Højaktivt affald er et af de meget omdiskuterede emner ved a-kraft. Der er tale om flere typer af affald:
Lavaktivt affald. Emballage, filtre m.v. I denne gruppe findes en del langlivede radioisotoper med lav aktivitet f.eks. actinider
Mellemaktivt affald. Radioisotoper med en mellemlang halveringstid og lang nedbrydningstid.
Højaktivt affald består radioisotoper med en kort halveringstid og kort nedbrydningstid
Det er navnlig denne del af affaldet, som diskussionen drejer sig om - men ofte blandes begreberne sammen, så højaktivt affald tillægges en lang opbevaringstid
En af de farligste radioisotoper er den gasformige og sundhedsfarlige Jod-131, der har en halveringstid på 8.17 dage. Den omdannes til en ufarlig inaktiv gasart - Xenon - indenfor en periode på ca. 6 mdr.
Det såkaldte højaktive affald består overvejende af radioisotoper med en halveringstid på ca. 30 år.
De dominerende radioisotoper i denne gruppe er
Cæsium-137,
Strontium-90, diverse
Samarium-isotoper og
Plutonium-isotoper.
Figuren stammer fra IAEA. Den viser aktiviteten at 1 tons højaktivt affald.
Læg mærke til at skalaen er logaritmisk inddelt - hvert trin opad eller henad på skalaen forøges med en faktor på 10.
På figuren ses at stråling fra Cæsium-137 - 137Cs og Strontium-90 - 90Sr dominerer de første 5-600 år.
Efter ca. 1000 år er det især transuraner, der er de dominerende strålingskilder, men nu med en megen beskeden størrelse.
Når aktiviteten når ned i en størrelsesorden, der svarer til bjergarters naturlige aktivitet er der ikke tale om egentlig affald mere.
Det er endvidere teknisk muligt at udskille en del af transuranerne, herved formindskes det højaktive affalds levetid. Det kunne være et politisk ønske at nedsætte deponeringstiden - eller det kunne være at man kunne finde anvendelser i fremtiden af disse stoffer.
Endelig kunne det være ønsket om at nedsætte radioaktiviteten ved at anvende transmutation - en metode, der forskes meget i øjeblikket. Transmutation kan foretages med stærk neutronstråling, men også med laserteknik.
En meget stor laser kaldet Vulcan befinder sig i Rutherford Appleton Laboratoriet i Oxfordshire. Her har man med succes forvandlet 129Jod, som har en halveringstid på 15.7 millioner år til 128Jod, som har halveringstiden 25 minutter. Ved at benytte guld i processen blev der frembragt en stærk gammastråling, der kunne slå en neutron uf af kernen.
Teknikken kan desuden i fremtiden benyttes i behandling af sygdomme som f.eks. kræft.
Kilde: New Scientist, 23.8.2003.
Se referencerne nederst.
Ved PUREX-processen (Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction) frasepareres uran og plutonium fra det brugte brændsel.
Efter nedlukning stilles de brugte brændselselementer til afkøling i et bassin med vand i ½ - 1 år, hvor den stærkeste korttids-radioaktivitet er klinget af. Opbevaringen sker oftest i vandbassiner i selve reaktorbygningen.
Efter ca. ½ års forløb er 90 % af den oprindelige radioaktivitet forsvundet. Det er nu muligt at transportere det brugte brændsel til en oparbejdningsfabrik - eller til et midlertidigt lager udenfor selve reaktorbygningen.
Transporten til oparbejdningsfabrikken sker i specielle beholdere, der del beskytter mod strålingen, dels er konstrueret til at kunne modstå alle kendte former for havarier.
På oparbejdningsfabrikken klippes elementerne først i stykker og opløses i stærk salpetersyre (HNO3). Herved dannes:
Uranylnitrat UO (NO3)2
Plutonium-4-nitrat Pu(NO3)4
Beklædningen fra brændselshylstrene opløses ikke af syren men fjernes fra opløsningen og opbevares særskilt.
Man udskiller uran og plutonium ved at ekstrahere opløsningen med et stof, der kaldes TBP (Tri-n-Butylphosfat - (C4H9O)3PO i ca. 70 % petroleum).
Stofferne går over i organisk form og kan skilles fra de øvrige stoffer i opløsningen. Det fraskilte plutonium og uran kan efter passende behandlinger anvendes til fabrikation af nyt brændsel.
