Sadraj:

1.0Uvod22.0Nuklearne reakcije32.1 Nuklearna fisija32.2 Nuklearna fuzija42.21 Prednosti i nedostaci fuzije43.0Nalazita uranijuma54.0Proizvodnja nuklearnog goriva65.0Nuklearni reaktori95.1 Struktura reaktora95.2 Klasifikacija reaktora95.21 Reaktori II generacije115.22 Reaktori IV generacije136.0Nuklearne elektrane146.1 Funkcionisanje nuklearne elektrane146.2 Poreenje nuklearne i klasine elektrane177.0Uticaj na ivotnu sredinu188.0Tretman218.1 Postupanje sa istroenim nuklearnim gorivom228.2 Prednosti geolokog odlaganja istroenog nuklearnog goriva:269.0Akcidenti2710.0Situacija u Srbiji i svetu2910.1 Svet2911.0Zanimljivosti3112.0Zakljuak3313.0Literatura34

Uvod

Nuklearno gorivo je materijal koji se nuklearnom fisijom ili fuzijom moe prevesti u nuklearnu energiju i moe se odnositi na samo gorivo ili na fizike objekte.Veina nuklearnih goriva sadri teke fisijske elemente koji su sposobni za nuklearnu fisiju. Kada se ova goriva sudare sa neutronima, oni su u stanju da emituju neutrone kada se raspadnu. Ovo omoguava lananu reakciju koja oslobaa energiju.Najea nuklearna goriva su uranijum 235 i plutonijum 239. Akcije iskopavanja rude, preiavanja, korienja i odlaganja, zajedno ine ciklus nukleranog goriva. Ne stvaraju svi tipovi nuklearnih goriva energiju nuklearnom fisijom. Nuklerano gorivo ima najveu energetsku gustinu od svih praktinih izvora goriva.[footnoteRef:1] [1: www.epa.org]

Mali istorijski osvrt: 1789. Martin Heinrich Klaproth otkriva uranijum. Novi element dobija ime po planeti koja je otkrivena samo osam godina pre. 1896. Antoine Henri Bequerel otkriva radioaktivna svojstva uranijuma. 1919. Ernest Rutheford utemeljuje znanje o radioaktivnosti i cepanju atoma. 1939. Otto Hahm izvodi prvo dokazano cepanje jezgra tekih elemenata. 1942. Izvedena prva lanana reakcija. 1954. U Obninsku je poela sa radom prva nuklearna elektrana. 1972. U Oklu otkrivaju prirodni nuklearni reaktor u kojem se odvija spontana lanana reakcija.

Nuklearne reakcije

2.1 Nuklearna fisija

Nuklearna fisija ili fisija atomskog jezgra predstavlja cepanje tekog atomskog jezgra pod uticajem neutrona na dva, a vrlo retko na tri laka fragmenta. Kada neutron pogodi teko atomsko jezgro (najee uranijum, torijum ili plutonijum) stvara sloeno jezgro. Ono je u pobuenom stanju, jer je neutron ulaskom u jezgro, oslobodio svoju energiju veze. Dolazi do cepanja jezgra na dva nejednako velika fisijska produkta. Pri svakoj fisiji oslobaa se toplotna energija i emituje se zraenje. Pri cepanju jezgra deo mase se pretvara u energiju. Produkt cepanja je i radioaktivno zraenje. Najvei udeo cepanja ini cepanje uranijuma 235. Pri cepanju jednog atoma uranijuma 235 oslobaa se 200 MeV energije.Temeljan princip lanane reakcije je prilino jednostavan. Atom uranijuma apsorbuje neutron, koji uzorkuje njegovo cepanje. Oslobaa se energija i dva ili tri neutrona koja mogu izazavati ponovno cepanje. Taj proces se naziva lanana reakcija. Ona se kontrolie u nuklearnom reaktoru, te se naziva kontrolisanom lananom reakcijom.Jedini fisijski materijal koji je raspoloiv u prirodi je uranijum.

Slika 2.1. Proces fisije

2.2 Nuklearna fuzija

U procesima fuzije se dobijaju velike koliine energije. Prema dostupnim naunim informacijama jo se nisu stekli uslovi za komercijalnu primenu procesa fuzije. Preostaje da se stvori jako magnetsko polje sa namotajima od supervodonika, da se stvori litijumov plat oko reaktora za regeneraciju toplote i prevodenje neutrona do tricijuma, kao i postizanje eljenog veka trajanja opreme pod uslovima bombardovanja toplotom, zraenjem i neutronima.

2.21 Prednosti i nedostaci fuzije

Koliina radioaktivnih nuklida iz reaktora fuzije je zanemarljiva u odnosu na koliinu koja nastane u reaktoru fisije. Za rad fuzijskog reaktora neophodan je pozitivan rad da bi se pokrenuo, prema tome, ne postoji mogunost da rad reaktora izade izvan kontrole i da eksplodira. Svaka nepravilnost u radu automatski zaustavlja proizvodju energije, te se moe rei da je reaktor fuzije relativno siguran. Vodonikov izotop tricijum je najopasnija materija koja nastaje u reakciji fuzije. Hemijski se tricijum ponaa kao vodonik, a ako postane deo molekula vode moe dospeti i u ljudsko telo.

Helijum je neophodan da se ostvari superprovodljivost koja je potrebna za proizvodnju intezivnih magnetskih sila potrebnih za ostvarenje visoko temperaturne plazme. Postoje ograniene koliine helijuma, to predstavlja ogranienje za razvoj fuzijske energije.

Ranije se smatralo da je energija fisije jeftina, to se kasnije pokazalo netanim. Sada je energija fuzije atraktivna i smatra se da je jeftina, neiscrpna, ali to jo uvek zahteva da se komercijalno potvrdi u budunosti.[footnoteRef:2] [2: onlagi,M., Energija i okolina, Printcom, Tuzla, 2005.]

Nalazita uranijuma

Uranijum se u prirodi moe nai u Zemljinoj kori u prosenoj koncentraciji 2 g/t u razliitim mineralnim oblicima. Glavne rude su uranijumit i karnotit. Javlja se u bakarnim, zlatnim i fosfatnim rudama, a moe se nai i u niskim koncentracijama u moru. Najzastupljeniji uranijumovi izotopi su prirodni uranijum ( 99.29%) i uranijum 235 (0,71%). Rezerve uranijuma raunaju se prema sadraju uranijumovog oksida U203, a raunaju se na bazi cene ekploatacije 1 kg ili 1t.[footnoteRef:3] [3: www.euronuclear.org]

ZemljaIskopavanja uranijuma u tonama

Australija725,000 t

Brazil157,400 t

Kanada329,200 t

Kazahstan378,100 t

Juna Afrika284,400 t

Namibija176,400 t

Nigerija243,100 t

Rusija172,400 t

Ukrajina135,000 t

Uzbekistan72,400 t

SAD339,000 t

Tabela 3.1 Zastupljenost uranijuma po zemljama

Eksplotacija rude: podzemna, povrinska, pomou metode ispiranja.Sastav prirodnog uranijuma: U 238 99,3 %, U 235 0,7 %, U 234 0,0055 %.

Proizvodnja nuklearnog goriva

Proizvodnja nukleranog goriva za nuklearne reaktore ima nekoliko kljunih i razliitih faza. Proces se odvija u pet faza:Prva faza: Podrazumeva vaenje rude. Uranijum je blago radioaktivan element koji se u malim koncentracijama nalazi svuda po svetu. U velikim koliinama se moe nai u Kanadi, SAD-u , Australiji, Africi i Rusiji. Prosena koncentracija uranijuma u rudi je 1%. Postoje dva naina iskopavanja: povrinski i dubinski. Ruda se ispira otapanjem u kiselini.Druga faza: Mlevenje rude i odvajanje rude. Proizvod ove faze je Yellow cake (uti kola). Sadri vie od 60% uranijuma i predstavlja 1% volumena rude.Trea faza: Prerada yellow cake-a u oblik koji je pogodniji za upotrebu u reaktorima, a to je uranijumov heksafluorid i uranijumov dioksid. Uf6 se koristi u reaktorima koji zahtevaju veu koncentraciju uranijuma i za obogaivanje.etvrta faza: Obogaivanje uranijuma. Koriste se dva procesa : gasna difuzija i gasna centrifuga. Gasna difuzija predstavlja proces kojim se razdvajaju izotopi korienjem razliitih brzina atoma ili molekula razliite teine preko poroznog zida koji razdvaja. Stepen obogaivanja lake komponente nakon proticanja kroz zid je odreen odnosom masa estica. Faktor odvajanja iznosi oko 1.002 .

Slika 4.1 Gasna difuzijaGasna centrifuga predstavlja proces kojim se razdvajaju tei atomi od lakih pomou centrifugalnih sila. Faktor razdvajanja zavisi od razlike masa izotopa koji trebaju da se razdvoje. Proces je pogodan za razdvajanje izotopa uranijuma i faktor odvajanja je 1.25.

