Xử lý chất thải hạt nhân

- XỬ LÝ CHẤT THẢI HẠT NHÂN SAU KHI NHÀ MÁY THÁO DỞ.
- Khi quá trình sản xuất vả xử lý chất thải được bảo đảm an toàn cao, nhà máy điện nguyên tử sẽ có thể sản xuất năng lượng điện tương đối rẻ và sạch so với các nhà máy sản xuất điện khác, đặc biệt nó có thể ít gây ô nhiễm môi trường hơn các nhà máy nhiệt điện đốt than hay khí thiên nhiên..
- Việc lưu giữ và thải chất thải hạt nhân an toàn vẫn còn là một thách thức và chưa có một giải pháp thích hợp.
- Vấn đề quan trọng nhất là dòng chất thải từ các nhà máy năng lượng hạt nhân là nguyên liệu đã qua sử dụng.
- Nhóm actini (urani, plutoni, và curi) có tính phóng xạ lâu dài, trong khi đó các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ ngắn hơn..
- Vì vậy, cần phải có những phương pháp xử lý chất thải hạt nhân phóng xạ rất nguy hiểm cho con người và môi trường.
- Đặc điểm của chất thải hạt nhân.
- Một trong những thách thức lớn nhất đối với ngành công nghệ hạt nhân hiện nay là vấn đề xử lý và cất giữ chất thải.
- Lý do đơn giản là trong chất thải hạt nhân có những đồng vị phóng xạ có thể tồn tại sau hàng triệu năm..
- Quản lý an toàn các chất thải hạt nhân và phi hạt nhân;.
- Khử độc đối với các chất phóng xạ và phi phóng xạ;.
- Đối tượng tháo dỡ không chỉ là các nhà máy điện hạt nhân, mà là tất cả các cơ sở có liên quan tới chu trình nhiên liệu quy mô thương mại như các cơ sở khai thác urani, các nhà máy tái chế biến và làm giàu nhiên liệu, các nhà máy chế tạo nhiên liệu, các lò phản ứng hạt nhân, các cơ sở cất giữ và xử lý chất thải….
- Tuy nhiên vấn đề quản lý an toàn các chất thải phóng xạ vẫn còn là vấn đề gây nhiều tranh cãi..
- Thông thường các chất thải hạt nhân được chia làm hai loại: các chất thải phóng xạ “mức thấp” (Low Level Radioactive Waste) và các chất thải phóng xạ “mức cao” (High Level Radioactive Waste)..
- Đối với các chất thải phóng xạ “mức thấp”, cả hoạt độ lẫn chu kỳ bán rã đều tương đối nhỏ.
- Trong vòng 10 – 15 năm, hầu hết các chất thải nhóm này đều phân rã hết.
- Tiêu biểu của các chất thải phóng xạ thuộc nhóm này là Ba-140 (13 ngày), Sr-89 (54 ngày), Ru-106 (1 năm), Ce-144 (1,3 năm)….
- Ngành công nghiệp hạt nhân cũng tạo ra một lượng lớn các chất thải phóng xạ cấp thấp ở dạng các công cụ bị nhiễm như quần áo, dụng cụ cầm tay, nước làm sạch, máy lọc nước, và các vật liệu xây lò phản ứng.
- Ở Hoa Kỳ, Ủy ban điều phối hạt nhân (Nuclear Regulatory Commission) đã cố gắng xét lại để cho phép giảm các vật liệu phóng xạ thấp đến mức giống với chất thải thông thường như thải vào bãi thải, tái sử dụng.
- Hầu hết chất thải phóng xạ thấp có độ phóng xạ rất thấp và người ta chỉ quan tâm đến chất thải phóng xạ liên quan đến mức độ ảnh hưởng lớn của nó..
- Các chất thải phóng xạ “mức cao” nói chung là những chất có nguồn gốc từ lõi lò phản ứng hạt nhân hoặc các chất nổ hạt nhân như urani, plutoni, các mảnh phân hạch và các chất phóng xạ nhân tạo đứng sau urani.
- năm chúng có mức phóng xạ rất thấp.
- Điển hình các chất thải phóng xạ thuộc nhóm thứ nhất là Te-99 (2.106 năm), I năm).
- Nguyên liệu đã qua sử dụng có tính phóng xạ rất cao và phải rất thận trong trong khâu vận chuyển hay tiếp xúc với nó.
- Tuy nhiên, nguyên liệu hạt nhân đã sử dụng sẽ giảm khả năng phóng xạ sau hàng ngàn năm.
- Có khoảng 5% cần nguyên liệu đã phản ứng không thể sử dụng lại được nữa, vì vậy ngày nay các nhà khoa học đang thí nghiệm để tái sử dụng các cần này để giảm lượng chất thải.
