Skladištenje ING-a i VRAO-a

Skladištenje visoko radioaktivnog otpada (VRAO), odnosno istrošenoga nuklearnog goriva (ING), potrebno je iz nekoliko razloga:

  • radioaktivnost svježega ING-a neposredno nakon vađenja iz reaktora, kao i VRAO-a koji preostaje nakon prerade ING-a, mnogostruko se umanji već tijekom nekoliko prvih godina skladištenja, što značajno olakšava daljnje postupanje s njima;
  • za sigurno odlaganje treba pričekati da se količina topline koju (zbog radioaktivnosti) razvija ING/VRAO dovoljno umanji;
  • danas još nije u pogonu nijedno licencirano odlagalište VRAO-a u koje bi se takav otpad mogao nepovratno odložiti.

Usto, skladištenje ING-a može imati i dodatnu funkciju: odgađanje odluke o tome hoće li se ING prerađivati ili u cijelosti odlagati kao VRAO. Neke zemlje su tu odluku već donijele, a neke su izabrale „strategiju odgađanja odluke“ koju im omogućuje skladištenje ING-a.

Visokoradioaktivni otpad se skladišti na dva načina:
  • mokro skladištenje,
  • suho skladištenje.
Mokro skladištenje

Istrošeno gorivo se neposredno nakon vađenja iz reaktora pohranjuje u bazenu s bornom vodom zbog procesa hlađenja i smanjenja radioaktivnosti. Minimalni vremenski period u kojem se ING pohranjuje u bazenu je od devet do dvanaest mjeseci. U većini slučajeva se ING pohranjuje u bazenu u krugu nuklearne elektrane nekoliko godina, ponekad i nekoliko desetaka godina, ovisno o kapacitetu bazena. Gorivo se u bazenu nalazi unutar metalne konstrukcije koja gorivne elemente drži u vertikalnom položaju i podupire. Položaj i međusobni razmak između gorivnih elemenata ING-a su bitni kako bi se omogućilo hlađenje goriva.

Bazen s istrošenim gorivom, u prvom planu vidi se jedan gorivni element iznad konstrukcije u koju su smješteni ostali, izvor: Nuklearna elektrana Krško

                                                                              Bazen s istrošenim gorivom, izvor: ENRESA

Kako bi se postigla prihvatljiva brzina doze iznad bazena, a time i zaštitilo osoblje koje manipulira gorivom potrebno je barem 6 metara vode iznad gornjeg ruba uskladištenog istrošenog goriva. Kada se uzmu u obzir svi zahtjevi, dubina bazena iznosi 12-14 metara. Gorivo se u bazenu hladi prirodnom cirkulacijom (topla se voda diže uzduž gorivnog elementa, miješa se s hladnijom vodom u sloju iznad goriva i spušta se prema dnu bazena u području izvan gorivnog elementa). Za efikasnije hlađenje, bazen je opskrbljen posebnim sustavom za hlađenje bazena za istrošeno gorivo. Toplina iz bazena odvodi se preko jednog ili više izmjenjivača topline na način da se toplija voda uzima pri vrhu bazena i hladna voda vraća na dno bazena.

Mokro skladištenje je način privremenog skladištenja u bazenima za istrošeno gorivo u krugu nuklearne elektrane ili u posebno izgrađenim postrojenjima. U posebno izgrađenim postrojenjima se na jednom mjestu pohranjuje ING iz većeg broja nuklearnih elektrana (centralno pohranjivanje). Najpoznatija centralna pohranjivanja u Europi nalaze se u Švedskoj i Finskoj. Za ovakva postrojenja zahtjev za sustavnim i stalnim kontroliranjem postrojenja je jednak kao i kod nuklearnih elektrana.

Ova tehnologija je dokazana kroz 50 godina uporabe i nastaviti će se koristiti i u budućnosti.

Suho skladištenje

Nakon dovoljno dugog vremena provedenog u bazenu, istrošeno gorivo je moguće premjestiti u suho skladište.

