Ydinpolttoaineen loppusijoittamisen peruminen

Seuraa 
Viestejä602
Liittynyt16.3.2005

Suomi alkaa pian hautaan ydinjätettä. Onkohan tätä tehtäessä otettu huomioon sitä mahollisuutta, että joskus saatetaan keksiä jokin kätevä keino hankkiutua kyseisestä jätteestä eroon 'hetkessä', sanotaanko nyt vaikka muutamassa vuodessa. Muistan jostain tämmösestä jutusta lukeneeni jolla jätettä voitaisiin tuhota nopeasti ja josta ehkä saataisiin myös sähköä.

Eli lähinnä tässä nyt mietin sitä, että mikäli jätettä voidaan tulevaisuudessa tuhota helposti, niin kuinka vaikeaa on kaivaa ne Suomen jätteet sieltä luolasta takaisin tuhottavaksi?

Kommentit (10)

Vierailija

Jätteen hakeminen takaisin luolista on jo nyt valmiiksi mietitty. Mihin luulet että maahanmuuttajia tarvitaan?

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007

Ei niitä tarvitse tuhota, vaan tulevaisuuden ydinreaktorit voivat käyttää niitä polttoaineenaan. Tuosta selvää tekstiä:
http://translate.google.fi/translate?hl ... 3%26sa%3DX

"On yksi merkittävä suhteessa U-233 on parempi kuin uraani-235 ja plutonium-239, koska sen korkea neutronien tuotto per neutroni imeytyy. Annettu aloittaa muulla halkeamiskelpoisten aineiden (U-235 tai Pu-239), jalostus ajan samanlainen, mutta tehokkaampia kuin on U-238 ja plutonium (hitaasti-neutronin reaktorit) voidaan perustaa. Th-232 absorboi neutronin tulla Th-233, joka yleensä hajoaa ja Protactinium-233 ja sen jälkeen U-233. Säteilytetty polttoaine voidaan sitten puretaan reaktorin, U-233 erotettu toriumin ja syötetään takaisin toiseen reaktoriin osana suljetun polttoainekierron."

Vierailija
Ertsu
Ei niitä tarvitse tuhota, vaan tulevaisuuden ydinreaktorit voivat käyttää niitä polttoaineenaan. Tuosta selvää tekstiä:
http://translate.google.fi/translate?hl ... 3%26sa%3DX

"On yksi merkittävä suhteessa U-233 on parempi kuin uraani-235 ja plutonium-239, koska sen korkea neutronien tuotto per neutroni imeytyy. Annettu aloittaa muulla halkeamiskelpoisten aineiden (U-235 tai Pu-239), jalostus ajan samanlainen, mutta tehokkaampia kuin on U-238 ja plutonium (hitaasti-neutronin reaktorit) voidaan perustaa. Th-232 absorboi neutronin tulla Th-233, joka yleensä hajoaa ja Protactinium-233 ja sen jälkeen U-233. Säteilytetty polttoaine voidaan sitten puretaan reaktorin, U-233 erotettu toriumin ja syötetään takaisin toiseen reaktoriin osana suljetun polttoainekierron."




Ompa tosiaan selvää tekstiä

Ydinvoimaloiden käytettyä polttoainetta voitaisiin jo nykyään käyttää reaktoreissa, joissa polttoaineeseen "ammutaan" neutoreita, jonkinlaisella neutronisuihkulla. Samanlaiset reaktorit voisivat käyttää myös uraanimalmia, toriumia tai jotain muuta ainetta joka ei luonnostaan pysty ylläpitämään ketjureaktiota.

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009

Mitenkäs tämä neutronisuihku tuotetaan? Pommitetaan jotakin jollakin ja saadaan neutroneja? Käyvätkö protonit samaan hommaan? Meinaan, että vety-ytimiä on helposti saatavilla ja kiihdytettävissä. Onko positiivinen varaus niin suuri ongelma? Äkkiseltään luulisi, että tarpeeksi suurella energialla kun ampuu, niin johonkin ytimeen osuu. Ehkä protoni vain väistelee ytimet juuri ja juuri samalla hidastuen ja nappaa jonkun ulkoelektronin pelkistyen samalla vedyksi?

