Czy powinniśmy obawiać się odpadów radioaktywnych?

Recykling paliwa – zamknięty cykl paliwowy (paliwo jądrowe jako surowiec wtórny)

Po wydobyciu rudy uranowej z ziemi, oczyszczeniu jej i wzbogaceniu¹⁴⁵ uranu następuje produkcja paliwa, wypalenie paliwa w reaktorze i wstępne studzenie wypalonego paliwa. Ilości tego paliwa są bardzo małe – jak widać na rys. 3.2 paliwo wystarczające by dostarczyć człowiekowi całą potrzebną mu w ciągu życia energię można zmieścić w dłoni. Dlatego przemysł jądrowy może zapewnić bezpieczne składowanie i usuwanie odpadów radioaktywnych powstających w elektrowniach jądrowych przy rozszczepieniu uranu zawartego w paliwie. Po kilkunastu latach, gdy aktywność paliwa zmaleje, a generacja ciepła stanie się tak mała, że można je odprowadzić bez chłodzenia wodą, następuje moment decyzji: albo paliwo w całości usuwamy do ostatecznego składowania pod ziemią, albo też postanawiamy odzyskać zawarty w nim jeszcze uran (około 1% U-235 i niemal cały U-238) i nagromadzony w toku pracy w reaktorze pluton¹⁴⁶, a do składowiska odesłać tylko odpady o wysokiej aktywności, ulegające znacznie szybszemu rozpadowi niż pluton.

Jest to tzw. zamknięty cykl paliwowy, z przerobem lub recyklizacją paliwa. Cykl zamknięty można uważać za postępowanie najbardziej zgodne ze strategią ludzkości przyjętą w końcu XX wieku, polegającą na rozdzielaniu różnych materiałów odpadowych i odzyskiwaniu materiałów użytecznych (tzw. surowców wtórnych), a usuwaniu tylko tych, które do niczego się nie nadają. W przypadku wypalonego paliwa jądrowego, w którym nadal pozostaje około 95% energii potencjalnie możliwej do wykorzystania, usuwanie go do składowania ostatecznego byłoby rażącym marnotrawstwem. Co więcej, stężenie plutonu w wypalonym paliwie jest na tyle duże, że można z niego wytwarzać nowe paliwo bez wzbogacania uranu. Wariant ten pokazany jest na rys. 3.3. W praktyce takie nowe paliwo wykonuje się z mieszaniny tlenków uranu wzbogaconego¹⁴⁷ lub zubożonego i plutonu. Takie paliwo zwane MOX (mixed oxide – mieszanina tlenków) pracuje w wielu elektrowniach jądrowych w Europie, Rosji i Japonii. Ilości odpadów wysokoaktywnych w takim procesie są małe, np. w elektrowniach francuskich przypada około 3 m³ odpadów wysokoaktywnych na roczną pracę reaktora o mocy 1000 MW, a więc około 3 m3 na gigawato-rok wyprodukowanej energii elektrycznej (m³/GWe-rok)¹⁴⁸.

Rys. 3.3. Schemat postępowania z wypalonym paliwem: Z wodnego lub suchego przechowalnika przewożone jest ono albo 1) do ostatecznego składowania pod ziemią, albo 2) do zakładu przerobu paliwa wypalonego, z którego wraca do elektrowni jądrowej do ponownego wypalenia. W tym drugim przypadku pod ziemię usuwane są tylko odpady wysokoaktywne, bez plutonu i uranu.