Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Horká skvrna na naší planetě

Co dokázal závod na přepracování nukleárního paliva v Ozersku
Publikováno: Vesmír 76, 428, 1997/8

Během přibližně půl století od počátku „nukleárního věku“ se na různých místech naší planety nahromadilo značné množství jaderných odpadů, které pochopitelně zneklidňují zejména obyvatele přilehlých oblastí. Tyto obavy mívají jen zčásti racionální podklad, ale není moudré brát je na lehkou váhu.

Objemově větší odpad ve formě vyhořelých palivových článků civilních jaderných reaktorů nepředstavuje největší problém. Tyto odpady jsou totiž přesně lokalizovány a zachází se s nimi podle předpisů, vypracovaných mezinárodními agenturami pro dohled nad civilními nukleárními aktivitami v celém světě; ty neméně přísně kontrolují jejich dodržování. Kromě toho je většina těchto odpadů uzavřena v původních palivových článcích, které jsou prakticky bezpečně uloženy v dočasných úložištích na území příslušných jaderných elektráren (viz L. Marková, Vesmír 75, 71, 1996/2; 75, 626, 1996/11).

Daleko větší problém představují prastaré jaderné odpady, které se nahromadily během padesátiletého závodu o vojenskou nukleární převahu. Tehdy byla nukleární technologie ještě v plenkách, cílem bylo vyrobit co nejdříve co nejvíce vojenského plutonia a problém obrovského množství odpadních radionuklidů nikoho příliš nevzrušoval. Podle toho se s nimi zacházelo, tím spíše, že to byly aktivity supertajné, do kterých obyvatelé, včetně daňových poplatníků, neměli co mluvit.

Hlavními protagonisty tohoto mocenského závodu byly USA a bývalý SSSR, zatímco Velká Británie, Francie a Čína hrály podstatně méně významnou roli. Místa největšího nahromadění těchto vojenských jaderných odpadů můžeme právem označit za „horké skvrny“ planety. Toto dědictví snad již definitivně skončeného vojenského závodu bude zatěžovat ekologii i ekonomii hlavních protagonistů zřejmě ještě desítky let, než se je podaří přijatelným způsobem zneškodnit.

V USA se o těchto problémech již delší dobu otevřeně diskutuje, je podrobně znám současný stav i záměry do budoucna; obdobné údaje z bývalého SSSR však byly přísně tajeny až do konce existence této jaderné supervelmoci. Teprve v nynějším Rusku se postupně vynořují z umělé mlhy.

V půli letošního dubna navštívilo šest českých odborníků jednu z takových „horkých skvrn“ v ruském Ozersku – závod na zpracování jaderného paliva Majak. K návštěvě došlo z iniciativy ruských specialistů a na jejich pozvání. Jedním z důvodů k tomuto pozvání bylo zřejmě poněkud opožděné uznání českým odborníkům z Ústavu anorganické chemie Akademie věd a z Ústavu jaderného výzkumu (oba v Řeži u Prahy) za objev výjimečných vlastnosti metalokarboranových aniontů, který po dlouhodobém vývoji vedl k první průmyslové metodě izolace a dělení obzvlášť nebezpečných radionuklidů cezia a stroncia z radioaktivních odpadů. Tento postup byl patentován v bývalém Československu již r. 1972, později se stal předmětem společného rusko-českého patentu a od srpna 1996 se skutečně provozně používá ve verzi podle čerstvého ruského patentu. Poprvé na světě se tak podařilo v technologickém měřítku začít likvidovat nebezpečné dědictví radioaktivních odpadů, které se nahromadily během bezmála padesáti let od r. 1948.

Hlavním důvodem naší návštěvy v závodu Majak však byla jednání o další spolupráci při zpracovávání vyhořelých palivových článků nukleárních reaktorů. Bylo to v zájmu obou stran. Váhu tomuto setkání dodalo jednání ředitelů Ústavu jaderného výzkumu a Ústavu anorganické chemie AV ČR s kompetentními nejvyššími představiteli závodu Majak. Byli jsme přijati vskutku velkoryse a jednání byla velmi úspěšná. Oficiální ruský mluvčí E. G. Ryžkov to ostatně vyjádřil v tiskovém prohlášení, které přes zprostředkující agentury poněkud zkresleně uveřejnily naše Hospodářské noviny dne 29. 4. 1997.

Cenná byla i skutečnost, že jsme se mohli seznámit s podrobnostmi padesátileté historie závodu Majak, s jeho vážnými prohřešky proti ekologii obrovské Čeljabinské oblasti, ale rovněž s velmi úspěšnou nápravou dávných hříchů. Měli jsme možnost si prohlédnout téměř všechna rozhodující zařízení závodu, a snad všichni jsme nabyli dojmu, že naši hostitelé jsou jednak špičkoví a zodpovědní odborníci, jednak že nás informovali o současném stavu věcí naprosto otevřeně, do nejmenších detailů a zcela věrohodně.

