11.2  Vyhořelé jaderné palivo

Po vyhoření je třeba palivo odstranit z reaktoru a nahradit je čerstvým. U reaktorů, jaké jsou v JE Dukovany a Temelín, se postupuje následujícím způsobem. Jednou za rok se odstaví reaktor a vytáhne se z něj čtvrtina palivových tyčí. Jsou to ty tyče, které se nacházejí ve vnější části. Zbylé tyče se posunou na kraj a doprostřed se dá čerstvé palivo. Vyjmuté tyče jsou uloženy do bazénů vyhořelého jaderného paliva uvnitř kontejmentu. Zde jsou dochlazovány minimálně po dobu 3 až 5 let (v palivu totiž stále ještě probíhají jaderné rozpady produktů dělení a je třeba odvádět vzniklé teplo) a poté jsou převezeny do meziskladu vyhořelého jaderného paliva. Zde je umístěno na 40 až 50 let a čeká, co se s ním bude dít dál.

11.2.1  Vyhořelé jaderné palivo v České republice

V jaderné elektrárně Dukovany vznikne za plánovanou dobu její životnosti zhruba 1500 tun vyhořelého jaderného paliva a jaderná elektrárna Temelín přidá během svého aktivního života asi 1300 tun. Zdálo by se, že tomu má být naopak, protože dva bloky temelínské elektrárny mají o něco větší výkon než čtyři bloky dukovanské, ale v Temelíně bude jaderné palivo užíváno efektivněji.

Když se v období let 1988 - 1991 rozplynuly plány vyvážet vyhořelé jaderné palivo na území Sovětského svazu (v roce 1991 dokonce ruský parlament skladování a ukládání vyhořelého jaderného paliva ze zahraničí zakázal zákonem), musela se rychle hledat vhodná lokalita pro výstavbu meziskladu vyhořelého jaderného paliva. Jednotlivé varianty byly posuzovány podle čtyř kritérií - technického, bezpečnostního, ekonomického a ekologického. Teoreticky by mezisklad mohl stát všude, kde nehrozí velké zemětřesení, záplavy, propad či sesuv půdy nebo výbuch v nějakém blízkém průmyslovém podniku. Z původních dvanácti lokalit byly za vyhovující vybrány čtyři: Skalka (okres Žďár nad Sázavou), Batelov (okres Jihlava) a areály jaderných elektráren Dukovany a Temelín.

Jako první byl dokončen a do zkušebního provozu v roce 1995 uveden mezisklad v JE Dukovany, jehož kapacita je usnesením české vlády č. 213 omezena na 600 tun vyhořelého jaderného paliva. Dnes aktivně funguje a naplněn bude v roce 2005.

Mezisklad je zjednodušeně řečeno hala, do níž se umístí kontejnery naplněné palivovými kazetami. Kontejnery jsou hermetické, nedochází z nich k úniku radionuklidů. V JE Dukovany a Temelín se používá kontejner Castor, který má několik funkcí. Hlavní z nich je bezpečně oddělit vyhořelé jaderné palivo od okolí a odstínit radioaktivní záření vznikající při přirozeném rozpadu produktů štěpení obsažených ve vyhořelém palivu. Další důležitou funkcí je odvod tepla uvolňovaného při zmíněném rozpadu. Kontejner zároveň zabezpečuje ochranu před vnějšími vlivy, které by mohly způsobit poškození paliva.

Kontejner Castor je odlit z jednoho kusu speciální tvárné litiny s vnitřním povrchem pokrytým vrstvou niklu, která ho chrání proti korozi. Tloušťka stěny je 37 centimetrů. Po založení palivových kazet a jejich zakrytí primárním víkem kontejneru je vnitřní prostor naplněn heliem zajišťujícím dobrý odvod tepla. Tento netečný plyn navíc brání oxidaci, tedy korozi povrchu palivových článků i stěny kontejneru, která by během několika desítek let mohla nastat, pokud by byl kontejner naplněn běžným vzduchem obsahujícím kyslík. Heliem je později vyplněn i prostor mezi primárním a sekundárním víkem kontejneru. Platí přitom, že mezi víky kontejneru je tlak vyšší než uvnitř kontejneru. Při jakékoli poruše těsnosti by pak tok plynů směřoval dovnitř kontejneru. O případných změnách tlaku mezi víky informuje signalizační zařízení obsluhu meziskladu - tímto způsobem je poměrně snadno zajištěna kontrola těsnosti.

