سوخت هسته اي
و فرايند آن

پايان چرخه سوخت هسته اي

پسماندهاي هسته‌اي
]علي رغم سابقه به وضوح ايمن در طول نيم قرن گذشته، امروزه يكي از بحث برانگيزترين جنبه هاي چرخه سوخت هسته اي مسئله مديريت و دفع پسماندهاي پرتوز است[.
P1 مشكل ترين مسئله، پسماندهاي سطح بالا هستند، و دو سياست مختلف براي مديريت آنها وجود دارد:
• بازفرآوري سوخت مصرف شده براي جدا كردن آنها (كه با شيشه اي كردن و دفع كردن آنها ادامه مي يابد) يا\

• دفع مستقيم سوخت مصرف شده داراي پرتوزايي سطح بالا به صورت پسماند.
]پسماندهاي هسته اي اصلي در سوخت راكتور سفالي محفوظ باقي مي مانند[.
P2 همانطور كه در فصل‌هاي ۳و۴ به طور خلاصه گفته شد، “سوزاندن” سوخت در قلب راكتور محصولات شكافتي توليد مي كند به مانند ايزوتوپ هاي مختلف باريم، استرونسيم، نريم، يد، كريپتون و گرنون (Ba، Sr، Cs، I، Kr، Xe). بيشترين ايزوتوپ‌هاي شكل گرفته به صورت محصولات شكافت در سوخت به شدت پرتوزا هستند و متعاقباً عمرشان كوتاه است.

P3 علاوه بر اين اتم هاي كوچكتر به وجود آمده از شكافت سوخت، ايزوتوپ‌هاي ترااورانومي مختلفي هم با جذب نوترون تشكيل مي شوند. از جمله اينها پلوتونيوم- ۲۳۹، پلوتونيوم- ۲۴۰ و پلوتونيوم- ۲۴۱ ، به علاوه محصولات ديگري هستند كه از جذب نوترون توسط u-2381 در قلب راكتور و سپس تلاشي بتا به عمل مي آيند. همه اينها پرتوزا هستند و به غير از پلوتونيوم شكافت پذير كه “مي‌سوزد”، در سوخت مصرف شده اي كه از راكتور برداشته مي شود باقي مي مانند. ايزوتوپ هاي ترا اورانيوم و ديگر اكتنيدها بيشترين قسمت از پسماندهاي سطح بالاي با طول عمر زياد را شكل مي دهند.

P4 در حالي كه چرخه سوخت هسته اي صلح آميز، پسماندهاي مختلفي توليد مي‌كند، اين پسماندها “آلودگي” به شمار نمي آيند، زيرا در عمل همه آنها نگهداري و مديريت مي شوند، در غير اين صورت است كه خطرناك خواهند بود. در حقيقت توان هسته اي تنها صنعت توليد انرژي است كه مسئوليت كامل همه پسماندهايش را برعهده گرفته و هزينه آن را به طور كامل بر قيمت توليداتش اضافه مي كند. وانگهي هم اكنون مهارت هاي به دست آمده در مديريت پسماندهاي غير نظامي در حال شروع به اعمال شدن به پسماندهاي نظامي است كه يك مشكل محيط زيستي جدي در چند نقطه جهان ايجاد كرده است.

]پسماندهاي پرتوزا مواد گوناگوني را شامل مي شوند كه از جهت محافظت مردم و محيط زيست اقدامات متفاوتي را طلب مي كنند. مديريت و دفع آنها از نظر فن آوري سر راست است[.
P5 اين پسماندها براساس مقدار و نوع پرتوزايي موجود در آنها معمولاً به سه دسته تحت عنوان هاي پسماندهاي سطح پايين سطح متوسط و سطح بالا دسته بندي مي‌شوند.
P6 عامل ديگر در مديريت پسماندها مدت زماني است كه آنها ممكن است خطرناك باقي بمانند. اين زمان به نوع ايزوتوپ هاي پرتوزاي موجود در آنها و به خصوص مشخصه نيمه عمر هر يك از اين ايزوتوپ ها بستگي دارد. نيمه عمر مدت زماني است كه طي مي شود تا يك ايزوتوپ پرتوزا نيمي از پرتوزائيش را از دست بدهد. پس از چهار نيمه عمر سطح پرتوزايي به مقدار اوليه آن و پس از هشت نيمه عمر به آن مي رسد.

P7 ايزوتوپ هاي پرتوزاي مختلف نيمه عمرهايي دارند كه از كسري از ثانيه تا دقيقه‌ها، ساعات يا روزها، حتي تا ميليون ها سال گسترده شده اند. پرتوزايي با گذشت زمان، همانطور كه اين ايزوتوپ ها به ايزوتوپ هاي پايدار غير پرتوزا تلاش مي كنند كم مي شود.
P8 آهنگ تلاشي يك ايزوتوپ با عكس نيمه عمرش متناسب است. يك نيمه عمر كوتاه به معناي تلاشي سريع است. بنابراين، براي هر نوع پرتوزايي، شدت پرتوزايي بالاتر در يك مقدار ماده داده شده مستلزم كوتاه‌تر بودن نيمه عمر است.

P9 سه اصل كلي براي مديريت پسماندهاي پرتوزا بكار گرفته مي شود:
• تغليظ و نگهداري concentrate-and-cantain
• تضعيف و پراكنش dilute- and disparoe
• تأخير و تلاش delay-and-decay
P10 دو تاي اول در مورد مديريت پسماندهاي غير پرتوزا هم به كار مي روند. پسماندها يا تغليظ شده و سپس متروي مي شوند، يا (براي مقادير خيلي كم) تا سطح قابل قبولي تضعيف شده و سپس به محيط زيست باز گردانده مي شوند. با اين وجود تأخير و تلاشي منحصر به مديريت پسماندهاي پرتوزاست و به اين معني است كه پسماند ذخيره و اجازه داده مي شود كه پرتوزايي آن از طريق تلاشي طبيعي ايزوتوپ‌هاي موجود در آن كم شود.

