Ciclul combustibilului nuclear

1

F.GLODEANU V. ANDREI C. GALERIU

CICLUL COMBUSTIBILULUI

NUCLEAR

Bucure]ti 2007

2

Cuprins 1. Introducere 2. Combustibilul nuclear 3. Ciclul combustibilului nuclear 4. Alte cicluri de combustibil 5. Proliferarea nuclear` 6. Costurile externe 7. Interna\ionalizarea 8. Glosar de termeni 9. Anexe

3

1. INTRODUCERE Agen\ia Interna\ional` a Energiei prognozeaz` cre]terea cu 65% a consumului de energie [n anul 2020. {n leg`tur` cu aceast` prognoz` se nasc dou` [ntreb`ri:

• Cum vom satisface aceast` cerere de energie? • Ce impact asupra mediului vor avea solu\iile pe

care le vom alege? Dac` [ncerc`m s` r`spundem la aceste [ntreb`ri ne confrunt`m cu trei probleme vexante:

• Combustibilii fosili (petrolul, c`rbunele) sunt ]i [n prezent sursele de energie cele mai ieftine ]i mai disponibile;

• Miliarde de oameni din zonele s`race ale planetei [ncearc` cu disperare s` scape de s`r`cie ]i sunt con]tien\i c` energia ieftin` este esen\ial` [n acest scop;

• Arz@nd combustibilii fosili polu`m atmosfera ]i producem schimb`ri climatice.

Prietenii no]tri ecologi]ti vor vedea solu\ia [n utilizarea energiilor regenerabile, precum cea solar`. Energia solar` are un mare poten\ial, [n special pentru zonele izolate, unde nu ajung re\elele de electricitate. Din p`cate costul ridicat al instala\iilor solare ]i durata mare de amortizare nu permit utilizarea lor pe scar` larg` pentru producerea de electricitate. Energia eolian` ]i energia valurilor sunt ]i ele folosite pe o scar` limitat`. Nu este posibil` producerea pe scar` larg` de energie electric` utiliz@nd resurse regenerabile.

4

Realitatea arat` c` [n SUA, 52% din energia electric` este ob\inut` din c`rbune, iar China consum` jum`tate din produc\ia mondial` de c`rbune pentru a acoperi 75% din consumul ei de energie. Pe l@ng` emisia de bioxid de carbon, c`rbunele este cel mai murdar combustibil fosil. Cenu]a de c`rbune este radioactiv`. O termocentral` emite de 100 de ori mai mult` radioactivitate dec@t o central` nuclearoelectic` de aceea]i putere. Prin arderea c`rbunelui sunt eliberate [n mediu metale toxice precum mercurul. Acestea intr` [n lan\ul alimentar ]i produc [mboln`viri. Toate sursele de energie afecteaz` mediul. Avem a]adar la dispozi\ie doar surse de energie imperfecte. Una dintre acestea este energia nuclear`. Cu 434 reactori [n func\iune, energetica nuclear` asigur` consumul de electricitate pentru mai mult de un miliard de locuitori ai Terrei. De]i o central` nuclear` nu poate fi considerat` ca av@nd impact nul, ea are cel mai mic impact asupra mediului dintre toate sursele de energie disponibile, raportat la unitatea de energie produs`. Combustibilul nuclear furnizeaz` cea mai mare cantitate de energie pe unitatea de mas`. Un fascicul de combustibil CANDU poate asigura energia unei locuin\e pentru o sut` de ani. Aceia]i cantitate de energie ar putea fi furnizat` de 400 tone de c`rbune sau 10 milioane de metri cubi de gaz. Dic\ionarele definesc combustibilul nuclear drept materialul care trebuie consumat pentru a ob\ine energia nuclear`, prin analogie cu combustibilul

5

conven\ional care este ars pentru a ob\ine energie. Materialul cel mai utilizat pentru ob\inerea combustibilului nuclear este uraniul. Diferitele activit`\i asociate produc\iei de electricitate de origine nuclear` sunt numite generic „ciclul combustibilului nuclear”. Ciclul combustibilului nuclear [ncepe cu mina de uraniu ]i se sf@r]e]te cu depozitarea definitiv` a de]eurilor nucleare. Folosirea combustibilului nuclear pentru producerea de energie are implica\ii sociale ]i ecologice care constituie subiect de controverse. Publicului trebuie s` i se ofere mijloacele de a evalua singur subiectele controversate ]i de a avea propriile opinii, pe baza unei inform`ri cuprinz`toare. Doar un public informat ]i preg`tit va putea aborda cu succces provoc`rile viitorului.

6

2. COMBUSTIBILUL NUCLEAR 2.1. Generalit`\i privind fisiunea nuclear` Capacitatea materialelor de a elibera energia nuclear` deriv` din propriet`\ile specifice ale nucleului atomic. {n general energia nuclear` poate fi ob\inut` prin combinarea a dou` nuclee u]oare pentru a forma unul mai greu, proces numit fuziune nuclear`, sau prin spargerea nucleelor grele [n dou` fragmente, proces numit fisiune nuclear`. De]i fuziunea nuclear` ar putea contribui [n viitor la producerea de energie, [n prezent doar fisiunea nuclear` se utilizeaz` la scar` industrial` pentru producerea de electricitate. Prin urmare, termenul de combustibil nuclear se refer` exclusiv la ob\inerea energiei prin fisiune nuclear`. Fisiunea nuclear` este un proces extrem de complex care are ca efect spargerea catastrofic` a nucleului atomic [n dou` fragmente. Procesul de fisiune poate avea loc spontan sau sub bombardament cu neutroni (Figura 1).

Figura 1. Reac\ia de fisiune

La un eveniment tipic de fisiune se elibereaz` c@teva sute de MeV, [n timp ce la o reac\ie chimic` de oxidare

7

se elibereaz` c@teva zeci de eV pe eveniment. Din acest motiv combustibilul nuclear con\ine de zece milioane de ori mai mult` energie dec@t combustibilul chimic. Energia din reac\ia de fisiune este eliberat` sub forma de energie cinetic` a produ]ilor de fisiune ]i sub forma de energie electromagnetic` a radia\iei gama. La un eveniment de fisiune nuclear` nucleul se poate fragmenta [n orce combina\ie de nuclee mai u]oare, dar cea mai probabil` este cea care are un nucleu [n intervalul de mas` 90-100 ]i pe cel`lalt [n intervalul 130-140 (vezi fig.2).

Figura 2. Randamentul de apari\ie a fragmentelor de fisiune.

Mai multe elemente grele precum uraniul, toriul, plutoniul pot suferi reac\ii de fisiune spontan` sau

8

indus` de neutroni. Izotopii care sufer` fisiuni spontane c@nd sunt lovi\i de neutroni se numesc izotopi fisionabili. Izotopii fisionabili u]or de ob\inut sunt 235U sau 239Pu ]i constituie materialul de baz` al combustibilului nuclear pentru reactorii de fisiune. Ecua\ia celei mai cunoscute reac\ii de fisiune se poate scrie astfel: 235U+neutron=fragmente de fisiune+2,52 neutroni+180MeV

Deoarece din reac\ia de fisiune rezult` ]i un num`r de neutroni, ace]tia pot amorsa la r@ndul lor alte reac\ii de fisiune, produc@nd a]a numita reac\ie [n lan\.

Figura 3. Reac\ia de fisiune [n lan\

A]a cum se vede din figura 3, un atom de 235U absoarbe un neutron ]i prin fisiune elibereaz` energie, fragmente de fisiune ]i 3 neutroni noi. Unul dintre neutronii rezulta\i este absorbit de un atom de 238U f`r`

9

a se produce reac\ia de fisiune, un alt neutron este absorbit de impurit`\i sau este pierdut din sistem f`r` a se ciocni cu un atom greu fisionabil, iar al treilea se ciocne]te cu un atom de 235U ]i procesul de fisiune continu`. Se poate [nt@mpla ca doi neutroni rezulta\i din fisiune s` se ciocneasc` cu atomi fisionabili de 235U, astfel procesul de fisiune [n lan\ continu` ]i cre]te exponen\ial. Dac` reac\ia de fisiune [n lan\ are la dispozi\ie suficient material fisionabil (mas` critic`) energia rezultat` se degaj` exploziv ]i acesta este principiul pe care func\ioneaz` armele nucleare. Atunci c@nd reac\ia de fisiune [n lan\ este controlat` [n mod adecvat, ea poate fi folosit` ca surs` de energie (reactorul nuclear). 2.2. Reactorul nuclear Reactorul nuclear este un sistem tehnic ce utilizeaz` [ntr-o manier` controlat` fisiunea nuclear` [n lan\. Reactorul nuclear are [n structura sa un ansamblu de materiale care [ntre\in reac\ia de fisiune [n lan\, transport` c`ldura rezultat` din reac\ia de fisiune ]i asigur` protec\ia fa\` de efectele dùn`toare ale materialelor radioactive rezultate. Func\ionarea unei centrale nuclearoelectrice, de tipul celei de la Cernavod`, se bazeaz` pe captarea energiei rezultate din fisiune pentru a produce aburul care va antrena un turbogenerator (vezi figura 4).

10

Figura 4. Centrala nuclear` CANDU

2.3. Cerin\ele care trebuie [ndeplinite de combustibilul nuclear A]a cum am v`zut, combustibilul nuclear este unul dintre materialele care intr` [n componen\a unui reactor nuclear. Pe l@ng` func\ia de a con\ine materialalul ce alimenteaz` reac\ia de fisiune, combustibilul nuclear trebuie s` permit` transferul c`ldurii generate c`tre agentul de r`cire ]i [n acela]i timp s` []i men\in` integritatea structural` [n condi\iile severe din reactorul nuclear. Pentru realizarea func\iunilor men\ionate, combustibilul nuclear trebuie s` aib` o conductibilitate termic` c@t mai mare posibil, pe tot domeniul temperaturilor de func\ionare ]i pe toat` durata de func\ionare [n reactor. Conductibilitatea termic` mare permite extragerea unei

11

cantit`\i mari de c`ldur` din combustibil, f`r` ca acesta s` se deterioreze sau s` se topeasc`. Apari\ia produ]ilor de fisiune [n interiorul combustibilului are ca efect alterarea compozi\iei chimice a acestuia [nso\it` de importante schimb`ri dimensionale. {n general, combustibilul are tendin\a de a se umfla deoarece elementele chimice rezultate din fisiune (printre care ]i unele gaze nobile) nu se acomodeaz` [n structura cristalin` a combustibilului. Pe de alt` parte, combustibilul nuclear trebuie s` fie c@t mai inert la contactul cu apa de r`cire, [n condi\iile de temperatur` ridicat` ]i c@mp de radia\ii [nt@lnite [n reactor. 2.4. Forma fizic` a combustibilului nuclear {n prezent se folose]te [n exclusivitate combustibilul nuclear pe baz` de bioxid de uraniu (UO2) sub form` de pastile sinterizate. Pastilele se ob\in prin presarea pulberii de bioxid de uraniu sub form` de corpuri cilindrice, care sunt apoi tratate termic la temperatur` [nalt` pentru a deveni foarte dense. Corpurile ceramice ob\inute sunt apoi rectificate la exterior pentru a avea o forma cilindric` perfect` ]i o dimensiune uniform`. Pastilele sunt apoi introduse [n tuburi din aliaj de zirconiu ]i [nchise la capete prin sudarea unor dopuri (vezi figura 5).

12

Figura 5. Combustibilul nuclear CANDU

Tuburile care con\in pastilele de combustibil se numesc bare combustibile. Barele combustibile sunt asamblate [ntr-o structur` geometric` atent proiectat` ]i optimizat` pentru a permite [ndeplinirea func\iunilor combustibilului nuclear [n reactor. Fasciculele de combustibil CANDU au circa 50 cm lungime, 10 cm [n diametru ]i o greutate de circa 20 kg.

13

2.5. Combustibilul nuclear uzat Prin combustibil nuclear uzat (numit adesea combustibil nuclear ars) [n\elegem combustibilul nuclear care a fost iradiat [ntr-un reactor nuclear p@n` c@nd nu mai poate sus\ine reac\ia de fisiune nuclear`. Dac` nu este prelucrat chimic (reprocesat), pentru a recupera cantit`\ile reziduale de uraniu ]i plutoniu, combustibilul nuclear uzat constituie un de]eu radioactiv. Combustibilul nuclear uzat con\ine aproape [n totalitate produ]ii de fisiune radioactivi rezulta\i [n urma procesului de fisiune. O mare parte dintre ace]ti produ]i de fisiune sufer` reac\ii de dezintegrare care genereaz` importante cantit`\i de c`ldur`. C@nd combustibilul nuclear uzat este desc`rcat din reactor, el este plasat [ntr-un bazin cu ap`, construit [n acest scop. Apa din aceste bazine ajut` la r`cirea combustibilului ]i asigur` [n acela]i timp protec\ia [mpotriva radia\iilor ionizante. Dup` circa ]ase ani, timp [n care c`ldura de dezintegrare din combustibil s-a redus suficient, combustibilul nuclear uzat este transferat [n facilit`\i de stocare uscat` unde r`cirea este asigurat` prin convec\ia natural` a aerului. Combustibilul nuclear uzat reprezint` un risc pe termen lung, at@t pentru s`n`tatea public` c@t ]i pentru mediu, deoarece radioactivitatea lui se men\ine timp [ndelungat. At@ta timp c@t r`m@ne sub o form` solid` ]i este izolat perfect fa\` de mediul [nconjur`tor, el nu reprezint` un risc. Aceasta a fost ideea care a stat la baza depozitelor geologice de mare ad@ncime.

14

3. CICLUL COMBUSTIBILULUI NUCLEAR 3.1. Generalit`\i Dup` cum am v`zut [n capitolul anterior combustibilul nuclear trebuie s` [ndeplineasc` o serie de condi\ii pentru a putea fi utilizat [n scopul producerii de energie electric` de origine nuclear`. {n acest scop, el parcurge o serie de procese industriale a]a cum se vede [n figura 6.

Figura 6. Ciclul combustibilului nuclear

15

Un ciclu combustibil tipic include urm`toarele procese: • Extragerea minereului de uraniu • Separarea uraniului de alte elemente • {mbog`\irea uraniului [n izotopul 235 care este

fisionabil • Fabricarea elementelor combustibile • Utilizarea combustibilului nuclear [n reactorii

energetici pentru producerea de electricitate • Stocarea intermediar` a combustibilului nuclear • Reprocesarea combustibilului nuclear uzat

pentru recuperarea materialelor fisionabile reziduale (op\ional)

• Reutilizarea materialelor fisionabile ob\inute prin reprocesare la fabricarea de combustibil (op\ional)

• Depozitarea definitiv` a combustibilului nuclear uzat [n depozite geologice

Ciclul combustibilului nuclear se poate [mp`r\i [n trei p`r\i:

• O parte de [nceput care cuprinde procesele de transformare a uraniului [n combustibilul nuclear

• Utilizarea combustibilului nuclear [n reactor • O parte final` [n care combustibilul nuclear uzat

este gospod`rit astfel [nc@t s` nu afecteze s`n`t`tea publicului ]i mediul [nconjur`tor.

