Wysokiej poziom, długowieczne (HAVL) odpadów jest kategorią odpadów nuklearnych z:
W rzeczywistości w przemyśle jądrowym nie ma pierwiastków promieniotwórczych, nawet w 100% skoncentrowanych, mających właściwość aktywności do 1 TBq/g, których okres lub okres półtrwania byłby większy niż 20 lat. Przepisy francuskie, w załączniku do dekretu nr 2013-1304 z27 grudnia 2013przyjęty do stosowania art. L. 542-1-2 Kodeksu ochrony środowiska i ustalający zalecenia Krajowego Planu Gospodarki Materiałami Promieniotwórczymi i Odpadami, definiuje pojęcie wysokoaktywności (HA) poprzez zastosowanie go do odpadów, dla których „poziom aktywności tych odpadów jest rzędu kilku miliardów bekereli na gram", a więc kilka GBq/g. Nie odnosi się do pojęcia krótkiego czy długiego życia. Są traktowane tak samo. Pojęcie odpadów długożyciowych (zdefiniowanych w dekrecie jako „zawierające znaczną ilość radionuklidów o okresie półtrwania dłuższym niż 31 lat”) ma zastosowanie prawne tylko do odpadów średnioaktywnych, których „poziom aktywności tych odpadów jest rzędu od miliona do miliarda bekereli na gram ”. W ANDRA rzeczywiście istnieje sektor LLMW (odpady długożyciowe poziomu pośredniego), ale tylko sektor HA bez odniesienia do okresu.
Ale prawdą jest, że pomimo braku znaczenia prawnego (i braku sektora ANDRA), użycie nadal zachowuje wyrażenie High Activity Long-Life Waste (HAVL). Na przykład IRSN używa tej nazwy w swojej komunikacji. Rzeczywiście, w praktyce bardzo trudno jest oddzielić różne pierwiastki promieniotwórcze według ich okresu półtrwania, w szczególności wśród tych znajdujących się w ostatecznych odpadach po ponownym przetworzeniu paliwa jądrowego. Wśród odpadów HA znajdziemy zatem nie tylko pierwiastki promieniotwórcze, których aktywność jest bardzo wysoka (ale których okres półtrwania nie jest bardzo długi), ale także pewną liczbę pierwiastków promieniotwórczych, w mniej lub bardziej dużych ilościach, których okres półtrwania wynosi tak, aby odpowiadały koncepcji długiego życia. W tym sensie i tylko w tym sensie możemy mówić o odpadach HAVL, czyli o „wysokiej aktywności” i (w sensie i/lub) „długiej żywotności”.
Odpady te powstają podczas przetwarzania paliwa jądrowego . Są one również określane jako „odpady typu C”, a czasami jako „popioły” paliwa jądrowego .
Odpady wysokoaktywne (HA) są najniebezpieczniejszymi odpadami promieniotwórczymi, ze względu na wysokie stężenie radioaktywności, jakie reprezentują: we Francji przy 31 grudnia 2007 r., według Krajowego Wykazu Materiałów Promieniotwórczych i Odpadów Krajowej Agencji Gospodarki Odpadami Promieniotwórczymi (Andra) odpady te stanowiły w ilości 0,2% odpadów promieniotwórczych (tj. 2293 m 3 w tym 74 m 3 z badań i obronności), ale zebrał 94,98% całkowitej radioaktywności wytworzonych odpadów promieniotwórczych. Stężenie promieniotwórczości w tych odpadach jest takie, że są one ważnym źródłem ciepła, które należy uwzględnić przy ich kondycjonowaniu .
Odpady długożyciowe (LV) emitują promieniowanie jonizujące przez kilka stuleci lub miliony lat . Niektóre projekty zakładają ograniczenie ich na czas niezbędny do ich zaniku, w szczególności poprzez składowanie w głębokiej warstwie geologicznej (niewłaściwie nazywanej pochówkiem).
Przetwarzanie tego typu odpadów mogłoby pozwolić na zmniejszenie objętości zajmowanej przez te ostatnie lub doprowadzić do oddzielenia izotopów „wysokoaktywnych” (o stosunkowo krótkim okresie życia) od izotopów „długożyciowych” (o niskiej aktywności). koniecznie mniej).
Odpady HAVL to zasadniczo „ popioły ” paliwa jądrowego. Składają się z produktów rozszczepienia z paliwa ( 137 Cs, 90 Sr- 90 Y, 99 Tc, 126 Sn, 93 Zr, itp.), pozostałości plutonu lub uranu słabo oddzielone podczas ponownego przetwarzania i niewielkie aktynowce utworzone. przez wychwyt neutronów ( 241 Am , 243 Am, 244 cm, 237 Np, itd.).