Efter gentagne rensninger bl.a. ved ionbytning, er der i opløsningen tilbage den rest, der kaldes højaktive affald. Denne rest består hovedsagelig af:
Strontium-90 (90Sr)
Cæsium-137
Samarium
med en halveringstid på omkring 30 år.
Denne rest inddampes ved 500-800° C og iblandes derefter bor og kiesel. Efter inddampningen er de radioaktive affaldsprodukter omdannes til en glasagtig masse ved l000º-1200ºC - en slags borosilikatglas (pyrexglas).
Den stærkt radioaktive glasmasse udstøbes i cylindre af rustfrit stål, som må isoleres fra omgivelserne. Det kan ske bag tykke betonmure, hvor cylindrene skal stå til afkøling i 20-40 år inden temperaturen er nede på en tilstrækkelig lav værdi, at de kan slutdeponeres i undergrunden - evt. efter en omkrystallisation. Overfladetemperaturen må ikke overstige ca. 70 ºC, hvis de skal deponeres i saltformationer af hensyn til dannelse af krystalvand.
Hvis der ikke er politisk enighed om en eventuel slutdeponering kan man i stedet uden risiko fortsætte deponeringen i mellemlageret i eller under jordens overflade.
Radioaktiviteten og varmeudviklingen det højaktive affald halveres stort set efter 30 års forløb. Efter 100 års opbevaring er aktiviteten faldet til 10 % af udgangsværdien.
Efter 3-400 års forløb er aktiviteten faldet til den samme værdi som den malm havde, som uranen blev udvundet af i sin tid.
Efter 700 års forløb er aktiviteten faldet til samme værdi som den, jordens bjergarter har.
Det højaktive affald fra et års drift af et kernekraftværk på 1000 MWe vil i forglasset tilstand fylde ca. 3 m3. Den beskrevne proces kaldes PUREX-processen.
PUREX-metoden for reprocessing
Ved CIVEX-processen ledes plutonium sammen med så meget uran, at det kan anvendes til brændselsfabrikation, men ikke til f.eks. bombeformål.
Ved UREX (URanium EXtraction) - processen frasepareres uran fra det brugte brændsel, hvorved der spares plads ved opbevaringen af det brugte brændsel. Ved processen fjernes ca. 99.9% af uranet og mere end 95% af Technetiumindholdet.
Ved TRUEX (TRansuranic EXtraction) fjernes transuranerne fra det brugte brændsel.
DIAMEX (DIAMideEXtraction)
er et alternativ til TRUEX, en extractionsprocess ved hjælp af et organisk opløsningsmiddel.
Processen anvendes f.eks. i Frankrig.
SANEX (Selective ActiNNide EXraction)
fjerner visse actinider og lantanider i det brugte affald. NUEX separerer uran og derefter alle transuraner (herunder plutonium) sammen med fissionsprodukter. (USA). COEX adskiller uran og plutonium (og muligvis neptunium) sammen med andre mindre aktinider fra fissionsprodukterne. En variant af denne proces adskiller americium og curium fra fissionsprodukterne (Frankrig). GANEX adskiller uran og plutonium som i COEX, så adskiller de kortvarige og nogle lanthanider fra de kortlivede fissionsprodukter (Frankrig). SYNROC - en metode der omdanner affaldet på en keramisk form så det er egnet til slutdeponering.
Metoden beskrives nærmere i linket:
Hele verden over forskes i disse og andre metoder for deponering af affaldet. Den intensive forskning foregår ikke fordi man ikke kender en sikker deponeringsmetode, men har til formål at finde den bedste, enkleste og billigste metode.
Australien har tilbudt slutdeponering da de som storleverandør af uran mener sig forpligtiget hertil. Naturligvis til en passende betaling.
Også Rusland har vist interesse for at varetage slutdeponeringen for flere lande af forretningsmæssige hensyn. Da man her råder over enorme arealer, der kunne synes velegnede til formålet, ville det være en mulig løsning. I øjeblikket opbevares affaldet dog i de respektive lande, der driver a-kraftværker, hvilket ikke er en optimal løsning.
Nogle lande mener det er billigere at deponere det brugte brændsel uden oparbejdning - altså uden at skille uran og plutonium fra. Det gælder f.eks. Sverige.