]در چرخه سوخت هسته اي غيرنظامي توجگه اصلي بر پسماندهاي سطح بالاست كه حاوي محصولات شكافت و عناصر ترا اورانيومي تشكيل شده در قلب راكتور هستند[.

P11 پسماند سطح بالا: ممكن است خود سوخت مصرف شده يا پسماند اصلي حاصل از باز پردازش آن باشد. در هر دو حال اين حجم متوسطي دارد- در حدود ۳۰-۲۵ تن سوخت مصرف شده يا سه مترمكعب پسماند شيشه اي شده در سال براي يك نمونه راكتور هسته اي بزرگ (۱۰۰۰ MWC، نوع آب سبك). اين حجم مي تواند به صورت موثر و اقتصادي ايزوله شود. سطح پرتوزايي آن به سرعت كم مي شود. به عنوان نمونه، يك مجموعه سوخت راكتور آب سبك تازه تخليه شده آن قدر پرتوزايي دارد كه چند صد كيلو وات گرما مي پراكند، اما پس از يك سال اين مقدار به ۵kw و پس از پنج سال به يك كيلووات مي رسد. ظرف مدت ۴۰ سال پرتوزايي آن به حدود يك هزارم مقدار آن هنگام تخليه مي رسد.

P12 اگر سوخت مصرف شده بازفرآوري شود، %۳ آن كه به صورت پسماند سطح بالا ظاهر مي شود، عمدتاً مايع است و حاوي “خاكستر” اورانيوم سوخته شده است. اين پسماند كه شامل محصولات شكافت به شدت پرتوزا و چند عنصر سنگين با پرتوزايي دراز مدت است، مقدار قابل توجهي گرما توليد مي كند و بايد خنك شود. اين به صورت شيشه بورو سيليكات (شبيه به پيركتن) و به منظور پوشينه‌داري، ذخيره سازي ميان مدت، و دفع نهايي در اعماق زمين شيشه اي مي شود. اين سياستي است كه توسط بريتانيا، فرانسه، آلمان، ژاپن، چين و هند اتخاذ مي شود. (بخش هاي ۵-۲ و ۵-۳ را ببينيد)

P13 از طرف ديگر، اگر سوخت مصرف شده راكتور باز پردازش نشود، همه ايزوتوپ هاي با پرتوزايي بالا و اكتنيدهاي دراز عمر در آن باقي مي‌مانند، و در اين صورت همه مجموعه هاي سوخت به شكل پسماند سطح بالا رفتار مي كنند. گزينه دفع مستقيم توسط امريكا، كانادا و سوئد دنبال مي شود، بخش ۵-۴ را بينيد.

P14 تعدادي از كشورها انتخابي بين بازپردازي و دفع مستقيم را گردن نهاده اند.
P15 پسماندهاي سطح بالا تنها %۳ حجم كل پسماندهاي پرتوزاي جهان را تشكيل مي‌دهند، اما ۹۵% كل پرتوزايي از آنهاست.
P16 علاوه بر پسماندهاي سطح بالاي حاصل از توليد توان هسته‌اي، هرگونه استفاده از مواد پرتوزا در بيمارستان ها، آزمايشگاه ها و صنايع آنچه را كه (پسماندهاي سطح- پايين) ناميده مي شود، توليد مي كند. رسيدگي كردن اينها خطرناك نيست اما بايد با دقتي بيش از زباله‌هاي معمولي دفع شوند. پسماندهاي هسته اي از بيمارستان‌ها.

دانشگاهها و صنايع به علاوه صنايع توان هسته اي مي آيند، آنها مي توانند خاكستر شوند و معمولاً دست آخر در محل هاي دفن زباله كم عمقي چال مي شوند. نشان داده شده است كه اين روش موثري براي مديريت پسماند اين چنين مواد نسبتاً بي‌خطري است به شرطي كه همه مواد بسيار سمي ابتدا جدا شده و جزء پسماندهاي سطح بالا قرار گيرد.
كشورهاي زيادي داراي مخازن پاياني فعال براي پسماندهاي سطح پايين هستند. پسماندهاي سطح پايين تقريباً همان پرتوزايي را دارند كه سنگ معدن لورانيوم مرتبه پايين دارد و هم آنها بالغ بر بيش از پنجاه برابر پسماندهاي سطح بالاي سالانه است. در كل جهان اين پسماندها ۹۰% كل حجم را تشكيل مي دهند اما فقط ۱% پرتوزايي كل همه پسماندهاي پرتوزا را دارند.

]پسماندهاي سطح متوسط[ بيشتر از صنايع هسته اي مي آيند. آنها پرتوزاتر هستند و بايد پيش از رسيدگي و دفع در برابر مردم حفاظ گذاري نشوند و شامل درين‌ها، رسوب‌هاي شيميايي و اجزاي راكتور به علاوه مواد آلوده مربوط به از رده خارج كردن راكتورها مي شوند. اين پسماندها براي دفع بيشتر در بتون قرار داده مي شوند. معمولاً پسماند كوتاه عمر (بيشتر از راكتورها) دفن مي شود، اما پسماند دراز عمر (از سوخت هسته اي بازفرآوري شده) در اعماق زير زمين دفع مي شوند. پسماندهاي سطح مياني ۷% حجم پسماندهاي پرتوزاي و ۴% پرتوزايي جهان را تشكيل مي دهند.

بازفرآوري سوخت مصرف شده
]مهمترين دليل براي بازفرآوري بيرون كشيدن اورانيوم و پلوتونيوم مصرف نشده از عناصر سوخت مصرف شده است. دليل دوم كاهش حجم موادي است كه به صورت پسماند سطح بالا دفع مي شوند[.