Odpady te reprezentują bardzo małą objętość, ale bardzo wysoką toksyczność. Światowe zapasy w 2008 r. wynosiły około 250 000 ton. Francuska produkcja odpadów HAVL z 58 reaktorów szacowana jest na około 70 ton rocznie. Odpady HAVL kondycjonowane do składowania (czyli biorąc pod uwagę masę spowodowaną zeszkleniem) szacuje się na 350 t rocznie, przy objętości 120 m 3 rocznie.
Jeżeli weźmiemy pod uwagę przypadek kraju uprzemysłowionym jak we Francji, gdzie produkcja energii jądrowej jest ważne, roczna produkcja odpadów w jakiejkolwiek formie jest rzędu trzech ton na mieszkańca, w tym 500 kg z odpadów. Gospodarstwa domowego , 100 kg toksycznych chemikaliów zmarnować mniej niż 1 kg z odpadami promieniotwórczymi . W tej kategorii odpady A to 930 g/rok na mieszkańca, odpady B to 6,6 g/rok na mieszkańca, a odpady C – o wysokiej aktywności i długiej żywotności – tylko 3,3 g/rok na mieszkańca.
„Zwolennicy przemysłu jądrowego mogą zatem, z pozorem rozsądku, argumentować, że wytwarza on bardzo ograniczone ilości odpadów w porównaniu z innymi rodzajami działalności przemysłowej, które generują wysoce toksyczne odpady w znacznie większych ilościach. Ponadto odpady promieniotwórcze są starannie zabezpieczane i identyfikowane, podczas gdy nie zawsze to samo ma miejsce w przypadku odpadów chemicznych.[...] Faktem jest, że trzeba znaleźć rozwiązanie tego problemu. może. "
Odpady, których radionuklidy mają okres półtrwania krótszy niż 100 dni, są określane jako „bardzo krótkotrwałe”. Odpady te są zarządzane przez prosty rozpad promieniotwórczy .
Granica między krótkim a długim okresem życia wynosi umownie 31 lat, to znaczy aż do radioaktywnego okresu półtrwania cezu 137 (30,2 lat). Jest to łatwo mierzalny produkt rozszczepienia, którego aktywność dominuje w pierwszych wiekach i który jest reprezentatywny dla większości produktów rozszczepienia zawartych w odpadach promieniotwórczych: w pierwszym tysiącleciu ich radioaktywność jest dzielona przez dziesięć na każde stulecie.
Okres półtrwania lub okres , wynosi 2,14 miliona lat dla Neptunium 237 dla aktywności 26 MBq/g, co plasuje go w kategorii odpadów o średniej i długiej żywotności (LLAM).
Odpad nie jest jednak przypisywany do kategorii ze względu na jego działalność i okres, ale ze względu na kanał gospodarowania. Te nietrwałe produkty rozszczepienia zawierać również ślady Sm 151, co stanowi 0,25% produktów rozszczepienia i którego okres półtrwania wynosi 93 lat, a krańcowe postać sprawia, że tylko przejściowo wysokości, od 500 do 1000 roku.
Kiedy opuszcza reaktor jądrowy , zużyte paliwo jądrowe jest mieszaniną trzech składników:
Wypalone paliwo dużego elektrycznego reaktora ciśnieniowego o mocy 1,3 gigawata zawiera w rocznym zrzucie: 33 t wzbogaconego do 0,9% uranu, 360 kg plutonu, 1,2 t produktów rozszczepienia i 27 kg drobnych aktynowców. Wśród tych 27 kg znajdziemy 14 kg neptunium, 12 kg ameryku i 1 kg kiuru. Proporcje między tymi trzema składnikami różnią się w zależności od procesu jądrowego , ale we wszystkich przypadkach początkowe paliwo jądrowe pozostaje w dużej mierze w większości, a produkcja drobnych aktynowców jest niska w porównaniu z produktami rozszczepienia i plutonu.
Ogólnie izotop promieniotwórczy wykazuje specyficzną aktywność, która jest tym większa, że jego okres półtrwania jest krótki. Materiały bardzo radioaktywne są radioaktywne tylko przez stosunkowo krótki czas, a radioaktywność długożyciowa (w skali geologicznej) może osiągnąć jedynie stosunkowo niski poziom radioaktywności. Z drugiej strony, po pewnym czasie chłodzenia, radioaktywność mieszaniny takiej jak produkty rozszczepienia jest zdominowana przez radioizotopy, których okres półtrwania jest rzędu wielkości tego czasu chłodzenia: radioizotopy o znacznie krótszym okresie półtrwania zanikają szybciej , a ich resztkowy poziom radioaktywności jest znikomy; a te o znacznie dłuższym okresie półtrwania są mniej radioaktywne, a ich poziom radioaktywności jest zagłuszany przez bardziej aktywne pierwiastki.