Den løsning medfører ikke udgifter til oparbejdning, men stiller langt større krav til en egnet lokalitet for slutdeponering pga. mange af stofferne har meget lange halveringstider. Det gælder f.eks. plutonium, der har en halveringstid på 24.400 år.
Den svenske plan for deponering af det højaktive affald fra de svenske kernekraftværker er beskrevet i KBS 1 og KBS 2 rapporterne. Disse planer blev godkendt af den svenske kernekraftinspektion d. 27.3.1979 og d. 21.6.1979 tilsluttede den svenske regering sig denne godkendelse. Sverige var hermed det første land i verden, der havde løst problemerne med opbevaring af det højaktive affald. Planerne er siden blevet revideret på flere punkter.
Her skal det deponeres til affaldscylindrene har en tilstrækkelig lav temperatur. Cylindrene beklædes nu med et lag bly og en titanlegering. Denne legering opløses undergrunden med en hastighed, svarende til 1000 års holdbarhed.
Finlands løsning er meget lig den svenske. Brændslet skal indkapsles i
kobber og omgives af bentonit-ler og derefter placeres ca. 500 meter i urfjeldet.
De finske reaktorer kommer til at producere omkring 2500 ton under sin
livslængde. Brændslet opbevares indtil videre i vandfyldte bassiner ved selve værkerne. Her skal de ligge i ca. 40 år.
I januar år 2000 sagde Eurajoki kommune ja til at opbevare det i Olkiluoto. Regering og rigsdagen har siden bekræftet beslutningen.
I Tyskland har man over 7000 ton brugt brændsel. Ca. 6000 t er oparbejdet. Resten lagres i bassiner ved kernekraftværkerne eller i centrale mellemlagre.
Det findes 3 centrale anlæg hvor det brugte kernebrændsel kan mellemlagres i 40 år.
2 af dem, Ahaus og Gorleben, er tørre mellemlagre som også tager imod forglasset affald fra oparbejdning. Kernekraftværket i Obrigheim har eget mellemlager for brugt brændsel.
Salthorsten i Gorleben er tænkt som slutdeponering.
Andre løsninger undersøges.
Frankrig har et oparbejdningsanlæg i La Hague, hvor der er behandlet mere end 10 000 tons kernebrændsel. Her behandles ikke blot fra egen produktion, men også fra Japan, Belgien, Tyskland, Holland og Schweiz.
I Storbritannien findes et oparbejdningsanlæg på Sellafield, det gamle Windscale, nær ved det første kommercielle atomkraftværk - Calder Hall. Det har ofte ført til forvekslinger, idet mange har ment, at Windscale/Seascale og Calder Hall var det samme anlæg. Den gamle militære produktionsreaktor blev nedlagt i 1981. Den producerede plutonium af våbenkvalitet, men ikke elektricitet.
Sellefields udledninger til det Irske Hav har ofte givet anledninger til bekymring og kritik, men de samlede udledninger har været beskedne. SIXEP (Site Ion Exchange Plant) er en ionbytningsproces, der tilbageholder en række radioisotoper, bl.a. cæsium og strontium. Udledningerne af radioisotoper har normalt ligget langt under de tilladte værdier.
I USA har man for nylig vedtaget at slutdeponering af radioaktivt affald fra den civile og militære aktivitet skal ske i et område i Nevada, Yucca Mountain - en beslutning derf blev omgjort under den seneste valgkamp, hvor præsident Obama lovede at skrotte projektet. Det har medført krav fra atomkraftindustrien om tilbagebetaling af indbetalte beløb.
Et par filmklip fra Yuacca-arbejdet kan ses på siden:
Klik for filmklip m.v.
Da der er tale om forholdsvis små mængder kan det synes uhensigtsmæssigt at hvert land - næsten uanset størrelsen, selv skal bekoste ressourcer og faciliteter på slutdeponering. Der kunne spares meget hvis man enedes om en fælles deponering af i hvert fald den højaktive del, der har været gennem en reprocessing-proces.
Til top
Metoder til slutdeponering.
Nogle enkelte landes løsninger.
Der er peget på en række sikre og brugbare løsninger.
Slutdeponering i en geologisk stabil formation
Slutdeponering i en stabil salthorst
Dumpning på et udvalgt område i dybhavet.