1. i 2. Uranijum osiromaen od U 235Slika 4.2 Gasna centrifugaNuklerane elektrane koriste uglavnom obogaeno gorivo koje sadri 1-5% uranijuma 235. Zato se uranijum treba obogatiti. Za odvajanje izotopa ( uranijum 235 i uranijum 238) najpogodiniji je uranijum u gasovitom obliku (UF6). Postupak razdvajanja neophodno je ponoviti nekoliko hiljada puta, da bi rezultat bio efikasan, a efikasnija metoda je gasna centrifuga.[footnoteRef:4] [4: www.euronuclear.com]

Gorivo u nuklearnom reaktoru mora biti : mehaniki otporno u irokom temperaturnom rasponu, otporno na koroziju, mora sadrati produkte fisije u kristalnoj reetki.Peta faza: Proizvodnja goriva. Obogaeni uranijum se pakuje u obliku malih tabletica, zatvorenih u cevi od legure.Ovih pet faza predstavljaju prvi deo ciklusa goriva, a drugi deo se sastoji od prerade iskorienog goriva. Gorive ipke imaju vek trajanja 4-6 godina, a nakon toga su radioaktivne i zrae veliku koliinu toplote, te ih je potrebno pravilno skladititi. Preradom goriva izdvaja se uranijum i drugi produkti fisije kao to je plutonijum i radioaktivni otpad. U i Pu se ponovo mogu iskoristiti kao gorivo, ime se efektivni volumen otpada smanjuje za 97%.Ciklus nuklearnog goriva (slika 4.3) je niz industrijskih procesa koji ukljuuje proizvodnju energije iz uranijuma u nuklearnim reaktorima. Odstranjeno gorivo iz reaktora, nakon to je dostiglo kraj svog ivotnog ciklusa moe da se preradi, da bi se proizvelo novo gorivo. Ciklus nuklearnog goriva zapoinje vaenjem uranijuma i zavrava odlaganjem nuklearnog otpada. [footnoteRef:5] [5: www.world-nuclear.org]

Slika 4.3 Nuklearni ciklus goriva

Nuklearni reaktori

Nuklearni reaktori su ureaji u kojima se odvija lanana nuklearna reakcija. Svi dananji reaktori primenjuju reakciju fisije.5.1 Struktura reaktora

Nuklearni reaktori se sastoje iz sledeih delova:Reaktorska posuda u kojoj se nalazi reaktorsko jezgro s nuklearnim gorivom.ModeratorPri cepanju fisijskih jezgara oslobaaju se brzi neutroni. Verovatnoa cepanja uranijuma 235 je vea to je manja brzina neutrona. Zato neutrone treba usporiti. Proces usporavanja se vri ba u moderatoru. Brzi neutroni pri sudaranju sa lakim jezgrima gube energiju i tako usporavaju odnosno moderiraju. Izbor materijala nije lak. Materijal mora imati veliku sposobnost moderacije i ne sme biti toksian. Najee se koristi voda, teka voda i grafit. Od navedenih materijala obina voda ima najveu sposobnost usporavanja neutrona.Rashladno sredstvoKoristi si se za prenos energije od goriva do turbine.Rashladno sredstvo moe biti tenost ili gas.Kontrolne ipkeRad reaktora se najjednostavnije kontrolie uticanjem na apsorpciju neutrona, odnosno na njihov broj u jezgru i time na rad, odnosno snagu reaktora. To se moe postii promenom koncentracije bora u kontrolnim ipkama koje se sputaju ili podiu u jezgru reaktora. Naime,bor i kontrolne ipke su jaki apsorberi termikih neutrona.

5.2 Klasifikacija reaktora

Klasifikacija reaktora moe se napraviti prema: energiji neutrona koji izazivaju fisiju, materijalu moderatora, materijalu rashladnog sredstva, prema razvojnim kategorijama, upotrebi i fazi goriva.Dananji reaktori su heterogeni, odnosno gorivo, moderator i rashladno sredstvo su fiziki odvojeni. Ako je gorivo pomeano sa moderatorom i rashladnim sredstvom, tada je reaktor homogen.Na osnovu prve grupe reaktora razlikujemo termike i brze reaktore. Reaktori u kojima fisije izazivaju uglavnom neutroni u termikom podruju, nazivaju se termiki reaktori. Termiki reaktori koriste moderator za usporavanje neutrona. Reaktori bez moderatora se nazivaju brzi reaktori. Rashladno sredstvo ovih reaktora je teni metal.Prema materijalu moderatora, reaktori se dele na: grafitom moderirani reaktori, vodom moderirani reaktori, tekom vodom moderirani reaktori, lakim elementima moderirani reaktori, organskim materijalima moderirani reaktori.Prema rashladnom sredstvu, reaktori se dele na: Vodom hlaene reaktore: Reaktori sa vodom pod pritiskom (PWR- Pressurized Water Reactor i VVER- ruska verzija PWR-a), Reaktori sa kljuakom vodom (BWR Boiling Water Reactor), Reaktor hlaen i moderiran tekom vodom(HWR- Heavy Water Reactor). Tenim metalom hlaene reaktore: natrijumom hlaeni reaktor, olovom hlaeni reaktor, olovo-bizmut hlaeni reaktor. Gasom hlaene reaktore, Reaktore sa rasteljenim solima.Reaktori I generacije razvijani su od 1960. Godine i danas, osim u Velikoj Britaniji, nisu vie u pogonu. Dananji komercijalni reaktori velikom veinom pripadaju II generaciji reaktora. Reaktori tree generacije nastali su evolutivnim dizajnom na osnovu prethodne generacije. Dizajn je pojednostavljen, pa je lake upravljanje i manja je osetljivost na kvarove.

5.21 Reaktori II generacije

U PWR reaktoru rashladno sredstvo, koje je ujedno i moderator, nalazi se pod visokim pritiskom od priblino 155 bar to omoguava njegovu visoku radnu temperaturu bez promene faze. Rashladno sredstvo iz reaktora prolazi kroz parogenerator, predajui toplotu vodi koja zbog nieg pritiska u sekundarnom krugu isparava. Para odlazi u turbinu, a ohlaena voda primaranog kruga nazad u reaktor.

Slika 5.1 PWR reaktor

U BWR-u rashladno sredstvo se nalazi na niem pritisku (70 bar) to omoguava kljuanje vode unutar reaktorske posude tako da para, nakon prolaska kroz separatore vlage, direktno odlazi u turbinu. Protok rashladne tenosti kroz BWR jezgro nii je nego kod PWR-a zbog visoko toplote isparavanja vode.Osim to teka voda koristi za moderaciju i rashladno sredstvo odvojeno, a prirodni uranijum kao gorivo, specifinost tekovodnih reaktora (HWR) kanadske proivodnje je i upotreba horizontalno postavljene reaktorske posude. Specifinost kanadskog tekovodnog reaktora CANDU je kontinuirana promena goriva, to znai da se zamena goriva obavlja tokom normalnog rada reaktora.

Slika 5.2 CANDU reaktor

1. gorivi element2. kalandrija3. kontrolni tapovi4. tlanik5. parogenerator6. pumpa napojne vode parogeneratora7. glavna cirkulaciona pumpa8. maina za ozmenu goriva9. moderator10. tlana cev11. glavni parovod12. napojna voda parogeneratora13. kontejnmentGasom hlaeni reaktori kao moderator koriste grafit, a rasladno sredstvo im je ili CO ili helijum.Razvijali su se u tri etape:1. reaktori s oblogom od magnezijuma i prirodnog metalnog uranijuma (Magnox reaktori),2. reaktori sa oblogom od nerajueg elika i nisko obogaenim uraanom (AGR- Advanced Gas Reactor),3. visokotemperaturni reaktori hlaeni helijumom (HTGR- High Temperature Gas Reactors).Reaktori koji su u fazi licenciranja ili su ve licencirani, a pripadaju treoj generaciji su: EPR( European Pressurized Reactor), APWR( Advanced Pressurized Water Reactor), AP1000( Advanced Passive), IRIS( International Reactor Inovative and Secure).

5.22 Reaktori IV generacije

Nakon inicijative amerike vlade (Department od Energy) za razvoj novih reaktora IV generacije, osnovan je Generation IV International Forum koji je definisao ciljeve tehnolokog razvoja novih reaktora. Prvi bi reaktori IV generacije, za koje se smatra da predstavljaju budunost nuklearne energetike, trebali bi biti izgraeni do 2030.god. Odabir je napravljen na osnovu ekolokih, sigurnosnih i ekonomskih parametara. [footnoteRef:6] [6: www.world-nuclear.org]

U ovu grupu ubrajaju se: GFR- Gasom hlaeni reaktori, LFR- Brzi reaktor hlaen olovom, MSR- Reaktori sa rastopljenim solima, SFR- Natrijumom hlaeni brzi reaktor, SCWR-Superkritini lakovodni reaktori, VHTR- Vrlo visoko temperaturni gasom hlaeni reaktori.

