Clasificarea deseurilor radioactive

Clasificarea deseurilor radioactive

Aspecte generale asupra clasificarii deseurilor radioactive

In acord cu ultimele recomandari ale IAEA clasificarea deseurilor radioactive trebuie sa se bazeze pe cerintele pentru depozitarea in siguranta.

Clasificarea deseurilor radioactive este un factor important in selectarea celei mai eficiente metode de tratare si conditionare a acestora si se bazeaza pe forma fizica a deseului, pe proprietatile fizice, chimice si biologice, compozitia si nivelul de radioactivitate.

Deseurile radioactive pot fi clasificate in diferite moduri, in functie de sursa de provenienta, forma (solida, lichida sau gazoasa), nivelele de radioactivitate, cantitatea de radionuclizi de viata scurta si a celor de viata lunga, cerinte de depozitare sau toxicitate.

O clasificare a deseurilor radioactive se poate face dupa starea de agregare si tehnologia utilizata la tratarea acestor deseuri. In functie de starea de agregare deseurile radioactive se clasifica in solide, lichide si gazoase. In functie de modul de tratare deseurile radioactive solide se clasifica in:

Toate aceste deseuri trebuie manipulate, uscate (daca este nevoie) si depozitate temporar in forma neconditionata pe o perioada de timp limitata in conditii de securitate nucleara pentru a permite radioizotopilor de viata scurta sa se dezintegreze, disparind in felul acesta din sistem, astfel incat sa se asigure protectia personalului si a populatiei fara a aduce prejudicii mediului inconjurator,. Apoi aceste deseuri trebuie tratate si/sau conditionate in matrici care sa nu permita pierderea de radionuclizi in mediu, iar apoi transportate catre depozitul final.

Toate aceste operatii constituie de fapt managementul deseurilor radioactive. Scopul principal al managementului deseurilor radioactive consta in asigurarea depozitarii finale a deseurilor solide in conditii de securitate nucleara, fara sa fie afectata populatia actuala sau generatiile viitoare si nici mediul ambiant.

In cadrul programului sau RADWASS, IAEA a publicat un ghid de securitate (Safety Series No. 111-G-1.1), intitulat 'Clasificarea deseurilor radioactive', ce revizuieste si imbunatateste publicatiile anterioare. IAEA defineste termenul 'clasificare' ca o abordare care este utilizata, in principal cand cantitatea de elemente considerate este mare, pentru a usura managementul elementelor prin reducerea numarului lor. Clasificarea se realizeaza prin selectarea principalelor caracteristici (criterii) si prin structurarea acestor criterii.

Un sistem ideal de clasificare al deseurilor radioactive ar trebui sa tina cont, dar asta nu inseamna ca se limiteaza doar aici, de obiectivele listate in continuare:

Sa acopere toate tipurile de deseuri radioactive;

Sa se adreseze tuturor etapelor procesului de management al deseurilor radioactive;

Clasele de deseuri sa fie in stransa legatura cu potentialul risc asociat;

Sa fie flexibil pentru a servi nevoilor specifice;

Sa modifice terminologiile deja acceptate cat mai putin posibil;

Sa fie simplu si usor de inteles;

Sa fie universal aplicat.

Sistemele de clasificare a deseurilor radioactive se pot baza pe criterii cantitative sau calitative sau o combinatie a lor. Exemple de criterii calitative poate fi originea deseurilor (adica provenite de la reactor sau fabrica de reprocesare) si forma fizica (solide, lichide, gazoase). Exemple de criterii cantitative sunt debitele de doza la perete si concentratiile radioactive.

Exista numerosi parametrii sau proprietati care pot fi utilizate la clasificarea deseurilor radioactive, unele din acestea fiind listate mai jos:

In publicatiile anterioare IAEA a propus un sistem de clasificare a deseurilor radioactive ce se bazeaza pe 3 clase (categorii) de deseuri numite: Deseuri Inalt Active (High Level Waste), Deseuri Mediu Active (Intermediate Level Waste) si Deseuri Slab Active (Low Level Waste). Definitiile celor 3 categorii de deseuri sunt date mai jos.

