Pro Atom web - vyvracení mýtů o jaderné energetice
| Seznam jaderných elektráren | Download |
  Hlavní menu
Úvodní stránka
Odkazy
Ankety
Aktuality
TOP 15

Podpořte nás
Naše ikonka

O nás


  Rubriky


  Reklama

  Reklama



  Pro Atom web
Email: proatom zavináč luksoft.cz
ISSN 1802-5331

(c) 2007-2008
Zásady ochrany osobních údajů






Radioaktivní odpady

* Uran - vykopat a zahrabat? Ne, přepracovat!

Vydáno dne 11. 02. 2007 (4918 přečtení)

Neustále se objevují názory, že je zbytečné stavět nové jaderné elektrárny, protože uranu máme na pár let. Navíc se zdražuje a jaderná energie tedy bude nedostupná. Jaderné palivo je nebezpečné a neodstranitelné. Jak to tedy je ve skutečnosti?

V současné době je jedinou těžební společností Diamo (tajná zkratka z doby socialismu znamenala, že tam vyrábí diuranan amonný – pověstný žlutý koláč), která vyrábí kilogram uranu za necelých jedenapůtisíce korun. Těžitelné zásoby ve svých nalezištích odhaduje na 120 tisíc tun uranu. Pro informaci: toto množství uranu se vejde do dvou plaveckých bazénů 50 x 30 x 2 m. Pokud bychom měli elektrárny na přírodní uran, jako byla A 1 v Jaslovských Bohunicích, jeden kilogram uranu v palivových článcích by nás přišel asi na 2000 Kč. V takovém reaktoru bychom z něj dostali asi 5 MWdní. To znamená, že na naši spotřebu 10 GW (i s uhelnými elektrárnami) ho potřebujeme při 30%ní účinnosti JE denně šest tun za předpokladu, že v elektrárnách nespálíme ani lopatku uhlí. Materiálové náklady na jednu kWh nám vycházejí v jednotkách halířů, a to i při akceptování současné světové ceny kolem 4000 Kč za kilogram. Tento vytěžený uran by nám stačil asi na šedesát let.

Při využití stávajících jaderných elektráren potřebujeme štěpitelný izotop 235 obohatit z 0,72% na přibližně 3,5%. Vzhledem k tomu, že proces obohacování je technologicky náročný, je nutno poslat náš uran k přepracování. Tím sice naroste výrazně cena, ale můžeme využít technologicky méně náročné a výrazně bezpečnější tlakovodní reaktory jako jsou v Temelíně nebo v Dukovanech. Při přepracování sice ztratíme nějaký štěpitelný uran 235 do ochuzeného uranu, ale ten co nám zbude můžeme lépe využít, takže z původního kilogramu přírodního uranu získáme prakticky stejné množství energie, i když nám materiálové náklady stoupnou v dnešních cenách až ke třiceti – čtyřiceti halířům na kW. Výhodou ale je i skoro desetkrát menší množství vyhořelého paliva, ze kterého navíc nelze získat plutonium pro vojenské účely.

Co ale budeme dělat po těch šedesáti letech? Pominu-li předpoklad, že současné ekonomicky těžitelné zásoby jsou u nás proti udávané hodnotě asi pětinásobné (300 let), můžeme vyhořelé palivo nechat přepracovat (+ 50%), tedy 90 let (450 let). Potom nám nezbyde než od současných reaktorů ustoupit a začít stavět reaktory množivé, které jsou technologicky i ekonomicky náročnější (například pro chlazení je nutno používat kapalný sodík), ale dokáží energeticky využít uran asi 200 krát lépe, takže nám náš uran bude stačit na 10 – 50 tisíc let. Výhodou těchto reaktorů je, že ochotně zbaští i plutonium z jaderných zbraní, které jak doufám, nebudeme v té době dávno potřebovat. Při využití uranu v množivých reaktorech se vyplatí zpracovávat rudy s koncentrací řádově nižší, tedy množství využitelného uranu mnohonásobně vzroste, takže při dnešní „populační explozi“ je otázka, jestli vůbec jsme schopni náš uran spotřebovat.

