Τι είναι, γιατί είναι σημαντικά και πως τα διαχειριζόμαστε

Όλοι έχουμε ακούσει τον όρο «πυρηνικά απόβλητα», και ειδικά τα τελευταία χρόνια γίνεται μεγάλη συζήτηση για το κατά πόσο θα απαλλαχθούμε από αυτά αν επιτέλους καταφέρουμε να δημιουργήσουμε βιώσιμους εμπορικούς αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης. Ωστόσο, μέχρι να συμβεί αυτό θα πρέπει να συνεχίσουμε να ζούμε με αυτά. Αλλά τι πραγματικά είναι τα πυρηνικά απόβλητα, γιατί είναι τόσο σημαντικά και είναι όντως ένα πρόβλημα χωρίς λύση;

Ο όρος «πυρηνικά απόβλητα» φέρνει στο μυαλό εικόνες από σκουριασμένα ατσάλινα βαρέλια που διαρρέουν το πυρακτωμένο πράσινο ραδιενεργό περιεχόμενό τους σε ποτάμια και έδαφος, με αποτέλεσμα την πρόκληση καρκίνου και ασθενειών στις κοντινές κοινότητες.

Με απλά λόγια, τα πυρηνικά ή ραδιενεργά απόβλητα είναι το υποπροϊόν των πυρηνικών αντιδραστήρων, της επεξεργασίας και επανεπεξεργασίας καυσίμων, της παραγωγής όπλων, των ιατρικών εγκαταστάσεων και των ερευνητικών εργαστηρίων. Ωστόσο, ο όρος καλύπτει πολλά διαφορετικά είδη αποβλήτων. Επιπλέον, τα πυρηνικά απόβλητα είναι ασυνήθιστα στο ότι αλλάζουν δραστικά τις ιδιότητές τους με την πάροδο του χρόνου, περνώντας από τη μία μορφή αποβλήτων στην άλλη.

Έτσι, η απάντηση δεν είναι απλή, αλλά ίσως το καλύτερο μέρος για να ξεκινήσουμε είναι η πιο γνωστή και σοβαρή μορφή πυρηνικών αποβλήτων: τα απόβλητα υψηλού προφίλ που παράγονται από τους μη στρατιωτικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Πως παράγονται τα πυρηνικά απόβλητα

Στους συμβατικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης, το καύσιμο έχει τη μορφή κεραμικών βυσμάτων μεγέθους δαχτυλήθρας. Αυτά περιέχουν εμπλουτισμένο ουράνιο, το οποίο έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σχάσιμο ισότοπο ουράνιο-235. Αυτά τα σφαιρίδια τοποθετούνται μέσα σε σωλήνες από μεταλλικό κράμα για να σχηματίσουν ράβδους και οι ράβδοι συγκεντρώνονται σε ορθογώνιες δέσμες.

Όταν αυτές οι δέσμες τοποθετούνται μαζί στον αντιδραστήρα, βυθίζονται σε νερό που χρησιμεύει ως ρυθμιστής και ψυκτικό μέσο. Καθώς τα άτομα ουρανίου διασπώνται με φυσικό τρόπο, εκπέμπουν δύο νετρόνια το καθένα. Ο ρυθμιστής επιβραδύνει αυτά τα νετρόνια, ώστε να έχουν περισσότερες πιθανότητες να απορροφηθούν από ένα άλλο άτομο ουρανίου-235. Εάν συμβεί αυτό, το δεύτερο άτομο διασπάται, εκπέμποντας δύο νετρόνια, τα οποία μπορούν να απορροφηθούν από περισσότερα άτομα. Εάν υπάρχει αρκετά μεγάλη συγκέντρωση καυσίμου, το αποτέλεσμα είναι μια αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αντίδραση.