Vierailija
petsku
Mitenkäs tämä neutronisuihku tuotetaan? Pommitetaan jotakin jollakin ja saadaan neutroneja? Käyvätkö protonit samaan hommaan? Meinaan, että vety-ytimiä on helposti saatavilla ja kiihdytettävissä. Onko positiivinen varaus niin suuri ongelma? Äkkiseltään luulisi, että tarpeeksi suurella energialla kun ampuu, niin johonkin ytimeen osuu. Ehkä protoni vain väistelee ytimet juuri ja juuri samalla hidastuen ja nappaa jonkun ulkoelektronin pelkistyen samalla vedyksi?



En osaa tarkemmin selittää neutronisuihkun rakennetta. Kunhan tiedän että on melkoisen kallis laite

Protonit ehdottomasti eivät käy ydinreaktioon.

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009

Mutta jos protoni kolahtaisi ytimeen samalla energialla, kuin neutroni, niin ydin voisi hajota? Koko ja massa niillä on miltei sama, jotta miksei? Tiedä sitten miten tuo homma toimii kvarkkien tasolla, mutta luulisi epävakaan ytimen silti voivan levitä, kunhan vain jokin tarpeeksi kolahtaa.

DerMack
Seuraa 
Viestejä1839
Liittynyt16.3.2005

niin no siis eihän se neutroni sitä ydintä halkaise niin kuin kirves halkoa, vaan ennemminkin samalla tyylillä kuin se viimeinen puhallus poksauttaa ilmapallon.

eli se 'sulautuu' siihen ytimeen ja *naps*, syntynyt hemmetin epävakaa ydin leviää ihan iteksiin... vai miten se meni?

Vierailija
petsku
Mutta jos protoni kolahtaisi ytimeen samalla energialla, kuin neutroni, niin ydin voisi hajota? Koko ja massa niillä on miltei sama, jotta miksei? Tiedä sitten miten tuo homma toimii kvarkkien tasolla, mutta luulisi epävakaan ytimen silti voivan levitä, kunhan vain jokin tarpeeksi kolahtaa.



Protoni tarvitsisi merkittävästi suuremman energian, koska on positiivisesti varautunut (kuten myös ydin).

petsku
Seuraa 
Viestejä1473
Liittynyt6.6.2009
VOC
petsku
Mutta jos protoni kolahtaisi ytimeen samalla energialla, kuin neutroni, niin ydin voisi hajota? Koko ja massa niillä on miltei sama, jotta miksei? Tiedä sitten miten tuo homma toimii kvarkkien tasolla, mutta luulisi epävakaan ytimen silti voivan levitä, kunhan vain jokin tarpeeksi kolahtaa.



Protoni tarvitsisi merkittävästi suuremman energian, koska on positiivisesti varautunut (kuten myös ydin).

Tuolla "samalla energialla" tarkoitin törmäyshetkeä, jolloin sähköinen vuorovaikutus jää häviävän pieneksi vahvan vuorovaikutuksen rinnalla. Tietysti protskun alkunopeuden pitää olla kovempi repulsiovoimaa vastaan taisteluun.

Zäp
Seuraa 
Viestejä2299
Liittynyt19.10.2009

Alkuperäiseen otsikkoon sellainen kommentti että eiköhän ne jätteet saada sieltä kalliosta kaivettua ylös jos tarve tulee, kun luolakin kerran saatiin kallioon louhittua.

Näistä muista ratkaisuista...

