Kasutaja:Ailaaaa/liivakast

Radioaktiivsed jäätmed on jäätmed, mis sisaldavad radioaktiivset materjali ja mille eriaktiivsus ületab seaduses ettenähtud piirnorme. Radioaktiivsed jäätmed on maavara kaevandamise ja töötlemise, tuumaenergia tootmise ning tuumade lõhestumise või muude radioloogia rakenduste, näiteks teaduse ja meditsiini, üks kõrvalsaadusi. Radioaktiivsed jäätmed on enamasti ka väikestes kogustes nii keskkonnale kui ka organismidele ohtlikud ja seetõttu reguleeritud seadusandlikul tasandil.

Jäätmete radioaktiivsus väheneb aja jooksul, seega jäätmete käitlemisel on olulisel kohal nende isoleerimine ja ladestamine vastavates hoidlates. Hoiustamise aeg sõltub isotoopide poolestusajast, mis kõrgema aktiivsusega nukliidi korral algab mõnest päevast ja madalama aktiivsusega nukliidi korral ulatub miljonite aastateni. Enimlevinud praktika lühikese poolestusajaga radioaktiivsete jäätmete käitlemisel on isoleerimine, madala ja keskmise taseme jäätmete puhul pinnaselähedane ladestamine, kõrge taseme või pikaealiste jäätmete puhul süvamatmine või muundamine.

Rahvusvaheline Aatomienergia Agentuur haldab informatsiooni liikmesriikide radioaktiivsete jäätmete tootmise ja käitlemise kohta ning esitleb ja ajakohastab infot iga-aastasel peakonverentsil. Rahvusvaheline Radioloogilise Kaitse Komisjon avaldab soovitusi, kuidas korraldada kaitset ioniseeriva kiirguse vastu.

Radioaktiivsete jäätmete olemus ja tähtsus

Radioaktiivsed jäätmed sisaldavad radioaktiivseid nukliide – ebastabiilseid tuumakonfiguratsioone, mis lagunevad või lähevad tagasi põhiolekusse ioniseerivat kiirgust kiirates. Erinevad nukliidid kiirgavad erinevaid kiirguseid erineva ajaperioodi jooksul.

Ioniseeriva kiirguse olemus

Poolestusaeg

 Pikemalt artiklis Poolestusaeg

Simulatsioon, mille käigus toimub radioaktiivne lagunemine. Vasakutes kastides on 4 aatomit igas kastis ja paremates 400. Number kastide kohal näitab mitu poolestusaega on möödunud. Suurte arvude seadus: aatomite arvu suurenedes läheneb lagunemise sagedus selle tõenäosusele.

Poolestusaeg on aeg, mille jooksul aine kogus väheneb poole võrra selle esialgsest kogusest. Näiteks farmakoloogias on ravimil alles pool tema esialgsest mõjust. Tuumafüüsikas tähendab poolestusaeg ebastabiilsete nukliidide puhul keskmist aega, mille jooksul on ära lagunenud pooled aatomituumad. Radioaktiivse lagunemise korral kasutame eksponentsiaalse kahanemise üldvõrrandit

${\frac {dN}{dt}}=-\lambda N,$

mis lahendamisel omandab kuju

$N(t)=N_{0}e^{-\lambda t},\,$

kus

$N(t)$ on aine kogus aja $t$ möödudes,

$N_{0}$ on aine kogus, kui $t=0$,

$e$ on Euleri arv ja

$\lambda$ on lagunemiskonstant.

Ioniseeriv kiirgus

 Pikemalt artiklis Ioniseeriv kiirgus

Ioniseeriv kiirgus on kiirgus, millel on piisavalt energiat, et ergastada aatomituuma või lüüa aatomist välja elektrone ehk aatomit ioniseerida.

Otseselt ioniseerivad kiirgused

• Alfakiirgus

Alfakiirgus koosneb rasketest ja suure positiivse laenguga alfaosakestest. Alfaosakesed on väga tugeva ioniseeriva toimega, kuid oma suuruse tõttu ka väga väikse läbimisvõimega. Inimesele on alfakiirgus ohtlik ainult siis, kui kiirgusallikas sattub keha sisse.

• Beetakiirgus

Beetakiirgus on beetaosakestest koosnev ioniseeriv radioaktiivne kiirgus, mis tekib beetalagunemisel. Beetakiirgus võib olla negatiivne, koosnedes elektronidest, või positiivne, koosnedes positronidest.

• Gamma- ja röntgenkiirgus

Nii gamma- kui ka röntgenikiirgus on elektromagnetilised kiirgused. Põhiline erinevus on kiirgusallikas. Gammakiirgus pärineb ergastatud aatomituumadest ja röntgenikiirgus ergastatud aatomite elektronidest. Kiirgus tekib tuuma või elektroni madalamasse energiaolekusse minekul. Gammakiirgusel on väga suur läbimisvõime.