Nuklearne elektrane

Nuklearne elektrane su energetska postrojenja koja toplotnu energiju nastalu u nuklearnom reaktoru pretvaraju u elektrinu. Toplotna energija nastaje u nukleranom gorivu kao posledica samoodravajue i kontrolisane fisije atoma uranijuma ili plutonijuma, a ne kao kod termoelektrana. Razvoj civilne primene nuklearne energije za proizvodnju elektrine i toplotne energije zapoeo je pedestih godina proleg veka. Danas je u 30 zemalja sveta u pogonu 439 komercijalnih nuklearnih elektrana, ukupne instalirane snage preko 370 000 MWe. 2006. godine proizvodnja elektrine energije u nuklearnim postrojenjima zadovoljavala je 16% ukupnih svetskih potreba za elektrinom energijom. Nuklearne elektrane su objekti u kojima je ovek prvi put u istoriji neposredno iskoristio energiju atomskih jezgara za proizvodnju toplotne i elektrine energije.Prva nuklearna elektrana u svetu se pojavila u Obninsku. Osnova ove elektrane je reaktor sa termikim neutronima sa grafitnim moderatorom i hlaenjem pomou vode pod pritiskom. Reaktor ima toplotnu snagu 30 MW. Gorivo je obogaeni uranijum koji sadri 5 % U-235. Nedugo potom u pogon ulaze i prve nuklearne elektrane u drugim zemljama. U Velikoj Britaniji je to bila Callder Hall na lokaciji Sellafield(1957). U SAD je komercijalna nuklearna elektrana Shippingport (1957) u blizini Pittsburgha u pogon ula tano petnaest godina nakon demonstacije samoodravajue lanane reakcije u Chicagu. U Francuskoj poetkom 1656. ulazi u komercijalni pogon nuklearna elektrana G-1 Marcoule s gasom hlaenim reaktorom.6.1 Funkcionisanje nuklearne elektrane

Slika 6.1 Princip rada nuklearne elektraneTehnoloki deo nuklerane elektrane podeljen je u tri osnovna nivoa: primarni, sekundarni, tercijarni. U sva tri nivoa krui voda, pa se mogu nazvati i krugovima.Primarni krugPrimarni krug ine: reaktor, parogeneratori, reaktorske cevi, ureaj za pritisak i cevovodi. Toplota koja se oslobaa u jezgru reaktora zagreva vodu koja krui u primarnom krugu. Toplota vode se preko cevi u parogeneratorima prenosi na vodu sekundarnog kruga. Reaktorske cevi omoguuju kruenje vode u primarnom krugu. Ureaj za pritisak odrava pritisak u primarnom krugu i spreava vrenje vode u jezgru reaktora. Sve komponente primarnog kruga smetene su u zatitinoj zgradi.Sekundarni krugSekundarni krug ine : parogeneratori, turbine, generator, kondezator, napojne cevi i cevovodi. Parogeneratori su zapravo parni kotlovi u kojima od vode sekundarnog kruga nastaje para koja se vodi u turbinu. U turbini se energija pare pretvara u mehaniku. Tu energiju generator pretvara u elektrinu i preko trasnformatora se alje u elektroenergetsku mreu. Iskoriena para iz turbine odvodi se u kondezator i tamo u dodiru sa hladnim cevima kondezatora pretvara u vodu. Cevi za napajanja potiskuju vodu iz kondezatora natrag u parogenerator i tamo ponovo nastaje para.Tercijarni krugTercijarni krug ine: kondenzator, rashladne cevi, rashladni tornjevi i cevovodi. Tercijarni krug namenjen je za odvoenje toplote koja se ne moe korisno upotrebiti za proizvodnju elektrine energije i potreban je za hlaenje kondezatora. Nuklearna elektrana je u sigurnom stanju ako su u svakom trenutku ispunjena tri osnovna sigurnosna uslova: efikasan nadzor nad snagom reaktora, hlaenje nuklearnog goriva u reaktoru, zadravanje radioaktivnog otpada (onemogueno oslobaanje radioaktivnog otpada u okolinu).Oslobaanje radioaktivnog otpada u okolinu spreavaju etiri uzastopne sigurnosne pregrade: samo nuklearno gorivo, kouljica koja okruuje gorive tablete i spreava isticanje radioaktivnih gasova iz goriva, granica primarnog sastava koja zadrava radioaktivnu vodu za hlaenje reaktora, zatitna zgrada koja hermetiki odvaja primarni sastav od okoline.Kontrolna soba je sredinje mesto nadzora tehnolokih parametara i upravljanja opreme. Vie otpadnih materijala se skupi i/ili ispusti u postrojenju prerade nego u bilo kojem stupnju proizvodnje elektrine energije od nuklearne energije. Nisko radioaktivni otpad, gasovi i tenosti se odlau krae vreme, dok se omogui raspad izotopa sa kratkim vekom trajanja. Gasovi se isputaju u atmosferu gde se disperguju do koncetracija ispod dozvoljenog limita. vrste materije se u vidu elinih i betonskih konstrukcija odlau pod zemlju . Radionuklidi iz okoline se mogu akumulirati u velikim koliinama kroz lance ishrane. Srednje radioaktivni otpadi se u SAD koncetriu i odlau kao visokoradioaktivni otpad. Za jednogodinji rad nuklearne elektrane od 1000 MW potrebne su 44 tone sveeg goriva, a kao rezultat rada dobija se oko 167 m visoko nuklearnog otpada koji sadri potencijal radijacije od 44 miliona kirija.

Najvei problem predstavlja radioaktivni otpad visokog inteziteta. On postoji kao radioaktivna tvorevina nakon procesa odvajanja uranijuma i plutonijuma iz izgorelih elemenata u postrojenjima za osnovnu pripremu elemenata za nuklearne elektrane. Nuklearni otpad se ne moe unititi kao hemijski otpad nekim pogodnim reakcijama, jer ima svoje vreme poluraspada. Glavni problem je u uklanjanju otpada koji se sastoji od elemenata sa dugim vremenom poluraspada, kao to su stroncijum Sr-90, cezijum Cs-137, plutonijum Pu-239, jod J-129.

Izgradnja prikladnih skladita spada u najdelikatnije probleme pri izgradnji elektrane i eksploatacije nuklearne energije. U ovim skladitima mora biti prisutna sva neophodna infrastruktura, jer e se vriti uskladitenje radioaktivne sirovine kao i radioaktivnog otpada. Osoblju se mora striktno ukazivati na sloenost i opasnost manipulacije radioaktivnim materijalom . Izmenjeni delovi reaktora se odlau u bazen koji ima betonsku zatitu sa vodenim pokrivaem, gde se nakon kratkotrajnog lagerovanja transportuje za dalji tretman i pripremu za korienje. U postrojenju za preradu goreih elemenata ovi elementi se lageruju u dubokoj vodi i transportuju u stanicu sa izolacijom. Kvalifikovano osoblje skrauje tapove pomou daljinskog upravljaa na komade od 5 cm. Nakon toga se ovi komadi tretiraju azotnom kiselinom. Iz dobijenog rastvora se estrahuje uranijum i plutonijum koji se ponovo koriste kao sirovina za proizvodnju goreih elemenata. Preostali otpad se lageruje uz viegodinju kontrolu i hlaenje i uva se pre nego to se konano odloi. U ovim procesima se oslobaaju radioaktivni gasovi, kripton i ksenon, koji se mogu emitovati u vazduh. Prema regulativi koju je dala Komisija za nuklearnu energiju u postrojenjima za procesiranje goriva se odlae teni otpad u trajanju od pet godina, a nakon toga se mora prevesti u vrsto stanje. Engleska i Japan nisko radioaktivni otpad odlau u okean. Engleska i Francuska odlau visoko radioaktivni otpad u hlaene rezervoare . Rusija pumpa sve otpadne materije u duboke bunkere za odlaganje pod zemljom. Kao jedna od mogunosti konanog uskladitenja visoko radioaktivnog otpada je nadzemno odlagalite. U SAD se ovo reenje praktikuje ve preko 35 godina, a danas se koristi preko 200 velikih elino-betonskih tankova za uskladitenje preko 3 miliona litara visoko radioaktivnog otpada.

6.2 Poreenje nuklearne i klasine elektrane

Razlika izmedu nuklearne i klasinih elektrana je u nainu dovoenja energije. U oba sluaja je voda prenosilac energije, te se tom prilikom voda isparava i pokree turbine, a ova opet pokree generator i generator proizvodi elektrinu energiju. Kod nuklearnih elektrana energija nastaje cepanjem uranijumovog jezgra, dok kod konvencionalnih elektrana, energija nastaje sagorevanjem goriva u kotlu. Nuklearna elektrana je paljivo projektovana da koristi U-235 za proizvodnju elektrine energije. Lanana reakcija se deava u jezgru reaktora koji se nalazi u kupoli elektrane. Kupola elektrane izgraena je od elika, a ponekad i od betona. Omota je tako konstruisan da izdri visoke pritiske koji mogu nastati u incidentnim situacijama, kao i radi zadravanja produkata fisije.[footnoteRef:7] [7: onlagi,M., Energija i okolina, Printcom, Tuzla, 2005.]