- Nhiên liệu đã qua sử dụng được xếp vào loại chất thải có tính phóng xạ mật độ cao.
- Đó là do sự tăng dần các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ cao khi nhiên liệu được dùng trong lò phản ứng.
- Nhiên liệu đã qua sử dụng phải được giữ dưới nước do nhiệt được tạo ra bởi sự phân rã các sản phẩm phân hạch, đồng thời nhằm giới hạn mức độ phóng xạ trong khu vực bể chứa.
- Hiện nay vẫn chưa có một thiết bị xử lý dành cho chất thải có tính phóng xạ cao mang tính thương mại..
- Các thiết bị này phải được thiết kế để loại bỏ nhiệt từ nhiên liệu đã qua sử dụng và được thiết kế để hạn chế sự phóng xạ của những khu vực xung quanh thiết bị này..
- Nhóm Actini (Urani, Plutoni, và Curi) có tính phóng xạ lâu dài, trong khi đó các sản phẩm phân hạch có tính phóng xạ ngắn hơn..
- Một số phương pháp xử lý chất thải hạt nhân 1.
- Có ba lý do tốt để gửi chất thải hạt nhân vào không gian.
- Vũ trụ là nơi có hoạt động phóng xạ mạnh, nhưng cũng hấp thụ phóng xạ.
- Chất thải sẽ được đóng gói để nó có thể sẽ vẫn còn nguyên vẹn dưới hầu hết các kịch bản tai nạn có thể tưởng tượng.
- Một tên lửa hay tàu con thoi không gian sẽ được sử dụng để khởi động các chất thải đóng gói vào không gian.
- Có một số điểm đến cuối cùng cho chất thải đã được xem xét, bao gồm cả chỉ đạo nó vào mặt trời.
- Nỗi lo về chất thải hạt nhân sẽ tan biến và không thể gây hại cho con người nếu chúng ta có thể đưa chúng vào hệ mặt trời, hay “thả”.
- Tuy nhiên phương pháp xử lý chất thải này chỉ có thể thích hợp cho chất thải phóng xạ “mức thấp” (LLW) hoặc nhiên liệu đã qua sử dụng (tức là tồn tại lâu dài vật liệu phóng xạ cao là tương đối nhỏ về khối lượng).
- Nhưng nếu các vụ phóng tàu để đưa ra các chất thải hạt nhân vào không gian thất bại, hậu quả sẽ khôn lường như thế nào?.
- Do đó, việc đưa chất thải ra ngoài vũ trụ cần được cân nhắc..
- Thậm chí, giả sử việc phóng ra ngoài không gian thành công theo đúng lộ trình và an toàn, rất có thể một ngày nào đó, những chất thải đó có thể quay trở lại..
- Trong khoảng thời gian dài mà một số chất thải vẫn còn độ phóng xạ dẫn đến ý tưởng về xử lý chất thải hạt nhân bằng cách chôn sâu trong các kho dưới lòng đất tạo thành các dạng địa chất ổn định.
- Kho lưu trữ bao gồm các đường hầm khai thác hoặc các hang động sẽ được đặt vào đó các chất thải đóng gói.
- Chất thải rắn đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan sâu khoan từ bề mặt tới độ sâu vài km với đường kính thường ít hơn 1 mét.
- Các thùng chứa chất thải sẽ được ngăn cách với nhau bởi một lớp bentonite hoặc xi măng.
- Các lỗ khoan sẽ không được hoàn toàn đầy các chất thải.
- Việc chôn chất thải hạt nhân xuống sâu dưới lòng đất là một lựa chọn ưa thích của nhiều quốc gia, bao gồm Argentina, Australia, Bỉ, Cộng hòa Séc, Phần Lan, Nhật Bản, Hà Lan, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Thụy Sĩ và Mỹ.
- Giải pháp chôn sâu vẫn là một dự tính trên giấy, mô tả việc đưa chất thải vào trong những chiếc hộp thép rồi chôn sâu hàng km dưới bề mặt Trái Đất.
- Một lợi thế của việc chôn chất thải là có thể khoan chúng gần các lò phản ứng hạt nhân, giúp giảm khoảng cách để vận chuyển những chất thải “nguy hiểm cao độ” xuống nơi chôn lấp..
- Phần lớn đáy của các đại dương đều cấu tạo từ lớp đất sét dày và nặng, một nguyên liệu hoàn hảo để hấp thụ phóng xạ của các chất thải hạt nhân phát ra.
- Việc lưu giữ chất thải hạt nhân dưới đáy biển được Quốc hội Mỹ thông qua năm 1986..
- Chôn cất chất thải phóng xạ trong các trầm tích đại dương sâu có thể được thực hiện bằng hai kỹ thuật khác nhau: đâm xuyên (penetrators) hoặc khoan lỗ (drilling placement).