P1 بازفرآوري از هدر رفتن مقدار قابل توجهي از منابع جلوگيري مي كند زيرا بيشتر سوخت مصرف شده (اورانيومي با كمتر از ۱% u-235 و اندكي پلوتونيوم) مي‌تواند به صورت عناصر سوخت جديد بازيابي شود، كه ۳۰% اورانيوم طبيعي را كه در غير اين صورت لازم بود ذخيره مي كند. اين اورانيوم و پلوتونيوم به سوخت اكسيد مختلط تبديل مي شوند و يك منبع مهم هستند. سپس پسماندهاي سطح بالاي باقي مانده براي دفع‌شدن به صورت مواد جامدفشرده، پايدار و غيرقابل حلي تبديل مي‌شوند كه دفعشان از مجموعه هاي حجيم سوخت مصرف شده آسان تر است.

P2 يك راكتور آب سبك ۱۰۰۰Mwe در حدود ۲۵ تن سوخت مصرف شده در سال توليد مي كند، تا به حال، پيش از ۸۰۰۰۰ تن از سوخت مصرف شده‌ي راكتورهاي توليد برق تجاري بازفرآوري شده است و هم اكنون ظرفيت سالانه اين كار حدود ۵۰۰۰ تن در سال است.

P3 مجموعه هاي سوخت مصرف شده اي كه از يك راكتور خارج مي شوند به شدت پرتوزا هستند و گرما توليد مي كنند. به همين خاطر آنها در تانك‌هايي بزرگ يا حوضچه‌هايي از آب قرار داده، خنك مي كنند و سه متر از آب روي آنها پرتوها را مهار مي كند. آنها در اين جا، كه در محل راكتور يا در ايستگاه بازفرآوري است، چند سالي باقي مي مانند تا سطح تابش آنها به طور چشمگيري كاسته شود. براي بيشتر انواع سوخت ها بازفرآوري در حدود ۵۰ سال پس از تخليه راكتور انجام مي شود.
P4 سوخت مصرف شده ممكن است پس از خنك سازي اوليه، با استفاده از فلاسك‌هاي محافظ دار خاصي كه تنها چند تن (مثلاً ۶ تن) از سوخت مصرف شده را در خود جاي داده اما حدود ۱۰۰ تن وزن دارند، حمل و نقل شود. انتقال سوخت مصرف شده و ديگر پسماندهاي سطح بالا به سختي مراقبت مي شود.

P5 بازفرآوري سوخت اكسيد مصرف شده مستلزم حل عناصر سوخت در اسيد نيتريك است. سپس جداسازي شيميايي اورانيوم و پلوتونيوم انجام مي شود. Pu و u مي توانند به ورودي چرخه سوخت بازگردانده شوند. (اورانيوم به مرحله تبديل، پيش از غني سازي دوباره و پلوتونيوم مستقيماً به مرحله ساخت سوخت). (در حقيقت به منظور بازيابي سوخت آنها اغلب در يك محل واحد هستند). مايع باقي مانده پس از بيرون كشيدن pu و u، پسماند سطح بالاست كه شامل حدود ۳% از سوخت مصرف شده است. اين پسماند به شدت پرتوزاست و به توليد گرماي شديد ادامه مي دهد.

P6 بازفرآوري‌هاي زيادي از دهه ۱۹۴۰، انجام شده است كه عمدتاً براي مقاصد نظامي و به منظور بازيافت پلوتونيوم (از سوخت با سوزش burn up كم) براي جنگ افزارها، انجام شده است. در بريتانيا، حدود چهل سال است كه عناصر سوخت فلزي حاصل از اولين نسل راكتورهاي تجاري كه با گاز خنك مي شوند، در Sellafield بازفرآوري‌ مي گردد. اين كارخانه‌ي t/yr1500 با توجه به همراهي با رشد ايمني، بهداشت و ديگر استانداردهاي سامان دهي، با موفقيت توسعه داده شده است. از ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۳ سوخت هاي اكسيدي هم در قسمتي از اين كارخانه كه به اين منظور تغيير داده شده بازفرآوري‌ شدند. در ۱۹۹۴ يك كارخانه جديد بازفرآوري‌ اكسيد حرارتي t /yr1200 ‏ (T HORP) برپا شد.

در آمريكا يك داستان حماشي (Saga) سياسي و فني هست و هيچ كارخانه بازفرآوري‌ در حال حاضر كار نمي كند. سه كارخانه براي بازفرآوري‌ سوخت هاي اكسيدي غيرنظامي در آمريكا ساخته شده است: اول يك كارخانه t/yr300 در
West Valley، Ny، ساخته شد و از ۷۲-۱۹۶۶ با موفقيتكار كرد. با وجود اين الزامات انتظامي روز به روز سخت گيرانه تر به معناي اصلاح كردن كارخانه بود كه غير اقتصادي پنداشته شد، و كارخانه تعطيل شد. دومي يك كارخانه t/yr300 بود كه با استفاده از فن آوري جديد در Morris، illinois ساخته شد،

كه علي رقم تحقق در مقياس آزمايشي در كارخانه توليدي درست كار نكرد. سومي يك كارخانه t/yr1500 در Barnwell، South Carolona بود، كه به واسطه تغيير سياست دولت كه طي يك بند از سياست عدم تكثر آمريكا (non-proliferation) شده بازفرآوري‌ هاي غير نظامي را نفي مي كرد، بي نتيجه ماند. در مجموع امريكا از دهه ۱۹۴۰ بيش از ۲۵۰ كارخانه سال تجربه عملي بازفرآوري‌ دارد، كه قسمت عمده آن در كارخانه هاي صنايع دفاعي بوده است.

P7 در فرانسه يك كارخانه بازفرآوري t/yr 400 مشغول به كار است كه براي سوخت‌هاي فلزي حاصل از راكتورهاي اوليه‌ي خنك شونده با گاز در Marcoule مي‌باشند. در Lattague، بازفرآوري‌ سوخت هاي اكسيدي از ۱۹۷۶ انجام مي شده است، و دو كاخانه t/yr800 هم اكنون فعالند. هند يك كارخانه سوخت اكسيدي t/yr100 فعال در Tarapur و چند تاي ديگر در Kalpakkam و Trombay دارد، و ژاپن در حال سوختن يك كارخانه بزرگ در Rokkasho است در حالي كه در اين فاصله بيشتر سوخت مصرف شده اش در اروپا بازفرآوري‌ مي شود.