Uticaj na ivotnu sredinu

Nuklearna energija je predstavljena kao energija koja prua ivotnoj sredini potpunu korist. Naroito zato to nuklearna energija ni u kom sluaju ne doprinosi globalnom zagrevanju kroz proces emisije ugljen dioksida, niti proizvodi znaajne koncentracije sumpornih i azotnih oksida, kao ni estica. Kada se nuklearna energija proizvodi, nema spaljivanja u konvencionalnom smislu. Toplota se proizvodi kroz proces fisije, a ne oksidacije. Nuklearna elektrana proizvodi onu koliinu istroenog goriva koja je priblino iste mase i obima, kao gorivo koje reaktor prima. Otpad iz nuklearnih elektrana je primarno vrst otpad, istroeno gorivo, neke procesne hemikalije, para i voda. Ovaj otpad se razlikuje od elektrana koje koriste fosilna goriva, naroito kada se uporedi koliina otpada sa ukupnom proizvedenom energijom. Otpad se nalazi pod kontrolom upravnika i menadmenta elektrane, sve dok se ne odloi. vrst otpad iz nuklearne elektrane moe biti toksian ili tetan po ivotnu sredinu, u zavisnosti od tipa elektrane i goriva i njime se mora upravljati sve do momenta odgovarajueg odlaganja.Nuklearna elektrana obezbeuje, moe se rei, dobrobit za ivotnu sredinu, jer je potpuno eliminisana proizvodnja leteeg otpada i estica generisanih tokom proizvodnje energije. tetnost ovih elektrana je u obliku, relativno male koliine radioaktivnog otpada prilikom proizvodnje, kojim se mora rukovati pre konanog odlaganja. Ta koliina otpada je mnogo manja od otpada iz elektrana koje koriste fosilna goriva i na bolji nain se njime kontrolie i upravlja. Postoje ogranienja u vezi odlaganja radioaktivnog otpada i ona su nametnuta kroz zakonodavstvo, niz regulativa, kao i kroz obaveze vlasnika/operatora elektrane. Ogranienja uglavnom variraju u zavisnosti od tipa otpada. Poto se sadraj goriva u otpadu razlikuje u zavisnosti od elektrane i same kontrole vezane za zatitu ivotne sredine variraju u zavisnosti od tipa nuklearne elektrane. Postoje i varijacije u nivou kontrole za pojedine emisije iz nuklearki. Na primer, oslobaanje vode za hlaenje moe uticati na temperaturne uslove u oblinjoj vodi. Takva pranjenja menjaju ekoloke uslove u vodi, tako da to postaje pitanje politike, bez obzira na negativne posledice i njihovu vrednost. U zavisnosti od toga, razlikovae se i ogranienja i troak koji je neophodan za odlaganje vode za hlaenje. Do sada je najvei problem rada nuklearnih elektrana bilo odlaganje potroenog goriva. Iz razloga to za vreme procesa fisije ne dolazi do oksidovanja (spaljivanja), mala koliina goriva biva promenjena za vreme proizvodnje energije. Gorivo se nalazi pod kontrolisanim uslovima od trenutka umetanja u reaktor, pa sve dok se ne odstrani iz reaktora. Ova kontrola se nastavlja sve dok se istreno gorivo konano ne odloi, a najei nain odlaganja predstavlja zakopavanje, za koje postoje striktna ogranienja.Priroda nuklearnog goriva se menja tokom procesa fisije i fuzije, nakon ega postaje istroeno gorivo, kada se produkti ova dva procesa toliko akumuliraju da samo gorivo postane neupotrebljivo u elektranama. Istroeno gorivo ima drugaiju radijaciju i hemijske karakteristike od poetnog nuklearnog goriva, to zahteva specijalan nain upravljanja njime. Takve mere zahtevaju dodatne trokove, koji su deo cene proizvodnje energije u nuklearkama. Potencijalne procedure upravljanja istroenim gorivom variraju. Procedure ukljuuju reciklau (preradu) znaajnih koliina istroenog nuklearnog goriva i pretvaranje problematinih komponenata nuklearnog goriva u manje tetne komponente.Elektrina energija se moe proizvoditi iz nekoliko izvora: ugalj, prirodni gas, voda i nuklearna energija. Alternativni i obnovljivi izvori energije jo uvek nisu iroko u upotrebi da bi dobili trku sa ugljem, prirodnim gasom i nuklearnom energijom. Ugalj i prirodni gas predstavljaju paralelne ekoloke probleme, mada koliina i zapremina estinih emisija, npr. sumpor dioksida ili ugljen dioksida variraju izmeu njih. Nuklearna energija je znaajno drugaija.Elektrane na ugalj imaju dozvolu da emituju 1 tonu polutanata (npr. SO) godinje. Dozvole su dodeljene specifinim elektranama koje emituju SO i odobrene jedinicama koje proizvode elektrinu energiju na ugalj, jer jedinice koje koriste prirodni gas produkuju male koncentracije SO. Slino tome, nuklearke su iskljuene iz ovog sistema dobijanja dozvola. Meutim, neke lokalne i regionalne dozvole su razmatrane, npr., u Britaniji, za nuklearne elektrane za vreme 2002., da bi se kapacitet nadogradio. Ove dozvole su manjeg obima, ali bi ukljuivale nagraivanje elektrana koje smanjuju emisiju. To znai da bi vlasnici nuklearki bili u mogunosti da prodaju takve dozvole, poboljavajui profitabilnost svojih elektrana.EPA je identifikovala nivo prosenih emisija prilikom produkcije 1MWh struje:UgaljNaftaPrirodni gasNuklearna en.

Ugljen - dioksid 2249167211350

Sumpor dioksid13120.10

Azotni oksidi641.70

Za elektrane na fosilna goriva, vrst otpad je primaran problem, ijih 10% otprilike ini pepeo, koji sadri metalne okside i alkalne metale. Takvi ostaci zahtevaju odgovarajue odlaganje, uglavnom zakopavanje, reciklau ako je mogue. Koliine ovakvog otpada su znaajne. Ako je u pitanju prirodni gas, koliine vrstog otpada su beznaajne. Nuklearke proizvode istroeno gorivo i to oko 2000tona godinje, a koliine dostiu do 2,7kg/MWh. Ako tipina nuklearna elektrana kapaciteta 1000MWh radi 91% vremena, produkcija otpada bi bila malo manja od 23 tone godinje. Znai, koliina otpada iz nuklearke zapreminski nije toliki problem, koliko je specifian nain zadovoljavajueg odlaganja. (ista koliina energije nastala iz elektrane na ugalj bi proizvela 300 000 tona pepela).Svaki ekoloki dobitak od prelaska sa elektrane na ugalj na nuklearna goriva zavisi od toga koje gorivo je zamenjeno i koje emisije nas interesuju. Najznaajnija prednost je u esticama u vazduhu kada se govori o razlici izmeu uglja i nuklearnog goriva, kao i manjoj koliini sumpornih oksida, to znai da je visoko rangirana podobnost nuklearki ba u smanjenju emisija gasova staklene bate, kiselinskih gasova, estica i metala. Jasno je da e proizvodnja elektrine energije iz nuklearnih elektrana redukovati gasove sa efektom staklene bate. Zamena fosilnih goriva bi rezultirala u smanjenju estica i proizvodnji vrstog otpada, ali bi takve promene, sa druge strane, poveale koliine nuklearnog istroenog goriva, koje zahteva specijane naine odlaganja.Podobnost nuklearne energije kao alternativne metode u redukciji emisije se odnosi na 3 oblasti:1) koji nivo redukcije emisije se eli postii,2) koja je cena te redukcije korienjem nuklearne energije kada se uporedi sa drugim metodama,3) da li troak prelaska na nuklearnu energiju anulira ekoloku dobit od smanjenja emisija? Nuklearne elektrane su danas jedini vid korienja nuklearne energije. Meutim, ni korienje ovog vida energije nije bez problema, posebno u vezi sa zatitom ovekove okoline to usporava razvoj primene nuklearne energije. Pored proizvodnje energije, nuklearna energija je i velik izvor radioaktivnog zraenja i izvor opasnih koliina otpada. Zbog toga su sigurnost nuklearnih elektrana , njihovo lociranje, isputanje radioaktivnih materijala, kao i zatita radnog osoblja, te i zatita ovekove sredine, najbitnija pitanja za opti drutveni interes. Otpadna toplota pri istoj koliini predate elektrine energije kod nuklearne elektrane je za oko dva puta vea nego kod termoelektrana na ugalj. Nuklearna energija omoguava dobijanje elektrine energije 20-30% jeftinije u odnosu na elektrane na klasina goriva.