Καθώς αυτά τα άτομα ουρανίου διασπώνται, εκλύουν απίστευτη ποσότητα ενέργειας, αλλά μετατρέπονται επίσης σε δύο μικρότερα άτομα, όπως το καίσιο-137 και το στρόντιο-90. Αυτά τα ραδιενεργά ισότοπα μπορούν στη συνέχεια να διασπαστούν και να παράγουν νέα στοιχεία. Εν τω μεταξύ, ορισμένα άτομα ουρανίου-238 μπορούν να απορροφήσουν νετρόνια και να γίνουν πλουτώνιο και άλλα τρανσουρανικά στοιχεία. Όταν έχει καταναλωθεί αρκετό από το ουράνιο-235, το καύσιμο θεωρείται αναλωμένο και αποτελεί πλέον, ουσιαστικά, απόβλητο.

Ο λόγος για τον οποίο η πυρηνική ενέργεια είναι τόσο ελκυστική είναι ότι το καύσιμο είναι εξαιρετικά πυκνό σε σχέση με την ενέργεια που αποδίδει. Ένα μόνο γραμμάριο ουρανίου απελευθερώνει την ισοδύναμη ενέργεια τριών τόνων άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι σε έναν μεγάλο αντιδραστήρα γιγαβάτ, παράγονται λιγότεροι από 30 τόνοι χρησιμοποιημένου καυσίμου ετησίως. Αν διαιρέσετε αυτό το χρησιμοποιημένο καύσιμο με τον αριθμό των ανθρώπων που εξυπηρετεί ο αντιδραστήρας, προκύπτει ένας όγκος αποβλήτων στο μέγεθος ενός τούβλου ο καθένας, ο οποίος περιλαμβάνει μόνο 5 γραμμάρια αποβλήτων υψηλής ραδιενέργειας μετά την ανακύκλωση.

Ραδιενέργεια, ο μεγαλύτερος κίνδυνος

Η πιο προφανής απειλή που συνιστούν τα πυρηνικά απόβλητα είναι η ραδιενέργεια. Κάτι που μπορεί να σας σκοτώσει απλώς και μόνο επειδή βρίσκεται δίπλα σας απέχει όσο το δυνατόν περισσότερο από τον ορισμό του «ασφαλούς». Ποια είναι λοιπόν η φύση της ραδιενέργειας και πόσο διαρκεί;

Τα απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας αποτελούν το 3% του όγκου των αναλωμένων καυσίμων, αλλά παράγουν το 95% της ραδιενέργειας. Δεν είναι μόνο εξαιρετικά ραδιενεργά, αλλά είναι και θερμικά καυτά, οπότε πρέπει να θωρακίζονται προσεκτικά και μπορούν να χειρίζονται μόνο από απομακρυσμένους χειριστές. Για να πάρετε μια ιδέα για το πόσο ραδιενεργά είναι αυτά τα απόβλητα όταν βγαίνουν από τον αντιδραστήρα, εκπέμπουν 10.000 rem/ώρα ακτινοβολίας για τα επόμενα 10 χρόνια. Μόλις 500 rem/ώρα είναι αρκετά για να σκοτώσουν έναν άνθρωπο.

Σε αντίθεση με πολλά μη πυρηνικά απόβλητα, όπως το αρσενικό ή ο αμίαντος, τα πυρηνικά απόβλητα μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου, καθώς τα άτομα υφίστανται ραδιενεργή διάσπαση και τα απόβλητα αλλάζουν από το ένα στοιχείο στο άλλο. Ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει αυτή η διάσπαση ονομάζεται χρόνος ημιζωής. Δηλαδή, ο χρόνος ημιζωής ενός ραδιενεργού στοιχείου είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να διασπαστεί το ήμισυ της δεδομένης ποσότητας. Για παράδειγμα, το ισότοπο ιώδιο-131 έχει χρόνο ημιζωής περίπου οκτώ ημέρες, ενώ το πλουτώνιο-239 έχει χρόνο ημιζωής 24.000 χρόνια.

