Продолжительность отходов

Ядерное отработавшее топливо и остеклованные отходы: какое наследие?

«Большая часть этих ядерных отходов будет оставаться опасной в течение сотен тысяч лет, оставляя ядовитое наследие будущим поколениям». Это сообщение экологической организации Гринпис, переданное политиками и СМИ, вызывает понятные опасения. Какова его правдивость? Что думают физик, инженер? Что говорит Природа?

Выбранный период наблюдения колеблется от 10 лет до 100 000 лет. 10-летний период — это время, прошедшее между извлечением отработавшего топлива из реактора и производством остеклованных отходов, годы, в течение которых исчезают наиболее радиоактивные атомы с очень коротким временем жизни. Крайний срок в 100 000 лет перекликается с упомянутыми выше сотнями тысяч лет. Придет ли человечество к этим 100 000 лет? Мы не знаем. Мы находимся в самом начале пути, который ведет к этим необычайно далеким срокам. В 2015 году самому старому отходу едва исполнилось пятьдесят лет!

100 000 лет для самых радиоактивных отходов? . Слоган или реальность?

Невозможно точно определить продолжительность радиоактивного вида, потому что математически мы не можем определить момент, когда этот вид исчезнет. С другой стороны, мы можем определить момент, когда 50%, 90%, 99,9% его атомов исчезнут. В радиоактивной упаковке самые активные радиоэлементы, а значит, и самые опасные, будут исчезать медленно в масштабах наших человеческих жизней, но задолго до первого тысячелетия! Например, цезий-137 потеряет 99,9% своей радиоактивности за 3 века. С другой стороны, только 3% атомов второстепенного актинида, такого как нептуний-237, уменьшится за 100 000 лет. Виды, оставшиеся в этих временных масштабах, не очень радиоактивны. Атом нептуния, например, в 71 000 раз менее активен, чем атом цезия-137: если нам посчастливится дожить до 100 лет, то только 1 ядро ​​нептуния из 31 000 испустит луч за время нашего земного пребывания!

Чтобы пояснить сказанное выше, сравним эволюцию радиоактивности двух типов отходов, предусмотренных для глубокого геологического хранилища во Франции: отработавшее топливо, выходящее из реакторов; высокоактивные остеклованные отходы, образующиеся на заводе в Ла-Гаге путем переработки этого отработавшего топлива. В последнем были удалены плутоний и уран, которые можно использовать повторно. Это сравнение, основанное на стандартных составах, дает хорошее представление об уровне радиоактивности обоих типов отходов и их эволюции.

Эволюция активности в одной тонне отработавшего топлива
Характерные изменения — от 10 до 100 000 лет назад — активности основных элементов, присутствующих в отработавшем топливе: плутоний, короткоживущие продукты деления, младшие актиноиды и долгоживущие продукты деления. Активности, выраженные в терабеккерелях, рассчитаны для топлива, первоначально содержащего одну тонну урана и выгруженного из реактора после стандартного облучения в течение 3 лет.
IN2P3

Рассмотрим сначала тонну отработавшего топлива, прошедшего стандартное облучение. Выгруженный из реактора, он содержит четыре основных типа радиоактивных атомов: изотопы плутония, короткоживущие продукты деления, включая цезий-137 и стронций-90, младшие актиниды (нептуний, америций и кюрий) и горстку долгоживущих продуктов деления. . (Примечание: радиоактивность 940 кг урана незначительна)

Радиоактивность десяти килограммов плутония преобладает на протяжении 100 000 лет. Общая радиоактивность снижается очень медленно из-за очень длительного периода полураспада некоторых изотопов. Но распад очень важен в масштабе ста тысячелетий, более чем в 5000 раз, согласно оценке приведенной ниже кривой в случае отработавшего топлива; больше для остеклованных отходов.

Вклад двух короткоживущих продуктов деления, цезия-137 и стронция-90, конкурирует с вкладом плутония в течение первых ста лет, лет, которые мы живем.Но деленное на 1000 каждые 300 лет, оно исчезнет первым. Распад младших актинидов аналогичен распаду плутония, также актинида. Их вклад в 10—20 раз меньше, чем у плутония. Наконец, радиоактивность четвертой категории, долгоживущих продуктов деления, очень низка, и ее вклад ничтожен из-за очень больших времен жизни.

Рис. 2. Снижение активности отработавшего топлива и высокоактивных отходов.
Сравниваются изменения активности трех типов отходов, рассчитанные для одной тонны исходного урана: 1) стандартное отработанное ядерное топливо, хранящееся как отходы; 2) остеклованные отходы, полученные из отработавшего топлива с удаленным плутонием; (3) Остеклованные отходы, из которых также были удалены младшие актиниды. Уменьшение радиоактивной активности в долгосрочной перспективе происходит в 10 раз быстрее у второго и тем более у третьего.
IN2P3

Через 100 000 лет радиоактивность уменьшится почти в 10 000 раз.

На рис. 2 сравнивается динамика радиоактивности отработавшего ядерного топлива и упаковок остеклованных отходов, произведенных во Франции. Их радиоактивная активность и опасность, которую они представляют, снизятся в несколько тысяч раз к концу 100 000 лет. Однако это снижение остается очень медленным. Как ускорить возвращение к деятельности если не безобидной, то хотя бы хорошо смягченной?

На рисунке также показано, что удаление плутония из отработавшего топлива снижает радиоактивную активность на 3–8 после 100 лет и на 1000 в конце первого тысячелетия. Потребуется менее 10 000 лет, чтобы достичь уровня распада отработавшего ядерного топлива за 100 000 лет. Кроме того, радиоактивные атомы — продукты деления и младшие актиниды — кондиционируются на заводе в Ла-Гаге внутри стеклообразного материала, достоинство которого состоит в том, чтобы иммобилизовать их на тысячелетия. Устойчивость этих очков к радиации составит не менее 10 000 лет, в возрасте, когда их радиоактивность будет делиться примерно на 5 000.

Чтобы еще больше ускорить снижение радиоактивности, планируется также удалить минорные актиниды. Тогда 100 000 лет сократятся примерно до 300 лет. Но что делать с плутонием и младшими актинидами? Извлеченный плутоний не военного класса. Его можно сжигать в качестве топлива в реакторах на быстрых нейтронах. Что касается минорных актинидов, менее распространенных, их тоже можно было бы сжечь, так что, если бы когда-нибудь увидели свет реакторы для сжигания отходов.

Нельзя рассматривать возможность хранения на неопределенный срок рядом с людьми высокорадиоактивных материалов, таких как отработанное топливо или остеклованные отходы. Для первых нужно будет в один прекрасный день их переработать, или закопать на большую глубину, или и то и другое одновременно. Некоторые активисты выступают как против глубокого хранения этих материалов, так и против переработки, которая замораживает их радиоактивность, после того, как выступили против первого реактора для сжигания плутония во Франции (Superphenix). Следовать им, отказываться от всех решений — лучший путь»оставить будущим поколениям отравленное наследие«!

Логика и позитивная экология не противостоят методам, направленным на снижение количества и активности долгоживущих отходов, которые рано или поздно потребуют складирования. Вспомним мудрые слова специалиста; "Если мы хотим хранить долгоживущие отходы в стабильных подземных геологических слоях, это должно добавить дополнительный барьер между излучениями, испускаемыми этими отходами, и нами, а также защитить отходы от вмешательства человека, преднамеренного или нет: 500 метров под землей, они будут в безопасности. «

Доступ к странице на французском языке