A]a cum se poate observa din figura 6, ciclul combustibil poate fi deschis, deoarece combustibilul trece o singur` dat` prin reactor sau poate fi [nchis, atunci c@nd materialul fisionabil rezidual este recuperat ]i reintrodus [n combustibilul nuclear.

16

Dac` analiz`m mai atent procesele ce formeaz` ciclul combustibilului nuclear vom observa c` acestora le sunt asociate o serie de riscuri:

• Prezen\a radia\iilor ionizante • Producerea unor [nsemnate cantit`\i de de]euri • Posibilitatea deturn`rii materialului fisionabil de

la utilizarea pa]nic`, pentru producerea de energie, la scopuri militare, pentru producerea de arme nucleare

• Reticen\a publicului fa\` de industria nuclear` Ne propunem s` detaliem [n continuare diversele probleme ale ciclului combustibilului nuclear, astfel [nc@t, cititorul s` poat` judeca ]i decide singur dac` utilizarea acestui combustibil pentru producerea de energie electric` mai este sau nu oportun`. 3.2. Extragerea minereului de uraniu Uraniul este un metal u]or radioactiv, destul de r`sp@ndit [n scoar\a terestr`. Uraniul este mai abundent ca aurul, argintul sau mercurul, la fel de abundent ca zincul ]i u]or mai pu\in abundent dec@t cobaltul, plumbul ]i molibdenul. Uraniul este prezent [n majoritatea rocilor, [n sol, [n apa r@urilor ]i [n apa de mare. Granitul, care reprezinta circa 60% din crusta terestr`, are o concentra\ie [n uraniu de 4 ppm. {n fosfa\ii naturali putem avea concentra\ii de uraniu de p@n` la 0,04%, [n timp ce unele z`c`minte de c`rbune prezint` concentra\ii [n uraniu de peste 0,01%. Urme de uraniu se g`sesc [n alimente ]i [n corpul uman. Mineralele cu

17

con\inut de uraniu ce poate fi valorificat economic constituie minereul de uraniu. Minereurile de uraniu sunt de dou` categorii :

• Minereuri bogate, cu con\inut de uraniu de p@n` la 20%

• Minereuri s`race, cu con\inut de uraniu de p@n` la 0,1 %.

Minereul de uraniu se extrage fie din cariere la suprafa\`, fie din mine de ad@ncime. {n prezent, uraniul poate fi recuperat in-situ, prin tehnici de sp`lare a z`c`m@ntului.

{n general, exploatarea [n carier` se folose]te c@nd z`c`mintele se afl` aproape de suprafa\`, iar extrac\ia din min` se practic` atunci c@nd z`c`mintele se afl` la ad@ncime, peste 120 m. Carierele afecteaz` suprafe\e mari de teren (mai mari dec@t cele ale z`c`m@ntului) deoarece pere\ii trebuie taluza\i pentru a nu se pr`bu]i (vezi figura 7).

Figura 7. Expolatarea uraniului la suprafa\`

18

Minele de ad@ncime perturb` suprafe\e de teren mult mai mici, iar cantitatea de steril care trebuie [ndep`rtat` pentru a ajunge la z`c`m@nt este mult mai mic` dec@t [n cazul carierelor.

{n prezent o mare parte din uraniu se ob\ine in-situ. Apa subteran` oxigenat` circul` prin forma\iunea geologic` poroas` dizolv@nd uraniul, apoi este pompat` la suprafa\` [ntr-o instala\ie de recuperare (figura 8).

Figura 8. Extragerea uraniului in-situ

Alegerea metodei de exploatare a z`c`mintelor de uraniu depinde de caracteristicile z`c`m@ntului ]i de factori tehnico-economici.

19

{n prezent, exploatarea industrial` a minereurilor de uraniu se face [n condi\ii de strict` supraveghere a st`rii de s`n`t`te a lucr`torilor ]i a publicului din zonele adiacente. Standardele de supraveghere privesc at@t expunerea la radia\iile ionizante ]i la gazul radioactiv radon, c@t ]i ingestia sau inhalarea de materiale radioactive.

Pentru protec\ia s`n`t`\ii lucr`torilor, la minele de uraniu se iau o serie de m`suri:

• Prevenirea producerii de praf pentru minimizarea inhal`rii mineralelor radioactive;

• Limitarea expunerii lucr`torilor la radia\ii ]i la emisiile de radon;

• Ventilarea puternic` a galeriilor din subteran;

• Impunerea unor standarde stricte de igien`, [n scopul prevenirii inhal`rii ]i inger`rii de materiale radioactive.

{nc` din secolul al XV-lea s-a observat c` minerii care lucrau [n subteran [n mun\ii de la grani\a Cehiei cu Germania contractau o boal` misterioas` ]i mul\i dintre ei decedau prematur. In secolul al XIX-lea aceast` boal` a fost diagnosticat` ca fiind cancerul de pl`m@ni. Abia [n 1921 s-a presupus c` radonul putea fi cauza acestor [mboln`viri. De]i acest lucru a fost confirmat [n 1939, [ntre 1946 ]i 1959 [n minele de uraniu din SUA nu au fost luate nici-un fel de precau\ii. {n anii 1960 s-a demonstrat c` inciden\a cancerului de pl`m@ni era mai mare la minerii fum`tori. Ace]ti mineri [nregistrau nivelele periculoase de iradiere mult mai timpuriu dec@t nefum`torii.

20

3.3. Prelucrarea minereului de uraniu

Minereul este prelucrat [n uzinele de preparare pentru separarea uraniului de steril. {ntr-o uzin` de preparare conven\ional`, minereul este sf`r@mat ]i apoi dizolvat. {n cele mai multe cazuri se folose]te acidul sulfuric, dar se pot folosi ]i agen\i alcalini de solubilizare. Agentul de solubilizare dizolv` at@t uraniul c@t ]i al\i constituien\i: vanadiu, seleniu, fier, plumb, arseniu. O instala\ie conven\ional` de preparare extrage 90-95% din uraniul prezent [n minereu. Produsul ob\inut la uzina de preparare este un concentrat tehnic de uraniu numit ]i „yellow cake” dup` culoarea sa galben` (vezi figura 9).

Figura 9. ”Yellow cake”

Din procesul de preparare a minereului de uraniu rezult` pe l@ng` produsul util (concentratul tehnic de uraniu) ]i o mare cantitate de de]euri. Pentru un minereu cu 0,1% uraniu, circa 99,9% r`m@ne sub

21

forma de ]lam ce con\ine to\i ceilal\i constituien\i. Deoarece produ]ii radioactivi de via\` lung` precum 230Th ]i 226Ra nu sunt solubiliza\i, ]lamul va con\ine peste 85% din radioactivitatea prezent` [n minereu. {n prezent tehnologia nu permite recuperarea integral` a uraniului, 5-10% din acesta va r`m@ne [n ]lamuri. {n plus, ]lamurile vor con\ine metalele grele ]i al\i contaminan\i toxici (arsen) precum ]i chimicalele utilizate [n proces.

Prin exploatarea ]i prelucrarea minereului de uraniu constituien\ii periculo]i pe care acesta [i con\ine sunt sco]i la suprafa\` ]i transforma\i [n pulberi fine sau ]lamuri, devenind astfel mult mai susceptibili de a se dispersa [n mediu. {n plus, constituien\ii din haldele de steril nu mai sunt [n echilibru geochimic, iar reac\iile care pot avea loc sunt un pericol suplimentar pentru mediu. Spre exemplu, [n zonele secetoase contaminan\ii care con\in s`ruri pot migra la suprafa\a haldei, unde sunt supu]i eroziunii (vezi figura 10).

22

Dac` minereul con\ine pirit`, [n hald` se formeaz` acid sulfuric ce continu` procesul de solubilizare a contaminan\ilor. Radonul 222 emanat din hald` are un timp de via\` de 3,8 zile. Cu toate acestea, radonul este un pericol pe termen lung deoarece el se genereaz` prin dezintegrarea radiului 226 care are un timp de via\` de 1600 ani.

Haldele sunt supuse mai multor procese de eroziune. Ploile ]i inunda\iile pot eroda materialul ]i chiar distruge depozitele. Plantele ]i animalele penetreaz` [n depozite, produc@nd dispersarea materialului ]i cre]terea emisiilor de radon. {n zonele uscate, haldele sunt supuse eroziunii eoliene, materialul fiind r`sp@ndit la mari distan\e.

Sp`larea haldelor reprezint` un alt pericol major deoarece radiul 226 ]i al\i poluan\i toxici precum arseniul pot ajunge [n apele de suprafa\` sau freatice. De aici, ace]tia ajung [n organismul uman fie prin apa potabil` fie prin lan\ul alimentar (vegetale, pe]te).

{n anii de dup` al II-lea r`zboi mondial, companiile miniere au p`r`sit exploat`rile miniere epuizate f`r` a le dezafecta, iar ]lamurile au fost deversate [n lacuri. Exist` dou` exemple tipice de dezinteres fa\` de principiile de gospod`rire [n siguran\` a acestor categorii de de]euri miniere, care au avut efecte severe asupra mediului ]i a popula\iei:

• La instala\ia de preparare din Bukhovo din Bulgaria, ]lamurile au fost aruncate [ntr-o r@p` [n perioada 1947-1958. Particolele fine s-au scurs [ntr-un r@u ]i s-au [mpr`]tiat peste o zon` agricol` de 120 de hectare. Dup` 1958,

23

aceasta a fost folosit` pentru agricultur` ]i s-au [nregistrat concentra\ii excesive de radiu [n cereale cultivate [n zon` (1077 Bq/kg).

• La uzina de preparare minier` Mounana din Gabon, [n perioada 1961-1975 au fost aruncate [ntr-o vale peste 2 milioane de tone de ]lamuri, form@nd mari depozite [n albia r@ului.

Ideea de a reintroduce ]lamurile [n minele de unde a fost extras minereul nu reprezint` [n general o solu\ie acceptabil` pentru depozitarea acestor de]euri. }lamurile sunt la fel de radioactive ca ]i minereurile ]i [n plus au caracteristici fizico-chimice ce le fac mult mai susceptibile s` migreze sau s` se disperseze [n mediul [nconjur`tor. Situa\ia este similar` ]i pentru cazul carierelor. Contactul cu apele freatice sau posibilitatea antren`rii contaminan\ilor de c`tre apele pluviale sunt riscuri majore ce trebuie avute [n vedere.

Un amplasament bun pentru depozitarea definitiv` a acestor de]euri miniere trebuie s` [ndeplineasc` urm`toarele condi\ii:

• Nu trebuie s` fie amplasat pe falii geologice; • Nu trebuie amplasat [ntr-o zon` seismic`; • Trebuie s` con\in` straturi naturale

impermeabile; • Amplasamentul nu trebuie s` fie inundabil; • Panza freatic` trebuie s` fie la mare ad@ncime; • Produ]ii de solubilizare nu trebuie s` ajung` [n

apa freatic`; • Depozitele de argil` pentru acoperirea haldelor

trebuie s` fie la distan\e convenabile; • Amplasamentul s` fie departe de zonele locuite.

24

3.4. Rafinarea ]i conversia Pentru a putea ob\ine reac\ia de fisiune [n lan\, din combustibilul nuclear trebuie [ndep`rtate toate impurit`\ile care absorb neutroni. Impurit`\ile cele mai dùn`toare sunt cele care absorb u]or neutronii printre care se num`r` urm`toarele elemente chimice: borul, cadmiul ]i lantanidele (disprosiu, gadoliniu). Eliminarea acestor impurit`\i din combustibilul nuclear se realizeaz` printr-un proces de purificare (rafinare) a uraniului. O alt` cale de a facilita reac\ia de fisiune [n lan\ const` [n cre]terea ponderii izotopului fisionabil al uraniului prin a]a numitul proces de [mbog`\ire a uraniului. Pentru realizarea procesului de [mbog`\iere, uraniul trebuie transformat [n hexafluorur` de uraniu prin procesul numit conversie. Pentru realizarea purific`rii concentratul tehnic de uraniu (yellow cake) este dizolvat [n acid azotic. Solu\ia de azotat de uranil UO2(NO3)2.6H2O este alimentat` [n contracurent [ntr-un process de extrac\ie cu solven\i (tributil fosfat dizolvat [n kerosen sau dodecan). Uraniul este colectat [n faza organic` din care este recuperat prin sp`lare cu solu\ie de acid azotic. Principiul de func\ionare a unei instala\ii de rafinare a uraniului este prezentat` in figura 11.

25

Figura 11. Principiul extrac\iei cu solven\i

Uraniul este concentrat prin evaporare ]i apoi calcinat pentru a ob\ine UO3 pur. Trioxidul de uraniu UO3 este redus [ntr-un cuptor cu hidrogen pentru a ob\ine UO2.

UO3 + H2 => UO2 + H2O (delta H = -109 kJ/mole)

Dioxidul de uraniu reac\ioneaz` cu acidul fluorhidric pentru a ob\ine tetrafluorura de uraniu.

UO2 + 4HF => UF4 + 2H2O (delta H = -176 kJ/mole)

Tetrafluorura de uraniu este alimentat` [ntr-un reactor cu pat fluidizat [n care reac\ioneaz` cu fluorul gazos pentru a ob\ine hexafluorura de uraniu.

UF4 + F2 => UF6

Stocat` [n butelii de o\el, hexafluorura de uraniu este transportat` la uzina de [mbog`\ire a uraniului (figura 12).

26

Figura 12. Depozit de hexafluorur` de uraniu

La fel ca [n etapele de minerit ]i prelucrare minier` a uraniului, riscurile asociate rafin`rii ]i conversiei sunt de natur` chimic` ]i radiologic`. {n aceste procese se folosesc baze ]i acizi puternici pentru solubilizarea uraniului. Formele solubile sau pulverulente reprezint` un risc major de inhalare sau ingerare. {n procesul de conversie se manipuleaz` substan\e chimice extrem de corozive care pot genera incendii sau explozii. 3.5. {mbog`\irea uraniului Atunci c@nd este extras din min` uraniul con\ine trei tipuri de atomi:

27

• grei U238 (99,3%) • cu greutate medie U235 (0,7%) • u]ori U234 (<0,01%)

Aceste trei tipuri de atomi se numesc izotopi ai uraniului ]i con\in [n nucleu acela]i num`r de protoni (92) dar numere diferite de neutroni (146, 143, 142).