Με μια πρώτη ματιά, φαίνεται ότι το ιώδιο είναι ασφαλέστερο από το πλουτώνιο, επειδή το ιώδιο εξαφανίζεται πολύ γρήγορα, ενώ το πλουτώνιο παραμένει για αιώνες. Στην πραγματικότητα, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο. Το ιώδιο-131 είναι εξαιρετικά επικίνδυνο επειδή ο σύντομος χρόνος ημιζωής του σημαίνει ότι εκπέμπει ραδιενέργεια, ενώ το πλουτώνιο είναι μόνο ήπια ραδιενεργό. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο το πλουτώνιο μπορεί να γίνει επικίνδυνο είναι αν καταποθεί και τα σωματίδια ενσωματωθούν σε μαλακό εσωτερικό ιστό, όπου μπορεί να προκαλέσει βλάβη στα κύτταρα.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα αναλωμένα καύσιμα αποθηκεύονται στο χώρο του αντιδραστήρα όταν οι ράβδοι αφαιρούνται από τον αντιδραστήρα. Τα καύσιμα διατηρούνται κάτω από το νερό σε δεξαμενές αποθήκευσης για αρκετά χρόνια, ενώ τα επικίνδυνα ισότοπα διασπώνται. Μέσα σε 40 χρόνια η ραδιενέργεια μειώνεται στο ένα χιλιοστό της τιμής που είχε κατά την εκφόρτωση του καυσίμου, και μέσα σε 1.000 έως 10.000 χρόνια το καύσιμο είναι τόσο ραδιενεργό όσο το αρχικό μετάλλευμα από το οποίο προήλθε.

Η μακροχρόνια ραδιενέργεια οφείλεται στο γεγονός ότι τα αναλωμένα καύσιμα μετατρέπονται σε τρανσουρανικά στοιχεία, με αποτέλεσμα να μετατρέπονται από απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας, τα οποία είναι εξαιρετικά ραδιενεργά, σε απόβλητα μέσης ραδιενέργειας, τα οποία είναι ήπια ραδιενεργά. Για το λόγο αυτό, η διάθεση αποβλήτων υψηλού προφίλ σημαίνει επίσης διάθεση ενδιάμεσου επιπέδου.

Μέθοδοι Απόρριψης Πυρηνικών Αποβλήτων

Πώς όμως απορρίπτονται αυτά τα υψηλού κινδύνου απόβλητα και ποιες είναι οι εναλλακτικές λύσεις; Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι απόρριψης, ορισμένες από τις οποίες είναι πολύ πιο εύκολες από την προτιμώμενη σήμερα.

Για παράδειγμα, τα απόβλητα θα μπορούσαν να σφραγιστούν σε χαλύβδινα δοχεία και να αφεθούν σε μια σταθερή περιοχή του παγοκαλύμματος της Ανταρκτικής, όπου θα λιώσουν και θα θαφτούν κάτω από μερικά χιλιόμετρα πάγου για τα επόμενα 100.000 χρόνια. Ή τα απόβλητα θα μπορούσαν επίσης να εναποτεθούν σε βαθιά φρεάτια όπου συναντώνται δύο τεκτονικές πλάκες και τα απόβλητα θα μπορούσαν να αφεθούν να γλιστρήσουν προς τα κάτω στο λιωμένο μανδύα της Γης.