- Độ sâu chôn cất các thùng chứa chất thải dưới đáy biển có thể khác nhau giữa hai kĩ thuật này.
- Trong trường hợp của đâm xuyên, thùng chứa chất thải có thể được đặt khoảng 50 mét vào các lớp trầm tích.
- Một khía cạnh quan trọng của việc xử lý chất thải để vào các trầm tích đáy biển là chất thải được cô lập dưới đáy biển bằng độ dày của trầm tích.
- Chất thải cũng có thể được đặt bằng cách sử dụng các thiết bị khoan dựa trên các kỹ thuật được sử dụng ở vùng biển sâu trong khoảng 30 năm.
- Bằng phương pháp này, đống chất thải đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan đến độ sâu 800 mét dưới đáy biển, với các container cao nhất khoảng 300 mét dưới đáy biển..
- Đối với phương pháp này, chất thải phóng xạ sẽ được đóng gói trong các thùng chứa hoặc thủy tinh ngăn cản sự ăn mòn, chúng sẽ được đặt bên dưới ít nhất là 4000 mét nước trong địa chất ổn định sâu dưới đáy biển, sự lựa chọn này cho cả dòng chảy chậm và làm chậm khả năng sự chuyển động của hạt nhân phóng xạ.
- Hạt nhân phóng xạ được vận chuyển thông qua các phương tiện trong địa chất, xuất hiện ở đáy của khối nước biển, sau đó sẽ được pha loãng, khuếch tán, phân tán và sự hút thấm bề mặt ảnh hưởng đến chất thải phóng xạ được xử lý trên biển.
- Do đó, phương pháp xử lý này giúp ngăn chặn sự tăng thêm của các hạt nhân phóng xạ khi so với việc xử lý chất thải trực tiếp từ đáy biển..
- Kế hoạch này dùng để niêm phong hai hoặc ba hộp đựng chất thải hạt nhân được tráng men vào lõi của một con cá ngừ khổng lồ bằng thép không rỉ.
- Bên cạnh đó, còn nhiều tranh cãi trong các diễn đàn đa phương của các quốc gia phát triển hạt nhân nói riêng và toàn cầu về vấn đề xử lý chất thải hạt nhân ra biển.
- Container chất thải tạo ra nhiệt của phương pháp này sẽ được đặt trong các tảng băng ổn định như những nơi ở Greenland và Nam Cực.
- Các container sẽ làm tan băng xung quanh và được lôi sâu vào dải băng, khi mà nơi đó băng đông lạnh lại trên các chất thải sẽ tạo ra một lớp rào cản rất dày.
- Mặc dù xử lý trong tảng băng có thể được xem xét về mặt kỹ thuật cho tất cả các loại chất thải phóng xạ, nó cũng chỉ được nghiên cứu cho HLW, nơi nhiệt được tạo ra bởi các chất thải có thể được sử dụng do lợi thế tự chất thải chôn chất thải trong băng bằng cách làm nóng chảy băng ra..
- Việc đặt các quả cầu chất thải hạt nhân xuống các phiến băng ổn định, để nó chảy xuống bên dưới, sau đó sẽ được các lớp băng khác cô đặc lại.
- Chất thải có thể được bảo quản vĩnh viễn bên dưới các lớp băng dày hàng chục mét.
- Nó đã bị từ chối bởi các nước đã ký Hiệp ước Nam Cực năm 1959 đã cam kết cung cấp một giải pháp quản lý chất thải phóng xạ của họ trong phạm vi biên giới quốc gia.
- Giải pháp gợi ý việc đưa các thùng chứa chất thải hạt nhân xuống dọc theo vùng hút chìm giữa các mảng kiến tạo.
- Về mặt lý thuyết, việc chôn lấp chất thải hạt nhân ở vùng hút chìm sẽ đưa những thùng chứa nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng dọc theo đai băng chuyền giữa các mảng kiến tạo và đi vào trong lớp vỏ Trái Đất..
- Các loại đá nhân tạo có khả năng lưu trữ chất thải hạt nhân lâu dài.
- Lựa chọn tốt nhất và hiện thực nhất hiện nay là việc cô lập các chất thải phóng xạ trong các loại đá tổng hợp nhân tạo sau đó chôn xuống dưới lòng đất.
- Cách này sẽ ngăn chất thải phóng xạ và làm nhiễm độc đất, đá và nước xung quanh..
- Các nhà khoa học đã phát triển loại đá nhân tạo (synrock) từ những năm 1970 nhằm lưu giữ những chất thải hạt nhân có mức phóng xạ lớn.
- Các loại đá được thiết kế khác nhau phụ thuộc vào loại chất thải riêng biệt, dựa trên công thức cho phản ứng nước – ánh sáng cũng như hàm lượng chất plutonium..