{n majoritatea aplica\iilor pentru producerea de energie prin fisiunea nuclear`, compozi\ia uraniului trebuie schimbat` [n sensul cre]terii con\inutului de U235 de la 0,7% p@n` la 5%. Procesul tehnologic se nume]te [mbog`\ire izotopic` ]i se poate baza pe mai multe fenomene fizice.

Difuzia gazoas`

Difuzia gazoas` const` [n trecerea for\at` a hexafluorurii de uraniu printr-o serie de membrane poroase. Deoarece moleculele de U235 sunt mai u]oare ele se mi]c` mai rapid ]i au ]anse mai mari s` treac` prin porii membranei. Astfel hexafluorura de uraniu care trece prin membran` se [mbog`\e]te u]or [n U235 [n timp ce materialul care nu trece prin membran` este s`r`cit [n U235 (vezi figura 13).

Figura 13. Imbog`\irea uraniului prin difuzie

28

Procesul este repetat de mai multe ori p@n` se atinge [mbog`\irea dorit`. Pentru o [mbog`\ire de 3-4% [n U235 procesul trebuie repetat de circa 1400 de ori.

{mbog`\irea prin ultracentrifugare

Ca ]i [n cazul [mbog`\irii prin difuzie gazoas`, ultracentrifugarea se bazeaz` pe diferen\a de greutate a U235 ]i a U238 . Hexafluorura de uraniu gazoas` este introdus` [n ni]te incinte vidate con\in@nd rotoare de circa 2 metri lungime ]i 15-20 cm diametru. C@nd rotoarele ating 50000-70000 rota\ii pe minut, for\a centrifug` face ca U238 s` se concentreze spre periferie [n timp ce U235 se acumuleaz` mai spre centru (vezi figura 14).

Figura 14. Ultracentrifug` pentru [mbog`\irea uraniului

29

Procesul de [mbog`\ire prin centrifugare este mult mai eficient dec@t difuzia gazoas`, iar num`rul de trepte pentru ob\inerea unei [mbog`\iri de c@teva procente este de ordinul zecilor, fa\` de c@teva mii, cum este cazul la [mbog`\irea prin difuzie.

{mbog`\irea cu laser

Atomii de uraniu pot absorbi lumina cu o anumit` lungime de und`. A]a cum se vede din figura 15, lungimea de und` a lumii absorbite de atomul de U235 este pu\in diferit` de cea corespunz`toare U238. Tehnologia laserilor permite ob\inerea unor fascicole de lumin` cu lungimea de und` pozi\ionat` exact pe zona unde este absorbit` de U235. C@nd atomul de U235 absoarbe lumina emis` de laser el devine o specie chimic` reactiv`.

Figura 15. Principiul [mbog`\irii cu laser.

30

Procesul de [mbog`\ire este de natur` molecular` ]i const` [n fotodisocierea hexafluorurii de uraniu. Procesul denumit generic SILEX este aplicat [n Australia pentru [mbog`\irea uraniului ]i a altor elemente precum siliciul ]i zirconiul.

Proceselor de [mbog`\ire a uraniului le sunt asociate urm`toarele categorii de riscuri:

• Chimic • Radiologic • Accidentul de criticitate • Uraniul s`r`cit.

Riscul chimic este asociat prezen\ei hexafluorurii de uraniu, un produs foarte coroziv, care prin manipulare necorespunz`toare poate genera incendii ]i explozii. Riscul radiologic este asociat prezen\ei unor mari cantit`\i de uraniu [mbog`\it care emite neutroni ]i radia\ii gama. Riscul cel mai important este cel de criticitate. Prezen\a unor mari cantit`\i de uraniu [mbog`\it face posibil` realizarea masei critice [n anumite geometrii, iar consecin\ele unui accident radiologic de acest tip sunt importante. O problem` foarte complex` o constituie prezen\a uraniului s`r`cit care reprezint` practic un de]eu. Pe l@ng` riscurile chimice ]i radiologice asociate UF6, exist` ]i riscurile producerii unor accidente industriale [n timpul transportului, manipul`rii ]i stoc`rii canistrelor cu hexafluorur` de uraniu s`r`cit.

31

3.6 Fabricarea elementelor de combustibil nuclear Fabricarea combustibilului nuclear pentru reactorii cu ap` u]oar` con\ine urm`toarele etape:

• Conversia hexafluorurii [n UO2 • Fabricarea pastilelor de UO2 • Fabricarea elementelor combustibile • Fabricarea fascicolelor de combustibil

Procesul de conversie [ncepe cu vaporizarea hexafluorurii de uraniu primit` de la instala\ia de [mbog`\ire. Hexafluorura gazoas` este absorbit` [n ap` pur` pentru a ob\ine o solu\ie de fluorur` de uranil. {n aceast` solu\ie se adaug` hidroxid de amoniu pentru precipitarea uraniului sub form` de diuranat de amoniu (DUA). {n continuare, diuranatul de amoniu este uscat, calcinat, redus, m`cinat ]i se ob\ine pulberea de bioxid de uraniu de calitate ceramic` (vezi figura 16).

Figura 16. Pulberea de UO2 Pentru fabricarea pastilelor pulberea de bioxid de uraniu este compactat` ]i granulat` pentru a curge u]or. Cu ajutorul unei prese rotative, pulberea este transformat` [n pastile crude care sunt apoi sinterizate

32

la temperatur` [nalt` (peste 17000C) [n atmosfer` de hidrogen. Pastilele sinterizate sunt apoi rectificate la exterior, pentru a avea dimensiunile dorite ]i geometria perfect` (vezi figura 16)

Figura 16. Pastilele de bioxid de uraniu

Pastilele de bioxid de uraniu sunt [nc`rcate apoi [n tuburi din aliaj de zirconiu, iar tuburile sunt [nchise prin sudarea unor dopuri la ambele capete. La sf@r]it, printr-un orificiu al dopului superior se introduce [n interior heliu sub presiune ]i se execut` o sudur` de etan]are. Astfel au fost fabricate elementele de combustibil cu o lungime de 4 metri (vezi figura 17).

Figura 17. Elementele de combustibil

33

Elementele de combustibil sunt asamblate [ntr-o structur` rigid` care constituie fasciculul de combustibil (vezi figura 18).

Figura 18. Fascicolul de combustibil PWR

Fascicolul de combustibil CANDU este un ansamblu de 37 elemente combustibile fixate prin grile de cap`t (vezi figura 19).

Figura 19. Structura fascicolului CANDU

Tehnologia de fabrica\ie a combustibilului CANDU este similar` cu cea a celui pentru reactori cu ap` u]oar`,

34

deosebirea const@nd [n faptul c` nu se folose]te uraniu [mbog`\it ci uraniu natural. Pulberea de bioxid de uraniu se ob\ine direct din concentratul de uraniu f`r` a mai parcurge etapele de fluorurare ]i [mbog`\ire. Riscurile chimice, radiologice ]i de criticitate sunt similare cu cele [nt@lnite la etapa de [mbog`\ire. {n instala\iile de fabricare a combustibilului sunt supu]i riscurilor [n special operatorii, publicul fiind afectat de riscuri minore. 3.7. Arderea combustibilului [n reactor Atunci c@nd este introdus [n reactor combustibilul nuclear [ntre\ine reac\ia de fisiune [n lan\ prin care se elibereaz` energia nuclear`. Deoarece uraniul fisionabil (235) se consum` s-a denumit acest proces ardere, prin analogie cu arderea unui combustibil conven\ional pentru a produce c`ldur`. {n mod curent, arderea combustibilului nuclear este caracterizat` prin gradul de ardere. Gradul de ardere nu este o m`sur` a timpului de iradiere, de]i este propor\ional cu acesta, ci reprezint` cantitatea de energie eliberat` prin fisiune, raportat` la unitatea de mas` a combustibilului. Gradul de ardere se exprim` curent [n MWzi/ton` de uraniu. O valoare mediat` a gradului de ardere se poate ob\ine cu formula : Gradul de ardere = Puterea termic` a reactorului x Timpul de iradiere / Masa de combustibil. Gradul de ardere nu este omogen [n reactor. Din cauza repartiz`rii neuniforme a fluxului de neutroni, gradul de

35

ardere va fi mai mare in zonele centrale ale reactorului nuclear ]i mai mic [n zonele periferice ale acestuia. O indica\ie asupra gradului de ardere al combustibilului este dat` de prezen\a efectului Cerencov (vezi figura 20).

Figura 20. Efectul Cerencov

{n urma proceselor de fisiune, [n combustibilul nuclear nuclear se acumuleaz` produ]ii de fisiune radioactivi. Ace]tia se dezintegreaz` radioactiv cu o vitez` ce depinde de tipul radionuclizilor prezen\i. Unii radionuclizi se dezintegreaz` [n reactor, iar energia eliberat` prin dezintegrare este eliminat` din reactor [mpreun` cu c`ldura produs` prin fisiune. Atunci c@nd reactorul nuclear este oprit, toate materialele radioactive prezente [n combustibil vor

36

continua s` se dezintegreze ]i s` elibereze o important` cantitate de c`ldur`. {n general, c`ldura de dezintegrare prezent` [n reactor imediat dup` oprire reprezint` circa 7% din puterea la care a func\ionat reactorul [nainte de oprire. C`ldura de dezintegrare scade exponen\ial, dar r`m@ne important` timp de s`pt`m@ni sau chiar luni. C`ldura de dezintegrare provine [n principal din urm`toarele surse:

• Dezintegrarea produ]ilor de fisiune instabili prin prin emisia de radia\ii α, β-, β+ ]i γ

• Actinidele instabile formate prin absorb\ia neutronilor de c`tre atomii de uraniu ]i plutoniu;

• Fisiunile induse de neutronii [nt@rzia\i; • Reac\iile induse de neutronii rezulta\i prin fisiuni

spontane; • Activarea materialelor structurale care devin

radioactive. Atunci c@nd este desc`rcat din reactor, combustibilul nuclear uzat degaj` [nsemnate cantit`\i de energie produs` prin dezintegrarea radioactiv` ]i trebuie r`cit o lung` perioad` de timp (vezi figura 21).

37

Figura 21. C`ldura rezidual` [n fascicolul CANDU

Fasciculele de combustibil uzat desc`rcate din reactorul CANDU sunt puternic radioactive (vezi figura 22).

Figura 22. Radioactivitatea fascicolelor CANDU

Radioactivitatea se datoreaz` [n principal produ]ilor de fisiune ]i [n mai mic` m`sur` elementelor transuraniene. Produ]ii de fisiune sunt [n general elemente radioactive care se dezintegreaz` rapid. Spre exemplu, Cesiul 137 cu un timp de [njum`t`\ire de 30 de ani dispare complet prin dezintegrare [n c@teva sute de ani. Elementele transuraniene precum Plutoniul 239

38

cu un timp de [njum`t`\ire de 24 000 de ani se dezintegreaz` foarte lent ]i reprezint` un pericol pentru s`n`t`tea oamenilor ]i pentru mediu. Din acest motiv, combustibilul nuclear uzat reprezint` categoria de de]euri radioactive cea mai periculoas` ]i este gospod`rit` cu mare aten\ie, a]a cum vom vedea [n capitolele urm`toare. 3.8. Stocarea combustibilului nuclear uzat A]a cum am ar`tat [n capitolul anterior, combustibilul nuclear ars [n reactor este puternic reactiv ]i degaj` o mare cantitate de c`ldur`. Dac` elementele de combustibil uzat ar fi stocate [n aer f`r` a fi r`cite, zirconiul din componen\a tecilor elementelor combustibile ar reac\iona cu oxigenul form@nd oxidul de zirconiu. Prin aceast` reac\ie tecile s-ar putea distruge iar produ]ii radioactivi din interior ar putea fi elibera\i [n mediu. {n prezen\a umidit`\ii, reac\ia de oxidare are loc cu eliberare de hidrogen, iar efectele pot fi ]i mai dùn`toare. Din aceste motive combustibilul uzat este stocat [n facilit`\i speciale care trebuie s` asigure urm`toarele func\iuni :

• R`cirea fascicolelor de combustibil nuclear uzat ;

• Protec\ia lucr`torilor ]i a publicului la radia\iile emise de combustibilul uzat;

39

• Prevenirea accidentelor de criticitate (la combustibilul cu uraniu [mbog`\it).

Dup` ce este desc`rcat din reactor combustibilul uzat acesta este stocat [n bazine cu ap` (vezi figura 23.).

Figura 23. Bazin de stocare combustibil uzat

Apa din bazine este circulat` prin schimb`toare de c`ldur` ]i prin filtre ionice pentru absorb\ia contaminan\ilor din ap`. Dup` un anumit num`r de ani de ]edere [n bazinele cu ap`, combustibilul uzat pierde cea mai mare parte din radioactivitate iar c`ldura de dezintegrare scade p@n` la valori care permit mutarea combustibilului uzat [n facilit`\i f`r` ap`, unde r`cirea se realizeaz` cu ajutorul aerului (vezi figura 24).

40

Figura 24. Depozit uscat de combustibil CANDU

Structura de beton din care este construit depozitul asigur` protec\ia [mpotriva radia\iilor ionizante precum ]i izolarea combustibilului fa\` de mediul [nconjur`tor. 3.9. Reprocesarea combustibilului nuclear uzat Reprocesarea este un proces industrial prin care materialele utile (uraniul ]i plutoniul) sunt izolate de produ]ii de fisiune ]i celelalte materiale ce intr` [n compozi\ia combustibilul uzat. {n principiu exist` trei motive pentru a reprocesa combustibilul nuclar uzat:

• ob\inerea plutoniului pentru arme nucleare • reciclarea uraniului ]i plutoniului [n reactorii

energetici (ciclul combustibil [nchis);

41

• relaxarea condi\iilor cerute pentru depozitarea final` a combustibilului uzat prin izolarea ]i depozitarea separat` a izotopilor de via\` lung`.