Ίσως ο απλούστερος τρόπος θα ήταν να τοποθετηθούν τα δοχεία μέσα σε δεξαμενές με μυτερά άκρα γεμάτες μόλυβδο και να τα ρίξουν στον βαθύ ωκεανό, όπου θα χτυπούσαν στον πυθμένα με μεγάλη ταχύτητα και θα θάβονταν βαθιά στη λάσπη. Πρόκειται για μια μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε κατά λάθος για τους αντιδραστήρες των αμερικανικών πυρηνικών υποβρυχίων Scorpion και Thresher, τα οποία διαλύθηκαν υποβρυχίως τη δεκαετία του 1960 σε δύο ξεχωριστά ατυχήματα. Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ δεν μπήκε ποτέ στον κόπο να ανακτήσει τους αντιδραστήρες επειδή δεν ήταν δυνατόν να τους βρει, πόσο μάλλον να τους ξεθάψει.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους δεν χρησιμοποιούνται αυτές και άλλες μέθοδοι. Ορισμένες απορρίφθηκαν για τεχνικούς λόγους, άλλες λόγω διεθνών συνθηκών. Αλλά οι περισσότερες από αυτές είχαν ένα κοινό μειονέκτημα. Τα απόβλητα δεν μπορούσαν να ανακτηθούν μετά την απόρριψη.

Αν και δεν συζητείται πολύ, τα πυρηνικά απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας είναι απίστευτα πολύτιμα. Τα απόβλητα αυτά μπορούν όχι μόνο να επανεπεξεργαστούν για τη δημιουργία νέων καυσίμων, αλλά περιέχουν επίσης μια πληθώρα πυρηνικών ισοτόπων που έχουν μεγάλη ζήτηση από την ιατρική και τη βιομηχανία, οπότε η δυνατότητα ανάκτησης των αποβλήτων αυτών στο μέλλον είναι ιδιαίτερα επιθυμητή.

Διαδικασία Απόρριψης

Μετά την ψύξη των ράβδων καυσίμου στις δεξαμενές συγκράτησης, μεταφέρονται σε ξηρά δοχεία αποθήκευσης για περίπου 10 χρόνια. Οι ψυχόμενες ράβδοι τοποθετούνται σε κυλίνδρους από χάλυβα και σκυρόδεμα ύψους 5 μέτρων με πολλαπλά εσωτερικά στρώματα, ομόκεντρες σφραγίδες και απορροφητήρες κραδασμών. Γεμισμένοι με αδρανές αέριο, είναι κατασκευασμένοι για να αντέχουν σε ανεμοστρόβιλους, σεισμούς, τρομοκρατικές επιθέσεις ή μη εξουσιοδοτημένη είσοδο. Όχι μόνο προστατεύουν το εξωτερικό από την ακτινοβολία, αλλά απελευθερώνουν επίσης παθητικά την μειωμένη θερμότητα από τις ράβδους.

Το επόμενο βήμα είναι είτε η αποστολή των καυσίμων για επανεπεξεργασία ώστε να μετατραπούν σε περισσότερα καύσιμα είτε η μακροχρόνια αποθήκευση σε μια βαθιά υπόγεια εγκατάσταση. Για την αποθήκευση, τα αναλωμένα καύσιμα αφαιρούνται από τις ράβδους, τα απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας εξάγονται και στη συνέχεια μετατρέπονται σε αποξηραμένη σκόνη, η οποία αναμιγνύεται με λιωμένο γυαλί. Αυτό στη συνέχεια χύνεται σε δοχεία από ανοξείδωτο χάλυβα ύψους περίπου 1m και αφήνεται να κρυώσει. Το τελικό προϊόν είναι σχεδόν χημικά αδρανές και το ραδιενεργό υλικό διασκορπίζεται σε όλο το γυαλί, μειώνοντας την ποσότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας.

Μετά την επεξεργασία, τα δοχεία αποβλήτων μεταφέρονται στη συνέχεια στην εγκατάσταση αποθήκευσης, η οποία είναι χτισμένη σε μια γεωλογικά σταθερή περιοχή απομονωμένη από το περιβάλλον. Αν και τα απόβλητα μπορούν να ανακτηθούν, η υπόθεση είναι ότι, κάποια στιγμή στο μέλλον, η εγκατάσταση θα επαναγεμιστεί και θα σφραγιστεί.