Ponieważ produkty rozszczepienia mają bardzo różne długoterminowe zachowanie od aktynowców , długoterminowe zarządzanie odpadami HAVL przedstawia się w bardzo różny sposób, w zależności od tego, czy aktynowce zostały oddzielone, czy nie.
Produkty rozszczepieniaRozpad promieniotwórczy produktów rozszczepienia (czarna linia na wykresie) ma trzy fazy, odpowiadające trzem rodzinom radioizotopów:
Radioaktywność aktynowców pozostaje stosunkowo wysoka przez znacznie dłuższe okresy czasu, ze względu na duży okres półtrwania w ludzkiej skali Pu 240 (6500 lat) i Pu 239 (24 000 lat) oraz kilka innych aktynowców. ameryk 242 i 243, kiur 245, 246 i 250, kaliforn 249 i 251 itd.). Pu 242 ma znacznie dłuższą żywotność niż poprzednie (373 000 lat). Nie jest rozszczepialny w neutronach termicznych. Kolejny recykling plutonu w reaktorze ma zatem tendencję do gromadzenia plutonu w tej bardzo niepłodnej postaci.
Aktynowce te są często rozszczepialne lub płodne, a ich ponowne wykorzystanie w elementach paliwowych jest rozwiązaniem, które ma tę zaletę, że zwiększa ich potencjał energetyczny i ułatwia gospodarowanie odpadami. Zwiększa jednak ryzyko nieodwracalnego skażenia radioaktywnego w przypadku incydentu.
Problem aktynowców w gospodarce odpadami HAVL jest mocnym argumentem przemawiającym za cyklem toru 232, który ma tę zaletę, że prawie nie wytwarza aktynowców o liczbie nukleonów większej niż 238.
Migracje w warstwach wodonośnychBez względu na to, jakie opakowanie zostanie wybrane na odpady wysokoaktywne, integralność opakowania nie wytrzyma więcej niż kilka tysięcy lat.
Poza tym różne radioizotopy mogą być wynoszone przez warstwy wodonośne, o ile są rozpuszczalne. Odwrotnie, nierozpuszczalne , wytrącone lub schelatowane radioizotopy w warunkach geologicznych składowiska nie migrują (co pokazuje naturalny reaktor jądrowy w Okle ), a jedynie w przypadku erozji warstwy grobowej będą oddziaływać na środowisko, co odpowiada okresowi trwania kilkudziesięciu milionów lat, jeśli miejsce jest prawidłowo wybrane (patrz poniżej).
Tak więc chlor 36, rozpuszczalny i obecny w produktach rozszczepienia w ekstremalnie małych ilościach, nie traci połowy swojej radioaktywności przed upływem 301 000 lat, co stanowi rząd wielkości przemieszczenia wody w tych warstwach przed dotarciem do powierzchni i odrodzeniem . Dlatego modele pokazują, że dawka na wylocie Cigéo byłaby zdominowana przez jod-129 i chlor-36, badania zarówno rozpuszczalności, jak i bezpieczeństwa muszą wykazać, że biorąc pod uwagę, że wiemy z cyrkulacji wody w warstwie magazynowej, chlor nigdy nie dotrze do środowiska w ilościach mających wpływ na zdrowie populacji lub na równowagę biosfery - i to samo dla wszystkich pierwiastków rozpuszczalnych, innym pierwiastkiem zaklejającym jest jod-129.
Rozpad w geologicznej skali czasuNiezależnie od przyjętej polityki w zakresie segregacji, odpady promieniotwórcze (produkty rozszczepienia i aktynowce) po kilku milionach lat nie wykazują już bardzo znaczącej radioaktywności. Jest to geologicznie słaba skala czasu : Ziemia dwadzieścia milionów lat temu, w miocenie , niewiele różniła się od swojego obecnego kształtu.
W tej skali czasowej nie jest możliwe wiarygodne przewidzenie, które grunty pozostaną zasadniczo nienaruszone, co stanowi problem dla opcji składowania, ale w wyższych terminach rozpad radioaktywny spowoduje, że odpady zostaną przekształcone w radioizotopy o ich radiotoksyczny charakter . Dlatego umieszczanie odpadów w strukturach geologicznych jest ogólnie uważane za możliwe rozwiązanie ich długoterminowego zarządzania, bez możliwości ustalenia dowodu, że migracja izotopów promieniotwórczych musi być kontrolowana w takich okresach czasu.
Zużyte paliwo jest uważane za „zużyte”, ponieważ nagromadzenie aktynowców i produktów rozszczepienia modyfikuje właściwości strukturalne i neutronowe „prętów” paliwowych: materiał pęcznieje i rozpada się, co zagraża pierwszej barierze ograniczającej, którą jest osłona; a produkty rozszczepienia i aktynowce mogą mieć duży przekrój , co zaburza równowagę neutronową serca.