روسيه يك كارخانه بازفرآوري‌ سوخت اكسيدي t/yr400 در Chelyabinsk دارد و يك كارخانه بزرگتري در Krasnoyarsk مي سازد.
P8 پس از بازفرآوري‌، اورانيوم بازيافت شده مي تواند در يك كارخانه ساخت سوخت معمولي (پس از غني سازي دوباره) استفاده شود، اما پلوتونيوم بايد در يك كارخانه سوخت اكسيد مختلط (MOX) ويژه، كه اغلب با كارخانه بازفرآوريي كه آن را جدا كرده است در يك جا جمع اند، تبديل شود. در فرانسه خروجي بازفرآوري‌ با ورودي كارخانه MOX هماهنگ مي شود تا از انباشته شدن پلوتونيوم جلوگيري شود. اگر پلوتونيوم براي چند سال انبار شود، آمرسيم- ۲۴۱، ايزوتوپ مورد استفاده در آشكارسازهاي دود خانگي، جمع خواهد شد و به خاطر افزايش سطح پرتوزايي گاما دستكاري كردنش در يك كارخانه MOX مشكل مي شود.

پسماندهاي سطح بالاي مربوط به بازفرآوري‌
P1 پسماندهاي سطح بالاي حاصل از بازفرآوري‌ علي رقم مقدار كمشان (۵-۱ را ببينيد) نيازمند مديريت، ذخيره سازي و دفع بسيار بسيار دقيقي هستند زيرا محتوي پاره‌هاي شكافت و عناصر ترا اورانيومي مي باشند كه سطوح بالايي از آلفا، بتا و پرتو گاما و نيز مقدار زيادي گرما منتشر مي كنند. اين گرما عمدتاً از پاره اي شكافت كه اكثراً نيمه عمرهاي كوتاه‌تري دارند ناشي مي شود. اينها موادي هستند كه از نظر عامه به عنوان “پسماندهاي هسته‌اي” دانسته مي شود.

P2 براساس ظرفيت برق هسته اي ساخته شده از قرار يك كيلووات براي هر نفر، هر يك از افراد يك جامعه غربي سالانه مسئوليت حدود ml20 از پسماند سطح بالايي حاصل از بازفرآوري‌ را متحمل مي شود. در صورت جامد سازي حجم اين مقدار به حدود يك سانتي متر مكعب كاهش مي يابد.
P3 نكته مهمي كه وجود دارد اين است كه پسماندهاي حاصل از برنامه هاي تسليحاتي در كشورهايي مانند آمريكا و روسيه بدون توجه به سرعت گسترش توان هسته‌اي تجاري، براي چند دهه بر اين صحنه حاكم خواهد بود.

ميرات اينها در مناطق آلوده، از دهه ۱۹۴۰ به بعد، مخازن ذخيره سازي داراي نشتي و دور نمايي از هزينه‌هاي پاك سازي بسيار زيادي است كه براي كشورهاي توليد كننده آنها باقي مي‌ماند.
P4 پسماندهاي مايع توليد شده در كارخانه هاي بازفرآوري‌ در مخازن فولادي ضد زنگ چند لايه اي كه خنك شده و توسط بتون مسلح احاطه مي شوند، به صورت موقتي انبار مي شوند. اينها بايد پيش از طرح مسئله دفع دائلي شان به مواد جامد فشرده و خنثي از نظر شيميايي تبديل شوند.
P5 روش اصلي جامد كردن پسماندهاي مايع، شيشه اي كردن است. Synroc (الماس مصنوعي Synthetic rock) استراليايي يك روش كارآمد براي بي حركت كردن اين چنين پسماندهائي است، اما هنوز براي پسماندهاي غير نظامي، به شكل تجاري گسترش نيافته است.
P6 كارخانه هاي شيشه‌اي كردن تجاري براساس Calcining پسماندها (حرارت دادن براي تبديل كردن به يك پودر خشك) و در ادامه در آميختن با شيشه بوروسيليكات، استوار هستند. شيشه‌ي مذاب با اين پسماندهاي خشك مخلوط شده و در قوطي هاي فولادي بزرگي با ظرفيت kg400 ريخته مي شود. سپس يك در پوش بر آن جوش داده مي شود. پسماند سالانه يك راكتور ۱۰۰۰ Mwe در ۵ تن از اين چنين شيشه‌اي،يا تقريباً در۱۲ قوطي هر يك به ارتفاع ۳/۱ و قطر ۴/۰متر جاي مي‌گيرد. در بريتانيا اين قوطي ها به صورت عمودي در سيلوهايي به عمق ۱۰ متر انبار مي‌شوند.

P7 فرآيندهايي اين چنين از دهه ۱۹۶۰ به بعد توسعه پيدا كرده و در كارخانه هاي آزمايشي امتحان شده اند. در Harwell انگلستان چندين تن از پسماندهاي سطح بالاي حاصل از سوخت بازفرآوري‌ شده طي سال ۱۹۶۶ شيشه اي شد، اما پس از آن تحقيقات رها شد تا هنگامي كه مقدار پسماندهاي سطح بالاي بوجود آمده اولويت بالاتري را باعث شدند. آزمايش هاي شستشوي با آب بسيار داغ نشان داد كه اين شيشه غيرقابل حل باقي مي ماند حتي اگر چند ترك فيزيكي در آن ايجاد شده باشد. نتايج مشابهي بر روي پسماندهاي فرانسوي شيشه اي شده بين سال هاي ۱۹۶۹ و ۱۹۷۲ بدست آمده است.

