NUKLEÁRIS HULLADÉKOK VÉGLEGES ELHELYEZÉSE

Marx György

e témával ad hoc foglalkozó
MTA Elnöki Bizottság vezetője

Éghajlati instabilitás

Ezen a májuseleji nyárelőn, az Akadémiai Közgyűlés idején 44-47°C rekord-hőmérsékleteket mérnek Indiában, aminél az emberi test már nem képes hőt leadni (nem szabadulhat meg a termelt entrópiától): e miatt ott pár nap alatt 72 ember vesztette életét. A meteorológiai följegyzések indulása (1856) óta 1998-ban volt legmagasabb bolygónk átlaghőmérséklete: 0,57°-kal volt az 1960-1990 emberöltő átlaga fölött. Márpedig ha bolygónk melegszik, ez a trópusokon erősebb párolgást (aszályt) jelent. A vízhiány újabb konfliktus forrása Izrael és Jordánia között. Indonéziában ismét lángolnák a kiszáradó erdők, füsttel árasztva el Malajziát is. Az erősebb párolgás miatt intenzívebbé válik a víz körforgása. Az elpárolgott víznek valahol le kell hullania, nyilván ott, ahol hidegebb van, Északon a kiterjedtebb hótakaró több napfényt ver vissza, fokozottabb lehűlést idézvén elő. A növekvő hőmérséklet-különbség destabilizálja az atmoszférát. A forró és hideg légtömeg találkozásának következményei a tavaszi orkánok (Oklahoma), árvizek (Banglades), amik világszerte jelentkeznek - és számunkra is ismerőssé váltak.

A globális fölmelegedést a Greenpeace International az emberiséget most leginkább fenyegető jelenségnek ítélte. Elsődleges kiváltója a légkör fokozódó szén-dioxid koncentrációja: a CO₂ átengedi a napfényt, de elnyeli-visszatartja a talaj infravörös sugárzását, így melegítve az alsó légkört, akárcsak a kertészek üvegháza vagy a lezártan napon hagyott autó ablaküvege: A jégkorban (10000 éve) 0,018% volt a CO₂ koncentráció, 1400 és 1800 közt (anktarktiszi jégrétegek légbuborékainak tanúsága szerint) 0,028%, majd az ipari forradalom hatására emelkedni kezdett: 1900-ban már 0,030%, 1960-ban 0,032%, 1999-ben pedig 0,036%, ami kétszerese a jégkorszaki értéknek és 20%-kal nőtt (egyre gyorsulva) a 20. század során. A szén-, olaj-, gáz-tüzelés révén évente 30 milliárd tonna jut a légkörbe, ami a légkör CO₂ tartalmának 2%-a. (Ha a ma működő atomerőműveket szénerőművekkel helyettesítenek; a kibocsátás 32 milliárd tonna volna évente.) Nehéz kikerülni a következtetést, hogy a levegő CO₂ tartalma meg fog duplázódni a 21. század folyamán. Az Európai Unióban az egy főre jutó évi CO₂ emisszió 9 tonna. Ennek mintegy harmada származik erőművektől, harmada közlekedéstől, harmada háztartásoktól (fűtés-főzés).

Magyarország erdői évente 8 millió tonna oxigént termelnek. Hazánk lakói lélegzésük során évi 8 millió tonna oxigént fogyasztanak, nem is szólva a fosszilis tüzelők égetésével dolgozó iparról, erőművekről, járművekről. Ha a Paksi Atomerőművet szénerőművel helyettesítenék, ez további 10 millió tonna oxigént vonna ki. Paks tehát "zöldebb" oxigénkímélő; mint a magyar erdők! (Hazánk évente összesen 60 millió tonna CO₂-t termel, ebben a fosszilis erőművek járuléka 20 millió tonna,)

Márpedig energiafogyasztásunk nő: 1999 januárjában 10%-kal többet fogyasztottunk, mint egy évvel korábban. Befűtünk magunknak és elázunk...

Kisaktivitású hulladék

Magyarországon egy emberre évente 6 tonna CO₂, 25 kg veszélyes kémiai hulladék, 15 dkg közepes aktivitású és 2 dkg magas aktivitású nukleáris hulladék jut. Igaz, az utóbbiak maguktól is bomlanak. Mégis erről a radioaktív hulladékról esik legtöbb szó - még az Akadémián is. Hová tegyük?

Pakson évente 300 m³ kis- és nagyaktivitású radioaktív hulladék keletkezik; más forrásból (kórházak, radioizotópok műszaki felhasználása) ehhez jön még 20 m³. A Paksi Atomerőmű 30-50 éves működése során ez összesen 20000 m³ üzemviteli hulladékot jelent. A négy kiöregedett reaktor leszerelési hulladéka további 20000 m³ lesz. Fél évszázadon át mindet összehordva egy 40 m x 40 m x 40 m méretű kockát alkotna, mint egy jókora domb. A radioaktív hulladék ionizáló sugárzás révén ártalmas is lehet. Hová tegyük?

A Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság és a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség által ajánlott dóziskorlátok a következők:

Mekkora kockázatot jelentene a maximálisan megengedhető 0,1 mSv/év? Mintha havonta elfüstölne fél szál cigarettát...