Zużyte paliwa składają się w 96% z lekko wzbogaconego uranu i 1% wysokoenergetycznego plutonu, którego jeden gram może wyprodukować tyle samo energii, co tona ropy. Pozostałe 3% to produkty rozszczepienia i drobne aktynowce (neptun, ameryk, kiur) pozbawione wartości energetycznej. Tylko te 3% to rzeczywiste odpady, resztę (97%) można ewentualnie poddać recyklingowi, aby wydobyć energię jądrową. Liczby te zależą od przyjętych procesów i szybkości wypalania , ale ogólnie prawie 95% paliwa opuszczającego reaktor nadal składa się z użytecznego materiału rozszczepialnego.
Przerób jądrowa jest oddzielenie produktów rozszczepienia i aktynowce, które są rzeczywiste paliwo odpady nuklearne, które jeszcze nie zareagował, które mogą być poddane recyklingowi.
Pomimo zainteresowania polityką zrównoważonego rozwoju , zabiegi te są bardzo drogie i mają znaczenie ekonomiczne tylko wtedy, gdy sam koszt nowego paliwa jest wysoki. W przeciwnym razie paliwa są po prostu przechowywane. W tym przypadku nie są to odpady jądrowe w rozumieniu MAEA , ponieważ planowane jest ich ponowne przetworzenie w przypadku braku materiału rozszczepialnego.
Ponowne przetwarzanie ma kilka zalet:
W obliczu tych zalet ponowne przetwarzanie ma również wady:
Względy ekonomiczne również nie pozwalają na oddzielenie zalet i wad ponownego przetwarzania i recyklingu. Stosowanie paliwa MOX, choć znacznie komplikuje operacje operatorowi elektrowni jądrowych, nie ma znacznie wyższej ceny niż wykorzystanie wzbogaconego uranu. Ostatecznie decyzja, czy poddać recyklingowi zużyte paliwo jądrowe, pozostaje wyborem politycznym, w którym kluczowe znaczenie mają strategiczne względy bezpieczeństwa dostaw i zmniejszenia ilości ostatecznych odpadów.
Odpady te są zeszklone, to znaczy włączone do szklanej matrycy, aby zapewnić, że jądra radioaktywne pozostaną wychwycone i nie będą migrować w geologicznej skali czasu. Najpierw są przechowywane w miejscu produkcji, podczas gdy ich temperatura spada.
Celem głębokiej utylizacji jest zapewnienie, że odpady te nie będą miały wpływu na długi czas, w normalnych lub zdegradowanych warunkach. Od 1999 roku w Stanach Zjednoczonych istnieje pilotażowa instalacja ( WIPP ) do składowania odpadów pochodzenia wojskowego.
Na całym świecie istnieje kilka podziemnych laboratoriów badawczych , w których ocenia się wykonalność tej metody zarządzania w różnych formacjach żywicielskich, takich jak tuf, granit, sól, glina itp. We Francji Andra prowadzi te badania w laboratorium badawczym o głębokości 490 metrów z 2000 metrów chodników, w Bure , na granicy Mozy i Haute-Marne.
W ramach ustawy Bataille'a (1991) przeprowadzono we Francji badania z reaktorem prędkich neutronów Phénix do transmutacji odpadów wysokoaktywnych i długożyciowych. Podobne badania były rozważane dla Superphénix. Badania prowadzone są w kontekście reaktorów jądrowych IV generacji lub reaktorów jądrowych napędzanych akceleratorami ( systemy napędzane akceleratorami , ADS).
Prowadzono prace nad innymi typami urządzeń „napędzanych akceleratorami” neutronów prędkich, takich jak GUINEVERE w Belgii. Model operacyjny Ginewry został opracowany przez Belgijskie Centrum Badań nad Energią Jądrową ( SCK • CEN ) we współpracy z CNRS, która zbudowała akcelerator cząstek, CEA, Komisję Europejską i około dziesięciu laboratoriów Europejczycy. Celem tych systemów jest transmutacja aktynowców (czasem nazywanych transuranami ), takich jak neptun czy ameryk . Ostatecznym celem jest produkcja mniej zanieczyszczających odpadów jądrowych.
Do przeprowadzenia transmutacji na skalę przemysłową konieczne będzie zastosowanie reaktorów IV generacji lub reaktorów jądrowych napędzanych akceleratorem ( Accelerator Driven Systems , ADS). Demonstrator, taki jak europejski projekt MYRRHA , mógłby powstać około 2025 roku.
Według UARGA (Union d'Associations de Retraités et d'Anciens du Nucléaire) teza pokazująca, że możliwa jest transmutacja niektórych pierwiastków promieniotwórczych, takich jak Americium, w strumieniach prędkich neutronów, niestety pomija warunki niezbędne do realizacji tych procesów i wynikającą z tego analizę kosztów/korzyści.