P8 شيشه اي كردن پسماندهاي پرتوزاي سطح بالا اولين بار در فرانسه و در سال ۱۹۷۸ در مقياس صنعتي انجام شد، و در حال حاضر در پنج كارخانه واقع در بلژيك، فرانسه، و بريتانيا با ظرفيت ۲۵۰۰ قوطي (۱۰۰۰ تن) در سال به صورت تجاري انجام مي‌گيرد.
P9 در ۱۹۹۶ دو كارخانه شيشه‌اي كردن در آمريكا باز بودند. يكي در
West Valley، Ny بود براي پرداخت كردن ۲/۲ ميليون ليتر پسماند سطح بالاي ناشي از سوخت‌هاي هسته اي غيرنظامي بازفرآوري‌ شده طي ۲۵ سال قبلش و ديگري در Savannah River، SC، بود براي شيشه اي كردن مقادير بيشتري از پسماندهاي نظامي.

P10 پسماندهاي شيشه‌اي شده بيش از دفع نهايي براي مدت زماني انبار مي شوند تا حرارت و پرتوزايي آنها كم شود. در كل هرچه اين مواد بتوانند مدت درازتري پيش از دفع نگهداري شوند مشكلات كمتري پيش مي آيد و فضاي كمتري از يك نهضت گاه را احتياج دارند. برحسب روش هاي دفع عملي انتخاب شده، حدود ۵۰ سال بين حضور اين مواد در راكتور و دفع آنها فاصله هست.
P11 مديريت اين چنين موادي مستلزم استفاده از پوشش حفاظتي و روش‌هايي براي اطمينان از ايمني افراد درگير مي باشد. به مانند همه موقعيت‌هايي كه در آنها پرتو گاما دخيل است، ساده ترين و كم هزينه ترين حفاظت فاصله است- ده برابر كردن فاصله پرتوگيري را به يك درصد مي رساند.

P12 هنگامي كه پسماندهاي سطح بالاي جدا شده (يا مجموعه هاي سوخت مصرف شده) از جايي به جاي ديگر منتقل مي شوند، محفظه هاي حمل و نقل مستحكمي بكار مي روند. اين محفظه ها طراحي شده اند تا در همه تصادفات ممكن مقاومت كنند بدون اينكه نشست كرده يا اثر حفاظتشان در برابر پرتو كاهش يابد. در جاهايي كه اينچنين محفظه هايي در طول سالها در معرض حوادث جدي قرار گرفته‌اند، اصلاً هيچ خطر پرتوگيري ايجاد نكرده اند. استانداردهاي بالايي كه براي استحكام اين محفظه ها طراحي شده است باعث مي شود كه آنها با انفجار به سختي بشكنند و بنابراين به عنوان هدفي براي اعمال خراب كارانه هم جذابيتي ندارند.

انبار و دفع سوخت مصرف شده به عنوان “پسماند”
P1 گزينه دفع مستقيم سياست ايالات متحده و سوئد است، هر چند در مورد آخري قابل بازيافت خواهد بود. سوئد از سال ۱۹۸۸ يك تجهيزات مركزي كاملاً عملياتي براي انبار دراز مدت سوخت مصرف شده (CLAB) با ظرفيت ۵۰۰۰ تن دارد و سوخت بعد از تنها يك سال يا در اين حدود انبار شدن در راكتور به اين مكان منتقل مي‌شود.

P2 در CLAB اين سوخت مصرف شده براي خنك شدن و پوشش راديولوژيكي در زير آب نگهداري و براي حدود ۴۰ سال ذخيره مي شود. در سال ۲۰۲۰ اين انبار پر خواهد شد و بايد تا آن هنگام يك انبار نهايي آماده شود، هرچند هم اكنون ظرفيت‌هاي انبار كردن بيشتري در دست ساختمان است.
P3 در حالي كه پسماندهاي سطح بالاي جدا شده، شيشه اي مي شوند تا غير قابل حل و از نظر فيزيكي پايدار شوند، سوخت مصرف شده اي كه مقدر است تا به صورت مستقيم دفع شود از قبل به يك شكل سراميكي خيلي پايدار مانند UO2 است.

P4 در رابطه با خود سوخت مصرف شده يا پسماند استخراج شده از آن، نكته مهمي كه بايد به آن توجه شود آهنگ سرد شدن يا تلاش پرتوزاي آن است. چهل سال پس از در آوردن از راكتور كمتر از يك هزارم پرتوزايي اوليه باقي مي ماند، و رفتار با آن بسيار آسان تر است. اين ويژگي، پسماندهاي هسته اي را از پسماندهاي شيميايي كه خطرناك باقي مي مانند مگر اينكه خنثي شوند. متمايز مي‌كند. هرچه پسماندهاي هسته اي به مدت درازتري ذخيره شوند، خطر آنها كمتر شده و مي‌توانند ساده تر مديريت شوند.

P5 در آمريكا شركت ما همه سوخت مصرف شده را در محل راكتور نگاه مي‌دارند و تا جايي كه چرخه سوخت ادامه دارد همان جا هست. قصد اين است كه اين سوخت مصرف شده از استخرهاي ذخيره راكتور يا بشكه هاي ذخيره سازي خشك به يك انبار فدرال در كوهستان Yucca در نوادا منتقل شود. مشتري هاي شركت برق مبلغ ۱/۰ سنت بر هر كيلو وات ساعت، براي مديريت ودفع نهايي سوخت هاي مصرف شده‌اشان مي پردازند. در پايان سال ۲۰۰۲ اين مبالغ بالغ بر بيش از ۱۸ ميليارد دلار آمريكا شد.

۵-۵- دفع پسماندهاي جامد
P1 چه پسماند سطح بالاي نهايي، ماده شيشه اي شده حاصل از بازفرآوري باشد، چه مجموعه هاي سوخت مصرف شده، در نهايت لازم است كه به شكل ايمني دفع شود. يعني علاوه بر مفاهيم ايمني به كار رفته در ديگر جاهاي چرخه سوخت هسته‌اي، نبايد پس از دفع، هيچ مديريت مداومي لازم باشد. در حاليكه هنوز تا چند سال دفع نهايي پسماندهاي سطح بالا روي نخواهد داد. با آهنگي مناسب با طبيعت و مقدار پسماندهاي موجود، آماده سازي هايي در حال انجام است.