A nem túlságosan magas aktivitású hulladékokat eddig Püspökszilágyon helyezték el felszínközeli löszben. A tárolótérfogat 5000 m³, ami lassacskán betelik.

Az atomerőmű üzeme során a reaktoron kívül alacsony és közepes aktivitású hulladék gyűlik össze, ennek fajlagos aktivitása nem lehet nagyobb, mint másodpercenként 1 millió bomlás/kg = 1 MBq/kg. Ezt el lehet helyezni felszínközeli jó-vízzáró agyagban is (például Franciaország, Spanyolország) vagy mély gránitban (Finnország, Svédország), Az ennél aktívabb magas aktivitású hulladék mélységi elhelyezését tervezik (USA).

Foglalkozzunk először az alacsony és közepes aktivitású üzemviteli hulladékkal. Ezeket Pakson (például cementesítve) 200 literes acélhordókba teszik. Maghasadás és neutronaktiválás során keletkezett radióizotópok vannak benne, hordónként van például

(Hosszabb felezési idejű izotópok mennyisége nem számottevő.) A hatósági előírás szerint a biztonságos elhelyezést a leghosszabb felezési idő hússzorosáig, tehát esetünkben 600 évre meg kell oldani. Számoljunk egy kicsit: 2¹⁰ = 1012, tehát 20 felezési idő után a radioaktív atommagoknak csak milliomod része marad meg. Ha tehát egy hordó kezdeti aktivitása - mondjuk - 1000 MBq, az 600 év alatt 1000 Bq-re csökken (még ha pesszimistán 30 év felezési idővel számolnánk is). A hordó tömege 1000 kg lehet, tehát 600 év múltán csak 1 Bq/kg fajlagos aktivitás marad, ami teljesen ártalmatlan. (Az ajkai szén urán és ⁴⁰K okozta aktivitása 500 Bq/kg, elégetése révén keletkező füstpernyéé 3500 Bq/kg. Emberi testünk aktivitása a természetes ³H, ¹⁴C, ⁴⁰K radioizotópok miatt mintegy 80 Bq/kg. Mégsem félünk egy másik embert megérinteni...)

Naponta négy hordónyi közepesen aktív szemét keletkezik, amit 600 évre kell elraktározni. Megkérdezték a geológusokat: hol? Több hely-jelölt szóbajött: Udvariban felszíni löszben. Üveghután 200-300 m mélyen gránitban.

Itt, Pakshoz közel, Tolna megyében van egy közel 1 km³ nagyságú gránittömb, ami jó 12 millió éve elmászott ugyan 40 km-t, de az utóbbi 10 millió évben áll; földrengés szempontjából hazánk egyik legnyugodtabb vidéke. A közelben fakadó vizek 10000 évesek, jégkorszakban hullott esőből származnak. Így a 600 éves tárolást a csomagolás (cementesítés acélhordóban), műszaki elzárás és geológiai elzárás háromszorosan garantálhatja. A Paksi Atomerőmű a Nukleáris Alapba évente mintegy 10 milliárd forintot fizet be. Geológiai kutatásra 1,5 milliárdot költöttek. A közepes aktivitású hulladék üveghutai mélységi tárolójának teljes kiépítése (akár már 2003-ra) mintegy 15 milliárdba fog kerülni. Ezt a tervet elfogadja a környező falvak lakossága - gazdasági föllendülésük reményében.

Nagyaktivitású hulladék

Az elhasznált fűtőelem nagyaktivitású hulladék: egy rúd (kazetta) aktivitása 10¹⁵ Bq. Ezeket négy évig a reaktorok mellett kialakított, áramló vízzel folyamatosan hűtött tartályokban pihentetik, míg aktivitásuk alábbhagy. Mi legyen velük ezután?

A rudak aktivitása nagyrészt a hasadványoktól származik. Az urán-magban a neutronok aránya 65%, a feleakkora hasadvány-magok egyensúlyi neutronaránya viszont csak 55%. Ezért a hasadványok erősen (-aktívak. Felezési idejük 30 év (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs) vagy rövidebb. Ezek tárolását elég volna 600 évre (20 felezési időre) biztosítani, míg aktivitásuk milliomod részére csökken. Van ugyan olyan hasadvány is, mint a ⁹⁹Tc vagy ¹²⁹I, aminek millió éves a felezési ideje, de ezek mennyisége csekély.