Käytetyssä ydinpolttoaineessa on kahdenlaisia radioaktiivisia aineita: fissiotuotteita ja aktinideja. Fissiotuotteet syntyvät nimensä mukaisesti samassa reatkiossa joka tuottaa reaktorin energian. Nämä nuklidit ovat keskiraskaita alkuaineita ja pääasiassa lyhytikäisiä. Fissiotuotteiden säteily on se mistä ydinvoimaloiden onnettomuusriskissä on pääasiassa kyse. Ydinjätteen loppusijoituksen näkökulmasta fissiotuotteet eivät kuitenkaan lyhytikäisyydestään johtuen ole se suurin ongelma. Pääosa radioaktiivisuudesta häviää tuhannen vuoden kuluessa. Mukaan tosin mahtuu muutama yksittäinen pitkäikäisempikin nuklidi, ja jotkut alkuaineet ovat kemiallisesti sellaisia että ne kulkeutuvat helpommin veden mukana (verrattuna esim. plutoniumiin, joka ei veteen juurikaan edes liukene).

Suuremman ongelman muodostavat pitkäikäiset aktinidit, joita syntyy polttoaineen uraani-238 -isotoopin neutronikaappausreaktion tuloksena. Ensimmäinen kaappaus synnyttää plutoniumia:

U-238 + n --> U-239 --> Np-239 --> Pu-239

Seuraavat neutronikaappaukset kasvattavat ensin plutoniumytimien massalukua, kunnes isotooppi Pu-241 hajoaa seuraavaksi alkuaineeksi, Am-241:ksi. Sama ketju jatkuu, ja reaktorissa syntyy pieniä määriä aktinideja aina curiumin isotooppeihin asti.

Koska Pu-239 on transmutaatioketjussa ensimmäisenä, sitä syntyy selvästi eniten. Isotooppi on hankala myös siksi että sen puoliintumisaika on loppusijoituksen kannalta ongelmallinen (24,000 vuotta). Isotoopit joiden hajoaminen kestää satoja tai muutamia tuhansia vuosia, pystytään suhteellisen varmasti eristämään esimerkiksi kuparikapselin sisään. Pidemmällä aikavälillä myös kapselin puhki syöpyminen pitää ottaa huomioon, ja kymmenien tai satojen tuhansien vuosien jälkeen radioistooppien pidättäminen perustuu pääasiassa muihin kulkeutumisesteisiin ja laimenemiseen. Kun puoliintumisajat ovat miljoonia tai miljardeja vuosia (esim. U-235 ja U-238), aineet säteilevät sen verran vähemmän etteivät ne siksi muodosta vastaavaa ongelmaa.

Vaihtoehdoissa joita loppusijoitukselle on ehdotettu, on käytännössä aina kyse pitkäikäisten aktinidien hävittämisestä. Aktinideilla on (sironnan lisäksi) käytännössä kaksi kilpailevaa reaktiomuotoa: neutronikaappaus ja fissio. Kaappausreaktio kasvattaa ytimen massalukua, eikä yleensä johda aktiivisuuden vähenemiseen. Käytännössä siis ainoa reaktio millä aktinideja voidaan hävittää, on fissio.

Tässä törmätään sitten seuraavaan ongelmaan. Aktinidit voidaan jakaa kahteen ryhmään: fissiileihin ja fissiokelpoisiin ytimiin. Fissiilit ytimet (U-235, Pu-239, Pu-241, Am-242, jne...) voivat fissioitua millä tahansa neutronienergialla. Fissiokelpoisilla ytimillä (U-238, Np-237, Pu-240, Am-241, Am-243) fissio on kynnysreaktio, joka vaatii neutronilta n. 1 MeV energian. Ero tulee neutronien määrästä ytimessä: fissiileillä isotoopeilla neutroniluku on pariton ja fissiokelpoisilla parillinen.

