Hlubinné úložiště slouží pro trvalé ukládání radioaktivního odpadu (RO) bezpečně a dostatečně hluboko pod zemský povrch, mimo dosah běžného života. Je zároveň i místem, kde palivo pro jaderné elektrárny zakončuje svůj palivový cyklus.
Problematika radioaktivního odpadu Mnohé oblasti lidské činnosti, zejména ty spojené s jadernou energetikou, produkují RO různých tříd. Patří sem ale i např. zdravotnictví a různé výzkumné a vzdělávací instituce, které se zbavují použitých kontaminovaných přístrojů, oděvů apod. Nejnebezpečnější typ produkovaného odpadu je vysoce aktivní odpad. Ten tvoří asi 3 % hmotnosti veškerého vyprodukovaného radioaktivního odpadu a jedná se zejména o použité (vyhořelé) jaderné palivo, které se stalo radioaktivní vlivem intenzivního ozařování neutrony v jaderném reaktoru. Dále do něj spadají například radioaktivní zbytky produkované při přepracování jaderného paliva. Tento odpad je nutné oddělit od životního prostředí na dobu tak dlouhou, dokud neklesne jeho nebezpečnost na přijatelnou míru. V České republice se takovýchto odpadů vyprodukuje ročně zhruba 100 tun. Vyhořelé palivo lze sice do jisté míry přepracovat a znovu použít pro produkci energie. I při tomto přepracování ale vznikají radioaktivní látky, kterých je nutné se zbavit.
Radioaktivní izotopy se samovolně přeměňují na izotopy jiné. Tyto přeměny jsou doprovázeny produkcí tepla a dále vyzařováním částic (ionizujícím zářením) různých typů. V případě vysoce aktivního odpadu je těchto částic produkováno velmi velké množství, které může být pro člověka smrtelné. V průběhu času míra produkce tepla a vyzařování částic postupně klesá. Cílem je odpad uskladnit mimo lidský dosah na tak dlouhou dobu, aby přestal být životu nebezpečný.
Problémem je, že, jak je vidět na obrázku 1, nebezpečné radionuklidy některých izotopů vyzařující částice alfa, jako americium, plutonium či neptunium, se přeměňují velice dlouho, řádově stovky tisíců až miliony let. Bohužel zatím neexistuje způsob, jak tento proces zastavit. Nejen z tohoto důvodu se jako ekonomicky i technicky vhodná varianta pro likvidaci paliva zatím jeví použít hlubinné úložiště, kde lze odpad bezpečně na dlouhou dobu izolovat od životního prostředí. Nutno dodat že do hlubinného úložiště je možné ukládat i RO nižších kategorií (středně a nízkoaktivní), pro které jsou běžně provozována standardní úložiště RO po celém světě (v ČR úložiště Richard, Bratrství a Dukovany).
Míra nebezpečnosti vyhořelého jaderného paliva Aktivita [Bq] (Becquerel) není dostatečně vypovídající údaj o nebezpečnosti vyhořelého paliva, protože nezohledňuje typ vyzařovaných částic. Ty se totiž mezi sebou významně liší mírou biologického působení na člověka. Rozhodujícím parametrem je ekvivalentní dávka [Sv] (sievert), kterou lidské tělo obdrží při expozici vůči ionizujícímu záření. Ta se odvíjí od prostředí, vzdálenosti od paliva, typu absorbující tkáně, druhu částic, dávkového výkonu paliva a mnoha dalších parametrů.
Podle Eschbacha B. et al. je obdržená efektivní dávka u paliva po 3,7 letech od vyvezení z reaktoru průměrně 32,2 Sv za hodinu. Po 30 letech od vyjmutí z reaktoru pak průměrně 5,8 Sv za hodinu (údaje stanoveny ve vzdálenosti 1 metr od středu standardního palivového souboru užívajícího oxidické palivo, z tlakovodního reaktoru typu PWR, v jednom souboru 15x15 palivových proutků). Podle oficiálních údajů ohledně rozměrů palivových souborů v elektrárnách Dukovany (EDU) a Temelín (ETE), lze orientačně určit, že palivový soubor ve vzdálenosti 1 metr vyzařuje po 30 letech vyjmutí z reaktoru efektivní dávkou zhruba 9 Sv za hodinu u ETE a 3 Sv za hodinu u EDU.
Tyto orientační hodnoty lze porovnat s průměrnými ročními hodnotami ozáření. Průměrné roční ozáření běžného člověka (od radiace z přírodního pozadí) v České republice je podle Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) asi 0,0035 Sv. Roční limit pro radiační pracovníky je 0,020 Sv. Odtud je zřejmé, že palivo i po 30 letech od vyvezení z reaktoru vyzařuje značnou mírou a přípustné roční limity tak překoná v řádu sekund. To není ale jediný problém. I poté, co aktivita paliva poklesne na přijatelnou hodnotu, obsahuje radionuklidy, které jsou nebezpečné zejména po kontaminaci pitné vody, či podzemních pramenů.
