Polski Atom

Odpady promieniotwórcze

Odpady promieniotwórcze to wszelkiego rodzaju materiały stałe, ciekłe lub gazowe, zawierające substancje promieniotwórcze lub skażone tymi substancjami, których dalsze wykorzystanie jest niecelowe lub niemożliwe. W związku z tym, że pierwiastki w nich zawarte emitują promieniowanie przewyższające poziom promieniowania tła, konieczne jest odpowiednie izolowanie ich od środowiska.

W Polsce odpady tej kategorii powstają w wyniku działalności związanej z wykorzysta­niem substancji promieniotwórczych w przemyśle, medycynie, badaniach naukowych, branży spożywczej i kosmetycznej. Na świecie głównym źródłem tego typu odpadów są zastosowania energetyczne i militarne energii jądrowej.

Odpady promieniotwórcze mogą mieć bardzo różnorodną postać w zależności od źródła ich pochodzenia. Na świecie dużą część stanowią odpady związane z wydobyciem uranu i jego wzbogacaniem (przede wszystkim pyły i ciecze). Odpadami są także różnego rodzaju filtry wody, powietrza, narzędzia, zużyte urządzenia służące do obróbki materiałów jądrowych lub ich fragmenty, płyny wykorzystywane do płukania, czyszczenia, prania, pojemniki, odzież ochronna czy folie zabezpieczające. Z zastosowań medycznych pochodzą źródła promieniowania, materiały opatrunkowe czy strzykawki. Do odpadów promieniotwórczych zalicza się również zużyte wyposażenie laboratoriów, pracowni naukowych i niektóre substancje biologiczne używane w przemyśle farmaceutycznym. W procesie przerobu paliwa odpadami mogą być również niewykorzystane pierwiastki promieniotwórcze lub elementy konstrukcyjne zestawów paliwowych.

Wypalone paliwo jądrowe w zależności od przyjętych przez poszczególne kraje założeń, może być przetwarzane do ponownego wykorzystania, traktowane jako odpad, albo skła­dowane jako paliwo przyszłości. Pamiętajmy, że w zużytym paliwie jądrowym znajdu­je się w dalszym ciągu duża ilość izotopów, które nadają się do dalszego wykorzystania w elektrowniach jądrowych. Około 96% masy zużytego paliwa jądrowego nadaje się do recyklingu.

Powyższe przykłady pokazują, że odpady promieniotwórcze są bardzo zróżnicowane. W zależności od źródła ich pochodzenia, stanu skupienia oraz poziomu emitowa­nego promieniowania, przyporządkowywane są do różnych kategorii. Pozwala to na odpowiednie dopasowanie najskuteczniejszych metod postępowania, w zależności od typu odpadu. Warto podkreślić, że wiele krajów świata, w tym Polska, ma duże doświadczenie w bezpiecznym postępowaniu z odpadami promieniotwórczymi.

Jak klasyfikuje się odpady promieniotwórcze?

Bezpieczne postępowanie z odpadami promieniotwórczymi jest zależne od jego właści­wości. Klasyfikacje odpadów promieniotwórczych można przeprowadzać uwzględniając różne cechy. Najogólniejszy podział opiera się na porządkowaniu odpadów według ich stanu skupienia, na stałe, ciekłe, i gazowe. Inny wiąże się z długością okresu półrozpa­du pierwiastka promieniotwórczego znajdującego się w odpadach:

• przejściowe – okres połowicznego rozpadu < 3 lata
• krótkożyciowe – okres połowicznego rozpadu > 3 lata i < 30 lat
• długożyciowe – okres połowicznego rozpadu > 30 lat

Jednak najważniejszym podziałem jest klasyfikacja odpadów w oparciu o kryterium aktywności promieniotwórczej. Jest ono podstawą prowadzenia bezpiecznej gospodarki odpadami promieniotwórczymi.

Miarą aktywności jest jednostka bekerel (1Bq), której nazwa pochodzi od na­zwiska Henriego Becquerela laureata Nagrody Nobla (wraz z Marią Skłodowską- Curie i Piotrem Curie w 1903 r.). Jeden bekerel odpowiada aktywności substancji, w której zachodzi jedna przemiana jądrowa na sekundę, tzw. rozpad promieniotwórczy, polegają­cy na spontanicznej przemianie jądra atomowego jednego izotopu w inne. Aktywność wy­rażana jest najczęściej w Bq/kg jeżeli pomiar dotyczy ciał stałych lub Bq/l, jeżeli pomiar dotyczy płynów czy gazów. Należy podkreślić, że 1 Bq to niezwykle mała aktywność. Przykładowo, przeciętna całkowita aktywność promieniotwórcza ciała człowieka wynosi około 100 Bq/kg, co przy wadze 80 kg odpowiada 8000 Bq. Litr mleka to 40 Bq, natomiast kilogram bananów to 125 Bq.