Reprocesarea industrial` a fost utilizat` la [nceput pentru separarea plutoniului destinat realiz`rii armelor nucleare. {n 1943 au fost propuse c@teva metode pentru separarea unor cantit`\i mici de uraniu ]i plutoniu din combustibilul iradiat. Prima metod` selectat` ]i testat` la Laboratoarele Oak Ridge din SUA a fost procesul de precipitare cu fosfat de bismut. Un alt proces de separare a uraniului ]i plutoniului a fost denumit PUREX. Dup` dizolvarea combustibilului iradiat [n acid azotic diluat, uraniul ]i plutoniul sunt transferate [n faza organic` prin amestecarea energic` cu un solvent organic (30% tributilfosfat [n kerosen), [n timp ce produ]ii de fisiune r`m@n [n faza apoas`. Urm`toarele etape ale procesului constau [n separarea uraniului de plutoniu (vezi figura 25).

42

Figura 25. Procesul PUREX

{n martie 1977, teama de proliferarea armelor nucleare ([n special dup` explozia nuclear` produs` [n India) l-a f`cut pe pr]edintele american Jimmy Carter s` emit` o directiv` privind suspendarea pe termen nedefinit a reproces`rii ]i recicl`rii plutoniului [n SUA. |`rile europene (Fran\a, Anglia, Germania, Belgia ]i Elve\ia) ]i Japonia au continuat reprocesarea combustibilului nuclear uzat.

43

{n prezent exist` o mare procupare a publicului [n leg`tur` cu efectele negative ]i riscurile reproces`rii. Principalele efecte negative sunt urm`toarele:

• Reprocesarea implic` transportul auto, feroviar sau naval al celor mai periculoase ]i toxice materiale;

• Reproces`rii combustibilului uzat i se asociaz` mari emisii de radioactivitate [n mare ]i [n atmosfer`;

• Reprocesarea combustibilului uzat cre]te volumul de de]euri de p@n` la 150 de ori.

• Exist` o preocupare [n r@ndul publicului privind cre]terea riscului de leucemie la copii [n jurul instala\iilor de reprocesare.

• Reprocesarea este singura cale de a produce plutoniu pentru armele nucleare.

3.10. Utilizarea materialelor fisionabile recuperate {n orice reactor nuclear se produc at@t reac\iile de fisiune ale uraniului 235 c@t ]i captura neutronilor de c`tre atomii de uraniu 238 ]i transformarea acestora [n plutoniu 239. Plutoniul generat prin captura neutronilor de c`tre uraniul 238 este consumat par\ial [n reactor prin reac\ii de fisiune, iar o parte r`m@ne [n combustibilul nuclear uzat. Con\inutul [n plutoniu al combustibilului uzat desc`rcat din reactorii comerciali este de circa 1%. Pe plan mondial, combustibilul nuclear uzat desc`rcat [n fiecare an din reactorii comerciali con\ine circa 70 tone de plutoniu.

44

Am v`zut [n capitolul anterior cum se poate separa plutoniul din combustibilul nuclear ars. Produsul finit ob\inut la uzinele de reprocesare este oxidul de plutoniu pur. Acesta este amestecat cu uraniul s`r`cit rezultat din instala\iile de [mbog`\ire a uraniului pentru a se ob\ine oxidul mixt (UO2+PuO2), denumit [n englez` MOX. Plutoniul ob\inut prin reprocesare este transformat operativ [n fascicole de combustibil pentru a preveni degradarea compozi\iei izotopice a plutoniului prin dezintegrarea izotopilor de via\` scurt`. Principala problem` o reprezint` plutoniul 241, cu o durata de [njum`t`\ire de 14 ani. Prin dezintegrare plutoniul 241 se dezintegreaz` [n americiu 241, un puternic emi\`tor de radia\ie gama care reprezint` un risc pentru lucr`tori. Combustibilul MOX se folose]te comercial din anii ‘80 [n peste 30 reactori din Europa ]i [n 20 de reactori din Japonia. Utilizarea combustibilului MOX nu implic` schimbarea caracteristicilor de operare ale reactorilor [n care se folose]te, ci doar unele ajust`ri . Din punct de vedere economic, folosirea combustibilului MOX este rentabil` numai [n condi\iile cre]terii semnificative a pre\ului uraniului. {n plus, reciclarea plutoniului reduce volumul de de]euri [nalt active ]i implicit costurile de depozitare final` a acestora. Capacit`\ile de fabricare a combustibilului MOX sunt prezentate [n tabelul 2.

45

Anul 2006 2011

Belgia 40 0

Fran\a 145 195

Japonia 0 130

Marea Britanie 40 40+

Total pentru LWR 225 445

Tabelul 2. Produc\ia mondiala de MOX

3.11 Depozitarea definitiv` a combustibilului uzat {n prezent exist` un larg consens interna\ional [n leg`tur` cu depozitarea final` a combustibilului nuclear ars [n forma\iuni geologice stabile aflate la mare ad@ncime. Principiul care a stat la baza conceptului depozit`rii geologice const` [n izolarea acestor de]euri de biosfer` printr-un sistem de bariere multiple, timp de milenii, astfel [nc@t radioactivitatea s` descreasc` p@n` la nivele nepericuloase. {nainte de a construi un depozit geologic, oamenii de ]tiin\` ]i inginerii trebuie s` demonstreze c` sistemele de izolare a materialelor radioactive vor fi eficiente c@teva mii de ani. Pentru aceasta au fost concepute modele matematice care descriu cum se va comporta depozitul geologic [n intervalul de timp analizat. {n

46

prezent nu avem posibilitatea de a testa direct dac` aceste modele descriu corect fenomenele analizate, iar [ncrederea publicului nu se poate ob\ine dec@t cu date palpabile. Din fericire, natura ne ofer` mai multe exemple de fenomene similare cu cele care au loc [n depozitul geologic. Aceste analogii ofer` dovezi reale c` modelele matematice utilizate pentru descrierea comport`rii depozitelor geologice sunt corecte. Una din cele mai bune analogii pentru depozitul geologic o constituie mina de uraniu de la Oklo [n Gabon. {n 1972, savan\ii francezi au descoperit c` [n mina respectiv`, [n urm` miliarde de ani, a func\ionat un reactor nuclear natural. Cercet`rile geochimice au ar`tat c` mai pu\in de 10% din uraniul ]i produ]ii de fisiune au migrat din reactorul nuclear natural [n roca [nconjur`toare. O alt` analogie remarcabil` o constituie z`c`m@ntul de uraniu de la Cigar Lake din Canada, situat [ntr-o zon` saturat` cu ap` (vezi figura 26). Acest z`c`m@nt vechi de 1300 milioane de ani ofer` informa\ii importante privind modul cum apa degradeaz` materialele radioactive ]i le transport` c`tre mediul [nconjur`tor. Studiile au ar`tat c` plutoniul ]i tehne\iul produs [n mod natural la Cigar Lake a migrat pe distan\e scurte ]i a r`mas practic [n z`c`m@nt.

47

Figura 26. Analogia z`c`m@nt de uranium – depozit geologic

Radioactivitatea combustibilului uzat din depozitul geologic scade [n 100000 de ani p@n` la valori comparabile cu cele ale minereului de uraniu (vezi figura 27). S` privim mai atent aceast` figur`. Dup` 10 ani de stocare, radioactivitatea combustibilului uzat este de zece ori mai mic` dec@t la desc`rcarea lui din reactor. Dup` circa 500 de ani radioactivitatea a sc`zut mai mult de 1000 de ori. Dup` circa 500000 de ani, radioactivitatea combustibilului din depozitul geologic este similar` cu cea a uraniului natural din care acesta a fost fabricat. Putem considera c` acesta este momentul [ntoarcerii la starea natural` a combustibilului depozitat geologic. {n acel moment,

48

riscul pentru s`n`tatea public` ]i mediu este acela]i cu cel al uraniului natural.

Figura 27. Evolu\ia [n timp a radioactivit`\ii

combustibilului uzat depozitat geologic

Pentru a [n\elege impactul radioactivit`\ii plasate [ntr-un depozit geologic asupra s`n`t`\ii publice, s` privim figura 28. Unit`\ile [n care este estimat acest impact sunt miliSievert (cantitatea de radia\ii absorbit` [nmul\it` cu un coeficient care \ine cont de efectul fiec`rei radia\ii asupra corpului uman). {n primul r@nd trebuie semnalat` scara logaritmic`, fiecare diviziune fiind de 10 ori mai mare dec@t unitatea din st@nga. Fondul natural de radia\ii are valori ce acoper` un interval de dou` ordine de m`rime. Ramsar este un ora] din Iran unde s-a m`surat cel mai ridicat nivel al fondului natural de radia\ii. S`geata alb` din

49

mijlocul figurii reprezint` valoarea tipic` considerat` [n unele \`ri ca limit` a dozei anuale pentru un individ din public datorat` unui depozit geologic. Aceast` valoare este egal` cu cea datorat` iradierii primite de un c`l`tor care face un drum dus-[ntors de la Londra la Tokio. {n analizele mai noi, valoarea luat` ca limit` este cea marcat` cu linie verde ]i corespunde unui risc de deces sau [mboln`vire grav` de unu la un milion pe an.

Figura 28. Dozele de radia\ii la un depozit geologic

Valorile calculate ale dozei asociate unui depozit geologic sunt de 10 p@n` la 1000 de ori mai mici dec@t limitele stabilite ]i de 10000 de ori mai mici dec@t fondul natural de radia\ii.

50

4. ALTE CICLURI DE COMBUSTIBIL Reactorii comerciali cu uraniu natural sunt astfel proiecta\i, [nc@t s` utilizeze cu maxim` eficien\` neutronii rezulta\i din fisiunea nuclear`. Dintre ace]tia reactorul CANDU, care st` la baza programului nuclear rom@nesc, se distinge printr-o mare flexibilitate [n ce prive]te ciclurile de combustibil. Ciclul combustibil cu uraniu natural r`m@ne alternativa cea mai folosit` pentru urm`toarele motive:

• Combustibilul este simplu ]i poate fi fabricat u]or [n multe \`ri;

• Folosirea uraniului natural evit` procesul de [mbog`\ire a uraniului ]i toate inconvenientele de natur` politic`, economic` ]i ecologic` asociate;

• Consumul de uraniu este cu 30% mai redus dec@t [n cazul reactorilor cu ap` u]oar`, fapt ce permite costuri mai mici cu combustibilul ]i un impact mai mic asupra mediului ;

• Chiar dac` volumele sunt mai mari, costurile de depozitare final` a combustibilului ars sunt comparabile cu cele pentru reactorii cu ap` u]oar` datorit` c`ldurii reziduale mai reduse ]i a dimensiunilor mai mici ale fascicolelor de combustibil;

Ciclul combustibil cu uraniu u]or [mbog`\it utilizat [n reactorul CANDU are avantaje suplimentare. Folosind o [mbog`\ire cuprins` [ntre 0,9% ]i 1,2 % putem reduce costurile cu combustibilul cu 20% p@n` la 30% fa\` de ciclul combustibil cu uraniu natural, [n

51

special datorit` reducerii consumului de uraniu. Costul cu depozitarea combustibilului ars se reduce ]i el cu circa 30% prin reducerea volumelor. Reciclarea materialul fisionabil din combustibilul CANDU ars este o alt` op\iune posibil`. Combustibilul ars [n reactorul CANDU mai con\ine doar 0,2% uraniu 235 ]i circa 2,6 grame plutoniu per kilogramul de uraniu. Con\inutul foarte sc`zut de materiale fisionabile din combustibilul CANDU ars fac neeconomic` reciclarea lor. Reciclarea in CANDU a materialelor fisionabile din combustibilul ars [n reactorii cu ap` u]oar` este un alt ciclu combustibil posibil. {n func\ie de [mbog`\irea ini\ial` ]i de gradul de ardere, combustibilul ars [n reactorii cu ap` u]oar` mai con\ine circa 0,9% uraniu 235 ]i circa 0,6% plutoniu fisionabil. Recuper@nd uraniul ]i plutoniul din combustibilul ars [n reactorii cu ap` u]oar` ob\inem suficiente cantit`\i de material fisionabil care s` alimenteze reactorul CANDU (vezi figura 29).

Figura 29. Reciclarea combustibilului

PWR ars [n CANDU

52

A]a cum se vede din figura 29, reciclarea materialului fisionabil se poate realiza [n dou` moduri:

• reprocesarea combustibilului ars [n reactorii cu ap` u]oar` ]i fabricarea de combustibil CANDU u]or [mbog`\it sau MOX;

• reciclarea direct` a combustibilului ars f`r` separarea produ]ilor de fisiune (DUPIC).

{n prima variant` combustibilul ars este tratat chimic pentru separarea uraniului ]i plutoniului de produ]ii de fisiune. Materialul fisionabil ob\inut este folosit pentru fabricarea de combustibil CANDU cu uraniu u]or [mbog`\it sau cu oxid mixt. Exist` ]i solu\ia ca plutoniul ob\inut s` fie ars [n reactorul CANDU prin [nglobarea [ntr-o matrice inert` de carbur` de siliciu. Aceasta este una dintre solu\iile pentru evitarea prolifer`rii nucleare. Varianta recicl`rii directe const` [n tìerea barelor de combustibil ars [n reactorii cu ap` u]oar` ]I reasamblarea fragmentelor [n fascicole CANDU. Exist` ]i varianta reproces`rii uscate prin care se elimin` din combustibilul ars doar produ]ii de fisiune gazo]i. Combustibilul ars este transformat [n pulbere din care se preseaz` ]i se sinterizeaz` pastile de combustibil CANDU. {ntre cele dou` solu\ii extreme exist` un larg spectru de alte op\iuni. Aceste variante de ciclu combustibil au fost studiate mult [n Coreea de Sud, \ar` [n care func\ioneaz` at@t reactori CANDU c@t ]i reactori cu ap` u]oar` ]i uraniu [mbog`\it.

53

Arderea plutoniului disponibilizat din programele militare este un ciclu combustibil dezvoltat pentru reactorul CANDU, ca parte a unui acord tripartit [ncheiat de SUA, Rusia ]i Canada. Concentra\ia plutoniului poate varia [ntre 1% ]i 5%. Folosind doi reactori CANDU din provincia Ontario, Canada sper` s` ard` 50 tone de plutoniu militar [n 15-25 de ani. Ciclul combustibil cu toriu se bazeaz` pe reac\ia nuclear` care transform` toriul 232 [n uraniu 233:

Din punct de vedere al reac\iei de fisiune, uraniul 233 este un material fisionabil mai bun dec@t uraniul 235. {n plus, oxidul de toriu este un material ceramic mai bun dec@t oxidul de uraniu deoarece are un punct de topire de 3300 0C, mai ridicat ]i o conductivitate termic` mai bun`. Prin fisiune, uraniul 233 produce cantit`\i mai mici de actinide. Reactorii CANDU pot utiliza ciclul combustibil cu toriu la costuri comparabile cu cele realizate pentru uraniul natural. {n cazul reactorilor CANDU, ciclul combustibilului cu toriu poate fi optimizat prin reciclarea uraniului 233, astfel [nc@t s` nu mai consume resurse de material fisionabil din exterior.