Na oplátku zde podáváme zprávu o minulosti i současnosti závodu Majak. Je založena jednak na osobním dojmu, jednak na pozoruhodném informačním materiálu, který závod vydává pro informaci přibližně milionu obyvatel přilehlé oblasti. Informace vycházejí v občasníku „Majak-Info“. Tento bulletin by měl být rozhodně publikován i v anglické verzi pro poučení zájemců kdekoliv na světě; „horká skvrna“ v Ozersku totiž není zdaleka jediná na Zemi, ale je asi jediná, která se skutečně začala zmenšovat.

Poloha uzavřeného města a stav věcí

Ozersk, stále uzavřené město s 85 000 obyvateli (poloha 55,5o s.š.; 61,0o v.d.) leží 70 km na severozápad od Čeljabinsku (55o s.š.; 61,5o v.d.) a 120 km jižně od Jekaterinburgu, před r. 1991 nazývaného Sverdlovsk (57o s.š.; 61o v.d.). Na jeho jižním okraji je další uzavřená oblast komplexu Majak.

Město bylo založeno ve víceméně pusté oblasti koncem r. 1947 a vystupovalo navenek jako Čeljabinsk 40, později Čeljabinsk 65. Roku 1948 bylo přijato usnesení o konstrukci prvního závodu na produkci vojenského plutonia v SSSR v Čeljabinské oblasti. Tím se stal závod Majak, který je nyní největším ruským komplexem jaderného průmyslu. Zároveň se stal největším zdrojem radiačního znečištění Čeljabinské oblasti, především v důsledku primitivnosti jaderné technologie v prvních etapách, zejména v první dekádě existence závodu Majak.

- letech 1949 až 1951 byly všechny odpady vypouštěny do potoku Teča, který je přítokem řeky Iseť. Odpadů bylo asi 2,7 MCi, v povodí žilo 124 000 obyvatel (viz rovněž Vesmír 74, 353, 1995/6).

- Roku 1957 vybuchla jedna z nádrží s radioaktivním odpadem, celkem asi 20 MCi, z toho trvalý spad asi 2 MCi jako takzvaná „východouralská radioaktivní stopa“ (viz obr. na str. 430). V této oblasti žilo 272 000 lidí, ale stopa naštěstí nezasáhla žádné větší město.

- Od roku 1951 dosud se většina středně aktivních odpadů vypouštěla do mělkého jezera Karačaj; dnešní stav je asi 120 MCi aktivity beta celkem (tj. 4,4x1016 Bq = 44 PBq). V blízkém okolí žije zhruba 40 000 lidí.

- Nespecifikované množství radioaktivity unikalo systematicky do atmosféry v první dekádě činnosti závodu.

- V úložištích závodu Majak je stále asi 1 GCi jaderných odpadů, ke konci r. 1995 z nich bylo zaskleno (tj. převedeno do skelné fáze) asi 250 MCi (tj. čtvrtina).

Jezero Karačaj
Jeho délka je 750 m, šířka 450 m, průměrná hloubka 1,5 m, průměrná plocha 26 hektarů. Maximální rozliv až 51 ha (1962, 1963–64), ale někdy naopak jezero úplně vyschne a větrná eroze roznáší jeho aktivitu do okolí (např. na jaře 1967). Tehdy vítr roznesl na přilehlé pobřeží asi 600 Ci aktivity. Obsah 90Sr dosáhl 0,1 Ci/km2 na 1800 km2 plochy. V této oblasti žije asi 40 000 lidí.

Současná aktivita je asi 120 MCi beta (40 % Sr a 60 % Cs radionuklidů). Z toho 7 % ve vodě, 41 % v pevném dně a 52 % v usazeném bahně. Do spodních vod prosáklo asi 5 milionů m3 kontaminované vody; celková plocha zamořených spodních vod je asi 10 km2, migrační rychlost je přibližně 100 m/rok. Jezero se postupně zaváží: pokrývá se betonovými kesony (ochrannými bloky) a ty se zavážejí dvouapůlmetrovou vrstvou zeminy; nyní je 80 % radionuklidů lokalizováno. Ke konci roku 1996 zbývala již plocha jen 13 hektarů a práce zatím pokračují, dokud finance stačí.