Abychom pochopili, co to vlastně je vyhořelé jaderné palivo, je nutná trocha teorie. Pro pochopení štěpné reakce vystačíme s kapkovým modelem atomového jádra. Představíme si jádro jako elektricky nabitou kapku, která se skládá z protonů a neutronů. Čím je kapka větší, tím více protonů se navzájem odpuzuje a je potřeba na každý proton více neutronů, aby je držely pohromadě.

V klidu jsou na povrchu protony a neutrony rovnoměrně rozptýleny, ale pokud dodáme jádru energii, například vstupem neutronu, rozkmitá se. U některých velkých jader se rozkmitá tak, že se na koncích začnou shromažďovat odpuzující se protony v takovém množství, že jádro roztrhnou na dvě části. Neutrony, které zůstaly ve vzniklém krčku se rozletí do okolí. Vzhledem k tomu, že vzniklá dvě jádra jsou podstatně menší než původní uranové jádro, je poměr protonů a neutronů potřebný k stabilitě nižší než u původního uranu. Proto mají vzniklé atomy snahu dosáhnout tohoto optimálního stavu vyzářením beta (elektronového) záření, čímž se přemění jeden neutron v jádře v proton. Původní štěpné produkty vyzáří průměrně 3 – 4 elektrony, než se přemění na stabilní prvky. Uran sice také k přeměně na stabilní olovo vyzáří 10 částic beta či alfa záření, ale jeho poločas (doba za kterou se rozpadne polovina atomů) je v miliardách let, zatímco u většiny štěpných produktů jej měříme na dny až roky. Z tohoto důvodu se ve štěpných produktech rozpadá o mnoho řádů více atomů než v původním uranu a radioaktivita je tedy nesrovnatelně vyšší. Na druhou stranu zatímco radioaktivita uranu se v řádu miliard let prakticky nemění, vyhořelé články, zejména v počátku ztrácejí svou aktivitu velice rychle. Například proti vyjmutí z reaktoru již po několika hodinách klesne na desetinu. Pokles aktivity se sice postupně s vymíráním nejaktivnějších produktů snižuje, ale pokračuje neustále. Další produkty v ozářeném uranu vzniknou tak, že jádro neutron sice zachytí, ale energie se vyzáří nebo nestačí pro rozštěpení uranu. Vzniklé složené jádro se postupně mění na vyšší prvky, transurany, z nichž plutonium 239 lze použít jako palivo místo uranu 235. Podobně z thoria vzniká štěpitelný izotop uranu 233. Důvodů proč k tomu došlo je několik. Pokud se zachytí neutron v sudém izotopu, jeho vazebná energie sama o sobě nestačí k takovému rozkmitání jádra, aby došlo ke štěpení a pokud nemá dostatečnou kinetickou energii, ke štěpení dojít nemůže. Pokud dojde k záchytu pomalého neutronu lichým izotopem, energie je sice dostatečná, ale s jistou pravděpodobností může dojít k vyzáření gama paprsku dříve, než se jádro natáhne tak, aby se rozštěpilo. Toto je velmi časté zejména u plutonia, které přechází na plutonium 240 a další transurany. Tato parazitní reakce snižuje výtěžnost plutonia u termických reaktorů a i při přepracování a návratu paliva nemůžeme z uranu získat veškerou energii uloženou v izotopu 238. Proto je nutno využít množivé reaktory, kde probíhá štěpení rychlými neutrony, které mají takovou energii, že ke štěpení dochází s podstatně větší pravděpodobností a částečně může dojít i k přímému štěpení sudých izotopů, zejména U 238, ale i nežádoucích transuranů. Výtěžnost nového paliva je potom vyšší než jedna, tedy získáme více plutonia, než jsme tam původně uranu 235 a plutonia 239 vložili. Nevýhodou těchto reaktorů je, že pro svůj provoz potřebují uran obohacený na 20% což je technologicky náročné. Rovněž vyhoření článků je asi 10x vyšší než u termických (moderovaných) reaktorů. Takové vyhořelé palivo má pak podstatně vyšší aktivitu.