54

5. PROLIFERAREA NUCLEAR~ 5.1. Originile problemei Prin proliferarea nuclear` [n\elegem dob@ndirea cuno]tin\elor ]i a tehnologiilor de producere a armelor nucleare de c`tre \`rile care nu au mai avut asemenea capabilit`\i. Acestui proces i se opun majoritatea \`rilor care nu de\in arme nucleare, care se tem c` prin aceasta cre]te posibilitatea confrunt`rii nucleare, a destabiliz`rii rela\iilor interna\ionale sau regionale ]i a atentatului la suveranitatea statelor. Cu toate acestea, unele state au dezvoltat independent programe de [narmare nuclear`, contest@nd dreptul puterilor nucleare de a decide cine are dreptul s` de\in` asemenea arme.

Primele eforturi pentru promovarea neprolifer`rii nucleare se [nregistreaz` la sf@r]itul anilor 60, dup` ce ]ase state aveau propriile arme nucleare (SUA, Rusia, Anglia, Fran\a, China). Eforturile pentru prevenirea prolifer`rii nucleare s-au concentrat pe controlul materialelor speciale folosite la realizarea acestor arme. Principalele materiale a c`ror producere ]i comercializare a fost strict controlat` sunt uraniul puternic [mbog`\it ]i plutoniul. Au fost restric\ionate de asemenea, informa\iile ]tiin\ifice ]i tehnice necesare pentru realizarea unor dispozitive nucleare explozive. 5.2. Sistemul de garan\ii nucleare Agen\ia Interna\ional` pentru Energia Atomic` (AIEA), [nfiin\at` de Na\iunile Unite, [n 1957, este prima

55

organiza\ie interna\ional` cu misiunea de a lupta [mpotriva prolifer`rii nucleare.

Figura 30. Sigla AIEA

AIEA administreaz` din 1968 Tratatul de neproliferare nuclear` (NPT). Prin acest tratat, \`rile au renun\at la armele nucleare, afirm@nd c` posesia lor nu spore]te securitate na\ional`. Aceste \`ri au declarat public c` vor folosi materialele ]i tehnologiile nucleare numai [n scopuri pa]nice. {n prezent sunt parte la acest tratat 189 de state, inclusiv cele cinci care s-au declarat state de\in`toare de arme nucleare. Nu au aderat la acest tratat Israelul, India ]i Pakistanul. Coreea de Nord s-a retras din acest tratat, [n anul 2003. AIEA inspecteaz` cu regularitate facilit`\ile nucleare civile, pentru a verifica acurate\ea documenta\iei furnizate ]i a inventarului de materiale speciale. Aceste m`suri de prevenire a deturn`rii materialelor speciale sunt suplimentate cu m`suri de control al exporturilor de tehnologii sensibile implementate de Gupul Furnizorilor Nucleari. Principala preocupare a AIEA prive]te prevenirea [mbog`\irii uraniului peste limita cerut` de reactorii comerciali ]i a rafin`rii plutoniului generat [n combustibilul nuclear.

56

Sistemul de garan\ii nucleare administrat de AIEA const` [n principal, din contabilizarea ]i controlul utiliz`rii materialelor nucleare. Verificarea este elementul cheie [n acest sistem. P`r\ile la Tratatul de neproliferare accept` m`surile tehnice aplicate de AIEA, care constau din obliga\iile operatorilor de facilit`\i nucleare de a p`stra ]i transmite [nregistr`rile privind toate mi]c`rile ]i tranzac\iile cu materiale nucleare. {n prezent sunt peste 550 de asemenea facilit`\i r`sp@ndite [n c@teva sute de loca\ii care fac obiectul inspec\iilor regulate ]i a verific`rii documentelor de gestiune a materialelor nucleare. Inspec\iile sunt completate de alte m`suri precum camerele ]i instrumenta\ia de supraveghere. Sistemul de garan\ii nucleare se compune dun urm`toarele componente:

• Gestiunea meterialelor prin care sunt urm`rite intr`rile ]i ie]irile de materialele nucleare dintr-o facilitate;

• Securitatea fizic` prin care este restric\ionat accesul la amplasamentul materialelor nucleare;

• Izolarea ]i supravegherea prin folosirea de sigilii, camere de supraveghere ]i alte instrumente care detecteaz` mi]c`rile neraportate sau sustragerea de materiale nucleare.

57

Figura 31. Sigiliul AIEA

Termenii Tratatului de neproliferare nu pot fi impu]i de AIEA, iar statele nu pot fi obligate s` semneze acest tratat. Sl`biciunea acestui tratat rezid` [n faptul c` nu poate proba o deturnare de materiale nucleare. Uraniul poate fi ob\inut din surse indigene iar facilit`\ile nucleare pot fi construite prin eforturi locale, f`r` a fi apoi declarate. Asemenea ac\iuni au avut loc [n Irak ]i [n Coreea de Nord. {n anul 1993 a fost ini\iat un program pentru [nt`rirea sistemului de garan\ii. M`surile promovate de AIEA vizau capacitatea de a detecta activit`\ile nucleare nedeclarate, inclusiv cele care au legatur` cu activit`\ile militare. Aceste m`suri au impus necesitatea semn`rii unui protocol adi\ional la Tratatul de neproliferare nuclear`. Elementele esen\iale ale protocolului adi\ional ofer` AIEA urm`toarele facilit`\i:

• Informarea mai larg` asupra activit`\ilor nucleare ]i nenucleare, precum cercetarea ]i dezvoltarea, produc\ia de uraniu ]i toriu ]i activit`\ile de import-export al materialelor nucleare;

• Accesul inspectorilor AIEA la orice loca\ie suspect` pe baza unei notific`ri urgente (2 ore),

58

inclusiv folosirea de echipament de prelevare ]i monitorizare de la distan\`, [n scopul depist`rii activit`\ilor ilicite.

{n prezent protocolul adi\ional a fost ratificat de 78 de state membre ale AIEA. Comitetul Zangger cunoscut ]i sub numele de Comitetul Exportatorilor Nucleari a fost [nfiin\at [n baza articolului III.2 din tratatul de neproliferare nuclear`. {ntre 1971 ]i 1974, un grup de 15 \`ri furnizoare de materiale ]i tehnologii nucleare au \inut la Viena o serie de reuniuni, conduse de profesorul Claude Zangger din Elve\ia. Obiectivul acestui comitet a fost acela de a preciza urmatoarele aspecte:

• defini\ia echipamentelor ]i materialelor special proiectate ]i construite pentru prelucrarea, utilizarea sau producerea materialelor fisionabile speciale;

• condi\iile ]i procedurile ce guverneaz` exportul acestor echipamente sau materiale [n scopul respect`rii obliga\iilor din articolul III.2 pe baza competi\iei comerciale corecte.

Comitetul p`streaz` ]i actualizeaz` o list` de echipamente care pot fi exportate numai dac` sistemul de garan\ii se aplic` facilit`\ii destinatare, pe baza c`reia membrii comitetului []i coordoneaz` strategiile de export. {n prezent, grupul \`rilor participante are 35 de membri. 5.3. Dificult`\ile regimului de neproliferare Africa de Sud

59

{n anii 60, Africa de Sud a [nceput s` exploreze utilizarea dispozitivelor nucleare explozive [n scopuri civile (minerit). Primul ministru, Johannes Vorster a aprobat [n 1973, un program limitat de [narmare nuclear`, [n cadrul c`ruia s-au construit ]ase arme nucleare. Dup` schimbarea de regim, Africa de Sud a aderat la Tratatul de neproliferare [n 1991 ]i a dezafectat toate armele nucleare pe care le avea. Israelul Israelul este suspectat c` de\ine un arsenal de c@teva sute de arme nucleare ]i sisteme de rachete, dar acest lucru nu a fost niciodat` infirmat sau confirmat. Centrul de cercet`ri nucleare amplasat la sud de Dimona [n de]ertul Negev este dotat cu un reactor construit de francezi pentru desalinizarea apei de mare. Aici, sus\in exper\ii militari, s-a dezvoltat programul de [narmare nuclear` a Israelului. Israelul nu este parte la Tratatul de neproliferare a armelor nucleare. Coreea de nord Pentru a putea instala o centrala nuclearoelectric` furnizat` de URSS, Coreea de Nord a semnat Tratatul de neproliferare [n 1985, dar a semnat acordul de garan\ii cu AIEA abia [n 1992. {n acest timp a fost pus [n func\iune un reactor de 25 MW moderat cu grafit ]i r`cit cu gaz care utiliza uraniul natural metalic drept combustibil. Al\i doi reactori de acela]i tip, unul prototip de 200 MWt ]i altul de 800 MWt, precum ]i o instala\ie de reprocesare au fost pu]i [n func\iune. De]i aceste instala\ii au fost incluse [n sistemul de garan\ii nucleare, au existat suspiciuni c` anumite cantit`\i de materiale nucleare au fost deturnate c`tre programe militare. Discu\iile dintre autorit`\ile nord coreene ]i

60

comunitatea interna\ional` nu au rezolvat suspiciunile cu privire la inten\iile de [narmare nuclear` iar [n 2003, Coreea de Nord s-a retras din Tratatul de neproliferare. {n anul 2005, Coreea de Nord a anun\at c` de\ine arme nucleare, iar [n 2006 a efectuat primul test nuclear. Irakul {nc` din anii 60, Irakul a f`cut eforturi s` de\in` un poten\ial nuclear. {n anii 70 a fost construit centrul de cercet`ri Osirak de l@ng` Bagdad. Reactorul acestui centru a fost distrus de bombardamentul israelian din iunie 1981. Inspec\iile efectuate dup` r`zboiul din golf au pus [n eviden\` existen\a unui program clandestin de [narmare nuclear`, de]i Irakul era parte la Tratatul de neproliferare. Programul nuclear a fost centrat pe [mbog`\irea uraniului prin separare electromagnetic` ]i prin centrifugare. Consiliul de securitate al Na\iunilor Unite a ordonat AIEA s` distrug` capacit`\ile nucleare ale Irakului, ac\iune [ndeplinit` [n 1988. Ulterior Irakul a [ncetat cooperarea cu Na\iunile Unite ]i un nou r`zboi a urmat. India India are un program nuclear civil dezvoltat, care urm`re]te asigurarea independen\ei energetice. India are 14 reactori energetici [n exploatare comercial`, doi [n construc\ie ]i 10 [n plan. Industria nuclear` nu se supune [n general acordurilor de garan\ii ale AIEA. Materialul folosit la programul militar provine de la reactorul de cercetare proiectat de canadieni, pus [n func\iune [nainte de 1960 ]i de la un reactor indigen pus [n func\iune [n 1985. Se estimeaz` c` India a produs suficient plutoniu pentru circa 100 de focoase nucleare.

61

India a detonat un dispozitiv nuclear [n 1974, denumit testul „Buda sur@z`tor”, afirm@nd c` este destinat unor aplica\ii pa]nice (vezi figura 32).

Figura 32. Craterul primului test nuclear indian {n 1995, SUA a intervenit pentru a determina India s` renun\e la un nou test nuclear. {n 1998, India a efectuat cinci teste noi nucleare dintre care unul cu focos termonuclear. {n politica de securitate, India are [n vedere urm`toarele:

• s` fie recunoscut` ca o putere dominant` [n regiune;

• preocuparea fa\` de programul de [narmare nuclear` a Chinei;

• capacitatea Pakistanului de a trimite focoase nucleare pe teritoriul Indiei.

Pakistanul Pakistanul are [n func\iune un reactor canadian cu ap` grea ]i unul cu ap` u]oar` construit de chinezi ]i a [nceput [n 2000, construirea unui nou reactor chinezesc. To\i ace]ti reactori sunt cuprin]i [n sistemul de garan\ii nucleare AIEA.

62

Pakistanul mai de\ine doi reactori de cercetare care se presupune c` au fost folosi\i pentru producerea plutoniului. {n \ar` au fost de asemenea f`cute eforturi pentru [mbog`\irea prin centrifugare a uraniului. Pakistanul a comunicat [nc` din 1996 c` de\ine mijloacele pentru asamblarea unor dispozitive explozive nucleare. In mai 1998 Pakistanul a anun\at c` a efectuat ]ase teste nucleare, confirmate prin [nregistr`rile seismografelor. Libia {n 2003, Libia a admis c` a cump`rat din Pakistan material nuclear ]i instala\ii de [mbog`\ire prin centrifugare din Pakistan. Ulterior, Libia a renun\at la programul nuclear militar.

63

6. COSTURILE EXTERNE Toate sursele de energie, inclusiv cea nuclear` au beneficii ]i riscuri. Impactul pozitiv sau negativ al surselor de energie asupra s`n`t`\ii publicului ]i a mediului se cuantific` sub forma costurilor externe. Costurile externe sunt pl`tite de [ntreaga societate ]i nu de c`tre consumatori, fapt ce are implica\ii economice, sociale ]i de mediu. Costurile, riscurile ]i beneficiile electricit`\ii de origine nuclear` trebuie analizate comparativ cu celelalte tehnologii disponibile. Costurile externe exist` numai dac` o activitate economic` are un impact negativ asupra ter\ilor ]i acest efect nu este reflectat [n pre\ul de pia\` al produselor sau serviciilor. Pentru a putea stabili exact natura ]i impactul costurilor externe trebuie cunoscute costurile economice directe ale produc\iei de energie electric`. Aspectele considerate drept costuri externe ale energeticii nucleare sunt urm`toarele:

• costurile asociate dezafect`rii instala\iilor nucleare ]i depozit`rii finale a de]eurilor radioactive;

• efectele dùn`toare ale emisiilor radioactive rezultate din func\ionarea normal` a instala\iilor, gospod`rirea de]eurilor radioactive sau [n timpul accidentelor severe (vezi tabelul 3).