P2 به عنوان قسمتي از يك بازنگري مداوم بر راه كارهاي پسماندداري، كميته مديريت پرتوزاي آژانس انرژي هسته اي OECD اصول دفع پسماندهاي پرتوزا در زمين را از منظر زيست محيطي و اخلاقي بازنگري كرد. ملاحظات مربوط به تساوي نسل ها مورد تاكيد قرار گرفت. در ۱۹۹۵ اين كميته تصويب كرد كه “زاه برد دفع زير زميني مي تواند طراحي و اجرا شود به روشي كه به اصول اخلاقي و ملاحظات زيست محيطي حساس و پاسخ گو باشد”، و نتيجه گرفت كه:

• “هم از نظر زيست محيطي و هم از نظر اخلاقي ادامه انباشت زيرزميني پسماندهاي پرتوزاي دراز عمري كه بايد بيش از چندصد سال از موجودات رويكره زمين جدا نگاه داشته شوند، موجه است” و اينكه
• “اجراي گام به گام طرح هاي دفع زير زميني، نظر به پيشرفت علوم و ]گسترش[ پذيرش عمومي در طول چند دهه جرح و تعديل را ممكن مي كند، و مانع از اين نمي شود كه احتمالاً انتخاب هاي ديگري بتواند در مراحل بعدي گسترش پيدا كند”.

P3 دفع نهايي پسماند سطح بالا بايد با ضريب اطمينان فوق العاده بالايي انجام شود. سوال اين است كه قبل از اينكه اين كار در مقياس بزرگي در طول ساليان طولاني انجام شود ما چگونه مي توانيم مطمئن شويم؟ آشكار است كه با ادامه تحقيقات و طراحي دقيق كه هم اكنون مدتي است انجام مي شود، يك سطح بالايي از اعتماد مي‌تواند در واقع بدست آيد. مسائل موجود نه خيلي بزرگ و نه فوق العاده، پيچيده هستند.

P4 ] اول، پسماند جدا شده يا سوخت مصرف شده در يك شكل پايدار و غيرقابل حل هستند. دوم اين پسماند در فلاسك هايي از فولاد زنگ نزن سنگين يا ظرف هايي كه در مقابل خوردگي مقاوم هستند (مانند فولاد زنگ نزن و مس) پوشينه دار مي‌شوند (يا خواهند شد). سوم از منظر زمين شناختي جدا نگاه داشته مي شوند[.
دو نتيجه مهم مي تواند به آساني از تغييرات نشان داده شده بيرون كشيده شود. اولي اين است كه خطر راديولوژيكي، با هر ۱۰ تا ۱۰۰۰ سال با ضريب يك هزار و پس از آن با تغييرات اندكي پايين مي افتد. دليلش اين است كه تقريباً همه پاره هاي شكافت حاصل از واكنش زنجيره اي، كه نيمه عمر كوتاهي دارند تلاشي كرده و به مقدار اندكي مي‌رسند.

P6 اين عمليات مقادير كمي عناصر “ترا اورانيومي” بسيار سنگين مانند آمرسيم و نپتونيوم كه معمولاً نيمه عمرهاي خيلي درازتري دارند، پشت سر خود به جا مي‌گذارد. يك هزار سال در مقياس هاي بشري هنوز هم زمان درازي است، اما هدف قرار دادن آن در يك وضعيت زمين شناختي پايدار است كه در اين حالت مقياس هاي زماني زمين شناختي مرجع با معناتري هستند. تا حدي كه زمان لازم براي تلاش پلوتونيوم به يك سطح پايين از نظر زمين شناسي زودگذر است.

البته اجراي سمي يك سنگ معدن لورانيوم كه از سطح زمين بيرون مي زند در عمل راهشان را به زنجيره اي غذايي انسان پيدا مي كنند. مواد پسمانديي كه به شكل سراميكي در عمق حداكثر يك كيلومتري زير زمين در يك منطقه خشك با ساختار پايدار زمين شناختي دن مي شوند در عمل شانسي براي اين كار ندارند. (با وجود گفته نمي شود كه رسوب اورانيوم سطحي خطرناك است، چون مقاديري كه به بدن مي رسد خيلي كوچك است.)

P8 بسياري از كشورهاي صاب تجهيزات هسته اي برنامه هاي فعالي با هدف تعيين و آزمايش عمق مناسب پايگاه‌هاي دفع زير زميني طرح يا عملياتي كرده اند. منظور از اين كار جايابي مناطقي است كه موانع متعددي بين پسماندها و محيط زيست انسان بتواند ساخته شود. بعضي از اين موانع طبيعي يا مصنوعي كه در پي آنند عبارتند از:
• شكل غير قابل حلي از پسماند (شيشه، Synroc يا uo2)، ۵-۳ و ۵-۴ را ببينيد.
• مسدود كردن در ظروف بدون نشت.
• بسته بندي با خاك معدني bentonite، در صخره هاي مرطوب براي محفوظ كردن آن از حركت آب هاي زير زميني و حركات ناچيز زمين.
• قرار دادن در ساختارهاي سنگي مستحكم در اعماق زير زمين (مثلاً عمق ۵۰۰ متري).
P9 سه نوع ساختار زمين شناختي براي اين منظور به شكل گسترده اي در حال مطالعه شدن هستند:

سنگ هاي كريستالي سخت، خاك هاي معدني و تخت هاي نمكي سنگي. موقعيت‌هاي مناسبي در چندين كشور تعريف شده است و اين پايگاهها هم اكنون در حال ارزيابي شدن جزئي‌تر هستند. در بيشتر روش ها طرح اين است كه فن آوري‌هاي معمول استخراج معدن شامل تونل زني و گستردن سوراخ ها و ايجاد اتاق ها استفاده شود. اين كارها مسافت كافي براي قرار دادن قوطي ها (Conister) در حفره هايي با فواصل مناسب در كف هر طبقه، يا چيدمان هاي ديگر فراهم مي كند. يك انبار زير زميني عميق ساخته شده به اين منظور در نيومكزيكو امريكا هم اكنون در حال كار است، اما تنها براي پسماندهاي نظامي با عمر بلند استفاده مي شود.