Ze względu na aktywność pierwiastków promieniotwórczych zawartych w odpadach wyróżniane są trzy kategorie odpadów:

• wysokoaktywne – mają najwyższe stężenie izotopów promieniotwórczych. Natężenie emitowanego promieniowania jest tak wysokie, że odpady stają się fizycznie gorące i pozostają takie przez wiele dziesięcioleci, dopóki ich aktywność promieniotwórcza nie zmaleje. Takie odpady wymagają chłodzenia, a także stosowania odpowiednich osłon i urządzeń do zdalnego manipulowania. Odpady wysokoaktywne pochodzą z elektrowni jądrowych oraz zakładów przetwarzania zużytego paliwa, jądrowego,
   
• średnioaktywne – zawierają wyższe stężenia substancji promieniotwórczych niż odpady niskoaktywne. W tym wypadku wymagane są już osłony, na ogół betonowe, oraz urządzenia do zdalnego nimi manipulowania, aby chronić ludzi przed emitowanym przez nie promieniowaniem. Ten typ odpadów wytwarzany jest w elektrowniach jądrowych i zakładach przetwarzania zużytego paliwa jądrowego, a także może pochodzić z medycznych, przemysłowych i badawczych zastosowań izotopów promieniotwórczych, takich jak sterylizacja sprzętu medycznego i leczenie nowotworów. Przykłady takich odpadów: złom metalowy, szlam, żywice,
   
• niskoaktywne – zawierają nieduże stężenia substancji radioaktywnych. Ponieważ natężenie emitowanego przez nie promieniowania jonizującego jest niewielkie, nie wymagają specjalnych osłon i mogą być przetwarzane przy użyciu prostych środków ochrony, takich jak gumowe rękawice. Ten typ odpadów może pochodzić z elektrowni jądrowych i innych instalacji jądrowych oraz z ośrodków badawczych, szpitali i przemysłu, które wykorzystują promieniowanie i materiały radioaktywne. Przykłady takich odpadów: ręczniki papierowe, zużyte strzykawki, gumowe rękawice, kalosze czy filtry czyszczące powietrze.

Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 14 grudnia 2015 r. w sprawie odpadów promieniotwórczych i wypalonego paliwa jądrowego (Dz. U. z 2015 poz. 2267).

Postępowanie z nisko- i średnioaktywnymi odpadami promieniotwórczymi

Każdy z typów odpadów promieniotwórczych wymaga innego postępowania w proce­sie ich transportu, unieszkodliwiania, przechowywania i składowania. Zależy ono przede wszystkim od poziomu aktywności promieniotwórczej materiału. W Polsce składowane są odpady nisko- i średnioaktywne, w związku z tym poniższe informacje dotyczą postępowania z tego typu materiałami.

Budowa geologicznego składowiska dla wypalonego paliwa jądrowego będzie konieczna po kilkudziesięciu latach od powstania pierwszej polskiej elektrowni jądrowej. W planowa­nym obecnie składowisku nie ma możliwości składowania tego typu odpadów.

Odpadów powinno powstawać jak najmniej

Ze względów ekonomicznych, technicznych oraz bezpieczeństwa radiologicznego dąży się do ograniczenia ilości wytwarzanych odpadów promieniotwórczych. Ulepszanie technik wykorzystania tego typu substancji, pozwala efektywnie zmniejszać ilość odpadów już na etapie ich powstawania. Producent jest także odpowiedzialny za dokonanie wstępnego sortowania i przygotowanie stosownej dokumentacji. Dzięki temu, możliwe jest ewiden­cjonowanie nawet najmniejszych ilości materiału promieniotwórczego.

Poprawianie efektywności wykorzystania materiałów promieniotwórczych nie doprowadzi jednak do zupełnego zmniejszenia ilości odpadów. Dlatego należy dbać o to, aby trafia­ły na odpowiednio przygotowane, bezpieczne składowisko odpadów promieniotwórczych.

Przygotowanie do przechowywania i składowania

Większość procesów związanych z przygotowaniem do składowania odpadów promieniotwórczych odbywa się w wyspecjalizowanych zakładach, w Polsce jest to Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Promieniotwórczych, który ma siedzibę w Świerku koło Otwocka pod Warszawą.

Odpady promieniotwórcze przed składowaniem są odpowiednio przygotowywane. Przede wszystkim powinny zostać oddzielone od reszty zanieczyszczeń w celu zmniejszenia ich objętości. Pozwoli to odzyskać część nieskażonych substancji, na przykład wody.

Odpady promieniotwórcze umieszczane są w pojemnikach, które uniemożliwiają im prze­dostanie się do środowiska.

Po odpowiednim przygotowaniu i zabezpieczeniu odpadów promieniotwórczych, przewo­żone są od do składowiska odpadów promieniotwórczych.

Odpady stałe

W przypadku odpadów stałych, dąży się przede wszystkim do zmniejszenia ich objęto­ści poprzez rozdrabnianie lub zgniatanie. Rodzaj stosowa­nych technik zależy od typu odpadów.