64

Emisiile radioactive din ciclul combustibilului nuclear Exploatarea ]i prelucrarea minier` Gazoase Rn-222; U-234; U-235; U-238 Lichide U-234; U-235; U-238 Conversia, [mbog`\irea ]i fabricarea combustibilului Gazoase U-234; U-235; U-238 Lichide U-234; U-235; U-238 Func\ionarea normal` a reactorului Gazoase H-3; C-14; Co-58; Co-60; Kr-85; I-131; Xe-133;

Cs-134; Cs-137 Lichide H-3; Mn-54; Co-58; Co-60; Ag-110m; Sb-124; I-

131; Cs-134; Cs-137 Reprocesarea Gazoase H-3; C-14; Kr-85; I-129; I-131; I-133; Pu-238;

Pu-239 Lichide H-3; C-14; Co-60; Sr-90; Ru-106; I-129; Sb-125;

Cs-134; Cs-137; U-238; Pu-238; Pu-239; Am-241; Cm-244

Depozitarea final` a de]eurilor slab active Solide H-3; C-14; Co-60; Ni-59; Ni-63; Sr-90; Zr-93;

Nb-94; Mo-93; Tc-99; Pd-107; I-129; Cs-135; Cs-137; U-234; U-238; Pu-239; Pu-241; Am-241, Np-237

Depozitarea final` a de]eurilor [nalt active Solide Se-97; Zr-93; Tc-99; Pd-107; Cs-135; Th-229; U-

233; Np-237; Am-241 Tabelul 3. Emisiile radioactive din ciclul combustibilului

nuclear Toate aceste costuri pot fi considerate costuri externe dac` nu sunt incluse [n pre\ul de pia\` al energiei electrice produse. Trebuie men\ionat c`, [n prezent, [n majoritatea \`rilor aceste costuri sunt internalizate. Industria nuclear` func\ioneaz` [ntr-un regim foarte bine pus la punct de reglementare care impune limite

65

severe pentru emisiile atmosferice ]i efluen\ii lichizi, precum ]i cerin\e clare de confinare ]i izolare de biosfer` a de]eurilor solide, astfel [nc@t s` fie eliminate efectele dùn`toare asupra s`n`t`\ii umane ]i a mediului [nconjur`tor. Costurile de capital ]i de operare a instala\iilor din ciclul combustibilului nuclear internalizeaz` cea mai mare parte a costurilor externe men\ionate mai sus, lucru ce se reflect` [n pre\ul pl`tit de consumatorul de energie electric` de origine nuclear`. Se estimeaz` c` pentru dezafectare este nevoie de 10%-15% din costul de investi\ie al unei centrale nucleare. Deoarece opera\iile de dezafectare se realizeaz` dup` ce a fost [ntrerupt` produc\ia de energie electric`, fondurile de dezafectare se acumuleaz` treptat din produc\ia de energie electric`, conform principiului ”poluatorul pl`te]te”. Costul depozit`rii finale a de]eurilor se trateaz` [n acela]i mod cu cel al costurilor de dezafectare. Resursele financiare necesare se acumuleaz` din taxa pe kWh produs, iar acest poten\ial cost extern este astfel internalizat. {n leg`tur` cu efectele accidentelor nucleare severe trebuie men\ionat c` [n prezent func\ioneaz` un sistem de asigur`ri pentru acoperirea daunelor pentru ter\i. Acest sistem rezolv` problema r`spunderii investitorilor ]i ofer` publicului un nivel sporit de [ncredere [n leg`tur` cu posibilele daune datorate accidentelor severe, chiar dac` acestea sunt foarte pu\in probabile. {n general, investitorii sunt responsabili pentru cea mai

66

mare parte a daunelor produse ter\ilor ]i [n completare exist` programe de protec\ie financiar` alternative asigurate de industrie sau de stat. R`m@ne [n discu\ie costul asociat impactului asupra s`n`t`\ii ]i mediului datorat emisiilor radioactive din func\ionarea normal` a inslala\iilor nucleare. Acesta a fost evaluat [n cadrul proiectului ExternE (Externalities of Energy) finan\at de Comisia European`. Pentru o anumit` tehnologie de generare a electricit`\ii, [n proiectul ExternE se analizeaz` toate etapele ciclului de combustibil. La fiecare etap` sunt analizate emisiile [n func\ionare normal` ]i [n caz de accident, [n func\ie de caracteristicile tehnologiei, amplasamentului ]i facilit`\ii. Analiza prezupune realizarea unui inventar al emisiilor la fiecare instala\ie, pe toat` durata ei de via\`, de la etapa de construc\ie p@n` la etapa de dezafectare. Emisiile pentru fiecare instala\ie din ciclul combustibilului nuclear se [mpart [n trei categorii:

• Emisii atmosferice; • Efluen\i lichizi; • De]euri solide.

Etapa urm`toare const` [n evaluarea transportului poluan\ilor [n mediu, \in@nd cont de caracteristicile locale sau regionale (vezi figura 33).

67

Figura 33 Transportul poluan\ilor [n mediu

{n cazul ciclului combustibilului nuclear se elibereaz` at@t poluan\i radioactivi c@t ]i neradioactivi, impactul principal fiind asociat efectelor radia\iilor. {n continuare metodologia dezvoltat` [n programul ExternE evalueaz` dozele de poluan\i care ajung s` afecteze publicul (vezi figura 34).

68

Figura 34 Metodologia ExternE Rela\ia dintre doze ]i impactul asupra s`n`t`\ii umane este [n cazul radia\iilor linear` (cea mai conservativ`). Indicatorii recomanda\i de Comisia Interna\ional` pentru Protec\ia Radiologic` (ICRP) recomand` pentru evaluarea impactului asupra s`n`t`\ii umane includ: decesele, r`nirile, [mboln`virile, dezabilit`\ile permenente ]i efectele ereditare asupra noii genera\ii. Efectele expunerii profesionale la radia\ii sunt luate ]i ele [n considerare. Accidentele de natur` neradiologic` sunt bazate pe informa\ii disponibile pe amplasament. Impactul accidentelor severe este evaluat cu un model de risc ]i analiz` a consecin\elor sociale ]i economice,

69

inclusiv a costului contram`surilor necesare. Pentru ciclul combustibilului nuclear, impactul este evaluat pe perioade de p@n` la 100000 de ani, iar pe scar` geografic` p@n` la 1000 km. Etapa final` [n aceast` metodologie de evaluare este stabilirea valorii monetare (costul) impactului fizic. Pentru a putea compara costurile externe pentru diferitele tehnologii de producere a electricit`\ii, rezultatele sunt normalizate la unitatea de energie electric` produs` (kWh) (vezi tabelul 4).

Tabelul 4. Costuile externe [n UE COSTURILE EXTERNE (Eurocen\i/kWh)

|ara C`rbune Petrol Gaz Nuclear` Biomasa Solar` Eolian` Austria - - 1,1-2,6 - 2,4-2,5 - - Belgia 3,7-15,0 - 1,2-2,2 0,4-0,47 - - Germania 3,0-5,5 5,1-7,8 1,2-2,3 0,4-0,47 2,8-2,9 0,14-

3,3 0,05-0,06

Danemarca 3,5-6,5 - 1,5-3,0 - 1,2-1,4 - 0,09-0,16 Spania 4,8-7,7 - 1,1-2,2 - 2,9-5,2 - 0,18-0,19 Finlanda 2,0-4,4 - - - 0,8-1,1 - - Fran\a 6,9-9,9 8,4-10,9 2,4-3,5 0,25 0,6-0,7 - - Grecia 4,6-5,5 2,6-4,8 0,7-1,3 - 0,1-0,8 - 0,24-0,26 Irlanda 3,0-8,4 - - - - - - Italia - 3 ,4-5,6 1,5-2,7 0,74 - - - Olanda 2,8-4,2 - 0,5-1,9 - 0,4-0,5 - - Norvegia - - 0,8-1,9 - 0,24 - 0,05-0,25 Portugalia 4,2-6,7 - 0,8-2,1 - 1,4-1,8 - - Suedia 1,8-4,2 - - - 0,27-0,3 - - Anglia 4,2-6,7 2,9-4,7 1,1-2,2 0,24-0,27 5,3-5,7 - -

Rezultatele proiectului ExternE arat` c` pentru combustibilii fosili ]i biomas`, costurile externe sunt de acela]i ordin de m`rime cu cele directe [n timp ce pentru energetica nuclear`, solar` ]i eolian`, costurile externe sunt cu cel pu\in un ordin de m`rime mai sc`zute dec@t cele directe. Costurile externe nu privesc numai impactul asupra mediului ]i s`n`t`\ii, ci factori macroeconomici, politici sau strategici precum: securitatea suselor de materii

70

prime, stabilitatea costului, ]omajul sau balan\a de pl`\i. Dac` asemenea costuri externe vor fi internalizate, energetica nuclear` va deveni ]i mai competitiv`.

71

7. INTERNA|IONALIZAREA 7.1. Dilemele Tehnologia nuclear` a fost dezvoltat` ini\ial doar de c@teva \`ri care aveau programe de [narmare nuclear`. Dilema care a ap`rut chiar de la [nceput era legat` de posibilitatea utiliz`rii tehnologiilor nucleare at@t pentru [narmarea nuclear` c@t ]i pentru aplica\ii pa]nice. Aceste dou` posibilit`\i au fost recunoscute [n ini\iativa pre]edintelui Eisenhower „Atomii pentru Pace” ]i au stat la baza [nfiin\`rii AIEA.

Interna\ionalizarea ciclului combustibilului nuclear a constituit o preocupare central` chiar de la [nceputurile erei nucleare. Prin carta sa AIEA avea posibilitatea de a se implica [n gospod`rirea centralizat` ]i stocarea plutoniului.

Ciclul combustibilului nuclear a devenit interna\ional [n anii 1960 -1970 c@nd serviciile pentru producerea ]i [mbog`\irea uraniului, fabricarea combustibilului, reprocesarea ]i furnizarea de echipamente pentru reactori au fost concentrate [ntr-un num`r mic de \`ri, care le comercializau pentru toate \`rile doritoare. Chiar ]i partea final` a ciclului de combustibil a fost interna\ionalizat` prin serviciile oferite de Anglia, Fran\a ]i Rusia.

Cu toate acestea, unele \`ri au dezvoltat capacit`\i proprii [n domeniul ciclului combustibil cu scopul de a avea o independen\` sporit` fa\` de marii furnizori (reprocesare [n Japonia, Italia ]i Belgia), sau pentru

72

scopuri comerciale (construc\ia de reactori [n Japonia ]i Coreea de sud).

Pentru a preveni proliferarea [narm`rii nucleare, f`r` a prejudicia aplica\iile pa]nice alte energiei nucleare a fost conceput tratatul de neproliferare nuclear`. Cu trecerea anilor au ie]it [n eviden\` trei probleme majore ale ciclului combustibilului nuclear:

• Unele \`ri nu accept` restric\iile [mpuse de puterile nucleare deoarece puterea exemplului nu func\ioneaz` nici acestea nerealiz@nd m`surile convenite de reducere a arsenalelor lor nucleare.

• Apari\ia terorismului la nivel mondial a sporit importan\a asigur`rii siguran\ei nucleare, adic` controlul strict al materialelor fisionabile ]i al combustibilului nuclear ars.

• Sunt [nc` mari probleme cu partea final` a ciclului combustibilului nuclear. |`rile mici dotate cu centrale nucleare nu au capacitatea de a rezolva singure problema de]eurilor radioactive.

Concluzia este c` trebuie reconsiderate beneficiile globale ale dezvolt`rii de facilit`\i interna\ionale pentru ciclul combustibil.

7.2. Ini\iativele timpurii {n anul 1975, AIEA a lansat un studiu pentru evaluarea aspectelor economice, de securitate ]i de garan\ii pentru solu\ia multina\ional` a facilit`\ilor din ciclul combustibil (INFCE). {n studiu au fost considerate stocarea combustibilului ars, reprocesarea, fabricarea combustibilului cu plutoniu ]i depozitarea final` a de]eurilor. De]i studiul a eviden\iat avantaje semnificative ]i a fost bine primit [n multe \`ri, nu au

73

fost [ntreprinse m`suri concrete pentru dezvoltarea lui [n continuare.

Grupul Interna\ional pentru Managementul Combustibilului ars [nfiin\at de AIEA [n 1979 a analizat dac` exist` avantaje economice, logistice sau strategice pentru aranjamente interna\ionale de stocare a combustibilului nuclear ars ]i cum pot fi realizate aceste aranjamente. Raportul [ntocmit de acest grup a ar`tat c` \arile capabile s` g`zduiasc` un depozit interna\ional de combsutibil ars sunt cele cu programe nucleare importante ]i experien\` [n manipularea combustibilului ars. Depozitele interna\ionale puteau aduce economii pentru \`rile cu inventare de combustibil ars mai mici de 5000 de tone. Cu toate acestea, raportul a concluzionat c` la momentul respectiv nu era cerere pentru asemenea servicii.

Grupul de exper\i pentru Depozitul Interna\ional de Plutoniu a fost [nfiin\at de AIEA [n 1978 cu scopul de a dezvolta o recomandare pentru implementarea prevederilor articolului XII.A.5 din statut, care [i permite AIEA s` organizeze facilit`\i interna\ionale pentru stocarea excesului de plutoniu. Problema a devenit presant` datorit` cantit`\ilor mari de materiale fisionabile rezultate din armele nucleare dezafectate.

7.3. Propunerile actuale Studiul OECD/NEA din 1987 a analizat solu\iile posibile pentru interna\ionalizarea depozit`rii finale a de]eurilor radioactive. Studiul a ajuns la concluzia c` nu exist` probleme tehnice, economice sau institu\ionale pentru dezvoltarea acestui concept.

74

{n anul 1980, China a propus o facilitate interna\ional` pentru depozitarea final` [n de]ertul Gobi. De]i, ini\iativa a fost primit` cu ostilitate de unii politicieni, China are [nc` [n desf`]urare un program na\ional care ar putea fi u]or extins pentru depozitarea de]eurilor din strìn`tate.

{n 1998, guvernul australian a [nfiin\at Grupul de studii Synroc ale c`rui concluzii au cuprins printre altele amplasarea unui depozit interna\ional de de]euri [n Australia.

{n anii 1990, AIEA a organizat un grup consultativ pentru studierea depozitelor finale multina\ionale. Dup` 1995, activitatea grupului a fost a fost sponsorizat` de Africa de Sud ]i Germania. Au fost stabilite criteriile pentru identificarea \`rilor care ar putea g`zdui asemenea facilit`\i:

• Existen\a unei infrastructuri func\ionale pentru gospod`rirea de]eurilor;

• Existen\a infrastructurii tehnice ]i de reglementare pentru manipularea de]eurilor radioactive;

• |ara s` aib` o suprafa\` mare (de preferin\` o \ar` continental`).

Proiectul Pangea, bazat pe conceptul izol`rii perfecte a analizat diferintele forma\iuni geologice adecvate pentru construirea unui depozit interna\ional din diferite \`ri: Australia, Africa de Sud, Argentina ]i China. Amplasamentul preferat a fost cel din Australia (vezi

75

figura 35) ]i a fost bine primit de cercurile ]tiin\ifice ]i de afaceri. Totu]i, opozi\ia politic` a australienilor a dus la abandonarea proiectului.