Primena nuklearne energije ima niz prednosti, ali se moraju istai i nedostaci. Nuklearne elektrane ne zagauju atmosferu sumpornim jedinjenjima, azotnim oksidima, ugljovodonicima, jedinjenjima tekih metala i pepelom, a u procesu sagorevanja ne troe kiseonik.

Nedostaci nuklearnih elektrana su nemogunost potpunog iskljuenja radioaktivnog zagaenja okoline kao i nereen problem odlaganja nuklearnog otpada. Pored toga ni rezerve uranijuma nisu neiscrpne. Potrebe za uranijumom procenjuju se na nivou od 3700 tona godinje za period do 2050. dodine. U sadanjim uslovima razvoja nuklearne energetike u reaktorima sagoreva svega 1,5% prirodnog uranijuma.

Tretman

Upravljanje istroenim gorivom koji proistie iz proizvodnje nuklearne energije je posmatrano kao bitna stvar. Znaaj upravljanja istroenim gorivom e rasti u budunosti. Mnoga pitanja su uzeta u obzir u dugoronim opcijama za upravljanje istroenim gorivom. Oekivan porast nuklearne energije u svetu podrazumeva poveanu odgovornost s ciljem da se obezbedi da tehnolgije za nuklearni ciklus goriva koristi samo u mirne svrhe.Najvaniji cilj nuklearnog odrivog razvoja jeste poveati korienje prirodnih resursa i da se smanji koliina i visok nivo radiotoksinosti otpada i do deljenjem i transmutacijom manjih aktinida, dok cena energetskih produkata ostaje ekonomski odriva.Prepoznavajui potrebe za inovativnim sistemima, IAEA (Evropska agencija za atomsku energiju) pokrenula je svoj projekat o Inovativnim nuklearnim projektima i ciklusu goriva. Oekivala je pomo drava lanica u razvoju i razvijanju nuklearnih sistema. Na 48. Generalnoj konvenciji IAEA (20 -22. Septembra 2004), Nauni forum je predstavio temu Pitanja i izazovi ciklusa goriva. Ova konvencija je takoe bila prilika da se pregledaju sve tehnologije i nekoliko pitanja vezanih za upravljanje istroenim gorivom. Druga skoranja inicijativa predstavljena od strane IAEA je Multinacionalni pristup ciklusa nuklearnog goriva. IAEA je objavio izvetaj internacionalne ekspertne grupe o viestrukom pristupu ciklusu nuklearnom gorivu.Ukazujui na znaaj prerade istroenog goriva, IAEA je obezbedila forum za razmenu informacija o statusu i trendu prerade nuklearnog goriva jo od 1970.Poetkom novog milenijuma, rasla je potreba za inovacionim tehnologijama u nuklearnoj energiji. Zato je neophodno da se uzmu u obzir tehnike inovacije u buduim nuklearnim ciklusima, koji mogu poboljati odrivost nuklearne energije: stvarno smanjenje upotrebe uranijumijuma po jedinici proizvodnje energije, dalje smanjenje dugoronog visokog nivoa radiotoksinosti otpada kroz njihovu mogunost sagorevanja aktinida.Treba naglasiti da se svaka zemlja suoava sa situacijom i to u vezi sa: Postojei status i prospekti za doprinos nuklearne energije, obaveza redukcije gasova staklene bate kao to su CO, Dostupnost izvora fisiong materijala, Podloga za nuklearnu energiju, Stanje radioaktivnog materijala iz prolosti i vebe upravljanja otpadom, Javna i politika podrka za nuklearnu energiju.Uzimajuo u obzir, bira se strategija sa odgovarajuim mogunostima kao to su direktno odlaganje,skladitnje i odluka o odlaganju, prerada i reciklaa ili zatvoren ciklus goriva. Postoje nekoliko kljunih znaaja za zatvoreni ciklus goriva, a to su: ouvanje prirodnih resursa, optimizacija upravljanja otpadom i uslovi odlaganja, minimizacija uticaja na ivotnu sredinu, ekonomija ciklusa goriva.[footnoteRef:8] [8: International Atomic Energy Agency, Spent Fuel Reprocessing Options, Avgust,2008.]

8.1 Postupanje sa istroenim nuklearnim gorivom

Potrebna je masivna izolacija kao i odreeni period za hlaenje da bi se omoguilo otklanjanje vika toplote.Postupci sa ovim vidom otpada:1. Vitrifikacija - Teni visokoaktivni radioaktivni otpad se obrauje tehnikom ostakljivanja. Imobilizacija izlivanjem u staklenu matricu. Otpad se jako zagreje do nastanka praha i pomea sa staklom silikatnog bora. Vitrifikovan otpad je manje aktivan, sa visokom produkcijom toplote.2. Skladitenje- Smanjuje se radioaktivnost i produkcija toplore- olakava dalji proces manipulacije. Razlikuju se vodena i suva skladita: u vodenim skladitima se sagorelo nuklearno gorivo odlae u bazene za zatitu od radioaktivnosti i spreavanje oslobaanje toplote, u suvim skladitima se gorivo hladi cirkulacijom vazduha.3. Prerada i reciklaaPonovna prerada nuklearnog materijala je hemijski tretman istroenog goriva, ukljuujui separaciju njegovih raznovrsnih sastojaka. Uglavnom se koristi za izdvajanje korisnih aktinida iz istroenog goriva. Radioaktivni otpad koji se ne moe ponovo iskoristiti, razdvaja se u potoke za spajanje u otpadne forme. Trenutno, ponovna prerada ima dobronamernu upotrebu u ciklusu nuklearnog goriva. Vodeni proces i piroproces su smatrane kao dve najee istraivake i koriene metode. Ponovna prerada nuklearnog goriva kao deo gorivo ciklusa moe se koristiti i za obnavljanje fisionih aktinida i za stabilizaciju radioaktivnih produkata nastalih fisijom u trajne otpadne forme. Takoe moe se koristiti kao deo nuklearnog reaktora u gorivom ciklusu koje moe da rezultuje porast u korienju energije po jedinici prirodnog uranijuma. Vodeni proces- sa ovom tehnologijom, nuklearno gorivo je rastvoreno u kiselom rastvoru. Krajnji rezultat je onda hemijska obrada, odnosno izdvajanje znaajnih metala, uglavnom uranijuma i/ ili plutonijuma. Mali aktinidi, kao i ostali fisioni produkti mogu takoe biti izdvojeni korienjem razvijenih procesa. Specifine pojedinane operacije koje se koristile u prolosti, pre svega, se sastoje od taloenja i teno-tene ekstrakcije. Teno-tena ekstrakcija opisuje metod za razdvajanje komponenti od rastvora iskoriavanjem nejednake raspodele komponenata izmeu dve nemeljive faze. U veini sluajeva ovaj proces se sprovodi bliskim meanjem dve nemeljive faze , omoguujii selektivni prenos supstance iz jedne faze u drugu, takoe omoguavajui razdvajanje dve faze. Uglavnom, jedna faza e biti vodeni rastvor koji je obino sastavljen od komponenata koje se razdvajaju, a druga faza e biti oorganski rastvara, koji ima visok afinitet za neke specifine komponente rastvora. Prenos rastvora iz jedne faze u rastvaraku fazu naziva se ekstrakcija, a obrnuti proces se naziva striping. (stripping predstavlja fiziku separaciju, kada jedna ili vie komponenata biva odstranjena iz tene faze parom).Da bi proces bio ekonomian, rastvara mora reciklirati. Kako se rastvara reciklira, rastvor se zatim uzima iz rastvaraa i rastvara se unazad reciklira do protivstrujnog procesa ekstrakcije. U oksidaciono-redukcionom procesu uranijum i plutonijum nitrat se prvenstveno ekstrahuju iz fisionih produkata u vodenom rastvoru sa visokom koncentracijom soli. Uranijum i plutonijum su onda selektivno uzeti iz rastvora, prilagoavanjem valentnog stanja plutonijuma, kako bi izvrili ekstrakciju unazad.PUREX- Opta elektrina laboratorija atomske energije u Knolsu razvila je PUREX tehnologiju 1950.godine. Ova tehnologija je postala standardni metod ponovne upotrebe, koji je upotrebljavao nuklearno gorivo irom sveta. Purex tehnologija istroenog goriva sastoji se od luenja goriva iz obloga, koristei rastvor azotne kiseline, hemijsko regulisanje i filtraciju od konanog zasienog rastvora, nekoliko ciklusa ekstrakcije rastvaraa radi izdvajanja i preiavanja uranijuma i plutonijuma, ovravanje krajnjeg produkta uranijuma ili plutonijuma, kao otpadnog rastvora. Konano MOX gorivo se moe upotrebljavati kao alternativa da smanji obogaen uranijum u vodenim laganim reaktorima. MOX gorivo se iroko koristi u Evropi i postoje planovi za upotrebu. Prvi deo ove tehnologije ukljuuje burno sastavljanje korienih nukleranih goriva, luenjem korienog goriva u rastvoru azotne kiseline. Iseckani delovi ovih ioda, kao i umeci i ostali pribor, moraju biti razdvojeni iz nakvaenog rastvora goriva. Dobijeni rastvori iz prvog kruga procesa izdvajanja PUREX- a ukljuuju razblaeni rastvara, koji je opran karbonskim ili vodenim rastvorom, kako bi uklonili produkte degradacije i reciklirali nazad do dela ekstrakcije.Obrada otpada kroz PUREX proces- odvajanje plutonijuma i uranijuma iz iskorienog nuklearnog goriva, rezultuje visokim nivom otpada koji zahteva imobilizaciju i skladite. Tehnologija imobilizacije koja se trenutno koristi u UK, Francuskoj i Japanu je vitrifikacija otpada, da bi se formirao stabilan borosilikatni otpad stakla, pogodan za dugotrajno skladitenje. Proizvedeni stakleni otpad se smeta u kontejnere i tu su smeteni sve dok dugotrajno geoloko skladite ne postane dostupno. Postoje tri osnovna tipa opreme koja se koriste u industrijskim nuklearnim procesima ekstrakcije: Mikser stabilizatori, Kolone, Centrifugalni kontaktor.Mikser stabilizatori - ova oprema se sastoji iz malog rezervoara praenog veim rezervoarom. Svaka jedinica proizvodi jedan stadijum ekstrakcije. Dve faze ulaze u sekciju gde su pomeane koristei pokreta. Faze se razdvajaju gravitacijom tokom njihove razlike u gustini. Ova oprema je najpogodnija za upotrebu kada proces zahteva duu izdrljivost i kada su reenja lako razdvojena gravitacijom.Kolone - postoje dva osnovna tipa kolona koja se koriste u industriji, a to su pakovane kolone i pulsne kolone sa tanjirima. Pakovane kolone su ispunjene materijalom u obliku prstenova, koji kreiraju vijugavu putanju za dva reenja dok teku kroz kolonu, obezbeujui da faze budu u stalnom kontaktu. Ova vrsta kolona nema pokretne delove i relativno su jednostavni za rukovanje, ali nisu dovoljno efikasne. Najei tip kolone koje se koriste danas, posebno u nuklearnoj industriji je puls kolona. Ovde se tenosti se stalno dopunjavaju,a mehanika energija se koristi da pulsira tenost u koloni gore i dole. Ovo se normalno radi ubrizgavanjemm vazduha pod pritiskom.Puls kolone su koriene kada proces zahteva srednju izdrljivost, prilagoavajui kapacitet protoka. Ovaj tip kolona predstavlja primarni tip vodene opreme za separaciju koje se koriste u nuklearnoj industriji.Centrifugalni kontaktori - predstavljaju stepene jedinice, podrazumevajui jedan stepen ekstrakcije po jedinici . Osnovna razlika izmeu centrifugalnog kontaktora i mikser stabilizatora je u separaciji meavine dve faze. Ovaj tip opreme koristi okretajui rotor koji intezivno mea dve faze i centrifugalna sila unutar rotora razdvaja dve faze. Centrifugalni kontaktor ima visok stadijum efikasnosti. Piroproces predstavlja podvrgavanje materijala visokim temperaturama, uglavnom preko 800C da bi se izazavala hemijska ili fizika promena. Na slici je prikazan program integralnog brzog reaktora( IFR ema) koja sadri sve kljune operacije. Elektropreraiva je u centru eme i koristi se da izvede primarnu separaciju aktinida od produkata fisije. Nakon to se potroeno gorivo izdeli u segmente, tovari se u anodne korpe koje se sputaju u elektropreraiva. Za vreme procesa elektroprerade, elementi proizvoda fisije se izdvajaju na anodnoj korpi i otopljenoj soli. Nakon pokretanja procesa anodna korpa sadri nosae ljuske, nerastvorene aktinide, matrine materijale inertnog goriva, adhezione soli i plemenite metale. Sav ovaj materijal biva odstranjen sa anodne korpe i utovaren u induktivno zagrejanu vakuumsku destilacionu pe, koja se koristi da destiluje adhezione soli i privrsti metale u ipku. Elektrorafinisana so progresivno postaje kontaminiranija hloridnim produktima fisije. U trenutku kada je nivo kontaminacije dostigao potreban nivo, so se mora odstraniti i/ili odloiti ili procesuirati kroz korak preiavanja i vratiti u elektopreraiva.

