Jak uložit problematický radioaktivní jód na miliony let?  
Chce to zvolit vhodný materiál a do něj radioaktivní jód zabudovat, například apatitové sklo. Takovým postupem bychom mohli zajistit nebezpečné izotopy v jaderných úložištích.

 

Minerál vytvořený z napodobeniny radioaktivního odpadu. Kredit: Albert Kruger/U.S. Department of Energy.
Minerál vytvořený z napodobeniny radioaktivního odpadu. Kredit: Albert Kruger/U.S. Department of Energy.

Radioaktivní odpad dohání mnoho lidí k slzám. Elektřinu chce každý, ale úložiště jaderného odpadu nikdo. Takový odpad je ale realitou, a my se s ním musíme nějak srovnat. Jak se ovšem máme vypořádat s něčím, co může škodit okolí dlouhé miliony let? Tohle dovede třeba radioaktivní jód, který je pozůstatkem několika desetiletí produkce jaderných zbraní. Není to vůbec snadné.
Materiálový vědec Ashutosh Goel z Rutgersovy univerzity objevil nový postup, jak radioaktivní jód bezpečně ukládat, imobilizovat, za pokojové teploty v apatitových materiálech povahy skla. Podle Goela jsou takové materiály perfektní a hlavně chemicky vysoce trvanlivé, což je předurčuje pro uskladnění radioaktivního odpadu. Ve svém výzkumu se zaměřil na jód-129, který je jako odpad obzvláště problematický. Zvládnutí uložení tohoto izotopu je klíčové pro vytvoření bezpečných úložišť jaderného odpadu v podzemí.

 

 

Ashutosh Goel. Kredit: Nick Romanenko / Rutgers.
Ashutosh Goel. Kredit: Nick Romanenko / Rutgers.


V současnosti známe celkem 37 izotopů jódu, přičemž kromě stabilního jódu-127 všechny podléhají radioaktivnímu rozpadu. Jód-129 mezi nimi ale má výjimečné postavení. Poločas jeho rozpadu činí 15,7 milionu let a to je doopravdy hodně. Náleží mezi sedm izotopů s nejdelším poločasem rozpadu, které vznikají ve štěpných reakcích ve významných množstvích, takže s ním rozhodně musíme počítat. Další jobovkou je, že se tento izotop relativně rychle šíří vodou i vzduchem, když má možnost. Jakmile se dostane do prostředí, tak tam vydrží miliony let. Jód-129 může zasáhnout štítnou žlázu a zvýšit pravděpodobnost onemocnění rakovinou štítné žlázy. Hlavním zdrojem tohoto izotopu jódu je štěpení uranu a plutonia v jaderných reaktorech. Značné množství jódu-129 se rovněž dostalo do atmosféry při testech jaderných zbraní v padesátých a šedesátých letech. V malém množství vzniká i přirozenou cestou, samovolným rozpadem uranu a v důsledku zásahů Země kosmickým zářením.

 

 

Zařízení Hanford, stát Washington v lednu 1960. Kredit: US DOE.
Zařízení Hanford, stát Washington v lednu 1960. Kredit: US DOE.


Goel se jako odborník na sklokeramické materiály podílí na celkem 6 výzkumných projektech, v celkové hodnotě 6,34 milionu dolarů z federálních i soukromých zdrojů. Kromě Rutgers na nich spolupracují týmy Washingtonské státní univerzity, Univerzity Severního Texasu a laboratoří Pacific Northwest National Laboratory. Goel s kolegy vyvinuli postup, jak ve velkém vyrábět chemicky odolné apatitové minerály, s nimiž je možné bezpečně uložit jód-129, aniž by k tomu byly nutné vysoké teploty. Zároveň pracují i na tom, jak uložit sodík a hliník z vysoce radioaktivního odpadu v borosilikátových sklech.