Figura 35 Amplasamentul Pangea

ARIUS (Asocia\ia pentru depozite de stocare subteran` regionale sau interna\ionale) este un grup de organiza\ii din 8 \`ri care coopereaz` pentru

76

dezvoltarea proiectului facilit`\ilor comune de stocare a de]eurilor radioactive de via\` lung`.

Proiectul SAPIERR (Ini\iativa pilot pentru depozite regionale europene), finan\at de Uniunea European`, urm`re]te s` coaguleze interesul \`rilor cu programe nucleare mici pentru construirea ]i operarea unui depozit comun. Proiectul a produs un proiect de directiv` a Comisiei Europene ]i a fost [ncurajat printr-o rezolu\ie a Parlamentului European.

Figura 36. Reuniune a participantilor la proiectul Sapier

77

{n anul 2003, reprezentan\ii unor \`ri Central europene (Austria, Bulgaria, Croa\ia, Cehia, Ungaria, Slovacia ]i Slovenia) s-au [nt@lnit la Lubliana pentru a discuta solu\iile posibile pentru un depozit regional de de]euri [nalt active.

{n ultimii 10 ani, Rusia a analizat tot mai serios posibilitatea importului de combustibil ars. Amplasamentul favorit este Krasnoiarsk 26. Au fost [ntreprinse unele m`suri pentru adaptarea legisla\iei ]i proiectul se bucur` de sprijin din partea parlamentului rus.

Opinia tot mai favorabil` a factorilor interesa\i [n dezvoltarea acestor facilit`\i interna\ionale a fost exprimat` recent, [ntr-un articol publicat de directorul general al AIEA domnul El Baradei [n ziarul Economist: "Peste 50 de \`ri au combustibil ars, stocat temporar [n diverse amplasamente, a]tept@nd reprocesarea sau depozitarea final`. Nu toate \`rile au condi\iile geologice potrivite pentru depozitarea subteran`, iar pentru \`rile cu programe nucleare mici, costurile acestor facilit`\i este prohibitiv. Cooperarea interna\ional` [n aceste domenii ale ciclului combustibilului nuclear prezint` avantaje de cost, siguran\`, securitate ]i neproliferare. Asemenea ini\iative nu numai c` adaug` controale suplimentare pentru neproliferare dar ofer` ]i accesul la beneficiile tehnologiilor nucleare pentru mai mul\i oameni din diferit` \`ri”.

78

Bibliografie [1] P.D. Wilson (Editor) – Nuclear Fuel Cycle: From Ore to Waste – Oxford Science Publications [2] E. L. Alpent – Population Exposure from Nuclear fuel Cycle, Gordon and Breach Science Publication [3] NEA – The Economics of Nuclear Fuel Cycle [4] Ian Hore Lacy – Nuclear Electricity, 2003, UIC, Australia [5] IAEA – Decommissioning of Nuclear Fuel Cycle Facilities, 2001 [6] W. Marshall (Editor) – Nuclear Power Technology: Volume Two: Nuclear Fuel Cycle, Oxford University Press, 1983 [7] The National Academy Press – Social and Economic Aspects of Radioactive Waste Disposal, 1981 [8] European Commission – Externalities of Energu, EUR 16524 EN [9] R. F. Mozley – The Politics and Technology of Nuclear Proliferation, 1998 [10] Jeferson Lab – Scienece Education, The Elements [11] World Nuclear Association, Glossary, 2005 [12] A. Popa – Uraniul sursa de energie si poluare, Romprint, 2002

79

GLOSAR DE TERMENI Accident LOCA Accidentul produs la un reactor

nuclear prin care apa care asigur` r`cirea este pierdut` din circuitul primar.

Actinide Elementele cu num`rul atomic 89 sau mai mare.

Activitate specific`

Num`rul de dezintegr`ri radioactive care se produce [n unitatea de mas`.

ALARA Criteriu de baz` recomandat de Comisia Interna\ional` pentru Protec\ie Radiologic` [n scopul minimiz`rii riscurilor. Acronim pentru “As Low as Reasonably Achievable”

Agent de r`cire Lichidul sau gazul utilizat pentru transportul c`ldurii de fisiune din reactorul nuclear.

Ap` grea Compusul chimic oxid de deuteriu folosit ca moderator [n reactorii CANDU

Ap` u]oar` Compusul chimic oxid de hidrogen, apa obi]nuit`

Ap`rare [n ad@ncime

Asigurarea securit`\ii prin trei nivele de m`suri de securitate: de preven\ie, de protec\ie ]i de remediere.

Atom C`r`mizile din care este construit` materia. Un atom are un nucleu greu [nc`rcat pozitiv [n jurul c`ruia

80

graviteaz` electronii [nc`rca\i negativ. Num`rul de de electroni (1-92) determin` caracteristicile chimice ale atomului, iar num`rul de protoni ]i neutroni (1-238) determin` greutatea ]i caracteristicile izotopice.

Bar` de control O bar` con\in@nd substan\e absorbante de neutroni folosit` la controlul reac\iei de fisiune din reactor.

Bazalt Roc` de origine vulcanic`. Becquerel Unitatea de radioactivitate din

Sistemul Interna\ional (Simbol: Bq).

Ciclul combustibilului nuclear

Procesele industriale parcurse de combustibilul nuclear, de la minereul de uraniu p@n` la de]eurile radioactive.

Ciclu deschis Ciclul combustibil la care combustibilul uzat este considerat de]eu.

Ciclu [nchis Ciclul combustibil la care combustibilul uzat este reprocesat iar uraniul ]i plutoniul recuperat sunt refolosite la fabricarea combustibilului.

Combustibil uzat Combustibilul nuclear desc`rcat din reactor dup` ce a fost utilizat pentru producerea de energie.

Concentrat Numit [n englez` yellowcake, este compusul chimic rafinat care se ob\ine prin prelucrarea minereului de uraniu..

81

Consum specific de uraniu

Consumul de uraniu pe unitatea de energie electric` produs`.

Conversie Procesul de transformare a U3O8 [n hexafluorur` de uraniu.

Depozit final Loc pentru depunerea permanent` a de]eurilor radioactive, unde acestea se dezintegreaz` p@n` nu mai sunt periculoase.

De]euri [nalt active

Categorie de de]euri puternic radioactive care emit mari cantit`\i de c`ldur` provenit` din dezintegrarea radioactiv`.

Deuteriu Izotop stabil al hidrogenului. Dezafectare Totalitatea opera\iilor realizate la

sf@r]itul vie\ii active a unei instala\ii nucleare pentru eliminarea construc\iilor ]i cur`\irea terenului.

Dezintegrare Procesul de transformare a unui nucleu prin emisia de radia\ii.

Doz` Energia adus` de radia\ii afecteaz` organismul viu prin reac\iile chimice produse [n celule ]i efectele biologice asociate.

Doz` absorbit` Energia pe gram de \esut adus` de radia\ie. Se m`soar` [n Gray (Gy).

Doz` colectiv` Doza echivalent` [nmul\it` cu num`rul de oameni expu]i. Se m`soar` [n om.sievert (Simbol : om.Sv).

Doz` echivalent` Doza absorbit` [nmul\it` cu coeficientul de periculozitate al diferitelor tipuri de radia\ii. Se

82

m`soar` [n Sievert (Sv). Electron Particol` elementar` [nc`rcat` cu

unitatea de sarcin` negativ`. Element combustibil

Ansamblul format din pastilele de combustibil [nchise etan] [n tuburi metalice.

Exploatare in-situ

Procedeu de recuperare a componentelor utile prin sp`larea chimic` a z`c`m@ntului, f`r` extragerea minereului din subteran.

Factor de capacitate

Indicator de perfornan\` al unei centrale care stabile]te procentul din poten\ialul de produc\ie realizat efectiv.

Fascicol de combustibil

Ansamblu de elemente combustibile cu o structur` rigid`, care formeaz` zona activ` a reactorului.

Fisiune Ruperea nucleelor atomilor grei bombarda\i cu neutroni [n dou` p`r\i, cu eliberarea de energie ]i al\i neutroni.

Fond de radia\ii Radia\iile provenind din surse naturale (sol ]i spa\iu cosmic).

Fuziune Comasarea a dou` nuclee mai u]oare pentru a forma un nucleu mai greu, acompaniat` de eliberarea de energie.

Gospod`rirea de]eurilor

Totalitatea procedurilor de tratare, stocare ]i depozitare definitiv` a de]eurilor radioactive.

Grad de ardere M`sur` a energiei totale eliberate de combustibilul nuclear raportat`

83

la unitatea de mas`. Unitatea tipic` (MWzi/tU).

Gray Unitatea din Sistemul Interna\ional pentru doza absorbit`.

Hexafluorur` de uraniu

Compus al uraniului si fluorului folosit [n procesul de [mbog`\ire (UF6).

Ion Atom sau molecula [nc`rcat` electric cu sarcini pozitive.

Ionizare Procesul de fragmentare a unei molecule [ntr-un ion pozitiv ]i unul negativ.

Iradiere Bombardarea atomilor cu particole nucleare [n scopul modific`rii structurii nucleului ]i ob\inerii de atomi radioactivi.

Izotop Diferite forme ale atomilor aceluia]i element av@nd [n nucleu acela]i num`r de protoni dar numere diferite de neutroni. Izotopii pot fi stabili sau instabili (care se dezintegreaz` radioactiv).

{mbog`\ire Procesul fizic de cre]tere a concentra\iei [n uraniu 235.

Lan\ de dezintegrare

O serie de radionuclizi care se dezintegreaz` succesiv p@n` se ob\ine un izotop stabil.

Litosfer` Stratul superior al scoar\ei terestre. Mas` atomic` Suma num`rului protonilor ]i

neutronilor din nucleul atomic. Se m`soar` [n unit`\i atomice de mas` (u=1.660 x 10-27 kg.)

Mas` critic` Cantitatea minim` de combustibil nuclear necesar` pentru a se

84

realiza reac\ia de fisiune auto[ntre\inut`.

MeV Megaelectronvolt 1 joule = 6241506479963,2 megaelectronvolt.

Moderator O substan\` [n care neutronii se ciocnesc cu atomii ]i []i pierd energia devenind mai len\i.

Neutron Particol` neutr` din componen\a nucleului atomic.

Nucleu Por\iunea central` a unui atom compus` din protoni ]i neutroni.

Num`r atomic Num`rul de protoni din nucleul atomic.

Oprire {ntreruperea reac\iei de fisiune [n lan\ , prin introducerea sistemelor absorbante de neutroni [n zona activ` a reactorului.

Oprire planificat` Perioad` de oprire a reactorului pentru efectuarea lucr`rilor de [ntre\inere ]i realimentare cu combustibil.

Oxid mixt (MOX) Combustibilul ce con\ine un amestec de oxid de plutoniu ]i oxid de uranium natural sau s`r`cit.

Particole [nc`rcate

Par\i componente ale atomului av@nd sarcin` static`, Protonul [nc`rcat pozitiv ]i electronul [nc`rcat negativ.

Pastile de combustibil

Forma sub care oxidul de uraniu este prelucrat pentru a fi introdus [n elementele de combustibil.

Plutoniu Element chimic artificial produs prin captura unui neutron de catre

85

atomii de uraniu-238. Prelucrare minier`

Procesul prin care uraniul este extras din minereu.

Produs de dezintegrare

Izotopii stabili sau radioactivi produ]i prin dezintegrarea radioactiv`.

Produs de fisiune

Atomii rezulta\i [n urma fragment`rii nucleului unui atom greu prin fisiunea nuclear`.

Proliferarea nuclear`

Deturnarea materialelor nucleare [n scopul producerii de arme nucleare.

Proton Particol` element` cu sarcin` electric` pozitiv`, ce intr` [n componen\a nucleului atomic.

Punere [n func\iune

Totalitatea activit`\ilor pentru punerea [n func\iune a unei instala\ii nucleare.

Radia\ie Energia eliberat` de atomi atunci c@nd ace]tia se deplaseaz` sau []i schimb` starea.

Radia\ie alfa Emisia de particole alfa (compuse din doi protoni ]i doi neutroni).

Radiatie beta Emisia de electroni de c`tre un izotop radioactiv.

Radia\ie electromagnetic`

Radia\ia luminoas`, caloric`, radio, X ]i cosmic`.

Radia\ie gama Radia\ie de mare energie ]i lungime de und` mic`, emis` de nucleul atomic.

Radia\ie ionizant`

Orice tip de radia\ie care, direct sau indirect, poate schimba sarcina electric` a unui atom sau molecul`.

86

Radioactivitate Dezintegrarea spontan` a nucleului atomic [nso\it` de emisia de energie sub form` de radia\ii.

Radioizotop Un izotop radioactiv. Radionuclid Un izotop care se dezintegreaz`

spontan emi\@nd radia\ii ionizante. Radiotoxicitate Efectul dùn`tor asupra s`n`t`\ii

datorat radionuclizilor sau radioactivit`\ii.

Radon Gaz dens, inodor ]i incolor care constituie cea mai important` surs` natural` de radia\ii care afecteaz` organismul uman.

Reactie [n lan\ O reac\ie care este ini\iat` de ea [ns`]i (exemplu fisiunea nuclear`).

Reactivitate Abaterea unui reactor de la criticalitate.

Reactor CANDU Reactor canadian care utilizeaz` apa grea ca agent de r`cire ]i moderator.

Reactor cu ap` [n fierbere

Reactor cu ap` u]oar` [n care apa care [nconjoar` combustibilul fierbe ]i se transform` [n abur.

Reactor cu ap` u]oar`

Reactor care utilizeaz` apa u]oar` ca agent de r`cire ]i moderator.

Reactor termic Reactor nuclear de fisiune care utilizeaz` neutronii termici.

Reactor rapid Reactor f`r` moderator [n care reac\ia de fisiune este produs` de neutronii rapizi.

Reconversie Procesul de transformare a UF6 [n oxid (UO2).

Redox Procesul c@nd un agent oxidant

87

este redus sau un agent reduc`tor este oxidat.

Reprocesare Tratarea chimic` a combustibilului nuclear uzat pentru separarea uraniului ]i plutoniului de produ]ii de fisiune.

Sarcina [n baz` Partea din consumul de energie electric` care nu variaz` pe un anumit interval de timp.

Sarcin` la v@rf Puterea maxim` care trebuie asigurat` de un sistem electroenergetic [ntr-un anumit interval de timp.