A rudak anyagának java részét kitevő ²³⁸U az atomreaktorban neutronokat fog be, így belőlük transzuránok keletkeznek: neptúnium, plutónium, amerícium... Ezek -bomló elemek, amelyek felezési ideje többezer év is lehet, ezért a használt fűtőelem-rudakat 100 000 évre kell biztonságosan elhelyezni, ami már más méretarányú feladat. Lehetséges opciók:

a) A rudakat 4 év víz alatti tárolás után vasúton visszaszállítják Oroszországba. A korábbi években ezt az eljárást követték. Az oroszok várják is a rudakat (és kilónként 600 dollárt kérnek visszafogadásukért), meg tiltják is (duma-határozatra hivatkozva). Ez az opció kényelmes ugyan, de nem garantált.

b) 4 év víz alatti tárolás után földfelszíni Átmeneti Tárolóban helyezik el 50 évre. A radioaktív anyag hűtését nem motor végzi, hanem hőmérséklet-különbség által hajtott automatikus légcirkuláció, bármikor ellenőrizhető körülmények között. (Ezeket az Átmeneti Tárolókat angol cég építette a Paksi Atomerőmű területén.) 50 év elteltével ezeket a nagyaktivitású anyagokat majd véglegesen eltemetik hazánk területén. Egyik jelölt hely a Mecseki Uránbányához csatlakozóan talált Bodai Agyagtömb, 200-300 m mélységben. Ennek kutatása az uránbánya bezárása után most is folytatódik.

c) A használt fűtőelemekben még sok nukleáris energia maradt vissza. Tudományosan és gazdaságilag azok újrafeldolgozása (reprocesszálása) látszik ideális megoldásnak. A fűtőelemeket savban feloldják, majd elektrolízissel szétválasztják hasadványokra (kis Z rendszám), uránra (Z = 92) és transzuránokra (Z > 92).

Az urán teszi ki a tömeg nagy részét. A ²³⁸U alacsony aktivitású, akár vissza lehet tenni a bányába, oda, ahonnan kibányászták.

A hasadványokat el lehet temetni föld alatt 600 évre, mint arról korábban beszéltünk. (A reprocesszálás révén az elhelyezendő térfogat számottevően csökken.) Ha tetszik, a nagyon kis mennyiségű hosszú élettartamú hasadványokat (Tc, I) kémiailag el lehet különíteni, hosszabb időskálájú tárolásra.

Kiemelt figyelmet a transzuránok kívánnak. A neptúnium vízben nagyon jól oldódik, különösen hajlamos megszökésre, ezért egyesek nem szeretik eltemetni. A plutóniumtól meg a politikusok félnek: ha mód van kémiai kinyerésükre, akkor belőle akár atombombát is lehet gyártani. (Reaktorplutóniumból ugyan nem könnyű bombát csinálni a nemhasadó, viszont neutronelnyelő ²⁴⁰Pu magas koncentrációja miatt, de lehet.) A további transzuránokkal a fő gondot nagyon hosszú élettartamuk jelenti. A plutónium-hisztéria miatt például Amerikában beszüntették a "polgári" fűtőelemek reprocesszálását. Nem szabad elfelejtenünk, hogy minden transzuránatommag magas- energiatartalmú; ha elhasítanók, a két hasadványt szétvető elektromos taszítás energiát termelne. Ezért Amerikában folyik a következő transzmutációs üzem építése: lineáris gyorsítóval nagy (0,1 amper) áramerősségű nagyenergiájú protonnyalábot állítanak elő. Ezt alkalmas céltárgyra irányítva nagyenergiájú neutronokat nyernek. A nagyenergiájú neutronokat a transzuránokra vezetik. Ezek a gyors neutronok az atommagokat elhasítják, nukleáris energiát szabadítva föl. Az így termelt hővel gőzturbinát hajtanak, ami villanyt termel. A nyert elektromos energia 10%-a elég a proton-gyorsító üzemeltetésére, a többi eladható, hálózatba vezethető. Ez a rendszer - ha egyszer megépült - végeredményben gazdaságosan megszabadít a transzuránoktól. Rövid felezési idejű hasadványok maradnak vissza, amelyekre csak 600 évig kell vigyázni. Politikailag sem veszélyes a rendszer, mert a kiégett anyagban a plutóniumnak csak 0,05%-a maradt vissza.

Mint arról Mezei Ferenc "első kézből" beszámolt, a transzmutációs berendezés prototípusának építése Los Alamosban 1-2 éven belül befejeződhet. Így a nagyaktivitású (radiológiailag és politikailag) veszélyes hulladék problémája megoldódhat. Igaz, hogy reprocesszáló-transzmutáló rendszer megépítése nagyszabású és költséges műszaki vállalkozás, amibe hazánk önmaga nem foghat bele. Az atomenergia-termelés transzmutációs záróberendezését nemzetközi összefogással lehet megépíteni, nemzetközi ellenőrzéssel kell üzemeltetni. Elkészülte után viszont már gazdaságos, mert benne a használt fűtőelemek energiakinyeréssel "eltüzelhetők". A maradvány pedig hazahozható és 600 évre gránitba temethető.

Mindez reális lehetőség, de még nem műszaki-politikai-gazdasági realitás. Az elhasznált fűtőelem-kazetták még úgyis évtizedekig pihennek az Átmeneti Tárolóban, amíg kényelmesen szállíthatóvá-feldolgozhatóvá "hűlnek". Van idő megismerni-kitanulni-kivárni az új technikát.

Azért minden (jó és rossz) lehetőségre készen folyik hazánkban a mai technológiai szinten már megoldható b) opció végigvitele: a Bodai Agyagtömb kutatása.

___________________________

Előadás az MTA Közgyűlésén, 1999. május 5.