High Level Waste

i) Deseuri lichide inalt active, continand in principal produsi de fisiune, cum ar fi actinide, care se separa prin reprocesare chimica a combustibilului iradiat (deseuri apoase de la primul ciclu de extractie cu solventi)

ii) Orice alte deseuri cu nivelul de radioactivitate destul de intens pentru a genera cantitati importante de caldura prin dezintegrare radioactiva

iii) Combustibilul ars din reactor, daca este declarat deseu.

Intermediate Level Waste: Deseuri care necesita protectie datorita continutului sau de radionuclizi, iar din punct de vedere al caldurii disipate trebuie luate masuri in timpul manevrarii si transportului.

Low Level Waste: Deseuri care, datorita continutului scazut de radionuclizi, nu necesita protectie in timpul manevrarii si transportului.

In cadrul deseurilor slab si mediu active, IAEA face deosebire intre deseurile de viata scurta si cele de viata lunga, la fel si pentru deseurile emitatoare a. Termenul de deseuri de viata scurta se refera la deseurile radioactive care se vor dezintegra la un nivel de activitate care este considerat a fi destul de scazut din punct de vedere radiologic, pentru o perioada de timp in care controlul administrativ se considera incheiat. Deseurile de viata lunga sunt deseurile radioactive care nu se vor dezintegra la un nivel de activitate acceptabil, in timpul cat controlul administrativ poate fi considerat incheiat. Deseurile emitatoare alfa sunt deseurile radioactive ce contin unul sau mai multi radionuclizi emitatori a, de obicei actinide, in cantitati peste limitele acceptate stabilite prin reglementari nationale.

Acest sistem de clasificare s-a dovedit a fi util pentru scopuri generale, desi nu prevede limitari. In primul rind, sistemul de clasificare nu abordeaza probema securitatii privind managementul deseurilor radioactive, in special depozitarea. In plus, multe tari utilizeaza definitii diferite pentru deseurile radioactive, in functie de programele lor nationale. Alte tari clasifica deseurile radioactive in functie de facilitatile care genereaza aceste deseuri sau de procesele care le genereaza. In plus, sistemul nu are limite cantitative intre clase si recunoasterea unei clase de deseuri care contine atit de putine materiale radioactive astfel incit nu pot fi considerate ca "radioactive", si in consecinta poate fi scutita de la control ca fiind deseuri radioactive. In cele din urma, sistemul nu recunoaste deseurile provenite din extragerea si prelucrarea minereului de uraniu, ce contine mici cantitati de radionuclizi naturali dispersati in volumul mare de material.

Referindu-se la aceste limitari si pentru a imbunatati comunicarea, IAEA a propus un sistem de clasificare modificat bazat pe 3 clase majore de deseuri. Acestea sunt:

Deseuri ce contin o concentratie atat de mica de radionuclizi astfel incat acestea pot fi exceptate de la controlul nuclear, avind un risc radiologic asociat neglijabil.

Deseuri ce contin o asemenea cantitate de material radioactiv ca necesita protectia lucratorilor si a publicului, fie pentru perioade scurte sau lungi de timp. Aceasta clasa acopera un domeniu foarte larg de deseuri radioactive, de la cele amintite mai sus, ce nu necesita protectie pana la deseurile radioactive ce contin un asemenea nivel de radioactivitate astfel incat necesita protectie si posibil, racire. Pentru asemenea deseuri pot fi presupuse diverse metode de stocare si depozitare.

Deseuri ce contin un asemenea nivel de material radioactiv ca necesita un inalt grad de izolare geologica fata de biosfera pentru perioade lungi de timp. Asemenea deseuri necesita, in mod normal, racire si protectie.

Desi principiile primelor sisteme de clasificare au fost retinute, totusi noul sistem de clasificare a fost structurat astfel incit sa tina cont de problema depozitarii in siguranta. Experienta din industria nucleara mondiala a permis IAEA sa sugereze limitele cantitative dintre categoriile pentru deseurile radioactive solide, care sunt generate sau sunt rezultate in urma tratarii si conditionarii deseurilor radioactive lichide si gazoase in vederea transportarii, stocarii sau depozitarii acestora. Mai multe detalii privind aceste limite cantitative pot fi dezvoltate in functie de necesitati si programe nationale.