- Một giải pháp tương tự là sử dụng vật liệu gốm nano trong bảo quản và lưu giữ chất thải phóng xạ.
- các nhà khoa học Australia dùng sơn với sợi gốm nano được làm từ oxit của titan để sơn lên bề mặt các bể hay thùng lớn bằng thép, được dùng để chứa chất thải phát sinh trong quá trình khai thác các chất phóng xạ và nước thải trong quá trình làm mát lò phản ứng..
- Hiện nay, một số nhà khoa học đang tính tới việc giảm chu kỳ bán rã của các chất thải phóng xạ, qua đó, xử lý nhanh chóng các chất này, thay vì tìm cách chôn chúng ở đâu đó và chờ chúng phân rã hết.
- Một laser khổng lồ sẽ cắt giảm thời gian sống của một hạt chất thải phóng xạ từ hàng triệu năm chỉ còn vài phút.
- Chiến tích này làm dấy lên hy vọng rằng có một giải pháp để hạn chế vấn đề lớn nhất của điện hạt nhân là chất thải của nó – hi vọng vào một ngày có thể.
- Máy có thể tạo ra các xung điện mạnh và ngắn, một triệu tỷ Watts, bắn vào một cục vàng nhỏ, tạo ra đủ bức xạ gamma để đánh bật các neutron đơn lẻ khỏi chất thải phóng xạ như Iodine 129..
- Iodine129 là một trong nhiều đồng vị phóng xạ được tạo ra khi Uranium bị đốt trong lò phản ứng hạt nhân.
- Tuy nhiên, các nhà khoa học đánh giá, máy Laser sẽ không giải quyết triệt để vấn đề chất thải xong nó giảm độ mức độ phóng xạ.
- Và cũng sẽ có kỹ thuật tương tự có thể được áp dụng cho các chất thải phóng xạ khác như Technetium–99, Stronti–90 và đồng vị của Caesium.
- Tuy nhiên, một quá trình khác nhau sẽ được yêu cầu đối với các chất thải khác tồn tại lâu dài như Plutonium và Americium..
- Cũng có thể chuyển hoá chất thải hạt nhân bằng các lò phản ứng hoặc máy gia tốc hạt..
- Karl Krushelnick, chuyên gia vật lý Laser tại ĐH Hoàng gia, London, khuyến cáo: “Chúng ta cần cần xây dựng một số nhà máy điện để chuyển hoá chất thải từ một nhà máy điện hạt nhân”..
- Theo McKinley thuộc Công ty chất thải hạt nhân Thuỵ Sĩ Nagra, giảm đột ngột chu kỳ bán rã của các đồng vị sẽ làm mức bức xạ được phát ra trong mỗi giây tăng vọt.
- Phương pháp này mới chỉ thực hiện trong phòng thí nghiệm và chỉ có khả năng áp dụng ở giai đoạn xử lý ban đầu của chất thải hạt nhân..
- Tái chế chất thải hạt nhân.
- Uranium được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân chỉ lấy được 5% năng lượng, các thanh nhiên liệu hạt nhân này đã qua sử dụng vẫn còn đến 95% giá trị năng lượng, việc tái chế không chỉ giúp khai thác giá trị năng lượng một cách đáng kể mà còn giảm khối lượng và độc tính phóng xạ của chất thải hạt nhân,trong khi các nhà máy điện nguyên tử vẫn chưa thể tái sử dụng nhiên liệu này..
- Các nhà khoa học vừa sáng chế ra một loại phân tử “ăn” chất phóng xạ uranium giúp chuyển đổi chất thải hạt nhân thành nhiên liệu..
- Klaus Rolfs tin rằng ông có thể làm cho độ an toàn của chất thải phóng xạ chỉ trong nhiều thập kỷ, chứ không phải thế kỷ.
- Tiếp theo, ông muốn nhắm mục tiêu Radium–226 với chu kỳ bán rã 1600 năm, một phần quan trọng của chất thải hạt nhân.
- Phương pháp đơn giản xử lý Iodine phóng xạ.
- Đồng vị phóng xạ của Iodine được tạo ra bởi sự phân rã của nhiên liệu Uranium trong phản ứng hạt nhân..
- Hơn nữa, đồng vị Iodine–129, một loại Iodine phóng xạ, có thời gian tồn tại cực kỳ lâu, 15,7 nghìn năm, là một trong những mối nguy hiểm lớn trong dài hạn mà con người phải đối mặt do sự phát thải của nó trong suốt quá trình xử lý địa chất của chất thải hạt nhân..
- Phương pháp mới đưa ra một cách thức chứa các hạt nhân phóng xạ này một cách an toàn và nhanh chóng, làm giảm tác động tiềm tàng lâu dài tới sức khỏe con người do xả thải ra môi trường..
- Một số phương pháp xử lý chất thải hạt nhân