En fælles losseplads i havet vil kun okkupere ganske få km2.
Evt. i nærheden af et sted, hvor en kontinentalplade skubbes ind under en anden.
Affaldet vil have meget begrænset effekt på evt. liv. Få m. vandlag stopper enhver form for stråling.
Deponering ca. 600 år bag en betonbunkers nær overfalden vil være en sikker løsning. Udenfor en 1.5 - 2 m betonmur vil den største stråling stamme fra betonen selv.
Ved at vælge en sådan løsning vil man have mulighed for at viderebehandle materialet, hvis andre og bedre løsninger viser sig i fremtiden.
Transmutering er en teknik, hvor man forvandler grundstoffer ved bestråling. Denne teknik kræver at man kan adskille de enkelte isotoper. Behandlingen skal ske i specielle reaktorer, men har ingen interesse i øjeblikket.
At sende affaldet til Solen med raket har været foreslået, men må nok betegnes som en ren science fiction eller som tegneserieløsninger.
Enkeltheder om de politiske beslutninger:
Affaldsbehandling for brugt brændsel fra atomkraftværker.
Land
Politik / metode
Faciliteter og skridt i retning mod en endelig deponering.
Belgien
Reprocessing
Central affaldslager i Dessel.
Underjordisk laboratorium etableret 1984 ved Mol.
Konstruktion af slutlager begynder ca. 2035.
Canada
Direkte deponering
Dybtliggende geologisk og genfindeligt deponeringssted.
Egnet lokalitet søges fra 2009, er planlagt til brug fra år 2025.
Kina
Reprocessing
Central lager i LanZhou.
Egnet sted udvælges og gøæres klar i 2020.
Underjordisk forskningslaboratorium klar i 2020, deponering fra 2050.
Finland
Direkte deponering
Program start 1983, to lagerenheder for brugt brændsel i brug.
Posiva Oy oprettet 1995 for at gennemføre en dyb geologisk deponering
Affaldslager under konstruktion nær Olkiluoto, åbner i 2020.
Frankrig
Reprocessing
Underjordisk laboratorie i ler og granit.
Parlamentarisk bekræftelse i 2006 af dyb geologisk deponering.
Bure er det sandsynlige sted for deponering med licens i 2015 og i drift 2025.
Tyskland
Reprocessing, men arbejder mod direkte deponering
Planlægning af opbevaringssteder startede 1973.
Brugt brændsel er oplagret ved Ahaus og Gorleben saltformation.
Geologiske deponeringssted kan være operationelt i Gorleben efter 2025.
Indien
Reprocessing
Forskning om dyb geologisk deponering.
Japan
Reprocessing
Højaktivt affaldsdeponering ved Rokkasho siden 1995
Højaktivt affaldsdeponering ved et lager ved Mutsu godkendt fra 2010.
NUMO oprettet 2000, udvælgelse af sted for dybtliggende geologisk deponering med start i 2025, i drift fra 2035.
Rusland
Reprocessing
Arealer til slutdeponeringsanlæg undersøges på Kola-halvøen
Forskellige lagerfaciliteter i drift.
Syd Korea
Direkte deponering
Affaldsprogram godkendt 1998
Et centralt mellemlager planlagt fra 2016.
Spanien
Direkte deponering
ENRESA estableret 1984, dens plan accepteret i 1999.
Central mellemlager ved Trillo fra 2010.
Forskning i dyb geologisk deponering - beslutning tages efter 2010.
Sverige
Direkte deponering
Central brændsels deponerings facilitet - CLAB - i operation siden 1985.
Underjordisk forskningslaboratorie ved Aspo.
Valg af deponeringssted i to lokaliteter - med positiv respons fra beboerne.
Schweitz
Reprocessing
Central mellemlager i Zwilag siden 2001.
Central lager for lav og mellemaktivt affald i drift siden 1993.
Undergrunds forskningslaboratorium for højaktivt affald skal være færdig i 2020.
Storbritannien
Reprocessing
Lavaktivt affaldsdeponering i drift siden 1959.
Højaktivt, forglasset affald opbevares i Sellafield.
Deponeringssted besluttes på baggrund af en politisk aftale.
Ny datterselskab arbejder på at finde en geologisk deponering.