Teplo, které zevnitř prostupuje na vnější povrch kontejnerů, je odebíráno přirozeným prouděním vzduchu. Ten se do skladovací haly dostává průduchy ve stěnách a poté, co ochladí povrch kontejnerů, začne stoupat vzhůru a mezisklad opustí otvory ve střeše.

Palivové kazety jsou v kontejneru Castor umístěny ve speciálním koši, který je udržuje v předepsaných vzdálenostech a brání jejich samovolnému pohybu. Každý kontejner pojme 84 palivových kazet z dukovanské elektrárny, tedy celkem asi 10 tun vyhořelého paliva. Na uložení plánovaných 600 tun paliva tak bude použito 60 kontejnerů. Naplněný kontejner má hmotnost kolem 120 tun. Jeho průměr je 2,6 metru a výška 4 metry.

Cesta do meziskladu začíná v reaktorové hale. Palivové kazety, které několik let po vyjmutí z reaktoru chladly v přilehlém bazénu, jsou jedna po druhé pod vodou přeloženy do kontejneru. Ten je po uzavření systému dvou vík vyzvednut z bazénu, vysušen, naplněn heliem a přenesen na speciální železniční vagón. Na něm je po kolejích vedoucích výhradně vnitřkem areálu elektrárny převezen do přijímacího prostoru meziskladu. Tam je z vagónu sejmut a po přípravě a kontrole uložen pomocí mostového jeřábu na podlahu skladovací haly. Nakonec jsou zapojeny kabely monitorovacího systému, čímž proces uskladnění kontejneru končí. Naplnění, převoz a umístění jednoho Castoru trvá zhruba 10 dní. Většinu času ovšem zabere čekání na ustálení tlakových a tepelných poměrů uvnitř naplněného kontejneru. Teplota kontejneru zvenku je zhruba 60°C.

Vliv meziskladu na životní prostředí

Vlivy meziskladu vyhořelého paliva na okolí jsou minimální. Jediné, co mezisklad vydává, je teplo a záření. Z obou těchto projevů se nepochybně více bojíme právě toho druhého.

• Záření vzniká jako doprovodný jev radioaktivních přeměn. Některé druhy záření (alfa a beta) lze vcelku snadno odstínit vhodnými materiály. Naproti tomu záření gama a neutronové záření je možné snížit, ale nikdy se ho nepodaří odstínit až na nulovou hodnotu.

  Nejvýznamnějším radioaktivním projevem skladovaného vyhořelého paliva navenek je záření gama. A přesto toto záření není nic jiného než jedna z forem elektromagnetického vlnění, stejně jako např. viditelné světlo, rentgenové či ultrafialové záření. Je třeba si uvědomit, čím vším je gama záření v našem okolí vysíláno. Jak už bylo dříve řečeno, přichází k nám z vesmíru, z radioaktivních látek obsažených v zemské kůře, domů i potravin a v důsledku přítomnosti radioaktivního izotopu draslíku v lidském těle se všichni ozařujeme navzájem.

  Stejně jako se při opalování chráníme před nebezpečnými slunečními paprsky krémem, můžeme se chránit i před gama zářením. Mezi materiály schopné snížit intenzitu gama záření patří především olovo, beton, ocel a další kovy, tedy materiály používané k výrobě kontejnerů a dalších částí skladovacích zařízení. Za plotem meziskladu musí být intenzita záření tak nízká, aby člověk stojící u tohoto plotu celý rok neobdržel od skladovaného paliva dávku větší než 0,1 milisievertů. Připomeňme, že každý z nás obdrží ročně od přírodních materiálů i umělých zdrojů dávku mezi 2 až 3 milisieverty, přičemž roční hygienická norma je 5 mSv.