P10 مشكلات مربوط به اين كار در اصل مشكلات فني هستند. فنون طراحي مهندسي و استخراج معدن معمول همراه با مانيتورينگ دما و تنش سنگ ها باعث مي‌شوند كه عمليات دفع با درجه بسيار بالايي از ايمني انجام شود. عمليات مهندسي و سازماندهي براي جدا نگاه داشتن موثر مواد خطرناك چيز تازه اي نيست.

P11 مسئله پايداري زمين شناختي ساختار سنگ ها براي اينكه دفع پسماندها در دراز مدت با مشكلي مواجه نشود بسيار مهم است. تعدادي از ساختارهاي سنگي هستند كه بيش از نيمي از ۴۵۰۰ ميليون سال عمر زمين را پايدار بوده اند، كه شانس كم حركتي قابل توجه را در دوره زماني هزار ساله يا بيشتر جداگانه داشتن پسماندها مي‌رساند.
P12 در حالي كه دفع زير زميني پسماندهاي هسته اي بالقوه به شكل دائمي است، اگر فصل هاي آينده بخواهند، هيچ مشكلي براي بازيابي آنها ندارند، و تدارك آن مي‌تواند به سادگي انجام شود.

P13 مقايسه زهر آگيني پسماندهاي هسته اي با سموم صنايع معمول و گازهاي سمي كه هر روزه توسط صنايع به كار مي رود بي ربط نيست. طبيعتاً آرسنيك روزانه به صورت يك علف كش و در الوارهاي ساختماني در محيط زيست توزيع مي شود، برخلاف پسماندهاي هسته اي عمر نامحدودي دارد. باريم عموميت ندارد، و استفاده وسيعي در صنعت و مصارف خانگي دارد. اين گازها، با توجه به ميزان دسترسي به آنها احتمالاً خطرناكتر از پسماندهاي هسته اي هستند.

P14 در حال حاضر سوال كوچكي كه وجود دارد اين است كه دفع پسماندهاي سطح بالا هنگامي كه عمري از آنها گذشت ايمن خواهند بود يا نه؟ اين پسماندها، هرچند هنگام توليدشان بسيار سمي هستند، مقدارشان كم است و در كل خطرناك‌تر از بيشتر مواد مشابه نيستند. با اين همه، آنها تجلي سندروم ‘not in my backyard’ جوامع مدرن هستند. براي ما پذيرش مزاياي توسعه اقتصاد و فن آوري در حالي كه انسان‌هاي اميدوار ديگري با همه جنبه هاي پلشت و ناخوشايند مقابله خواهند كرد آسان تر است، هرچند ممكن است ايمن باشند.

P15 در حاليكه هر كشوري در مورد دفع پسماندهاي خودش از هر نوع كه باشد مسئول است، در حال حاضر امكان استفاده از مخازن پسماند هسته اي بين‌المللي به صورت جدي مد نظر قرار دارد، و روسيه براي اجراي آن قوانيني وضع كرده است. استراليا يكي از كشورهايي است كه موقعيت زمين شناختي مناسبي براي يك چنين عمل مخاطره آميزي دارد.

يك همسان طبيعي: oklo
P16 اگرچه پسماندهاي بسيار فعال نيروگاههاي هسته اي مدرن هنوز به مدت زمان كافي به صورت چال شده نمانده اند كه نتايجي مشاهده شود، اين فرآيند در عمل حداقل به صورت طبيعي در يك نقطه اتفاق افتاده است. در okloي گابن واقع در آفريقاي غربي، حدود دو ميليارد سال قبل حداقل ۱۷ راكتور هسته اي طبيعي در يك رسوب غني از كانه اورانيوم شروع به كار كرده اند. هر يك از آنها حدود ۲۰kw حرارت توليد مي كرد. در آن زمان غلظت u-235 در همه اورانيوم هاي طبيعي به جاي ۰٫۷ درصد كنوني، ۷/۳ درصد بود .

P17 اين واكنش هاي زنجيره اي طبيعي در حضور اب به عنوان يك كند كننده خود به خود شروع شده و قبل از اين كه در نهايت فرو نشينند، حدود ۲ ميليون سال ادامه يافت. درطول اين دوره واكنش طولاني حدود ۴/۵ تن پاره هاي شكافت به همراه ۵/۱ تن پلوتونيوم و ديگر عناصر فرا اورانيومي در اين معدن توليد شد.

P18 اين محصولات پرتوزاي اوليه در اين مدت زمان طولاني به عناصر پايدار تلاشي كرده اند اما مطالعه دقيق مقدار و موقعيت اين عناصر نشان داده است كه پسماندهاي پرتوزا در طول واكنش‌هاي هسته‌اي و پس از آن جابجايي اندكي داشته‌اند. پلوتونيوم و ديگر ترا اورانيوم ها بي حركت مانده اند. اين مسئله از آن جهت قابل توجه است كه آب هاي زير زميني به آساني به اين مواد دسترسي داشته اند و آنها به يك شكل خنثي از نظر شيميايي (مانند شيشه) نبوده اند. با وجود اين، مواد پسماندي حتي با وجود آب، به خاطر نشت بر روي خاك هاي معدني لزوماً در ميان زمين آزادانه حركت نمي‌كنند .

P19 پس تنها “آزمايش” شناخته شده در مورد دفع پسماند هسته اي در زير زمين، در oklo، با وجود مشخصات اين محل در يك دوره زماني طولاني موفقيت آميز بوده است. يك چنين ساختار رسي/ ماسه اي water-logqedي براي دفع پسماندهاي سمي جديد، هسته اي يا چيزهاي ديگر در نظر گرفته نمي شود، اگرچه خاك هاي رس و قير نقش مهمي در محفظه سازي براي اين پسماندها بازي مي كنند.