Exploze tanku v roce 1957
Dne 29. 9. 1957 v 16 hod. 20 min. místního času explodoval jeden z tanků, ve kterých se skladovala směs acetátů a nitrátů sodných, včetně nitrátů všech možných radionuklidů. K explozi došlo vlivem určité nedbalosti, postupným odpařením chladicího vodního blanketu, vysušením obsahu a jeho samovolným zahřátím na 330 – 350 oC. Chemický výbuch přibližně 70 – 80 tun směsi rozptýlil asi 20 MCi radioaktivity do výšky 1 km, 90 % dopadlo v nejbližším okolí a zhruba 2 MCi se rozptýlily ve „východouralské radioaktivni stopě“ směrem na severoseverovýchod. Šířka radioaktivní stopy je 30 – 50 km, délka 300 km, se zamořením stronciem 0,1 Ci/km2 na cca 20 000 km2. Oblast s 2 Ci/km2 (asi 1 000 km2) byla široká 8 – 9 km a dlouhá 105 km (tato úroveň zamoření je snesitelná pro lidi víceméně trvale – je to 74 000 Bq/m2). Pro člověka nepřípustné zamoření 100 Ci/km2 (=3,7x106 Bq/m2) zasáhlo asi 100 km2 terénu. Roku 1957 bylo odstraněno 320 tisíc m3 nejvíce kontaminované zeminy a dalšími 420 tisíci m3 byl překryt další terén. V letech 1958 – 1959 bylo přeoráno asi 2 000 ha plochy, zčásti hlubokou orbou. Celkem bylo vyřazeno jako speciální zóna (lidem nepřístupná a hlídaná policií) území, které má dnes rozsah asi 180 km2. Oblast 1 000 km2, zasažená aktivitou stroncia 2 Ci/km2, byla ze 63 % obhospodařována zemědělsky, 20 % bylo lesů a zbytek vodní plochy a bažiny. V zasažené oblasti tehdy žilo celkem asi 272 000 lidí v 23 vesnicích. Do 10 dnů bylo evakuováno 1 100 lidi a do 1,5 roku dalších 9 600 lidí.

Poměry v závodě Majak
V Majaku je ve velké oblasti „přechodných úložišť“ asi 1 GCi radioaktivních odpadů, z toho přibližně 250 MCi ve formě skleněných bloků. Podařilo se zlikvidovat 52 prastarých tanků s dávným odpadem. Tyto tanky mají obsah přibližně po 1 000 m3 (pro představu: byl by to válec o výšce 5 m a poloměru 8,3 m, nebo výšce 10 m a poloměru 5,65 m). Podle časopisu Majak-Info se poprvé od existence závodu přestalo množství odpadů zvyšovat, a dokonce klesá.

Ledy se hnuly
Na vlastní oči jsme se přesvědčili, že je to věrohodné prohlášení. K úspěchu nepochybně přispěl i dlouhodobý systematický výzkum českých badatelů. Zdá se, že se v Majaku vykonalo kus průkopnické práce a je tu vidět snaha vše dotáhnout do konce. Nyní jsou největším problémem nemalé finanční náklady a omezené fondy. Ale ledy se hnuly, zatím aspoň v oblasti jedné z největších a dosud tak tajemných „horkých skvrn“.

Literatura

ZDROJ INFORMACÍ: Občasník Majak-Info vydává šéfredaktor časopisu a zároveň mluvčí závodu Majak E. G. Ryžkov, 456 784 Ozersk, ul. Lenina 31, PO MAJAK.; tel.: (35 151)-31659; fax: (35151)-33826
e-mail: REL@ENVC.CHEL-65.CHEL.SU
K dispozici bylo zatím prvních 6 čísel, poslední z prosince 1996. Smyslem informačního bulletinu je (cituji): „Tímto číslem (březen 1996) zahajujeme řadu informačních zpráv věnovaných širokému okruhu problémů, které jsou spojeny s provozem závodu Majak. Budou zveřejněny materiály vztahující se k nukleární energetice a palivovému cyklu a budou objasněny vědecko-praktické záměry, jejichž konečným cílem je řešení ekologických problémů a korekční opatření.“