Uložené palivo musí proto být zakonzervováno tak, aby bariéry uvnitř hlubinného úložiště sloužily nejen jako radiační stínění, ale i jako doslovné překážky proti kontaktu odpadu s podzemní vodou. Proto existují povolené vyzařované dávky i limity. Například Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) v roce 1994 vydala v platnost zákon, že po 10 000 letech v provozu nesmí celé úložiště vyzařovat do blízkého okolí více než 150 μSv (0,000 15 Sv) ročně.
Skladování vyhořelého paliva v ČR Bezpečné izolování a skladování vysoce aktivního odpadu již ve světě běžně probíhá. Například palivo z ETE a EDU je po vyjmutí z bazénu skladování vyhořelého paliva uloženo do obalových souborů CASTOR, které mají dostatečně silné litinové stěny téměř dokonale stínící záření z paliva. Zároveň tvoří palivu hermetický obal a mechanickou ochranu. Tyto kontejnery jsou uloženy v meziskladu vyhořelého paliva, kde jsou chlazeny okolním vzduchem (obrázek 2). Jejich životnost je projektována na 60 let.
Princip hlubinného úložiště dle SÚRAO Koncepty hlubinných úložišť připravované různými státy světa se mezi sebou moc neliší. V České republice se celou problematikou skladování RO zabývá Správa úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO). Úložiště musí zajistit oddělení paliva od životního prostředí řádově až na stovky tisíců let. Zahájení výstavby Českého hlubinného úložiště je předem odhadováno na rok 2050 a zahájení provozu na rok 2065.
Přebalení paliva do nových obalových souborů Po uplynutí životnosti obalových souborů CASTOR je nutné palivo přeložit do nových obalů. Palivové proutky se uloží do ukládacího obalového souboru z korozivzdorné oceli a tento vnitřní soubor se uloží do obalu z uhlíkové oceli. Proutky jsou uloženy ve dvoj-obalovém systému. Vnější obal musí být navržen tak, aby i po korozi, probíhající desetitisíce let, zajistil mechanickou stabilitu. Vnitřní obal musí zajišťovat mechanickou stabilitu i po zkorodování obalu vnějšího. Takto vzniklý nový ukládací obalový soubor je obalen bentonitem, který ho chrání před kontaktem s vodou, a teprve tak je uložen v hlubinném úložišti. Soubor je na obrázku 3.
Vzhled úložiště Na obrázku 4 je koncept hlubinného úložiště od SÚRAO. Zařízení tvoří povrchový areál a podzemní prostory.
Povrchový areál slouží pro manipulaci s přivezenými kontejnery CASTOR. Tvoří ho plochy pro manipulaci s vytěženou horninou, administrativní budovy, zařízení zajišťující dodávku elektrické energie pro důlní práce a větrání úložiště. Jsou zde též dílny pro servis důlních zařízení a plochy železniční vlečky. Celková rozloha povrchového areálu se aktuálně odhaduje na 10-15 hektarů, ale výsledná velikost bude záviset na možnostech vybrané lokality a výsledném koncepčním řešení před výstavbou.
Podzemní ukládací prostory jsou propojeny s povrchovým areálem pomocí přístupových tunelů a větrací šachty. Tím je oddělena cesta pro dopravu ukládacích obalových souborů od cest sloužících pro přepravu materiálu (vytěženého kvůli vyhotovení ukládacích prostorů) a přístupu pracovníků do podzemí. Hlavní část úložiště tvoří ukládací prostory, tj. jednotlivé vrty, které se budou nacházet v hloubce zhruba 500 metrů pod povrchem. Tyto vrty budou vyhotovovány postupně během provozu úložiště, na základě poptávky po ukládání paliva. Konkrétní hloubka a finální způsob ukládání budou také přizpůsobeny konečné vybrané lokalitě a technologickým možnostem v době výstavby. Celková doba aktivního ukládání paliva v úložišti (provozu úložiště) se odhaduje na 100 let. Jeho kapacita by měla stačit na cca 10 000 tun vyhořelého paliva. náhled|293x293pixelů|Obrázek 4 - Model hlubinného úložiště od SÚRAO
Financování a výběr lokality Pro výběr finančních prostředků (nejen) pro hlubinné úložiště slouží v ČR tzv. jaderný účet zřízený u České národní banky, na který ročně přichází více než miliarda Kč od provozovatele jaderných elektráren v ČR – ČEZ a.s. a od dalších společností produkujících RO. Je totiž prosazována zásada, že „původce platí“. Náklady na přípravu, výstavbu, provoz a uzavření českého hlubinného úložiště jsou momentálně vyčísleny na cca 130 miliard Kč.