P20 با وجود اين، مثال oklo به محققان انگيزه داد تا حركت دي اكسيد اورانيوم در آب‌هاي زير زميني را به همراه ديگر سنگ هاي معدني (كه شكافت پذير نيستند) مطالعه كنند. اين به سنجش ايمني دراز مدت مخازن پسماندهاي سطح بالا كمك خواهد كرد. يك چنين مطالعه همسان بين‌المللي در اطراف رسوب هاي koongarra در سرزمين هاي شمالي استراليا در حال انجام است.

هزينه
P21 بالاخره، مسئله هزينه مهم است. در آمريكا به واسطه اختصاص يك ماليات ۰٫۱ Cent/kwh براي دفع سوخت مصرف شده بالغ بر ۱۸ ميليارد دلار امريكا در پايان ۲۰۰۲ جمع شده بود. شركت هاي برق كانادايي قيمتي در حدود ۰٫۱ Cent/kwh را براي هزينه دفع سوخت مصرف شده در آينده جمع مي كنند، و اين پول ها در ۱۹۹۷ بالغ بر ۲۵/۱ ميليارد دلار كانادا شد. در سوئد يك ماليات ۰٫۳ Cent/kwh خرج ذخيره تدريجي پسماندها و تحقيق در مورد دفع آنها مي شود. وضعيت هاي مشابهي در ديگر كشورها وجود دارد به اين اميد كه براي دفع نهايي همه پسماندهاي هسته اي از قبل به صورت كامل تأمين بودجه شود.
P22 به طور خلاصه، واضح است كه مديريت ايمن پسماندها يك هنجار است، كه فن آوري دفع وجود دارد و اينكه اجراي كامل آن با هزينه قابل قبول در سال ۲۰۲۰ در چند كشور امكان پذير خواهد شد.

۵-۶- راكتورهاي از كار انداخته شده
]تا كنون بيش از ۳۰۰ راكتور هسته اي از كار انداخته شده است كه شامل تقريباً ۱۰۰ راكتور توان تجاري بيش از ۲۵۰ راكتور تحقيقاتي و تعدادي تجهيزات چرخه سوخت مي باشد[.
P1 چون تنها در سال هاي اخير است كه چند راكتور بزرگ تر بسته شده است. فقط راكتورهاي كوچك و متوسط (حداكثر Mwe330) تا اين مرحله با استفاده از تجهيزات كنترل از راه دور از كار انداخته شده اند. قطعات جدا شده همراه با ديگر پسماندهاي سطح متوسط دفع مي شوند .
P2 آژانس بين‌المللي انرژي اتمي براي نابودسازي، پس از برداشتن سوخت، سه گزينه تعيين كرده است. اين تعاريف در سطح بين‌المللي پذيرفته شده است:

• ]پياده كردن بي فاصله[ (يا Early Sute Releae/Decon در امريكا): اين گزينه وسايلي در نظر گرفته مي شود كه طي زمان نسبتاً كوتاهي پس از خاموش شدن يا ختم فعاليت هاي منظم از كنترل نظارتي خارج مي شوند. معمولاً پياده سازي يا فعاليت‌هاي آلايش زدايي نهايي در طي چند ماه يا چند سال بسته به دستگاه آغاز مي‌شود. در ادامه برداشتن كنترل نظارتي، استفاده مجدد از پايگاه امكان پذير مي‌شود.
• حصار ايمن (يا Safestor): اين گزينه حذفنهايي كنترل ها را براي يك دوره طولاني تر، معمولاً ۴۰ تا ۶۰ سال به تعويق مي اندازد. اين وسيله در يك وضعيت ذخيره سازي ايمن قرار مي گيرد تا اينكه پياده سازي نهايي و فعاليت هاي آلايش زدايي انجام شود.

• ]دفن[ اين گزينه قرار گرفتن وسيله در شرايطي را در پي دارد كه باقي ماندن مواد پرتوزا را در محل بدون نياز به حتي برداشتن آن به طور كامل مجاز خواهد كرد. اين گزينه معمولاً كاهش ابعاد سطحي را كه مواد پرتوزا در آن قرار گرفته اند و سپس احاطه شدن آنها را در يك ساختار بادوام مانند بتون را به همراه دارد تا پرتوزايي باقي مانده در نهايت موجب نگراني نباشد.

P3 هر گزينه مزايا و معايبي دارد و سياست ملي است كه به شكل شايسته اي تعيين مي كند كه كدام روش انتخاب شود. در حالت پياده كردن بي فاصله و رها كردن زود هنگام پايگاه مسئوليت نابود سازي به نسل هاي آينده منتقل نمي شود. تجربه و مهارت هاي كادر شاغل هم مي تواند در طول برنامه نابودسازي بكار گرفته شود. گزينه ديگر يعني حصار ايمن يا انباشت ايمن كاهش قابل توجه در پرتوزايي مانده و بنابراين كاهش خطر پرتوگيري در طول پياده سازي نهايي را ممكن مي كند. پيشرفت مورد انتظار در فنون مكانيكي هم بايد به كاهش خطرات و هزينه ها منجر شود.

P4 براي راكتورهاي هسته‌اي، حدود۹۹% پرتوزايي با سوختي كه پيش‌از جهت‌گيري به سمت هر يك از اين گزينه ها برداشته مي شود همراه است. جداي از هر آلايش زدايي سطحي از نيروگاه، پرتوزايي باقي مانده از “محصولات فعال سازي” مانند اجزاي فولاديي كه براي مدتي طولاني در معرض تابش فوترون بوده اند، مي آيد. اتم‌هاي اين اجزا به ايزوتوپ هاي مختلفي مانند آهن ۵۵، كبالت ۶۰، نيكل ۶۳، و كربن ۱۴ تبديل مي شوند.

دوتاي اول به شدت پرتوزا بوده و اشعه گاما منتشر مي كنند. با وجود اين نيمه عمرشان به صورتي است كه پس از تعطيلي راكتور پرتوزايي شان بسيار كم شده و احتمال خطر براي كارگران به شدت كاسته مي شود. روي هم رفته، ۱۰۰ سال پس از خاموش شدن، سطح پرتوزايي با ضريب ۱۰۰۰۰۰ پايين مي افتد.