Suho skladištenje ING-a se u pravilu primjenjuje kada kapacitet bazena za ING nije dovoljan kako bi zaprimio cjelokupno ING koje se proizvede tijekom životnog vijeka nuklearne elektrane, odnosno za skladištenje ING nakon razgradnje elektrane. Ovakav način pohranjivanja počeo se primjenjivati prije tridesetak godina. Prednost ove tehnologije je u tome što je investicijske troškove moguće rasporediti tijekom vremena, a dugoročno jednostavniji sustavi hlađenja smanjuju operativne troškove i troškove održavanja. Dodatno, ovakav način skladištenja u potpunosti zadovoljava sve zahtjeve za sigurnost.

Do danas je razvijen znatan broj različitih sustava za suho skladištenje ING-a. Uobičajeni tipovi tih sustava su:

  • samostojeći masivni spremnici (engleski: cask) koji se drže na ograđenom otvorenom prostoru na armirano betonskoj ploči ili unutar jednostavne zgrade;
  • robustne armirano-betonske građevine s posebno dizajniranim nišama u koje se ING umeće pakiran u puno lakše tankostijene spremnike (kanistere, engleski canister).

Izvedbe spremnika i kanistera razvijale su se tako da se omogući njihova višenamjenska i modularna primjena. Budući da postupci zbrinjavanja ING-a obuhvaćaju tri ključne aktivnosti – transport, skladištenje i odlaganje – idealno bi bilo da se za sve te postupke može koristiti isti spremnik. No, takav višenamjenski spremnik do sada nije konstruiran.

Danas se proizvode dvonamjenski spremnici koji služe i za transport i za skladištenje ING-a, ali se i dalje koriste i spremnici koji služe za samo jednu od tih namjena. Usto, noviji sustavi za transport i skladištenje ING-a kod pojedinih proizvođača izbjegavaju pojedinačno umetanje istrošenih gorivnih elemenata u masivne spremnike (cask), već se gorivni elementi najprije pakiraju u lagane tankostijene spremnike koji se mogu umetati u masivne spremnike. To omogućuje jednostavnije prenošenje ING-a iz jednog tipa masivnog spremnika u drugi (pa zato proizvođači koriste naziv „višenamjenski“ sustavi).

                                    

Dvonamjenski spremnik s košarom za 24 gorivna elementa CASTOR V/19, visina spremnika 5,94 m, vanjski promjer 2,44 m, masa praznog spremnika 108 tona, izvor: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH.

Dvonamjenski CONSTOR spremnik, mjere po narudžbi, izvor: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH

Tipični dvonamjenski  spremnik (za transport i skladištenje) izrađen je uglavnom od metala. Za sustav zatvaranja koriste se poklopci učvršćeni vijcima ili zavareni. U unutrašnjem dijelu spremnika (košara ili kanister), gorivni elementi razdvojeni su pregradama od materijala koji apsorbira spore neutrone (obično borirani aluminij) da bi se spriječila lančana fisijska reakcija (kaže se: da bi se osigurala potkritičnost). U vanjskom dijelu spremnika, ispod željeznog ili čeličnog plašta, nalazi se materijal koji sprječava neutronsko zračenje iz spremnika: usporivač neutrona (moderator), npr. polietilen, ili teški beton. Pristup do spremnika je u svakom trenutku moguć zbog relativno malog zračenja i niske temperature na vanjskoj površini spremnika.

Spremnici obično mogu zaprimiti do nekoliko desetaka istrošenih gorivnih elemenata. Iz njih se (nakon ulaganja gorivnih elemenata u mokrom skladištu) uklanjaju voda i zrak, a pune se inertnim plinom. Robustan dizajn omogućuje spremnicima otpornost na teške nesreće.

Spremnici se mogu pohraniti u vertikalnom položaju bez potrebe za izgradnjom dodatne zgrade za pohranjivanje. No, u nekim se državama spremnici skladište u posebno izgrađenim zgradama za dodatnu zaštitu od prirodnih katastrofa, nesreća ili napada. U svijetu su dostupni različiti dizajni spremnika i sustava za suho skladištenje, ali zajedničko svojstvo im je da osiguravaju integritet goriva, održavajući gorivo u potkritičnom stanju te predstavljaju barijeru ispusta radioaktivnosti.

          Suha skladišta istrošenoga nuklearnog goriva, izvor: ENRESA