 


Nové postupy zabezpečení radioaktivního odpadu naléhavě potřebují zejména v Hanfordu na jihovýchodě státu Washington, kde již zpracovali 110 tisíc tun paliva z jaderných reaktorů. Ve 177 velkých podzemních nádržích tam mají přes 200 milionů litrů radioaktivního odpadu. Zřejmě z více než jedné třetiny těchto nádrží uniká jejich nebezpečný obsah. Podle Goela by v Hanfordu měli zahájit výrobu apatitových materiálů, s nimiž zajistí nebezpečné izotopy, někdy kolem roku 2022 nebo 2023.

Video:  The Hanford Story: Overview


Literatura
Rutgers Univerzity 3. 11. 2016

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 13.11.2016
Tisk článku

Strach z utópie - Macsovszky Peter
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 115 Kč
cena: 108 Kč
Strach z utópie
Macsovszky Peter
Související články:

V Mexiku ukradli auto s radioaktivním kobaltem     Autor: Martin Tůma (04.12.2013)
Strach má velké oči: Poprask kolem rakoviny štítné žlázy dětí ve Fukušimě     Autor: Stanislav Mihulka (10.03.2016)
Tajfun způsobil další zdržení v řešení situace s radioaktivní vodou u Fukušimy I     Autor: Vladimír Wagner (18.09.2016)



Diskuze:

eko uran

Libor Tomáš,2016-11-16 22:50:26

Navrhuji misto zastaraleho a skarede znejiciho oznaceni "jaderny odpad" pouzivat moderni "premeneny eko uran". I vyhorele palivo obsahuje jeste spoustu energie, ktera by sla treba vyuzit v nejake vhodne elektrarne. Byla by skoda ho nekde zatavit a zabetonovat.

Odpovědět

Radioaktivní jod.

Vlastislav Výprachtický,2016-11-15 22:03:36

Vitrifikace je účelná pro řadu radioaktivních prvků. Pro I/129 to může být problematické z tepelných důvodů. Nabízí se možnost úprava jodu na molybdén-jodid / MOI3/, který má lepší stabilitu a je nerozpustný.

Odpovědět

Které další záření?

Bohumír Tichánek,2016-11-14 07:12:04

Která další záření vznikají při jaderných reakcích? Budou objeveny až později?

Odpovědět


Re: Které další záření?

Vladimír Wagner,2016-11-16 07:47:57

Existují čtyři hlavní typy radioaktivity: alfa, beta, gama a samovolné štěpení. Při nich se emituje alfa částice (heliová jádra) - alfa radioaktivita, elektrony, pozitrony a neutrina v radioaktivitě beta a záření gama (vysokoenergetické elektromagnetické vlny) a neutrony v samovolném štěpení. Při různých reakcích s vysokou energií (třeba interakcích vysokoenergetického kosmického záření v atmosféře) vznikají navíc mezony pi, miony a při dostatečných energiích třeba i antiprotony či jiné částice standardního modelu (podrobně http://www.osel.cz/7744-jak-se-vyznat-v-prehrsli-ruznych-castic.html ) O tom, jak interagují popsané částice s hmotou víme a tím umíme popsat a odhadnout jejich biologické účinky.
V principu je možné, že existují ještě další částice za standardním modelem, ale ty téměř neinteragují s normální hmotou (jinak už by byly dávno pozorovány) a tím nemají žádné biologické účinky.

Odpovědět

Pár upřesnění

Vladimír Wagner,2016-11-13 17:47:07

Možná by bylo dobré pro upřesnění dodat, že dlouhý poločas rozpadu znamená i extrémně nízkou aktivitu. Zároveň jód 129 neemituje žádné gama záření, pouze elektron s relativně nízkou energií. V tom je podobný radionuklidu uhlíku C14, jehož energie emitovaných elektronů je podobná a poločas rozpadu je o mnoho řádů kratší a tím i jeho aktivita při stejném množství vyšší. Jód 129 tak představuje mnohem nižší riziko než uhlík C14, který je standardní součástí životního prostředí po celou dobu existence Země. To je podstatný rozdíl oproti jódu 131, což je ten, který představuje značné nebezpečí při jaderné havárii. Ten emituje gama a i elektrony mají relativně vysokou energii. Zároveň je kvůli jeho krátkému poločasu rozpadu i aktivita vysoká. Jód 129 tak nereprezentuje to podstatné riziko z odpadu v Hanfordu. Podstatné tak je, jestli plánovaná vitrifikace dokáže fixovat i ty nebezpečnější radionuklidy, které v odpadu jsou.
Dále by bylo dobré připomenout, že odpad z Hanfordu pochází z výroby zbraňového plutonia v průběhu projektu Manhattan a studené války.