USA
Direkte deponering - men revurdering
DoE er ansvarlig for brugt brændsel siden 1998.
Forskning i deponering i Yucca Mountain, Nevada
2002 besluttedes at den geologiske deponeringssted skulle ske i Yucca Mountain.
I 2009 omgjorde Obama denne beslutning.
Med de mange muligheder for en faglig sikker deponering af radioaktivet affald må det konkluderes, at det største problem er af politisk og ikke geologisk art.Til top
Undersøgelser.
OECD skønnede i 1977 udfra en undersøgelse, at man på den tid havde udviklet tilfredsstilende teknologier til at håndtere affaldet fra kernekraftværker.
Man var bevidst om at der var et politisk problem i de enkelte lande.
En dansk undersøgelse af Mors-salthorstens geologi viste, at den var velegnet som slutdeponering af højaktivt affald ifølge en international geolog Richter-Bernburg.. I medierne blev der sået tvivl om horstens anvendelighed. En af årsagerne kunne være, at der gik politik i vurderingen af sagen. Når man nævner muligheden for dannelse af krystalvand ved temperaturer over 70 ºC er det imidlertid kun aktuelt hvis man slutdeponerer efter ca. 20 år - venter man den dobbelte tid er temperaturen faldet så meget, at der ingen problemer er med dannelse af krystalvand i saltet, der kunne fremskynde en korrosion af indpakningen.
I Amerika har bl.a. prof. Bernard L. Cohen fra Pittsburg universitet har undersøgt problemerne med deponering af det højaktive affald. I en artikel i Scientific American nr. 6, juni 1977. Professor Cohen har prøver fra boringer fra alle lokaliteter i USA, der skal indsendes til Pittsburgs Universitet.
Cohen går i sine beregninger ud fra 60 tilfældigt udvalgte deponeringssteder, hvor affaldet tænkes opbevaret i 600 m dybde i pulveriseret tilstand uden nogen form for indkapsling eller udpegning af egnede formationer.
Cohens undersøgelser viser, at der er overordentligt ringe sandsynlighed for, at affaldet ville kunne komme til at påvirke vort miljø i påviselig grad ud i fremtiden. Undersøgelserne viser, at affaldet fra kulfyrede kraftværker vil give samme risiko for forurening af radioaktivt materiale, hvis det deponeredes i samme dybde, 600 m nede i jorden.
Cohen har sammenlignet giftigheden af det højaktive affald med andre giftige forbindelser, der anvendes i den amerikanske industri, f.eks. til bekæmpelse af ukrudt og skadedyr. Se i kildehenvisningerne nederst.
Sammenligning mellem giftigheder
Giftighed med fødemidlerne:
Dødelige doser
Arsenik
10 mia.
Barium
900 mia.
Højaktivt affald efter 10 år
50 mia.
Højaktivt affald efter 100 år
0.001 mia.
Dødelige doser v. indånding:
Chlor
500.000 mia.
Ammoniak
4.000 mia.
Fosforforbindelser
20.000 mia.
Cyanbrinte
4.000 mia.
Højaktivt affald efter 10 år
200 mia.
Højaktivt affald efter 100 år
0.001 mia.
Ifølge denne undersøgelse ville det ikke være noget større teknisk og geologisk problem at finde mange egnede steder til slutdeponering for radioaktivt affald.
Mange har den opfattelse, at man ingen praktiske erfaringer har med deponering af radioaktivt affald. Det er faktisk ikke korrekt. Man har kendskab til 2 mia. års deponering!
I en uranmine i Oklo i Gabon fandt man uran med et lidt lavere U-235 indhold end normalt. Det drejede sig om ca. ½ promille. Nærmere undersøgelser viste, at naturen for ca. 2 mia. år siden skabte 17 atomreaktorer. På den tid var U-235 indholdet i uran ca. 4 % - samme mængde som den berigede brændsel i moderne letvandsreaktorer. Det skyldes at U-235 har noget kortere halveringstid end U-238 - ca. 700 mio. år mod U-238 på ca. 4.5 mia. år.
I det omtalte område var de geologiske forhold således, at der i sandlagene var hulrum, der kunne samle vand, der virkede som moderator - betingelserne for at en kædeproces kunne forløbe var tilstede.