Ještě něco k thoriu. Přírodní thorium je tvořeno pouze izotopem 232 (pokud zanedbáme stopy dceřinných produktů z rozpadových řad). Je tady jasné, že jako palivo v reaktoru sloužit nemůže. Pokud jej ale v reaktoru ozáříme neutrony, vznikne nám uran 233, který štěpný je a navíc je u něj podstatně nižší pravděpodobnost zářivého záchytu, takže může být množivý i v termických reaktorech. Thoria jsou v některých místech obrovské zásoby, proto lze předpokládat, že bude v budoucnosti rovnocennou konkurencí uranu, zejména pokud bychom jej chtěli těžit z mořské vody. Ale zpět k našemu vyhořelému palivu z Temelína a Dukovan. Jaké je tedy složení ozářeného uranu s původním obsahem 3,5% štěpitelného uranu 235 po vyhoření v jaderném reaktoru poté, co uvolnilo z každé tuny třičtvrtě milionu megavathodin?

V palivu dosud zůstává 1,2% nespotřebovaného uranu 235 a asi 1% plutonia, z toho více než polovina je štěpitelné Pu 239. Dále tam jsou asi 3% štěpných produktů.

Je zde otázka, proč toto palivo nenecháme dohořet, když tam je ještě polovina štěpitelných izotopů proti původní vsázce?

Hlavní problém je, že vzniklé štěpné produkty zachycují stále více neutronů uvolněných při štěpení místo toho, aby byly využity pro udržení štěpné reakce, až nakonec se reakce sama zastaví. Vyhořelé (?) palivo se tedy z reaktoru vyjme a nahradí novým.. Abychom mohli palivo znovu využít, museli bychom z něj odstranit štěpné produkty a obohatit štěpitelnými izotopy na původní 3,5%. To je dosud dosti nevýhodné, protože nové palivo je velice levné.

Při zpracování, zejména u paliva s vysokým stupněm vyhoření z množivých reaktorů se musíme vyrovnat s vysokou aktivitou velkého množství štěpných produktů. Proto je nutno celý proces hermetizovat a zabránit ozáření obsluhy i zamoření životního prostředí. Vzhledem k tomu, že část štěpných produktů je těkavá – je zde nutnost zneškodnění unikajících plynů zvlášť důležitá. Protože většina radioizotopů je krátkodobá, je výhodné zpracovat palivo co nejstarší. Zatímco u paliva z termických elektráren to není problém, u množivých, kde palivo obsahuje velké množství štěpitelných surovin je umrtvení tohoto paliva, které je vlastně jedním z cenných produktů, závažným ekonomickým problémem, proto nelze počítat s tím, že by se toto palivo mohlo někde nechat desítky let vymírat. Proto musíme počítat s tím, že rychlé (množivé) reaktory budou mít smysl až v době, kdy budou vyčerpány zásoby levného uranu a vyhořelé palivo se stane ceněnou surovinou.