Tavallinen kevytvesireaktori toimii termisellä neutronispektrillä. Neutronit syntyvät fissiossa keskimäärin n. 1-2 MeV energialle, ja hidastuvat elastisissa törmäyksissä jäähdytteen vety-ytimien kanssa. Yli 90% kevytvesireaktorin fissioista tapahtuu nk. termisellä energia-alueella, eli alle 1 eV energialla. Kevytvesireaktori pystyy siis käytännössä polttamaan ainoastaan fissiilejä isotooppeja (polttoaineena on yleensä U-235). Fissiokelpoisen nuklidin kaappausreaktiossa syntyy kyllä aina fissiili ydin kun neutroniluku lisääntyy yhdellä, mutta käytännössä aktinideja ei pystytä tehokkaasti hävittämään kevytvesireaktorin neutronispektrissä.

Parempi vaihtoehto on nopea reaktori, jossa neutroneita ei hidasteta, vaan fissiot tapahtuvat korkeammilla energioilla. Fissiokelpoisen aktinidin neutroniabsorptio johtaa todennäköisemmin fissioon, ja polttaminen on tehokkaampaa.

Nopeisiin reaktoreihin liittyy kuitenkin ongelmia. Kevytvesireaktorissa neutronien hidastuminen vedessä johtaa voimakkaaseen negatiiviseen takaisinkytkentään, mikä tekee ketjureaktiosta äärimmäisen stabiilin: jos vesi vuotaa tai kiehuu pois, hidastuminen lakkaa ja ketjureaktio pysähtyy. Nopeilla reaktoreilla ei vastaavaa takaisinkytkentää ole, koska neutroneita ei hidasteta.

Toinen ongelma liittyy nk. viivästyneisiin neutroneihin. Kevytvesireaktorilla n. 0.7% fissioneutroneista syntyy viiveellä radioaktiivisten fissiotuotteiden hajoamiskejuissa. Nämä viivästyneet neutronit pidentävät reaktorin aikavakioita huomattavasti, ja tekevät säädön mahdolliseksi. Fissiossa välittömästi vapautuvien neutronien lukumäärä kasvaa energian funktiona, ja viivästyneiden neutronien suhteellinen osuus vastaavasti pienenee. Koska nopea reaktori toimii korkeammalla energiaspektrillä, viivästyneiden neutronien osuus on aina kevytvesireaktoria pienempi.

Samaa ongelmaa vaikeuttaa polttoaineen koostumus. U-235 -isotoopilla viivästyneiden neutronien osuus on poikkeuksellisen suuri. Plutoniumin, ja varsinkin amerikiumin ja curiumin vastaavat osuudet ovat oleellisesti pienempiä. Käytännössä ongelma rajoittaa näiden isotooppien osuutta polttoaineessa, mikä puolestaan vähentää polton tehokkuutta.

Ratkaisuksi ongelmaan on ehdotettu että reaktorin sydän ei olisikaan kriittinen, eli että ketjureaktio ei ylläpitäisi itseään. Alikriittinen sydän monistaa neutroneita ja fissioi aktinideja samaan tapaan kuin kriittinen, mutta neutroneita pitää tuoda systeemiin myös sydämen ulkopuolelta. Ratkaisun etu on siinä että reaktorin fissioteho seuraa ulkoista lähdettä. Stabiloivia takisinkytkentöjä tai viivästyneitä neutroneita ei periaatteessa tarvita, vaan riittää että sydän saadaan pidettyä alikriittisenä kaikissa tilanteissa. Polttoaine voidaan valmistaa vaikka kokonaan plutoniumista, amerikiumista ja curiumista, jolloin näiden aineiden hävittäminen on kaikkein tehokkainta.

Ulkoinen neutronilähde voisi olla esimerkiksi fuusioreaktori, mutta enemmän on tutkittu spallaatiolähteitä. Spallatioreaktiossa varattu hiukkanen, yleensä protoni, kiihdytetään korkealle energialle (~1 GeV), ja törmäytetään raskaaseen kohtioon (esim. lyijyyn). Protonin energia riittää hajottamaan lyijy-ytimiä palasiksi, ja reaktiossa syntyy suuri määrä korkeanergisiä neutroneja. Fuusio- tai spallaationeutroneilla on fissioneutroneihin verrattuna sekin etu puolellaan, että ne korkeasta energiastastaan johtuen useimmiten aiheuttavat juuri fission törmätessään aktinidiin, mikä tehostaa polttamista.