De store temperaturforskelle ved de naturlige reaktorer fik vandet til at cirkulere og skabe grundlag for en ret omfattende energiproduktion.
De naturlige reaktorer virkede i en periode på op til 800.000 år med en samlet beregnet energiproduktion på 150.000 GMh svarende til ca. 8 gange det årlige danske forbrug.
Det mest interessante er at studere, hvorledes spaltningsprodukterne har opført sig i løbet af de ca. 2 mia. år. Kort fortalt har de dannede radionukleider ikke flyttet sig nævneværdigt fra stedet, hvor de blev dannet.
Den samlede affaldsmængde er beregnet til at være ca. som 10 års drift af Barsebäck.
Atomenergi erstatter som regel kuldrift, hvilket nedsætter mængderne af affald. Det vil være nærliggende at sammenligne med de miljømæssige konsekvenser ved at udskifte kun med uran.
Mængderne af affald for atomenergi er nævnt ovenfor, i tabellen nedenfor vises tal for kulafbrændigen.
I følge tyske undersøgelser belaster kulfyrede kraftværker og atomkraftværker omgivelser med samme mængde radioaktivitet målt i Bq/kWh, men den biologiske effekt er ca. 100 kange større for det kulfyrede kraftværk. Det skyldes at atomkraftværker kun udleder små mængder inaktive gasarter, der ikke optages i den menneskelige organisme, hvorimod kullene forurener med radioaktive partikler.
Sammenligningen gælder naturligvis kun for værker i normal drift, konsekvenser for uheld er nævnt andet sted.
Handelsministeriet oplyste i 70-erne, hvor store mængder miljøfremmede stoffer, som blev efterlaft ved forbrænding af de 8-10 mio. t kul, der blev anvendt årligt.
Tallene var et led i en oplysningskampagne i forbindelse med dislussionen om Danmark skulle indføre atomenergi.
Tallene skal tages med det forbehold, at der er forskel på kul, desuden er der sket en udvikling i retning af bedre rensning af røgen, men det samlede indhold af miljøfremmede stoffer er uændret.
Omkring 15% af kulmængden ender som slagge eller aske. Tabellen viser de omtrentlige affaldsmængder, der blev efterladt efter forbrænding af 7 mio. t kul, som årligt blev anvendt her i landet i 1979/80.
Tungmetaller o.a. miljøgifte fra forbrænding af 7 mio. t kul.
Miljøgifte
Ialt kg i aske/slagge
Kg udslip gennem skorsten
Arsenik *)
100.000
1.400
Cadmium *)
37.000
350
Bly
100.000
4.000
Kviksølv
7.000
6.000
Vanadium *) **)
700.000
7.000
Zink
1.400.000
25.000
Uran
70.000
14.000
Thorium
70.000
-
Selen
50.000
8.000
Chrom *)
140.000
Nikkel
1.600.000
-
Ialt tons
-
Flyveaske
ca. 1 mio
Slagger
ca. 600.000
Svæveaske
ca. 10.000
Kuldioxid - CO2
ca. 30.000.000
Kvælstofilter, NOx *)
ca. 100.000
Svovldioxid, SO2 *)
ca. 500.000
Benzpyren *)
?
Dioxiner *), **)
?
*) cancerogent stof **) mutagent stof
Kilde: Handelsministeriets 1976, Hessner rapporten..
De store mængder af de radioaktive stoffer, Uran og Thorium, er overraskende, de vil i virkeligheden kunne drive et mindre atomkraftværk i ca. 1 år.
Det ender nu som affald, der hovedsageligt deponeres som underlag i vort vejsystem. I Kina udføres forsøg med at udvinde uranet fra kulaske med det formål at anvende det som brændsel i deres a-kraftværker.
Kvælstofilter er ubehagelige miljøgifte, der omdannes i atmosfæren til salpetersyre og -syrling, der giver sur regn.
Cadmium er et stærkt miljøbelastende stof, som kan medføre mange alvorlige lidelser.
Vanadium er et stof der mistænkes for at have en væksthæmmende effekt på plantevækst.
Til bund 
Til hovedside
Højaktivt affald er et af de meget omdiskuterede emner ved a-kraft. Der er tale om flere typer af affald:
Australien har tilbudt slutdeponering da de som storleverandør af uran mener sig forpligtiget hertil. Naturligvis til en passende betaling. 
Til top