Noul sistem de clasificare se bazeaza pe figura 3.1. Principalele clase de deseuri includ deseuri exceptate, deseuri slab si mediu active, care cuprinde deseuri de viata scurta si viata lunga si deseuri inalt active.

Considerind figura 3.1. pe ordonata, nivelele da radioactivitate variaza de la concentratii neglijabile la concentratii foarte ridicate de radionuclizi. Pe masura ce concentratia de radionuclizi creste si necesitatea de a izola deseurile fata de biosfera creste; optiunile de depozitare pot varia de la metode simple si conventionale pina la izolare geologica. In plus, exista o nevoie tot mai mare de a considera ecranarea contra radiatiilor si generarea de caldura datorita dezintegrarii radioactive.

Considerind in figura 3.1. pe abscisa, perioadele de dezintegrare variaza de la timpi scurti (de ordinul secundelor) la durate foarte lungi de timp (milioane de ani) si in mod similar deseurile radioactive variaza de la cele ce contin cantitati minore de radionuclizi de viata lunga la cele care contin cantitati importante de asemenea radionuclizi. In mod consecvent, deseurile radioactive pot fi: (1) stocate pentru dezintegrare si apoi exceptate, (2) depozitate in facilitati de suprafata sau (3) izolate de biosfera in formatiuni geologice de adincime.

Aceasta se reflecta in impartirea deseurilor slab si mediu active in doua clase distincte: de viata scurta si de viata lunga.

O asemenea impartire poate avea un beneficiu substantial deoarece riscul radiologic asociat deseurilor continind radionuclizi de viata scurta poate fi redus peste citeva sute de ani prin dezintegrare radioactiva. Vor fi necesare perioade diferite de timp in ceea ce priveste izolarea deseurilor slab si mediu active de viata scurta fata de cele de viata lunga. Limitarile de activitate pentru o anumita facilitate de depozitare va depinde de proprietatile radiologice, chimice, fizice si biologice ale radionuclizilor.

O atentie suplimentara este acordata in cazurile cind:

deseurile radioactive contin radionuclizi naturali de viata lunga,

trebuie luata in considerare generarea de caldura prin dezintegrare radioactiva,

se aplica separarea deseurilor radioactive in ceea ce priveste depozitarea de suprafata sau depozitarea geologica,

sunt generate deseuri radioactive lichide si gazoase.

Figura 3.1. - Sistemul revizuit de clasificare a deseurilor

Principalele caracteristici, pentru fiecare clasa de deseuri, inclusiv optiunile de depozitare sunt date in tabelul 3.1.1.

Tabel 3.1.1. Tipuri de deseuri radioactive, caracteristici si optiuni de depozitare

Deseuri exceptate (Excepted waste)

Deseurile exceptate contin atit de putin material radioactiv astfel incit nu poate fi considerat ca "radioactive" si poate fi exclus de la controlul organelor de control in domeniul nuclear. Desi din punct de vedere fizic este inca radioactiv, acest tip de deseu poate fi depozitat in siguranta, prin aplicarea tehnicilor conventionale, fara considerarea proprietatilor sale radioactive.

Au fost efectuate multe studii asupra deseurilor exceptate. IAEA prevede recomandari privind excluderea de la control si specifica nivele de excludere neconditionate pentru radionuclizii din materialele solide, bazindu-se pe limita de doza anuala pentru membrii populatiei de 0,01mSv, conform cu Safety Series no. 89 "Principles for the Exemption of Radiation Sources and Practices from Regulatory Control". Concentratiile recomandate depind de radionuclid si variaza de la 0,1Bq/g pina la aproximativ 10⁴ Bq/g. Deoarece posibilele doze de radiatii sunt nesemnificative la aceste concentratii, nu se acorda nici o atentie proprietatilor radionuclizilor din asemenea deseuri.

Nivele de activitate pentru deseurile exceptate mai mari decit cele sugerate in Safety Series No. 111-G-1-5 "Clearance Levels for Radionuclides in Solid Materials: Application of Exemption Principles" pot fi stabilite de autoritatea nationala de la caz la caz, daca sunt considerate particularitati nationale specifice sau sunt definite cerinte sau sunt date conditii pentru exceptarea deseurilor. Nivelele de activitate adecvate pentru deseurile exceptate in mod conditionat depind puternic de conditiile de exceptare. Valori efective pot fi obtinute pentru cazuri particulare.