Odpovědět


Re: Pár upřesnění

Marek Dendes,2016-11-13 19:59:55

hm ale polcas rozpadu I(131) je 8 dni takze ten uz musi byt davno premeneny na neskodny Xe(131) , nie ?

Odpovědět


Re: Re: Pár upřesnění

Petr Louša,2016-11-13 20:19:17

Myslím, že jod I(131) z časů studené války už je dávno přeměněný. To nebezpečí, které zmiňoval pan Wagner, pramení spíš z toho, když se stane jaderná havárie. Pak se do ovzduší může dostat vysoce aktivní jod 131 a napáchat spoustu škod - poškození štítné žlázy a podobně. Proto se taky v podobných případech rozdávají jodové tablety, které saturují štítnou žlázu a ta už další jod nevstřebá. Ale máte pravdu, z dlouhodobého hlediska by neměl s tímto izotopem být takový problém, jako s jinými.

Odpovědět


Re: Re: Pár upřesnění

Vladimír Wagner,2016-11-13 21:23:54

Přesně, jak už zmínil pan Louša. Mluvil jsem o jódu 131 během prvních týdnů po havárii. V té době představuje vzhledem ke své emisi gama a vysoké aktivitě na jednotku jeho množství dané krátkou dobou života velmi reálné a vysoké riziko. Pochopitelně již po pár měsících nepředstavuje riziko žádné. Jód 129 díky velmi dlouhé době života (poločas rozpadu je v řádu desítek milionů let), neexistenci emise gama a velmi nízké energie emitovaného elektronu představuje reálné riziko minimální nyní i během zmíněných desítek milionů let.

Odpovědět


Re: Re: Re: Pár upřesnění

Marek Dendes,2016-11-14 07:17:33

ok ale potom sa tu trochu miesaju 2 rozdielne temy.. clanok je o ochrane uskladneneho odpadu a rieseni problemu zabranenia uniku latok zo skladok odpadu... v tychto skladkach uz pravdepodobne ziadny I(131) nieje... jadrova havaria v tovarni (pripadne vybuch bomby) ked sa I(131) uvolni a moze ohrozovat zive organizmy to je komplet iny pripad, samozrejme...

ina ten I(129) asi nebude az rtak bez rizika ked ho uskladnuju a riesia ako ho uskladnit bezpecnejsie, nie ? Predsa keby bol neskodny uskaldnia ho na beznych skladkach :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Josef Hrncirik,2016-11-14 08:08:18

Velmi se mi líbí obrázek, jak se rozžhavený radiaktivní odpad propaluje deskou z taveného korundu, pokud to není klamavá reklama s ledem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Jiří Kocurek,2016-11-15 13:35:21

Zkuste zapřemýšlet: Takový materiál by stačilo strčit do tlakové nádoby a ohřívat s ním vodu. Vodu ve výměníku měnit na páru a páru hnát na turbínu. A to vše z opdadu, ještě by vám platili za zpracování. A jelikož je to odpad a jeho aktivita je zbytková, tak vlastně ani nepotřebujete žádnou regulaci. NASA by vám za to urvala ruce - ideální zdroj energie do vesmíru, už žádné superdrahé PU238, stačí radioaktivní odpad.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Petr Kr,2016-11-15 14:09:53

Nevím, jaký to má výkon, ale páry bych z toho asi moc neudělal. Zapomněl jste zvážit ztráty do okolí, které narůstají enormně s teplotou povrchu vašeho "parogenerátoru". Spíše vám doporučuji si to dobrovolně vzít na uskladnění z Dukovan nebo Temelína domů do sklepa a vyhřívat si rodinný domek zadara nebo dokonce za úplatu od ČEZu. 40°C teplý vzduch by vám stačil a kamery pro MAAE (IAEA), aby se mohlo doložit, že se k tomu nikdo z teroristů nepřibližuje, dnes pořídíte za pár tisíc. Jaderný odpad - ideální zdroj energie do každé domácnosti.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Josef Hrncirik,2016-11-15 19:56:51