Slika 8.1 Program integralnog brzog reaktora (IFR ema)ematski prikaz procesa na slici 8.1 ukljuuje kolone razmene jona zeolita za postizanje purifikacije soli. Sadanja otpadna tehnologija koja se bavi otpadnom solju iz elektrorafinisanog istroenog goriva je da neselektivno imobilie so u keramiki oblik otpada, koji se sastoji od stakleno- vezanog sodalita. U staklenom vezanom sodalitnom obliku otpada, produkti fisije su distribuisani izmeu stakla i sodalitne faze.[footnoteRef:9] [9: Simpson,M.F., Law,J.D., Nuclear Fuel Reprocessing, Idaho National Laboratory,Februar, 2010.]

4. Transmutacija- Zasniva se na promeni radionuklida sa dugim poluvremenom raspada na radionuklide sa kraim poluvremenom raspada. Ova promena se postie intezivnim bombardovanjem radionuklida sa dugim poluvremenom raspada, netronima. Redosled koraka kod transmutacije je sledei: separacija radionuklida da dugim poluvremenom raspada od visokoaktivnog otpada, vitrifikacija tenog visokoaktivnog otpada koji sadri radionuklide sa kraim poluvremenom raspada, izrada transmutacionog goriva od radionuklida sa dugim poluvremenom raspada, zraenje goriva u brzim reaktorima ili reaktorima sa akceleratorom.

5. Odlaganje u svemiru i sline alternativne metodeOdlaganje nukleranog goriva tako da se lansira u svemir privlano je, jer se problem iz planetarnog i nama najblieg dela okoline, zauvek uklanja. U tu svrhu razmatrani su razliiti koncepti, ukljuujui korienje tehnologije prevoza space shuttle om, kako bi se otpad podigao prvo u orbitu oko Zemlje i potom poslao i smestio u stalnu orbitu izmeu Venere i Zemlje. Razmatrano je korienje raketa nosaa da bi se otpad digao iznad gravitacionog uticaja Zemlje i usmeri ravno u Sunce. Glavni problem su veliki trokovi, ali i visoka verovatnoa neuspeha pri lansiranju sa posledinom radiolokom katastrofom. Pri tom, postoje i pravni i etiki problemi vezani za odlaganje radioaktivnog otpada u svemiru. Korienje svemira kao zajednikog dobra oveanstva, za odlaganje otpada, zahteva barem optu meunarodnu saglasnost.6. Dubinsko odlaganjeSutina dubinskog geolokog odlaganja sastoji se u tome, to se visokoaktivni otpad, posle perioda skladitenja, smeta u posebna spremita, izgraena u velikim dubinama u stabilnim geolokim slojevima. Geoloko odlaganje je podesno za istroeno nuklearno gorivo (direktno odlaganje), kao i za visokoaktivan otpad, koji nastaje u preradi goriva, otpad koji nastaje u radu nuklearnih elektrana, kao i otpad, koji nastaje postupku prestanka rada elektrana i nije prihvatljiv za druge tipove skladitenja.

8.2 Prednosti geolokog odlaganja istroenog nuklearnog goriva: To je jedinstven sistem odlaganja, bez toga da se buduim generacijama ostavlja zadatak da se brinu o njihovoj bezbednosti. Dubinska geoloka spremita radioaktivnog otpada nisu opasna. S obzirom na dubinu spremita, ne postoji mogunost njihovih oteenja, a ako je izbor lokaliteta odgovarajui, verovatnoa ruenja je manja. Fleksibilnost i svrsihodnost geolokog odlaganja omoguena je i raznolikou geoloke sredine. Spremita se mogu planirati i izgraditi tehnologijom, koja se koristi u rudnicima i u graevinarstvu.[footnoteRef:10] [10: Vuji,G., Upravljanje opasnim otpadom, Fakultet tehnikih nauka, Novi Sad, 2010.]

Multizatitni pristup izolacije otpada sastoji se od: Odlaganja istroenog radioaktivnog goriva u betonske kontejnere ili kontejnere od nerajueg elika, Odlaganje kontejnera sa istroenim nuklearnim gorivom u podzemne prostore (u buotine za odlaganje ili peine), Ispunjavanje praznog prostora materijalom, koji moe dugo vremena odrati redukcionu i baznu sredinu. Takva sredina smanjuje rastvorljivost radionuklida, smetanje geoloke sredine (zatitne barijere), koje obezbeuju integritet rudnikog i sistema izgraenih zatita, usporava transport radionuklida u podzemnoj vodi i izoluje otpad od biosfere.Akcidenti

Pod akcidentom se podrazumeva odstupanje od normalnih radnih uslova reaktora i obino ih nije mogue isplanirati i kontrolisati. Komisija za atomsku energiju (AEC) navodi da se veina reaktora spontano vrati u normalan rad. Meutim, akcidentom moe doi do nekontrolisanog zagrejavanja u kojem se elementi goriva i reaktor mogu otetiti ili ak istopiti. U sluaju razaranja kupole nuklearne central, radioaktivni nuklidi mogu pobei i dispergovati u okolinu. U nuklearnim elektranama je izgraen sigurnosni sistem hlaenja (BCCS) radi osiguravanja hlaenja reaktora, ak i kada se dogodi da doe do pukotine u rashladnom sistemu jezgra, voda iz specijalnog rezervoara se puta u jezgro reaktora radi hlaenja. Cilj sigurnosnog postrojenja je da kod kvara sistema nuklearne elektrane u samoj elektrani sprei prodor radioaktivnosti u okolinu. U analizi hipotetikih, eventualnih nesrea mora se uzeti u obzir ljudski faktor kao i spoljni uticaji (pad aviona, zemljotres, sabotaa), i u tom sluaju potrebno je prekinuti dovod rashladne vode, i primarni hladnjak ispuniti hladnom vodom. U ovakvim sluajevima nuklearni otpad ostaje u jezgru reaktora, a lanana reakcija koja se odvija treba se zaustaviti i ukljuiti hlaenje, a to znai da treba naglo spreiti odvoenje toplote i formirati sloj pare izmedu hladnjaka i gorionika. Statistiki podaci su pokazali da 47% incidentnih situacija potie od ljudskog faktora. U normalnom pogonu nuklerane elektrane, zagaenje okoline je skoro iskljuivo posledica radioaktivnih produkata, dok fisioni produkti koji ostaju zatvoreni u kouljici goriva imaju znaaj kada doe do kvara veeg broja kouljica goriva.Kvarovi na nuklearnim elektranama Otok u SAD i ernobil u Ukrajini su rezultat oteenja jezgra, gde kao posledicu imamo isputanje radioaktivnih estica u okolinu.Elektrana Otok u Harrisburgu u SAD ima reaktor sa dve rashladne petlje. Oteenje jezgra 1979. godine prouzrokovano je iz niza nesrenih okolonosti u kojima su se deavale greke na opremi i greke operatera. Posledica nesree je bila parcijalno oteenje jezgra. Doza zraenja izvan elektrane tokom nesree nije prelazila granicu koja bi ugroavala lokalno stanovnitvo. Rezultati brojnih zdrastvenih studija su pokazali da dugoronih posledica po zdravlje ljudi u okolini elektrane nema. Kako bi se ubudue izbegli ovakvi neeljeni dogaaji, u nuklearnim elektranama irom sveta uvedena su znaajna poboljanja. Radovi na uklanjanju teko oteenog jezgra zapoeli su u oktobru 1985. nakon est godina pripreme i trajali su neto vie od etiri godine. Posebno projektovani spremnici s ostacima jezgra otpremljeni su specijalnim vozom u istraivaki centar u Idaho radi prouavanja i konanog odlaganja. Projekat ienja elektrane proglaen je za jedno od najznaajnijih inenjerskih dostignua tokom 1990.godne u SAD.Katastrofa koja se 1986. godine dogodila u nuklearnoj elektrani ernobil imala je ogroman negativan uticaj na razvoj nuklearne energetike. Primaran uzrok nesree je ljudska greka- niz naruavanja propisanih instrukcija i operativnih postupaka. Sekundarni se uzroci mogu saeti u kategoriju nedostataka u projektu i izvoenu elektrane. Nuklearne elektrane tipa RBMK karakterizuje pozitivan koeficijent reaktivnosti upljina (isparavanje odnosno gubitak rashladne vode dovodi do porasta snage reaktora- s poveanjem temperature broj novih fisija se poveava), nedovoljno je margina za sigurnosna zaustavljanja reaktora, ne postoji efikasan sastav za hlaenje grafita i ono to je jako bitno nema zatitne zgrade. Mehanizam nesree je takav da je zbog poveanog isparavanje pare u rashladnim kanalima dolo do naglog poveavanja snage (pozitivni moderatorski koeficijent plus neodgovarajui dizajn kontrolnih asporbera). Toplotna snaga je u jednoj sekundi porasla na vrednost koja je stotinu puta vea od normalne, to je dovelo je do trenutnog isparavanja ostatka vode u jezgru i nastanka parne eksplozije. Treba naglasiti da se nije radilo o nuklearnoj eksploziji. Nuklearna elektrana ne moe eksplodirati kao nuklearna bomba zbog premalog obogaivanja fisijskog materijala. Druga znaajna reakcija koja je usledila je hemijska eksplozija- eksplozija vodonika i ugljen monoksida, pa gorenje grafitnog materijala. Katastrofa u ernobilu uzrokovala je 31 rtvu neposredno nakon nesree, vie od 100 000 ljudi je evakuisano, unitena je infrastruktura, pojavio se manjak elektrine energije i smanjena je poljoprivredna proizvodnja. U deset godina nakon nesree dolo je do znaajnog porasta uestalosti pojave raka titne lezde za decu koja ive u kontaminiranim podruju biveg SSSR. Nauna i medicinska istraivanja nisu otkrila porast broja ostalih vrsta karcinoma (leukemije), prekida trudnoe, kao i ostalih bolesti koje bi se mogle smatrati posledicom izloenosti jonizujuem zraenju. [footnoteRef:11] [11: onlagi,M., Energija i okolina, Printcom, Tuzla, 2005.]

Slika 9.1 Nuklearna elektrana ernobil

Situacija u Srbiji i svetu

Izvori jonizujueg zraenja u Republici Srbiji: 80% se koristi u medicini, 15% u industriji, 5% otpada na ostale delatnosti- potroeno nuklearno gorivo istaivakog reaktora Vina, kao i etiri lokacije sa municijom od osiromaenog uranijuma. to se tie naina upravljanja opasnim otpadom, Institut Vina je jedina ovlaena institucija za prikupljanje radioaktivnog otpada i dekontaminaciju u Srbiji. Institut je osnovan 1948. godine za istraivanje najsavremenijih tema u osnovnim prirodnim naukama- fizici, hemiji i biologiji. Zadatak da osnuje institut dobio je Pavle Savi. Okupio je u Institutu tadanju mladu naunu elitu, uglavnom strunjaka entuzijasta, koji su tek zavrili kolovanje. Radila su se istaivanja koja su definitivno dala doprinos poetku, takozvane, nuklearne ere u svetu. Danas je Vina multidiscigasarni nani institut koji pokriva veliki broj naunih i tehnikih- tehnolokih discigasa. U Srbiji ne postoji deponija opasnog otpada, pa tako ni za radioaktivni otpad. Sav prikupljen otpad se privremeno skladiti i transportuje u Rusiju. Ministarstvo zatite ivotne sredine uspostavilo je sistem rane najave radijacionog akcidenta to se moe on- line pratiti na sajtu ministarstva. Podaci se obnavljaju na svakih pola sata. U budunosti, postupanje sa radioaktivnim otpadom u Srbiji obuhvata sledee:Za period od 1.1.2011. god. do 31.12.2013. planira se realizacija projekta Trajno odlagalite radioaktivnog otpada u Srbiji. Na ovaj nain radioaktivni otpad koji sad boravi u Vini bi se transportovao na bezbedno mesto prema zahtevima IAEA.

10.1 SvetU SAD, trenutni fokus je na istraivanju i razvoju i vodene prerade i piroprocesne tehnologije, da bi se podrala budua odluka o zatvaranju ciklusa goriva. SAD Ministarstvo za energetiku, pod predsednikom Obamom uspostavilo je Program Istraivanja i Razvoja ciklusa goriva za obavljanje ovog istraivanja u racionalnim laboratorijama i univerzitetima. U ovom trenutku, ne postoje planirani projekti ija je demonstracija visoko na skali. U meuvremenu, planovi da se otvori geoloko skladite za potroeno nuklearno gorivo i otpad na Jaka Planini u Nevadi su suspendovani. Vlada je naruila studiju procene alternativa za odlaganje potroenog goriva i otpada. U Japanu, glavna opcija za preradu potroenog nuklearnog goriva se bazira na vodenoj procesnoj tehnologiji. Zavretak izgradnje brzog komercijalnog reaktora se ne planira do 2050. U Francuskoj, glavna opcija za preradu je takoe vodena procesna tehnologija. U budunosti se planira recikliranje americijuma, kirijuma i manjih aktinida, zajedno sa uranijumom i plutonijumom u brzim reaktorima. Probna demonstracija se planira u okviru sledee decenije sa ciljem industrijskog razvrstavanja i razvoja IV generacije brzih reaktora. Francuska je takoe u procesu odabira mesta za geoloko skladitenje otpada visoke aktivnosti, sa ciljem da se skladite otvori do 2025.U Rusiji se trenutno prerauje korieno gorivo iz civilnih elektrinih reaktora podjednako dobro kao i potroeno HEU (Highly Enriched Uranium) gorivo iz mornarnikih i drugih reaktora u farbici za vodenu preradu.U Junoj Koreji postoji 20 operativnih nuklearnih elektrana. Decembra 2008. Komisija za atomsku energiju June Koreje je odluila da razvije zatvoreni ciklus goriva povezanog sa piroprocesom i SFR (Natrijumom hlaeni brzi reaktor) sa metalnim gorivima. Demonstracija SFR-a se planira od 2030. Nedostatak skladita za otpad visoke aktivnosti je jo jedan problem sa kojim se suoava ova zemlja zbog ozbiljnih ogranienja zemljinih resursa. Minimizacija otpada je, dakle glavni cilj istraivanja i razvoja piroprocesne tehnologije u Junoj Koreji.[footnoteRef:12] [12: International Atomic Energy Agency, Spent Fuel Reprocessing Options, Avgust,2008.]

Zanimljivosti

Kao to smo ve napomenuli, radioaktivan otpad iz Srbije se transportuje u Rusiju. Istroeno nuklearno gorivo, vie od 8 000 gorivnih elemenata, koji sadri oko 2.5 tone uranijuma, iz instituta Vina, koje je uvano itavih 26 godina, stiglo je u skladite u Rusiju. 15 kamiona sa isto toliko specijalnih ISO kontejnera punih goriva iz Vine, krenulo je na put. Konvoj duine oko kilometar i po, u pratnji 250 policijskih vozila, obezbeivalo je vie od 3 000 policajaca. U pratnji helikoptera, konvoj je tog dana oko est ujutru stigao do Azotare u Subotici, gde su ISO kontejneri pretovareni na specijalnu elezniku kompoziciju za prevoz opasnog materijala. Odatle su opremljeni vozom do Kopra u Sloveniji, zatim na brod, do luke Murmansk u Rusiji. Sa broda, opet vozom u skladite Majak na granici sa Kazahstanom. Koliko je itav posao bio znaajan, govori da su se te noi u Vini pojavili svi funkcioneri Srbije. Ta operacija, sprovedena u saradnji sa Meunarodnom agencijom za atomsku energiju, najvea je u istoriji te organizacije.Sistem rane najave radijacionog akcidenta u Vini nije registrovao nikakvo jonizujue zraenje iz nuklearnog reaktora. ef odseka za zatitu od jonizujueg i nejonizujueg zraenja Ministarstva za zatitu ivotne sredine je podsetio da ministarstvo ima i sistem rane najave radijacionog akcidenta.Ne postoji opasnost po graane Srbije i Beograda, budui da ovaj sistem nije registrovao nikakvo jonizujue zraenje iz nuklearnog reaktora. Osnovni problem je bio taj to se gorivo ne skladiti po evropskim standardima. Meunarodna agencija za atomsku energiju potpisala je sa srpskom vladom i Evropskom komisijom ugovor vredan 8.6 miliona dolara, namenjenih zatvaranju nuklearnog reaktora u Vini. Kako se istie u saoptenju ove svetske organizacije,dogovor Beograda sa Evropskom komisijom i Meunarodnom agencijom za atomsku energiju deo je svetske akcije usmerene na smanjivanje opasnosti od nelegalne trgovine radioaktivnim materijalom. Nabavku opreme za prevoz tereta, odnosno hiljadu kontejnera sa nukleranim gorivom, finansirae SAD.[footnoteRef:13] [13: www.vin.bg.ac.rs]

Komisija Evropske unije namerava da obavee lanice da u roku od etiri godine razrade konkretne planove za skladitenje svog radioaktivnog otpada. Za sada samo Finska, vedska i Francuska imaju konkretnije vizije reenja ovog problema. Nova smernica EU- ukoliko lanice prihvate- mogla bi da ubrza ovaj proces u drugim zemljama: s jedne strane, predviena je izgradnja dubokih skladita za nuklearni otpad, a sa druge strane primena programa transmutacije, koja je usmerena ka tome da se unite radioaktivne supstance.Nova metoda bi se mogla okarakterisati kao moderna alhemija: opasne radioaktivne supstance da se pretvore u bezopasne. Naunici irom sveta rade na ostvarivanju ovog cilja. Nemaku su obeleili protesti zbog transporta nuklearnog otpada iz Francuske u skladite u selu Gorlbenu, u Donjoj Saksoniji. Ukoliko bi naunici uspeli u svom naumu, skladita poput Gorlebena mogla bi da prime veu koliinu transmutiranog materijala i to znatno bre i jednostavnije. U potrazi za odgovarajuim dubokim skladitem visokoradioaktivnog materijala, Finska je najdalje otila. Na ostrvu Olkiluoto trenutno se gradi skladite u granitu, koje bi trebalo da bude zavreno do 2020. vedska takoe namerava da veoma brzo otvori ovakvo skladite, a Francuska e to uiniti do 2025. godine. Industrijskim zemljama, meutim moda i nije potrebna vena kua za nuklearni otpad. Atomski fiziari istrauju tehnologiju koja omoguava da se otrovni i dugoveni radionuklidi modifikuju u druge, bezopasne nuklearne estice. Metoda transmutacije se zasniva na tipu reaktora koji je bio predmet razmatranja jo na poetku nuklearnog doba, ali je kasnije odbaen: u ovim reaktorima teki metali torijum 232 bombarduje se neutronima i pretvara u uranijum- 233, izotop koji se raspada i emituje druge neutrone. Devedesetih godina prolog veka italijanski nobelovac, fiziar Karlo Rubija napravio je projekat za reaktor ovog tipa. Trebalo je da ga pokree akceletor estica, koji ubacuje protone u jezgro reaktora. Tamo se oni sudaraju sa tenim olovom, ija se nuklearna jezgra raspadaju. Na taj nain nastaje kia neutrona. Ovaj udesni preobraaj, obeavaju naunici, mogao bi drastino da skrati vreme krajnjeg skladitenja. Umesto vie stotina hiljada godina, radioaktivni materijal bi se uvao u dubokim skladitima manje od 500 godina,objanjava Jaohim Knebel sa Tehnolokom instituta u Karlsrueu. Pre nego to ovakva postrojenja zaponu sa radom, strunjaci e morati da ree jo mnotvo tehnikih problema. Izmeu ostalog, rade na razvoju novih oblika prerade sagorelih gorivnih cevi, jer vie od 99 problematini supstanci upravo potie iz ovih ipki. Danas se ovaj proces odvija hemijskim putem u postrojenjima kao to su La Ag ili britanski Selafild. Evropska unija namerava da pogura ove tehnologije. Donela je odluku da u Molu (Belgija) podigne eksperimentalno postrojenje, ija izgradnja treba da pone 2015. godine i kotae jednu milijardu evra. Oekuje da e biti puteno u rad 2023.godine.

Zakljuak

Nuklearno gorivo, od iskopavanja rude, preko proizvodnje, pa do odlaganja otpada, veini svetske populacije zvui opasno i zastraujue. Razlog je nedovoljna obavetenost i manjak znanja, jer energija dobijena iz nuklearnih elektrana koliinski je ogromna, a zapremina otpada minimalna naspram otpada koji bi, recimo napravila jedna hidro, ili termoelektrana prilikom proizvodnje iste kolicine energije.Usled poveane potrosnje, tj., poveane potrebe za energijom, u budunosti sve vea razvijanja i izgradnja nuklearnih elektrana je izvesna, sto samim tim poveava i glavni problem vezan za proizvodnju nuklearne energije, a to je sigurno odlaganje otpada, jer se radi o visoko radioaktivnom otpadu. Razna su teoretisanja o najispravnijem vidu odlaganja, a neka idu toliko daleko da se govori o slanju otpada putem Sunca, koje bi ga u potpunosti spalilo. Za sada, sve se svodi na pretpostavke i ovaj vid odlaganja zahteva velika istraivanja.U svakom sluaju, rec je o energiji sadanjosti i energiji budunosti, koja ce malo-po-malo prevagnuti u procesu proizvodnje energije i postati primarna. Jedino sto nam preostaje, dok se to ne desi je da se na sto je mogue bolji nacin resi problem odlaganja RAO i tada emo, uz energiju dobijenu iz alternativnih izvora imati dovoljne kolicine energije, koja ce pokriti sve potrebe sa minimalnim negativnim posledicama.

Literatura

[1] onlagi,M., Energija i okolina, Printcom, Tuzla, 2005.[2] International Atomic Energy Agency, Spent Fuel Reprocessing Options, Avgust,2008.[3] Simpson,M.F., Law, J.D., Nuclear Fuel Reprocessing, Februar, 2010.[4] www.epa.org[5] www.euronuclear.org[6 ] www.vin.bg.ac.rs[7] www.world-nuclear.org

33 | Page