Este important de a ajunge la un consens in ceea ce priveste limita pentru deseurile exceptate in mod neconditionat, care pot fi transferate dintr-o tara in alta (de exemplu pentru reciclare/reutilizare). Ar fi o mare realizare daca s-ar adopta aceleasi limite de diferite tari. Aceasta ar simplifica procedurile de exceptare si ar creste gradul de implicare al publicului in asemenea proceduri.

Deseuri slab si mediu active (Low and intermediate level waste)

In trecut, deseurile slab active au fost definite ca fiind deseurile care nu necesita protectie in timpul conditiilor normale de manipulare si transport. Deseurile radioactive care necesita protectie, dar au putere termica scazuta, sau deloc, au fost clasificate ca deseuri mediu active. In general a fost utilizat un debit de doza la contact de 2 mSv/h pentru a deosebi cele doua clase de deseuri.

Tinind cont de noua clasificare, acest criteriu de diferentiere se situeaza pe locul doi. Clasificarea trebuie sa se refere la continutul de radionuclizi, luind in calcul diferitele cai si modalitati de expunere, cum ar fi inhalarea (in cazul unui incident) si ingerarea (in cazul unor eliberari pe termen lung din perioada operationala a depozitului). Astfel deseurile slab si mediu active pot fi impartite in deseuri de viata scurta si de viata lunga.

Deseuri de viata scurta (LILW-SL)

Deseurile slab si mediu active de viata scurta contin concentratii scazute de radionuclizi de viata lunga. Posibilul risc datorita acestor deseuri poate adesea fi redus prin instituirea unui control administrativ adecvat in timpul stocarii sau dupa depozitare. Cu toate ca deseurile pot contine concentratii ridicate de radionuclizi de viata scurta, au loc importante dezintegrari radioactive in timpul perioadei de control institutional. Concentratiile de radionuclizi de viata lunga care nu se vor dezintegra in mod semnificativ in timpul perioadei de control institutional sund conduse catre concentratii scazute, in concordanta cu radiotoxicitatea radionuclizilor si cu cerintele impuse de autoritati.

Deoarece deseurile slab si mediu active de viata scurta pot fi generate intr-o varietate de concentratii si pot contine o gama larga de radionuclizi, exista diferite metode de depozitare a acestora. De asemenea, forma deseului si metoda de containerizare pot fi importante pentru managementul acestor deseuri. In functie de analiza de securitate si practicile nationale metoda de depozitare poate varia de la simple depozitari la suprafata solului, facilitati ingineresti de suprafata, depozitare la diverse adincimi, de obicei citiva zeci de metri, sau depozitare in formatiuni geologice de adincime. Practicile nationale pot impune diferite metode de izolare, in functie de pericolul reprezentat de diferitele clase de deseuri radioactive.

Din criteriile existente nu poate fi prevazuta o limita generala intre depozitarea de suprafata si depozitarea de adincime, deoarece limitarile de activitate vor fi diferite pentru radionuclizii luati separat si pentru grupurile de radionuclizi, si va depinde de proiectul facilitatii de depozitare de suprafata (adica de barierele ingineresti, de perioada de control institutional sau de factorii specifici ampalsamentului).

Deseuri de viata lunga (LILW-LL)

Deseurile slab si mediu active de viata lunga contin radionuclizi de viata lunga in cantitati care necesita un inalt grad de izolare fata de biosfera. De obicei acest tip de depozitare este in formatiuni geologice, la citeva sute de metri adincime.

Limita dintre deseurile de viata scurta si cele de viata lunga nu poate fi specificata intr-un mod universal in raport cu nivelele de concentratie pentru depozitarea deseurilor radioactive, pentru ca nivele acceptabile vor depinde de optiunile actuale privitor la managementul deseurilor radioactive si de proprietatile radionuclizilor. Totusi, in practicile actuale privitor la depozitarea de suprafata din diverse tari, concentratia este limitata la 4000Bq/g pentru emitatorii alfa de viata lunga pentru ambalajele individuale cu deseuri radioactive, altfel deseurile de viata lunga sunt planificate a fi depozitate in formatiuni geologice. Acest nivel a fost determinat pe baza analizelor pentru care membrii publicului se presupune ca patrund in mod neglijent intr-un depozit de suprafata dupa inchiderea perioadei de control activ institutional si desfasoara activitati de constructie (de exemplu construieste o sosea sau o casa).