Protonikiihdyttimellä ajettava alikriittinen reaktori saattaa kuulostaa ideaaliselta ratkaisulta, mutta teknologiaan liittyy kyllä huomattavia ongelmia. Nykyiset hiukkaskiihdyttimet on suunniteltu tuottamaan korkeita energioita mitättömän pienillä virroilla. 1 GeV protonienergia ei ole ongelma, mutta spallaatiolähteen pitää olla riittävän voimakas, mikä edellyttää korkeaa hiukkasvirtaa. Toinen ongelma on että sydämen keskelle johtava kiihdyttimen tyhjiöputki muodostaa suoran kulkeutumisreitin radionuklideille jos jotain menee pieleen ja sydän vaurioituu. Kriittisen reaktorin turvallisuus perustuu pitkälti passiivisiin negatiivisiin takaisinkytkentöihin. Alikriittinen sydän seuraa suoraan kiihdyttimen tehoa, ja jos operaattori vahingossa tai tahallaan vääntää nupit kaakkoon, niin reaktori seuraa perässä.

Sekä kriittisiä nopeita että alikriittisiä kiihdytinavusteisia systeemejä tutkitaan ratkaisuna aktinidien polttamiseen. Tällä hetkellä kriittisiä systeemejä pidetään toteuttamiskelpoisempina. Molemmat ratkaisut liittyvät kokonaisuuteen nimeltä suljettu polttoainekierto. Käytännössä ei riitä että aktinidit pystytään hävittämään, vaan ne pitää sitä ennen erottaa käytetystä polttoaineesta. Prosessi tuottaa kyllä energiaa siinä missä normaali fissioreaktorikin, mutta kun systeemin pitäisi vielä toimia talouden ehdoilla, niin kokonaisuudesta tulee aika monimutkainen.

Alkuperäinen aihe liittyi kai kuitenkin siihen, onko ydinjätteelle mielekästä kaivaa hautaa jos vaihtoehtoisiakin ratkaisuja on. Vaikka pitkäikäiset nuklidit pystyttäisiin jätteestä kokonaan hävittämään, niin jäljellee jää kuitenkin fissiotuotteita joiden hajoaminen kestää tuhansia vuosia. Kun kyse ei ole ihan yhdestä tai kahdesta sukupolvesta, niin paras tapa säilöä tuo radioaktiivisuus turvallisesti on haudata se johonkin syvälle ja poikittain niin että ihmiset eivät siihen ihan helposti pääse käsiksi. Kalliotunneli sopii fissiotuotteiden eristämiseen siinä missä käytetyn polttoaineen suoraan loppusijoitukseenkin.

Eli toisin sanoen tulevaisuudessa mahdollisesti käytössä olevilla ratkaisuilla ei pitäisi olla vaikutusta niihin päätöksiin mitä loppusijoituksesta tällä ja tulevalla vuosikymmenellä tehdään.

Aiheeseen liittyvää tietoa löytää netistä aika hyvin. Yksi suurimmista hankkeista on Generation IV International Forum -verkosto:

http://gif.inel.gov/roadmap/

joka keskittyy pääasiassa olemassaolevan reaktoritekniikan soveltamiseen suljetussa polttoainekierrossa (nopeita reaktoreitakin on ollut käytössä 50-luvulta lähtien). Kiihdytinsysteemeistä ei ihan vastaavaa hanketta ole, mutta tietoa löytää googlaamalla hakusanoilla "partitioning and transmutation", "ADS" (accelerator-driven system) tai "ATW", (accelerator transmutation of waste).

Uusimmat

Suosituimmat