Securitate intrinsec`

Caracteristici de securitate realizate prin caracteristicile fizice ale reactorului nuclear.

Schimb`tor de c`ldur`

Un sistem tehnic [n care c`ldura unui fluid (lichid sau gaz) este transferat` altui fluid.

}lam Amestec de particole solide fine ]i ap`.

Tails Termenul englez pentru de]eurile miniere, ]i uneori pentru uraniul s`r`cit rezultat la instala\iile de [mbog`\ire.

Teac` Tubul metalic din aliaj de zirconiu [n care este introdus combustibilul nuclear. La capetele tubului se sudeaz` dou` dopuri ]i se ob\ine elementul combustibil.

Telemanipulare Tehnic` folosit` pentru manipularea la distan\` a materialelor radioactive, [n spatele unor ecrane de protec\ie.

88

Timp de [njum`t`\ire

Timpul dup` care activitatea unui izotop radioactiv se reduce prin dezintegrare la jum`tate.

Transmutatie Transformarea unui element [n alt element prin bombardarea cu particole nucleare.

Unitate de lucru de separare

M`sura serviciilor de [mbog`\ire a uraniului (SWU).

Uraniu Cel mai greu element chimic existent [n natur` cu num`rul atomic 92.

Uraniu [mbog`\it Uraniu al c`rui con\inut [n izotopul U-235 este peste concentra\ia natural` (>0,711%).

Uraniu natural Uraniul existent [n natur` con\in@nd 99,3% uraniu-238 ]i 0,7% uranium-235.

Uraniu puternic [mbog`\it

Uraniu al c`rui con\inut [n izotopul U-235 este peste 20%.

Uraniu reprocesat

Uraniul extras din combustibilul uzat care este reintrodus [n ciclul combustibil.

Uraniu s`r`cit Uraniu al c`rui con\inut [n izotopul U-235 este sub concentra\ia natural` (<0,711%).

Uraniu u]or [mbog`\it

Uraniu al c`rui con\inut [n izotopul U-235 este mai mare de 0,711% dar mai mic de 20%.

Vas de presiune Vas mare din o\el sau beton precomprimat ce con\ine zona activ` a reactorului nuclear.

Vitrifiere {ncorporarea deseurilor radioactive [ntr-o matrice solid` de sticl`.

Yellowcake Vezi concentrat.

89

Zon` activ` Regiunea central` a unui reactor nuclear, compus` din combustibil ]i moderator, [n care are loc reac\ia de fisiune.

Zirconiu Element metalic folosit pe scar` larg` ca material pentru tecile elementelor combustibile.

90

Anexa I – Caracteristicile elementului uraniu Num`rul atomic: 92 Masa atomic`: 238,02891 Punctul de topire: 11350C Punctul de fierbere : 41310C Densitatea : 18,95 g/cm3 Starea de agregare la temperatura camerei: solid Clasificarea chimic`: metal radioactiv Abunden\a [n scoar\a Terestr`: 2,7mg/kg Abunden\a [n oceane: 3,2x10-3mg/l Num`rul de izotopi stabili: 0 Starea de oxidare: +6; +5; +4; +3 Energia de inonizare: 6,194 eV Istoria ]i utiliz`rile: Uraniul a fost descoperit de chimistul german Martin Heinrich Klaproth [n minereul de pechblend` [n 1789. De]i Klaproth, ca ]i ceilal\i savan\i ai vremii credea c` elementul izolat era uraniul pur, acesta era de fapt bioxidul de uraniu (UO2). Eugène-Melchoir Péligot, un chemist francez a izolat uraniul pur [nc`lzind bioxidul de uraniu cu potasiu [ntr-un creuzet de platin`. Radioactivitatea a fost descoperit` prima dat` [n 1896 de Antoine Henri Becquerel, un fizician francez, care a utilizat o mostr` de uraniu. Ast`zi uraniul se ob\ine din minereurile de uraniu precum pechblenda, uraninitul (UO2), carnotitul (K2(UO2)2VO4·1-3H2O) ]i autunitul (Ca(UO2)2(PO4)2·10H2O) precum ]i din rocile fosfatice (Ca3(PO4)2), lignit (c`rbune brun) ]i nisipuri monazitice

91

((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4). Deoarece cererea de uraniu metalic este redus`, uraniul se comercializeaz` sub forma de diuranat de sodium (Na2U2O7·6H2O), cunoscut ]i sub numele englezesc de “yellow cake”, sau sub form` de oxid (U3O8). Uraniul este un element radioactiv natural, care are trei izotopi: uraniul 234, uraniul 235 ]i uraniul 238. Dintre cei trei izotopi doar uraniul 235 este fisionabil ]i constituie elementul de baz` al energeticii nucleare. Doar 0,7204% din uraniul existent [n natur` este uraniu 235. Uraniul 238, care este cel mai rasp@ndit izotop, poate fi converit [n alt material fisionabil - plutoniu 239. {n afara industriei nucleare uraniul metalic este folosit ca \inte pentru producerea razelor X, pentru anumite tipuri de muni\ie, la ecrane pentru radia\ii ]i drept contragreut`\i. Compu]ii de uraniu au fost utiliza\i [n industria sticlei ]i a emailurilor. Toate aceste materiale sunt u]or radioactive ]i trebuie manevrate cu precau\ie.

Izotopul uraniu 238 are un timp de [njum`t`\ire de 4.468.000.000 ani ]i se transform` [n toriu 234 prin dezintegrare alfa sau fisioneaz` spontan.

92

Anexa II – Caracteristicile elementului Toriu Num`rul atomic: 90 Masa atomic`: 232,03806 Punctul de topire: 17500C Punctul de fierbere : 47880C Densitatea : 11,72 g/cm3 Starea de agregare la temperatura camerei: solid Clasificarea chimic`: metal radioactiv Abunden\a [n scoar\a Terestr`: 9,6mg/kg Abunden\a [n oceane: 1,0x10-6mg/l Num`rul de izotopi stabili: 0 Starea de oxidare: +4 Energia de inonizare: 6,08 eV Istoria ]i utiliz`rile:

Toriul a fost descoperit de Jöns Jacob Berzelius, un chemist suedez [n 1828. El a descoperit acest element [ntr-o prob` de mineral adus` de reverendul Has Morten Thrane Esmark. Mineralul se nume]te thorit (ThSiO4). Toriul reprezint` circa 0,0007% din scoar\a terestr` ]i se ob\ine din thorit, thorianit (ThO2) ]i monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4).

Toriul se folose]te ca agent de aliere pentru [mbun`t`\irea propriet`\ilor magneziului, la temperature` ridicat`. Toriul se folose]te ]i la acoperirea filamentelor de tungsten din dispozitivele electronice.

93

Dac` este bombardat cu neutroni, toriul 232 se transform` [n toriu 233, care prin dezintegrare beta devine uraniu 233. Acesta este un material fisionabil foarte bun ]i se folose]te drept combustibil nuclear.

Oxidul de toriu are un punct de topire foarte ridicat de circa 33000C ]I se folose]te la confec\ionarea de creuzete. Oxidul de toriu este un catalizator folosit pentru fabricarea acidului sulfuric, cracarea produ]ilor petrolieri sau conversia amoniacului [n acid azotic.

Toriul 232 este un izotop foarte stabil, timpul de [njum`t`\ire fiind de circa 14.050.000.000 ani. El se dezintegreaz` [n radiu 228 prin dezintegrare alfa sau fisioneaz` spontan.

94

Anexa III – Caracteristicile elementului Plutoniu Num`rul atomic: 94 Masa atomic`: 244 Punctul de topire: 6400C Punctul de fierbere : 32280C Densitatea : 19,84 g/cm3 Starea de agregare la temperatura camerei: solid Clasificarea chimic`: metal radioactiv Abunden\a [n scoar\a Terestr`: Element artificial Abunden\a [n oceane: Element artificial Num`rul de izotopi stabili: 0 Starea de oxidare: +6; +5; +4; +3 Energia de inonizare: 6,06 eV Istoria ]i utiliz`rile:

Plutoniul a fost ob\inut prima dat` de Glenn T. Seaborg, Joseph W. Kennedy, Edward M. McMillan ]i Arthur C. Wohl prin bombardarea uraniului 238 cu deuteroni accelera\i [ntr-un ciclotron. Prin aceast` reac\ie se formeaz` neptuniu 238 ]i doi neutroni. Neptuniul 238 are un timp de [njum`t`\ire de 2,1 zile ]i se transform` [n plutoniu 239 prin dezintegrare beta. De]i a fost descoperit [n 1941, descoperitorii nu au divulgat acest rezultat p@n` [n 1946 din cauza r`zboiului.

95

Cel mai stabil este izotopul plutoniu 244 care are un timp de [njum`t`\ire de circa 82.000.000 ani. El se dezintegreaz` [n uraniu 240 prin dezintegrare alfa sau fisioneaz` spontan.

Doar doi izotopi ai plutoniului au aplica\ii economice. Plutoniul 238 este folosit la realizarea generatoarelor termoelectrice cu radioizotopi cu care sunt dotate sondele spa\iale precum Cassini ]i Galileo.

Plutoniul 239 este un material fisionabil folosit pentru realizarea armelor nucleare sau pentru combustibili nucleari.

96

Anexa IV – Caracteristicile elementului Zirconiu Num`rul atomic: 40 Masa atomic`: 91,224 Punctul de topire: 18550C Punctul de fierbere : 44090C Densitatea : 6,54 g/cm3 Starea de agregare la temperatura camerei: solid Clasificarea chimic`: metal Abunden\a [n scoar\a Terestr`: 1,65x102mg/kg Abunden\a [n oceane: 3,0x10-5mg/kg Num`rul de izotopi stabili: 4 Starea de oxidare: +4 Energia de inonizare: 6,634 eV Istoria ]i utiliz`rile: Zirconiul a fost descoperit de Martin Heinrich Klaproth, un chimist german, [n 1789 analiz@nd un mineral numit jargon (ZrSiO4). Zirconiul a fost izolat de Jöns Jacob Berzelius, un chimist suedez, [n 1824, dar a fost ob\inut [n form` pur` abia [n 1914. Ob\inerea zirconiului pur este foarte dificil` deoarece el este foarte asem`n`tor hafniului, un element cu care se asociaz` [n minereuri. {n prezent, zirconiul se ob\ine din zircon (ZrSiO4) sau baddeleyit (ZrO2), printr-o tehnologie cunoscut` sub denumirea denumirea de procesul Kroll. Zirconiul este un metal rezistent la coroziune ]i este folosit la realizarea de pompe ]i vane performante. Deoarece nu absoarbe neutroni, zirconiul este foarte

97

r`sp@ndtit [n realizarea de componente pentru reactorii nucleari. Peste 90% din zirconiul produs anual este consumat de industria nuclear`. Zirconiul mai este folosit ca element de aliere [n o\eluri, pentru instrumente chirurgicale, ca gheter [n tuburile electronice. Zirconul (ZrSiO4) este un compus al zirconiului care este o piatr` transparent` asem`n`toare diamantului ]i este folosit` la bijuterii. Oxidul de zirconiu (ZrO2) este utilizat la creuzete sau c`ptu]eli refractare. Carbonatul de zirconiu (3ZrO2·CO2·H2O) este folosit [n cosmetic`.

98

Anexa V - Lista uzinelor de fabricare a combustibilului nuclear

Uzina Tipul de combustibil

|ara

Uzina Karlstein Avansa\i Germania Uzina Lingen (LWR) Germania BNFL Springfields (GCR) Anglia BNFL Springfields (AGR) Anglia BNFL Springfilds (LWR) Anglia Fabrica de combustibil CANDU (PHWR) Coreea de

sud Fabrica de combustibil CANDU (PHWR) China Laboratoarele Chalk River (MTR) Canada Chashma (PHWR) Pakistan Columbia (Westinghouse) (LWR) SUA Fabrica de combustibil Ezeiza (PHWR) Argentina Fabrica de combustibil (LWR) Spainia FBFC - Romans (LWR) Fran\a FBFC International (LWR) Belgia FCN Resende (LWR) Brazilia Global Nuclear Fuel-Japan Co. Ltd. (LWR) Japonia Lynchburg - FC Fuels (LWR) SUA Uzina constructoare de masini (FBR) Rusia Uzina constructoare de masini (RBMK) Rusia Uzina constructoare de masini (WWER) Rusia Uzina constructoare de masini (PASTILE) Rusia Mitsubishi Nuclear Fuel Ltd. (MNF) (LWR) Japonia N. Fuel PLLT. OP. - Toronto (PASTILE) Canada NFC - Hyderabad (BWR) (LWR) India NFC - Hyderabad (PASTILE) India NFC - Hyderabad (PHWR) (PHWR) India NFC - Hyderabad (PHWR)-2 (PHWR) India Uzina chimica Novosibirsk (LWR) Rusia Nuclear Fuel Industry Ltd. Kumatori (LWR) Japonia Nuclear Fuel Industry Ltd. Tokai (LWR) Japonia Fabrica Peterborough (PHWR) Canada

99

FCN Pitesti (PHWR) Rom@nia Fabrica de combustibil (LWR) Coreea

de sud Richland (ANF) (LWR) SUA Uzina metalurgica Ulba (PASTILE) Kazahstan Fabrica de combustibil Vasteras (LWR) Suedia Wilmington (GNF) (LWR) SUA Fabrica de combustibil Yibin (LWR) China Zircatec Precision Ind. - Port Hope (PHWR) Canada

100

Anexa VI - Lista furnizorilor de uraniu

FURNIZORUL |ARA Akouta Niger Arlit Niger Benxi China Beverley Australia Canon City-II SUA Centralnoye (Taukent) Kazahstan Chongyi China Crow Butte SUA Dalur Rusia Feldioara Branch Rom@nia Fuzhou China GEAM Dolni Rozinka Cehia JV Inkai Kazahstan JV Katco (Moynkum) Kazahstan Kara Balta Kyrgyzstan Karamurun - Mining Company Kazahstan Key Lake/McArthur River Canada Lagoa Real Brazilia Lantian China McClean Lake Canada Navoi Hydrometallurgical C. Uzbekistan Olympic Dam Australia Priargunski / Krasnokamensk Rusia Rabbit Lake Canada Ranger Australia Rössing Namibia Smith Ranch SUA Stepnogorsky Mining and Chemical Complex (SMCC)

Kazahstan

101

Stepnoye - Mining Company Kazahstan UCIL-Jaduguda India Vaal Reefs - 2 Africa de sud Vasquez SUA Yining China Zheltiye Vody Ukraina

Ciclul combustibilului nuclear

Documents