Το πόσο αποτελεσματική μπορεί να είναι μια τέτοια αποθήκευση φαίνεται από έναν φυσικό πυρηνικό αντιδραστήρα στη Γκαμπόν, ο οποίος σχηματίστηκε πριν από δύο δισεκατομμύρια χρόνια όταν τα πυρηνικά μεταλλεύματα συγκεντρώθηκαν ασυνήθιστα. Παρά τις βροχές και τη διαρροή υπόγειων υδάτων, τα πυρηνικά υλικά από αυτόν τον αντιδραστήρα μετακινήθηκαν μόλις κατά 10 μέτρα μέσα στο πέτρωμα κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών.

Τέτοιες εγκαταστάσεις γεωλογικής αποθήκευσης έχουν εγκριθεί σε πολλές χώρες και οι ΗΠΑ λειτουργούν ήδη μια τέτοια εγκατάσταση για τη διαχείριση αποβλήτων από την παραγωγή πυρηνικών όπλων. Η Φινλανδία αναμένεται επίσης να ανοίξει μια αντίστοιχη εγκατάσταση αποθήκευσης στο κοντινό μέλλον.

Πολιτικό και όχι τεχνολογικό ή οικονομικό πρόβλημα

Από τεχνολογική άποψη, τα προβλήματα της απόρριψης των πυρηνικών αποβλήτων έχουν επιλυθεί σε μεγάλο βαθμό. Η επεξεργασία των αποβλήτων χαμηλού κινδύνου γίνεται συστηματικά και οι μέθοδοι απόρριψης αποβλήτων υψηλού κινδύνου έχουν ήδη εφαρμοστεί ή αναμένουν έγκριση. Εκτός από την αποθήκευση των αποβλήτων υψηλού κινδύνου, υπάρχουν και άλλοι τρόποι για να απαλλαγούμε από αυτά, συμπεριλαμβανομένων των νέων ταχέων αντιδραστήρων και της προηγμένης επανεπεξεργασίας.

Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι όλα είναι υπέροχα. Τα πυρηνικά απόβλητα είναι ένα πολύ επικίνδυνο θέμα και δεν πρέπει να παίζουμε με αυτά, οπότε ο χειρισμός τους για να διασφαλιστεί ότι κανένα από αυτά δεν θα εισέλθει στη βιόσφαιρα είναι μια πολύ σοβαρή υπόθεση.

Το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια για την πυρηνική βιομηχανία, αλλά το πρόβλημα δεν είναι τεχνολογικό, ούτε οικονομικό. Η πυρηνική βιομηχανία αντιμετωπίζει μια ασυνήθιστη κατάσταση, καθώς πρέπει να συνυπολογίσει την απόρριψη των αποβλήτων στο κόστος της διάρκειας λειτουργίας ενός εργοστασίου, αλλά η εμπειρία έχει δείξει ότι η αντιμετώπιση των αποβλήτων αποτελεί μόνο το 10% του συνολικού κόστους της παραγωγής πυρηνικής ηλεκτρικής ενέργειας.

Το πρόβλημα είναι κυρίως πολιτικό. Δεν ωφελεί να έχεις ένα επιτυχημένο σχέδιο αποθήκευσης αποβλήτων αν κανείς δεν θέλει να τα φιλοξενεί στην αυλή του. Οι λόγοι γι’ αυτό είναι πολλοί. Για ορισμένους ανθρώπους, είναι από γνήσιες και συγκεκριμένες περιβαλλοντικές ανησυχίες που προκλήθηκαν από γεγονότα όπως το Τσέρνομπιλ. Άλλοι βλέπουν την πυρηνική ενέργεια ως εμπόδιο σε μια οικονομία που βασίζεται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στη σκόπιμα περιορισμένη κατανάλωση ενέργειας, ενώ πολλοί αντιδρούν σε οτιδήποτε πυρηνικό με μνήμες από τον Ψυχρό Πόλεμο και φόβους για τα πυρηνικά όπλα.

[via]