Výběr vhodné lokality je dlouhodobý proces, na kterém se podílí jak odborníci napříč relevantními obory, tak i zástupci veřejnosti. Vybrané lokality musí splňovat zejména požadavky na vhodné geologické charakteristiky, jakými jsou například vzdálenost od seismicky aktivních zlomů, geochemické a hydrogeologické poměry, dlouhodobá stabilita a kritéria související se zákonem o ochraně přírody. Výslednému výběru lokalit předchází rozsáhlý výzkum a sběr dat ve snaze co nejpodrobněji popsat místní podmínky a jejich predikci do budoucna. Výsledkem potom jsou mj. i 3D modely horninového podloží dané lokality.
Od 21. prosince 2020 jsou v aktuálním výběru lokalit pro hlubinné úložiště v ČR čtyři oblasti. Těmi jsou Březový potok (Pačejov, Chanovice – Plzeňský kraj), Horka (Budišov, Oslavička – Kraj Vysočina), Hrádek (Nový Rychnov, Rohozná – Kraj Vysočina) a Janoch (Temelín, Hluboká nad Vltavou, Dříteň, Olešník – Jihočeský kraj)
Stav hlubinných úložišť ve světě Stejně jako Česká republika, tak i další státy, které produkují elektrickou energii za pomoci jaderných elektráren, mají ve svém zájmu zkoumat a připravovat projekty pro vlastní hlubinná úložiště. V roce 2022 bylo nejblíže realizaci Finsko, které své úložiště již dokončuje. Aktuálně patří společně se Švédskem mezi jediné dva státy na světě, které mají licenci pro zahájení provozu vlastního hlubinného úložiště. +StátOrganizaceStav k 11/2022Oficiální webČeská republikaSÚRAOProbíhá výběr lokality ze 4 možnostíhttps://www.surao.cz/ČínaCNNCProbíhá výběr lokality a stavba podzemní laboratořehttps://en.cnnc.com.cn/FinskoPosivaDokončování stavby hlubinného úložištěhttps://www.posiva.fi/en/FrancieANDRAPodávání licence pro výstavbu naplánováno na rok 2022https://international.andra.fr/ChorvatskoVýběr lokality výhledově kolem roku 2050, spoluvlastnictví se Slovinskemhttps://www.arao.si/index.php/en/IndieAECProbíhá výběr lokalityhttps://dae.gov.in/node/394 ItálieSOGINPředběžný výběr lokalityhttps://www.sogin.it/enJaponskoNUMOProbíhá výběr lokalityhttps://www.numo.or.jp/en/Jižní AfrikaNRWDIRozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://www.nrwdi.org.za/Jižní KoreaKORADRozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://www.korad.or.kr/korad-eng/html.do?menu_idx=2KanadaNWMOProbíhá výběr lokalityhttps://www.nwmo.ca/MaďarskoPURAMProbíhá výběr lokalityhttp://www.oah.hu/web/v3/HAEAportal.nsf/web?OpenAgentNěmeckoBGEProbíhá výběr lokalityhttps://www.bge.de/en/NizozemskoCOVRARozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://www.covra.nl/en/RumunskoANDRPředběžný výběr lokalityhttp://andr.ro/en/home/RuskoNO RAOLokalita vybrána, probíhá výstavba podzemní laboratořehttps://www.norao.ru/en/SlovenskoJAVYSProbíhá výběr lokalityhttps://www.javys.sk/sk/SlovinskoARAOVýběr lokality výhledově kolem roku 2050, spoluvlastnictví s Chorvatskemhttps://www.arao.si/index.php/en/Spojené státyDOERozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://www.energy.gov/ne/spent-fuel-and-waste-dispositionŠpanělskoENRESARozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://www.enresa.es/eng/ŠvédskoSKBLicence o výstavbě úložiště přijata v roce 2022, zahájení výstavby předběžně 2025https://www.skb.com/ŠvýcarskoNAGRAProbíhá výběr lokalityhttps://nagra.ch/en/mission/TaiwanINERPředběžný výběr lokalityhttps://en.iner.gov.tw/UkrajinaSAUEZMRozhodnuto o budoucí výstavbě hlubinného úložištěhttps://dazv.gov.ua/enVelká BritánieRWMProbíhá výběr lokalityhttps://www.gov.uk/guidance/radioactive-waste-management-rwm-about-us
Finsko – Onkalo