Takže co nám tedy zbude po přepracování paliva? Pominu regenerované palivo, které vrátíme do reaktoru. Máme tu štěpné produkty, které například u Temelína tvoří asi 3% z původního paliva. Zatímco krátkodobé izotopy jsou již vymřelé, hlavní problém tvoří izotopy s poločasem v desítkách let. Dlouhověké izotopy totiž mají poměrně nízkou aktivitu a jejich energetický přínos je tedy malý. Proto je vhodné odstranit stroncium a cesium, které mají poločas kolem 30 let a nechat je vymřít samostatně. Obecně lze říci, že za každých 10 poločasů klesne jejich aktivita 1000x. Tedy za 300 let na tisícinu, 600 let miliontinu, 1200 let biliontinu původní aktivity, takže při historických paralelách egyptských pyramid je umíme nechat zcela vymřít. Zbylé štěpné produkty je vhodné uložit k případnému dalšímu využití. Obsahují totiž obrovské množství cenných surovin, jejichž zásoby se nám tenčí – lehké platinové kovy potřebné do automobilových katalyzátorů, stříbro, ale i technecium, mírně radioaktivní kov s obdivuhodnými vlastnostmi, jejichž využití nás teprve čeká.

Ale abych neodbíhal od další problematiky, a to transuranů, vznikajících jako vedlejší produkt z uranu 238. Některé z nich jsou štěpitelné – to jsou ty s lichým hmotnostním číslem, takže je lze spálit v reaktoru a ty sudé musíme nejdříve v reaktoru na štěpitelné přeměnit. Rozhodně je ale nemůžeme vzhledem jejich toxicitě uložit s ostatními odpady. Jejich poločas je ve stovkách až tisících let.

Takže se dá říct, že máme čistý stůl. Pokud jsme ovšem nedali na hrdiny bránící vlastním tělem odvozu VJP do přepracovatelského závodu a nezahrabali je do hlubinného úložiště tak, jak jsme je vytáhli z reaktoru.


[Akt. známka: 1,48 / Počet hlasů: 33] 1 2 3 4 5
Celý článek | Autor: Václav Pokorný | Počet komentářů: 133 | Přidat komentář | Informační e-mailVytisknout článek




  Anketa
Co byste zvolili za nejpřijatelnější alternativu?

Prolomení těžebních limitů (zbourání Horního Jiřetína) (335 hl.)
 
Garance ceny pro nové bloky Temelína (70 Eur/MWh) (287 hl.)
 

Celkem hlasovalo: 622

  Výměna odkazů

Přípony souborů

Zkratky

Vlajky států světa

Tapety na plochu PC

Infrapanely

Moderní a úsporné infrapanely. Zjístě více informací o infratopení.

Tvorba stránek Ostrava

Kvalitní a dostupné webové stránky.






  Nejčtenější články
Spotřeba elektrické energie
(04. 03. 2006, 39577x)
Jaderné fóry
(01. 04. 2007, 37507x)

  Kde to vře!
Zajistíme energii bez prolomení limitů?
27. 04. 2012
Počet komentářů: 2282

Regulace obnovitelných zdrojů – scénář S2040
02. 01. 2012
Počet komentářů: 2259

PERMAKULTURA – příběh jedné komunity
16. 02. 2007
Počet komentářů: 1294

Fotovoltaika - kšeft, za který všichni zaplatíme
22. 02. 2009
Počet komentářů: 1063

Potěmkinovské šílenství s obnovitelnými zdroji
02. 04. 2008
Počet komentářů: 731

BIOETANOL - naše naděje nebo past?
07. 04. 2006
Počet komentářů: 719


  Poslední komentáře
  • Jsem pro to, aby se zkoumaly různé možnosti, jak získávat (ale hlavně jak USPOŘIT) energii (u jadern . . . (Obnovitelné zdroje energie neexistují!)
  • U fotovoltaických systémů váhově převažuje beton (pokud nejsou organickou součástí střechy), potom . . . (Stop radioaktivnímu uhlí, start Zwentendorf!)
  • Dokazal to nekdo spocitat kdy JE vyprodukuje tolik energie kolik se do ni ze vsech zdroju vlozilo a . . . (Argumenty proti jaderné energetice)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)
  • Žiji na farmě, máme cca 100 ha polí a mléčný skot. Téma permakultury mě tedy docela zajímá, protože . . . (PERMAKULTURA – příběh jedné komunity)

  •   Počítadlo přístupů




    Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

    Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
    Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
    nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.