Aplicind aceasta limita de clasificare, trebuie luate in considerare aspecte referitoare la acumularea si distribuirea radionuclizilor de viata lunga, precum si posibilele cai de expunere pe termen lung. De aceea, restrictiile privind limitele de concentratie pentru radionuclizii de viata lunga din fiecare colet cu deseuri pot fi completate de restrictiile cu privire la nivelele medii de activitate sau de tehnicile de operare, cum ar fi amplasarea selectiva a coletelor cu deseuri mai inalt active in facilitatea de depozitare. O limita medie de aproape 400Bq/g pentru emitatorii alfa de viata lunga per colet, a fost adoptata de unele tari cu facilitati de depozitare la suprafata.

La aplicarea sistemului de clasificare, trebuie acordata o atentie inventarului radionuclizilor de viata lunga dintr-un depozit ce emit radiatii beta si gama. Pentru radionuclizii, precum I-129 sau Tc-99, cantitatile acceptabile sau concentratiile medii dintr-un depozit depind puternic de conditiile specifice amplasamentului. Din aceste motive, autoritatile nationale pot stabili limite pentru radonuclizii β si γ emitatori, de viata lunga, pe baza caracteristicilor facilitatii de depozitare.

De exemplu in cazul Depozitului National de la Baita-judetul Bihor, conform autorizatiei nr. D16/2002 emisa de organul de reglementare din Romania, in speta Comisia Nationala pentru Controlul Activitatilor Nucleare, activitatea maxima admisa pentru Tc-99 este de 1,510⁸ Bq/m³ si de 310⁵ Bq/m³ pentru I-129; pentru C-14 activitatea maxima admisa este de 110⁹ Bq/m3 in timp ce activitatea totala permisa a se depozita final la DNDR Baita este de 110¹¹ Bq.

Deseuri inalt active (High level waste)

Aceste deseuri contin concentratii de radionuclizi de viata scurta si lunga, astfel incit este necesar un inalt grad de izolare fata de biosfera, de obicei depozitare geologica. Deseurile inalt active genereaza cantitati importante de caldura prin dezintegrare radioactiva, si in mod normal continua sa genereze caldura timp de citeva sute de ani.

Un nivel exact de concentratie este dificil de stabilit fara date precise despre facilitatea de depozitare. Activitatile specifice pentru aceste forme de deseu depind de mai multi parametrii, cum ar fi tipul de radionuclid, timpul de dezintegrare si tehnicile de conditionare. Limitele tipice de activitate sunt in domeniul 510⁴ 510⁵ TBq/m³, corespunzator unei rate de generare a caldurii de aproape 2 pina la 20 kW/m³ pentru perioade de dezintegrare de peste 10 ani de la descarcarea combustibilului uzat din reactor. Din aceste motive valoarea de 2 kW/m³ este considerata rezonabila pentru a deosebi deseurile inalt active de alte clase de deseuri, bazindu-ne pe nivelele de caldura de dezintegrare emisa de deseurile inalt active, cum ar fi cea de la procesarea combustibilului uzat.

Limitele de concentratie sugerate pentru deseurile inalt active nu pot fi distincte datorita necesitatii unui inalt grad de izolare a deseurilor radioactive avind concentratii foarte ridicate de radionuclizi de viata scurta si lunga. Pentru gospodarirea acestor deseuri exista implementate programe nationale.

Clasificarea deseurilor depinde de cerintele particulare ale procesului de management al deseurilor, cum ar fi de exemplu cerintele pentru depozitarea in siguranta a deseurilor radioactive, fara a fi afectata populatia actuala sau generatiile viitoare si nici mediul ambiant. Aceste cerinte tin cont de nivelul de radioactivitate, continutul de radionuclizi, caldura generata, continutul de substante toxice si inflamabile, stabilitatea chimica si fizica si sursele de provenienta a acestor deseuri.

Caracteristicile categoriilor de deseuri care afecteaza depozitarea acestora sunt indicate in tabelul 3.4.1.

Tabel 3.4.1. Caracteristici importante pentru clasificara deseurilor radioactive