Aha.
Dole je jenom scintilátor.
Odložili čerstvě připravený kus rozžhavené skloviny chládnout na křemenné desce.
Fialový iod uniká ze skloviny taveniny a jeho páry ev. desublimát jsou viditelné minimálně alespoň na časosběrném snímku.
Hotový minerál vstává jako Fénix z popela, ev. prchá z místa žehu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Josef Hrncirik,2016-11-15 21:05:29

Ale ve Fukušimě se jim to i pod 10 m vody propálilo pancířem i betonem lépe než panzerfaust.
Kdy se to ev. vůbec zastaví?
Kdy to vyhoří?
Co je na druhé straně zeměkoule?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Petr Kr,2016-11-15 22:12:31

Jestli znáte exponenciálu, tak to je přibližně funkce poklesu zbytkového výkonu. Ovšem funkce složená z cca přibližně alespoň 6 exponenciél. Ty nejrychleji padající k nule odezní snad v řádu hodin a taví reaktor těsně po havárii, resp. vyžadují nucenou cirkulaci k chlazení po odstavení reaktoru. Už jsem to zapomněl, ale je to snad až 0,6% výkonu. To je u 1000MW bloku asi 18MW, protože 1000MW je elektrických a tomu odpovídá 3000MW tepelných a z toho je 0,6% skoro 18MW. Po čase se už reaktor, resp. vyvezené palivo z něj, chladí třeba v bazénu, ovšem ve vodě(!!!), ale v přirozené cirkulaci. Možná jste slyšel, že schopnost vody odebrat teplo a odnést jej pryč je lepší než u vzduchu. Je nižší povrchová teplota, a tím se nepřehřívá ani palivo samotné.
Po více než 5 letech už se to dá chladit jen vzduchem, ovšem už samotný jeden kontejner vyhořelého paliva by mohl dát nějakou kW. Přesněji to neznám a tak to berte s rezervou. To by musel upřesnit nějaký specialista.
Podstata je, že se po havárii hlavně nesmí dovolit, aby se protavil reaktor (dělají ho lavorovitě a z tohoto pohledu se to tam může zkumulovat na dně) a když už se protaví, tak tavenina se musí rozlít do šířky, aby nevznikl čínský syndrom (Čína je na opačné straně zeměkoule a tím směrem to prý teče). Pod vodou se to na dně možná nechladí, protože to asi vytvoří "keramiku" na povrchu a ta to odizoluje tepelně. Nevím co vydrží beton, ale z tohoto pohledu málo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Josef Hrncirik,2016-11-16 06:32:52

Už jsem klidnější.
Apatit je ale bílý minerál a apatitové sklo je asi ta čirá křehká deska.
V Černobylu ale otpadlý černý grafit svítil pomněnkově modře.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Vladimír Wagner,2016-11-16 07:55:58

Tady je problém v něčem jiném. Jaderný odpad vznikající z vyhořelého paliva je směs velkého množství radionuklidů. Pokud se z vyhořelého paliva něco separuje, tak je to uran a plutonium, které jsou využity pro recyklované palivo. Takže třeba zmiňované topení a rudá záře jsou způsobeny krátkodobými radionuklidy s vysokou aktivitou. To, že se speciálně v článku mluví o jódu, je dáno tím, že jód je hodně těkavý a špatně se fixuje.
Jinak, ten jód 131 jsem zmínil jen z toho důvodu, abych měl ukázku opravdu nebezpečného radionuklidu jódu, což není případ jódu 129.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Pár upřesnění

Josef Hrncirik,2016-11-16 08:11:04

Souhlasím jako vždy.
Proč však před Zařízením jsou viditelné nejméně 2 krátery a nikde žádný lesík, ani pole jako v okolí Temelínu, Dukovan i Černobylu či Fukušimy?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni