سوخت هسته ای و فرایند آن
پسماندهای هسته‌ای
]علی رغم سابقه به وضوح ایمن در طول نیم قرن گذشته، امروزه یكی از بحث برانگیزترین جنبه های چرخه سوخت هسته ای مسئله مدیریت و دفع پسماندهای پرتوز است[.
P1 مشكل ترین مسئله، پسماندهای سطح بالا هستند، و دو سیاست مختلف برای مدیریت آنها وجود دارد:
· بازفرآوری سوخت مصرف شده برای جدا كردن آنها (كه با شیشه ای كردن و دفع كردن آنها ادامه می یابد) یا
· دفع مستقیم سوخت مصرف شده دارای پرتوزایی سطح بالا به صورت پسماند.
]پسماندهای هسته ای اصلی در سوخت راكتور سفالی محفوظ باقی می مانند[.
P2 همانطور كه در فصل‌های 3و4 به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راكتور محصولات شكافتی تولید می كند به مانند ایزوتوپ های مختلف باریم، استرونسیم، نریم، ید، كریپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بیشترین ایزوتوپ‌های شكل گرفته به صورت محصولات شكافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان كوتاه است.
P3 علاوه بر این اتم های كوچكتر به وجود آمده از شكافت سوخت، ایزوتوپ‌های ترااورانومی مختلفی هم با جذب نوترون تشكیل می شوند. از جمله اینها پلوتونیوم- 239، پلوتونیوم- 240 و پلوتونیوم- 241[1]، به علاوه محصولات دیگری هستند كه از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راكتور و سپس تلاشی بتا به عمل می آیند. همه اینها پرتوزا هستند و به غیر از پلوتونیوم شكافت پذیر كه “می‌سوزد”، در سوخت مصرف شده ای كه از راكتور برداشته می شود باقی می مانند. ایزوتوپ های ترا اورانیوم و دیگر اكتنیدها[2] بیشترین قسمت از پسماندهای سطح بالای با طول عمر زیاد را شكل می دهند.
P4 در حالی كه چرخه سوخت هسته ای صلح آمیز، پسماندهای مختلفی تولید می‌كند، این پسماندها “آلودگی” به شمار نمی آیند، زیرا در عمل همه آنها نگهداری و مدیریت می شوند، در غیر این صورت است كه خطرناك خواهند بود. در حقیقت توان هسته ای تنها صنعت تولید انرژی است كه مسئولیت كامل همه پسماندهایش را برعهده گرفته و هزینه آن را به طور كامل بر قیمت تولیداتش اضافه می كند. وانگهی هم اكنون مهارت های به دست آمده در مدیریت پسماندهای غیر نظامی در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهای نظامی است كه یك مشكل محیط زیستی جدی در چند نقطه جهان ایجاد كرده است.
]پسماندهای پرتوزا مواد گوناگونی را شامل می شوند كه از جهت محافظت مردم و محیط زیست اقدامات متفاوتی را طلب می كنند. 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 كه آنها ممكن است خطرناك باقی بمانند. این زمان به نوع ایزوتوپ های پرتوزای موجود در آنها و به خصوص مشخصه نیمه عمر هر یك از این ایزوتوپ ها بستگی دارد. نیمه عمر مدت زمانی است كه طی می شود تا یك 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 كه از كسری از ثانیه تا دقیقه‌ها، ساعات یا روزها، حتی تا میلیون ها سال گسترده شده اند. پرتوزایی با گذشت زمان، همانطور كه این ایزوتوپ ها به ایزوتوپ های پایدار غیر پرتوزا تلاش می كنند كم می شود.
P8 آهنگ تلاشی یك ایزوتوپ با عكس نیمه عمرش متناسب است. یك نیمه عمر كوتاه به معنای تلاشی سریع است. بنابراین، برای هر نوع پرتوزایی، شدت پرتوزایی بالاتر در یك مقدار ماده داده شده مستلزم كوتاه‌تر بودن نیمه عمر است.
P9 سه اصل كلی برای مدیریت پسماندهای پرتوزا بكار گرفته می شود:
· تغلیظ و نگهداری concentrate-and-cantain
· تضعیف و پراكنش dilute- and disparoe
· تأخیر و تلاش delay-and-decay
P10 دو تای اول در مورد مدیریت پسماندهای غیر پرتوزا هم به كار می روند. پسماندها یا تغلیظ شده و سپس متروی می شوند، یا (برای مقادیر خیلی كم) 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 كه پسماند ذخیره و اجازه داده می شود كه پرتوزایی آن از طریق تلاشی طبیعی ایزوتوپ‌های موجود در آن كم شود.
]در چرخه سوخت هسته ای غیرنظامی توجگه اصلی بر پسماندهای سطح بالاست كه حاوی محصولات شكافت و عناصر ترا اورانیومی تشكیل شده در قلب راكتور هستند[.
P11 پسماند سطح بالا: ممكن 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 مترمكعب پسماند شیشه ای شده در سال برای یك نمونه راكتور هسته ای بزرگ (1000 MWC، نوع آب سبك). این حجم می تواند به صورت موثر و اقتصادی ایزوله شود. سطح پرتوزایی آن به سرعت كم می شود. به عنوان نمونه، یك مجموعه سوخت راكتور آب سبك تازه تخلیه شده آن قدر پرتوزایی دارد كه چند صد كیلو وات گرما می پراكند، اما پس از یك سال این مقدار به 5kw و پس از پنج سال به یك كیلووات می رسد. ظرف مدت 40 سال پرتوزایی آن به حدود یك هزارم مقدار آن هنگام تخلیه می رسد