 MeV) 3H → 3He + e- + antineutrino Opotřebované části zařízení; odpady k roztřídění a recyklaci

Způsoby zacházení s odpadními materiály Roztřídění materiálů   Operace s pevnými RAO 1 Sběr a třídění v místě vzniku 2 Svoz na centrální pracoviště 3 Třídění dle aktivity a druhu 4 Úprava RAO do formy vhodné pro uložení 5 Skladování a transport Postup zpracování pevného RAO

Třídění Radioaktivních odpadů (RAO) - hlediska Radio – nuklidového složení (Přírodní nebo umělý původ) Poločasu rozpadu (t/2) Krátkodobé (t/2 ˂ 30 let), Dlouhodobé (t/2 ˃ 30 let) Skupenství Aktivita Přechodné RAO (t/2 ˂ 5 let); Nízkoaktivní odpady (t/2 ˂ 30 let objemová aktivita ˂ 109 Bq/m3); Středně aktivní odpady (obj. aktivita 109–1014 Bq/m3) Vysoceaktivní odpady (99% aktivity ale 1% objemu v JE) (obj. aktivita ˃1014 Bq/m3; t/2 ˃ sto tisíc let) Původce, vznik Průmysl a Jaderná energetika (méně než 1 % objemu RAO světa, ale aktivita přes 90 % veškeré radioaktivity) Institucionální zdroje = nejrizikovější z hlediska nakládání

Specifické pohledy na odpady při fúzním procesu Vznik odpadů za působení neutronů nebo tritia na části zařízení, kdy dochází k působení neutronů a beta záření na konstrukční materiály, druhotně i možnost působení alfa částic Průběžně odcházející produkty jsou tritiované prachy wolframu a beryllia. Stanovují se provozními limity pro tritium (T) Výstupním produktem je neradioaktivní Helium Proces fúze se zastaví okamžitě při přerušením dávkování komponent Sekce zařízení Tokamak EU DEMO

Specifické pohledy na štěpné procesy Kapalné RAO u JE Prádelenské vody, chladivo primárního a sekundárního okruhu a technologické a odpadní vody z kontrolovaného pásma S využitím zejména specifického dávkování a odparky je kapalný koncentrát společně s bitumenem upravován za tepla a vpraven do sudu. Pevné RAO Výzkum různých matric (cementová, polysiloxanová, aluminosilikátová, geopolymerní, bitumenová) k stabilizaci uložení Ukládání po technologické úpravě v sudech Vysoceaktivní RAO Incore a excore měřící čidla reaktoru Kazety svědečných vzorků skladování v hermetických pouzdrech ve skladu vysoceaktivního RAO Vyhořelé články (přechodné uložení a přepracování) Ukládání vysoce aktivních odpadů (VAO) hledá se vhodná lokalita pro trvalé uložiště VAO

Technologie použité k snížení objemů RAO Druh odpadu Příklad Zdroj odpadu Molten Salt Oxidation organické odpady kontaminovaných radionuklidy Vysycené iontoměniče JE, Fúzní zařízení; těžba surovin Kontaminované prachy v oplachových a čistících suspenzích Tritiovaný W prach Fúzní zařízení Radioaktivní prach JE, výzkumné reaktory Vysokotlaké lisování odpadů nespalitelné odpady kovové odpady; oděvy JE, těžba surovin Membránové technologie pro kapalné RAO Reverzní osmóza odstranění veškerých radionuklidů z nízkoaktivního RAO (kromě tritia) Odpadní vody s transurany; z vyčerpaných filtrů; drenáže podlah Nanofiltrace čištění a recyklaci roztoku kyseliny borité v chladivu reaktoru Chladivo reaktoru; Odpadní vody z mlýna U rudy; rozpuštěný uran; Ultrafiltrace odstranění koloidních částic z roztoků; předstupeň reversní osmózy Čištění chladiva; Odpadní vody z přepracování paliva; Odstraňování aktinidů Mikrofiltrace keramické filtry pro zachycení hrubých nečistot odpadních vod Separace vysrážených částic regenerace paliva; Kontaminovaná podzemní voda Membránová destilace tepelně řízený proces pro páry přecházející přes mikroporézní hydrofobní membránu Oddělení těkavé složky směsi výzkum Indukční tavení ve studeném kelímku Tavení materiálů s vysokou teplotou tání Koncentrování pevných odpadů

Doplnění a shrnutí Při současném ubývání některých intenzivních zdrojů energie, zejména fosilních paliv, a u alternativních zdrojů většinou nízkého výkonu, účinnosti a nestability zejména časové (slunce, vítr), jsou hledány cesty k získání a využití jaderné energie. Množství odpadů ze štěpných procesů je v objemových jednotkách o několik řádů menší než ze spalování uhlíkatých (fosilních) paliv Fúzní procesy mají produkovat řádově nižší objemy RAO a o nižší aktivitě než ze štěpných procesu, hlavní odpadem je neradioaktivní He. Jaderné zdroje mají mnoho výhod ale vyvolávají mnoho obav. Technologická řešení jsou připravována tak, aby byla na minimum omezena již známá rizika a zajistila se vysoká bezpečnost provozu. Výzkum v oblasti štěpné a fúzní energetiky jde rozmanitými směry: od zdrojů surovin, přes dílčí technologie a procesy kolem zpracování a recyklace meziproduktů nebo odpadů až k bezpečnému ukládání odpadů.

www.cvrez.cz jaroslav.stoklasa@cvrez.cz Centrum výzkumu Řež s.r.o. Oddělení 8510 Jaderný palivový cyklus Husinec - Řež čp. 130 250 68 Řež u Prahy 8