Rychlost zavádění jaderných zbraní byla závratná. Jestli od r.1954, kdy vznikla jaderná energetika, se ve světě jednotkové jaderné výkony zvětšily o 2,5 řádu, potom jednotkový ničivý efekt jaderných zbraní vzrostl z původních 17 kt TNT o 3,5 řádu. (Největší prakticky vyzkoušená vodíková bomba měla ničivý efekt 100 Mt TNT, avšak efekt nad 20 až 50 Mt TNT již asi nemá ani výhledově představitelné vojenské využití.) Zato souhrnný ničivý efekt jaderných zbraní vzrostl o 5,5 řádu, aby koncem 80. let dosáhl historického maxima 17,5 Gt TNT, představovaného 50 tisíci jaderných hlavic. Vodíkové bomby se na tom podílely nejméně 25 tisíci hlavicemi s ničivým efektem nejméně 13 Gt TNT. (Ničivý efekt všech výbušnin, užitých v druhé světové válce, byl 3 až 6 Mt TNT.) Dvakrát již byla jaderná zbraň použita proti živým lidským cílům a na polygonech bylo provedeno 2020 pokusných jaderných výbuchů, z toho 520 atmosférických a 100 mírových výbuchů. (Do atmosféry se tak dostaly radioizotopy o celkové aktivitě 2,5 tisíce EBq, tedy tisíckrát více než v důsledku černobylské havárie. Pouze vojenského plutonia bylo v atmosféře rozptýleno více než 3,4 tuny.) ...

ARNOŠT KOMÁREK: Dlouhodobá budoucnost jaderné energetiky, Svět energetiky, zvláštní číslo 1997

SLOVNÍČEK

  • radioaktivita: Samovolná přeměna nestálých atomových jader (nuklidů) daného prvku většinou na nuklidy jiných prvků, provázená radioaktivním zářením.

  • poločas rozpadu: Doba, za kterou se rozpadne polovina libovolného množství uvažovaného nuklidu. Udává se v rocích (y), dnech (d), hodinách (h) atd.; po uplynutí 10 poločasů poklesne původní aktivita na méně než tisícinu (po 20 poločasech na méně než miliontinu atd.); čím kratší poločas, tím intenzivnější zářič, ale tím dříve vymizí.

  • druhy radioaktivního záření: částice alfa, α jádra helia 4He2+; částice beta, β elektrony e; záření gama, γ velmi krátkovlnné elektromagnetické záření.

  • V prvních dvou případech se původní nuklid mění v nuklid jiného prvku, ve třetím nikoliv první dva druhy částic se pohltí i velmi tenkou vrstvou libovolného materiálu; záření gama je pronikavé a dá se zadržet jen víceméně tlustou vrstvou těžkých prvků, v praxi nejčastěji olova.

  • zápis radioaktivních přeměn:

  • čti: nestabilní nuklid 90Sr se rozpadem beta během 28,6 roku z poloviny přemění na rovněž nestálý nuklid 90Y, který se dalším rozpadem beta přemění již za 64 hodiny z poloviny na stálý nuklid 90Zr. Nuklid 90Sr je mateřský, oba další nuklidy jsou dceřiné. Rovnice popisuje krátkou radioaktivní řadu. Naproti tomu nuklid 88Sr je jádrem atomu běžného stálého přirozeného prvku stroncia.

  • jednotky radioaktivity: 1 Bq (becquerel) je jedna jaderná přeměna za sekundu; je to vědecká jednotka radioaktivity.

  • 1 Ci (curie) je 3,7x1010 Bq; stará jednotka radioaktivity, která se ale běžně používá a je velmi praktická pro vysoké aktivity; MCi (megacurie) je milion Ci; GCi (gigacurie) je miliarda Ci; mCi (milicurie) je tisícina Ci atd.

  • jaderné palivo: Zpravidla tzv. obohacený uran, nejčastěji pro tepelné jaderné reaktory ve formě dioxidu. Je v něm uměle zvýšen obsah nuklidu 235U nad přirozenou koncentraci 0,71 % v přírodním uranu, ve kterém převažuje 238U. V jaderném reaktoru vyhoří v podstatě jen 235U, ze kterého se štěpením jader uvolní ohromné množství energie za vzniku tepla a za vzniku téměř stejného hmotnostního množství produktů štěpení; současně vzniká z okolního 238U jisté množství těžších nuklidů (transurany, neboli aktinidy). Z nich nejznámější je 239Pu (tzv. vojenské plutonium), základ nukleárních a termonukleárních zbraní. Jeho výroba vyžaduje speciální technologii.

  • nukleární odpady: Většina štěpných zplodin a všechny aktinidy. Jsou nebezpečné pro životní prostředí a je nezbytné zabránit jejich šíření uložením v co nejkoncentrovanější, co nejméně objemné a co nejméně rozpustné formě v úložištích zabezpečených též proti zneužití (např. teroristy) a radiačně bezpečných. Jaderné odpady doprovázejí každou nukleární technologii. Jejich bezpečné uložení nebo jiné zneškodnění je v zájmu všech lidí a patří k největším úkoIům současné chemie a fyziky. Je to sice nákladné, ale již dnes prakticky zvládnutelné. Další vědecký pokrok možná umožní problém jaderných odpadů řešit pomocí jiné technologie (např. řízenou transmutací).

  • Diskuse

    Žádné příspěvky