• Teplo se uvolňuje při samovolném rozpadu radioaktivních látek obsažených ve vyhořelém palivu a poté, co je odebráno z chladicích ploch (např. u kontejnerů z jejich povrchů), samovolně opouští mezisklad a rozptyluje se v atmosféře. Produkce tepla v každém palivovém článku se přitom postupně snižuje. Také narušení tepelného klimatu v lokalitě, kde bude mezisklad postaven, je naprosto vyloučeno.

11.2.2  Vyhořelé jaderné palivo ve světě

V současnosti jsou ve světě pro skladování vysoce aktivních materiálů používány dva technologické postupy lišící se v zásadě pouze zvoleným chladicím médiem.

Mokrý způsob skladování využívá jako chladicího média většinou obyčejnou demineralizovanou vodu. K tomuto způsobu vedly rozsáhlé zkušenosti s provozem vodních bazénů umístěných u reaktorů. Vyhořelé palivo je při použití mokré metody ve zvláštních pouzdrech ponořeno do hlubokých skladovacích bazénů, jejichž silné vrstvy jsou pokryty vrstvou z nerezavějící oceli. Voda v bazénech odstiňuje radioaktivní záření natolik, že se personál může podél jejich okrajů bez obav pohybovat. Odvod tepla produkovaného vyhořelým palivem je zde zajištěn cirkulací chladicí vody, která je v tepelných výměnících opět ochlazována. Z technologického hlediska je vybudování a provoz mokrých meziskladů značně náročné, jelikož těsnost skladovacích bazénů musí být dostatečně zabezpečena. Také voda přicházející do styku s ochlazovanými kazetami s vyhořelým palivem musí být důkladně pročištěna. Vypuštění chladicí vody do životního prostředí by znamenalo únik radioaktivních látek mimo mezisklad. Tato možnost je však téměř vyloučena vzhledem k pečlivosti a promyšlenosti zabezpečení meziskladu.

Tuto metodu zvolily zejména severské země, nejvíce ji využívají Švédové. Protože mezisklady stojí prakticky na mořském pobřeží, přebírá uvolněnou energii mořská voda. Množství tepla opouštějícího mezisklad přitom není takové, aby se moře v okolí výpustí významně ohřívalo.

Suchá metoda využívá jako chladicího média vzduchu, jehož přirozené proudění odvádí teplo uvolňované vyhořelým palivem. To je nejčastěji umístěno ve speciálních pouzdrech, o nichž už byla řeč - kontejnerech, obvykle vyrobených z materiálů s dobrými těsnicími, stínicími a mechanickými vlastnostmi, například ze speciálních ocelí nebo litin. Bezpečnost kontejnerů je zajištěna tak, aby nemohlo dojít k úniku radioaktivních látek do životního prostředí. Každý typ kontejneru musí bez ztráty těsnosti přežít pád z jednoho metru na ocelový trn, půlhodinové žíhání plamenem o teplotě 800°C a test těsnosti v předepsaných hloubkách až do 200 m pod vodní hladinou. Mezi dodatečné testy patří pády z větších výšek na betonový podklad, srážka s jedoucí lokomotivou nebo ostřelování nábojem o hmotnosti jedné tuny (kterým je simulován náraz padajícího letadla).

Je samozřejmé, že obdobně je schopnost dostát všem bezpečnostním požadavkům zajišťována a ověřována i u ostatních skladovacích technologií, ať už založených na suché nebo mokré metodě skladování.

Na druhou stranu je logické, že mezisklady a kontejnery nejsou dimenzovány tak, aby odolaly tak extrémním vlivům, jakými by byly například intenzívní bombardování meziskladu, použití jaderné zbraně nebo pád velkého meteoritu. Bylo by to nesmyslné, protože katastrofy tohoto rozsahu by samy o sobě napáchaly nesrovnatelně větší škody.