Następnie odpady mogą zostać zatopione w różnych trudno rozpuszczalnych substancjach i zestalone. Pozwala to na odizo­lowanie materiału promienio­twórczego od środowiska i za­bezpieczenie przed ewentual­nym działaniem wody (wypłuki­wanie) czy wiatru (rozprzestrze­nianie pyłu), gdyby doszło do uszkodzenia pojemnika. Sub­stancją zestalającą mogą być asfalty, żywice lub beton dla odpadów nisko- i średnioaktywnych czy szkło w przypadku odpadów wysokoaktywnych. Zestalone odpady umieszczane są w specjalnie przygotowanych do tego celu stalowych, zabezpieczonych przed korozją lub betonowych pojemnikach.

Odpady ciekłe

Oczyszczenie i przygotowanie odpadów ciekłych do bezpiecznego składowania jest wie­lostopniowe. Ich unieszkodliwienie polega przede wszystkim na oddzieleniu pierwiastków promieniotwórczych od pozostałych substancji, a następnie doprowadzeniu ich do posta­ci ciała stałego. Dalsze postępowanie jest zgodne z metodą gospodarowania odpadami stałymi.

Z reguły ciecze, które klasyfikujemy, jako skażone, zawierają drobiny takich substancji jak piasek, metale, farby, czy proszki czyszczące. Każdy z tych odpadów różni się od innych wielkością oraz metodą wyodrębnienia. Powoduje to konieczność stosowania zróżnicowa­nych technik „wydobycia” go z cieczy. Celem tych wszystkich operacji jest uzyskanie jak najbardziej jednorodnego i łatwego do składowania produktu końcowego o jak najmniej­szej objętości.

Jako metody oczyszczania odpadów ciekłych wykorzystuje się procesy:

• filtracji cieczy i odzyskania osadu w którym znajdują się promieniotwórcze izotopy,
• wytrącania konkretnych związków chemicznych z roztworów,
• sorpcji, czyli wychwytu związków lub pierwiastków,
• wymiany jonowej z „podmienieniem” substancji promieniotwórczych na inne, nieszkodliwe,
• parowania w celu odparowania wody i otrzymania możliwie jak najmniejszej objętości płynu lub proszku,
• separacji membranowej, czyli odzyskiwania elementów stałych z płynów za pomocą systemu błon o różnej przepuszczalności,
• ekstrakcji, polegającej na wyodrębnieniu poszczególnych pierwiastków z ich mieszanin,
• procesy elektrochemiczne polegające na wykorzystaniu elektrolizy, czyli sepa­racji różnych cząstek w zależności od ich ładunku (dodatni lub ujemny).

Najczęściej stosuje się kilka metod. Po wstępnej selekcji ciecze są kierowane do wyspe­cjalizowanych ciągów (kaskad) instalacji oczyszczających.

Cały proces oczyszczania oraz jego efekt końcowy podlega ścisłej kontroli. Celem oczyszczania odpadów ciekłych, oprócz przygotowania ich do składowania, jest osiągnięcie takiej czystości odzyskiwanej wody, by mogła być ona bezpiecznie zwrócona do środowiska. Efektywność oczyszczania ścieków z substancji promieniotwórczych wynosi 99,9%. Tylko odpady stałe i zestalone mogą trafić na składowisko odpadów promieniotwórczych.

Odpady gazowe

Promieniotwórcze odpady gazowe są przetwarzane w miejscu ich powstania do postaci ciekłej lub stałej. Następnie, w zakładach unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych postępuje się z nimi zgodnie ze stosowną metodą. W niektórych przypadkach, kiedy poziom promieniowania gazów jest niski, mogą one zostać bezpiecznie odprowadzone do środowiska. Warto zaznaczyć, że jest to dopuszczalne wyłącznie w sytuacji, w której uwolnione promieniowanie nie wpływa na podniesienie poziomu promieniowania tła naturalnego.

Transport

Transport odpadów nisko- i średnioaktywnych jest procedurą dobrze opanowaną i rutynową. Odpady zostają umieszczone w specjalnie do tego przeznaczonych, szczelnych pojemnikach, które uniemożliwiają im wydostanie się do środowiska. Te opakowania są jednocześnie skuteczną barierą w razie ewentualnych wypadków. Transport wykonują kierowcy posiadający specjalne uprawnienia do przewozu materiałów niebezpiecznych. Warto dodać, że transport odpadów promieniotwórczych nie jest w żaden sposób uciążliwy. Ilości odpadów są niewielkie, więc ich przewóz nie powoduje nasilenia ruchu drogowego. Nie można zapominać też o tym, że odpady w opakowaniach nie stanowią zagrożenia dla człowieka i przyrody. Każdy transport odpadów promieniotwórczych do składowiska jest nadzorowany i zgłaszany do Departamentu Bezpieczeństwa Jądrowego Państwowej Agencji Atomistyki oraz innych służb odpowiedzialnych za bezpieczeństwo publiczne.