• Positron- ja antiainekiirgus

Positroni kokkupuutel elektroniga tekib annihilatsioonireaktsioon, mille käigus ioniseeritakse aatom ja kiiratakse välja kaks või enam gammafootonit.

Kaudselt ioniseerivad kiirgused

• Neutronkiirgus

Kuigi neutronitel laegut pole, võivad need interakteeruda aatomituumadega muutes aatomid radioaktiivseteks. Stabiilse isotoobi tekkimisel kiiratakse välja gammakvant. Ebastabiilse isotoobi tekkimisel kiiratakse ka alfa- või beetakiirgust.

Kiiritus

 Pikemalt artiklis Kiiritus

 Pikemalt artiklis Äge kiiritusmürgitus

Nõrgemaid kiirgusallikaid kasutatakse erinevate objektide või elusolendite uurimiseks kas meditsiinilistel või muudel eesmärkidel. Kiiritus on protsess, mille kaudu objekt puutub kokku ioniseeriva kiirgusega. Maailma elanikkonna keskmine efektiivdoos on 3,03 mSv aastas. Eesti keskmine on aga 3,2 mSv aastas.

Oluliselt suuremates kogustes võib kiiritus põhjustada tervisekahjustusi, vähki või isegi surma. Efektiivdoos 1 Sv suurendab vähi tekke tõetäosust 5,5%. 100 Sv suurune efektiivdoos vähendab veres lümfotsüütide arvu. 200 Sv suuruse doosi korral langevad juuksed välja, kahjustuvad suguelundid ja -rakud ning seedetrakt. Sellisel juhul esineb iiveldust, verist oksendamist ning kõhulahtisust. Veel suuremad efektiivdoosid kahjustavad kesknärvisüsteemi ja veresooni, eriti kapillaare.

Radioaktiivsete jäätmete tekkeallikad

Radioaktiivseid jäätmeid tekib erinevatest allikatest. Riikides, kus on tuumaelektrijaamad või tuumarelvad, tekib suurel hulgal kõrgaktiivseid jäätmeid tuumkütuse ümbertöötlemisel ja tuumarelvade desarmeerimisel. Kaevandamise käigus tekib NORM-jäätmeid (NORM – Naturally Occuring Radioactive Material – looduslikke radionukliide sisaldavad ained). Radioaktiivseid jäätmeid tekib ka erinevate tööstusprotsesside, teaduse ja meditsiiniliste rakenduste käigus.

Tuumkütuse tsükkel

Tuumkütuse tsükkel. Suurem osa kasutatud kütusest on võimalik vastavates jaamades uuesti kasutavaks muuta.

Tuumkütuse tsükli moodustavad mitmed tegevused, mis on vajalikud tagamaks elektritootmist tuumajaamas. Tsükli algus koosneb uraani kaevandamisest ja eraldamisest, konversioonist, rikastamisest, rekonversioonist ja tuumkütuse valmistamisest. Kütusetsükkel lõpeb kasutatud tuumkütuse ja radioaktiivsete jäätmete käitlemise ning vahe- ja lõppladustamisega.

Kaevandamine ja eraldamine

Uraanimaak kaevandatakse kas avatud karjääridest või allmaakaevandustest ja saadetakse tavaliselt lähedal asuvasse tehasesse. Maak purustatakse, peenestatakse lobriks ja sellest eraldatakse tugevas happes või leelises lahutamise teel uraan. Lahusest sadestatakse ja kuivatatakse uraanoksiidi (U₃O₈) kontsentraat ehk kollakook (inglise keeles yellowcake). Põhiosa maagi radioaktiivsusest jääb kaevandusjääkidesse ja tuleb vastavalt käidelda.

Konversioon ja rikastamine

Uraani rikastamiseks muundatakse see kõigepealt uraandioksiidiks (UO₂) ja seejärel gaasiliseks uraanehksafluoriidiks (UF₆). Rikastamisel tõstetakse U-235 kontsentratsiooni 0,7 protsendilt 3,5–5 protsendini. Rikastatud uraan aga muundatakse keraamiliseks uraandioksiidiks. Peale rikastamist muudetakse uraan taas dioksiidiks.

Rikastamise peamine kõrvalsaadus on ammendunud uraan (DU). Ammendunud uraan sisaldab põhiliselt U-238 isotoopi väikese hulga U-235-ga. Tänu ammendunud uraani suurele tihedusele (19,1 g/cm³) on see leidnud kasutust sõjatööstuses soomust läbistavates relvades, tsiviilkasutuses aga ballastina või kaitseks ioniseeriva kiirguse vastu.

Ümbertöötlemine

Kasutatud tuumkütus koosneb kolmest põhikomponendist, milleks on uraan, lõhustussaadused, mis on tugevad beeta- ja gammakiirgajad, ja väikeaktiinid, mis on alfakiirgajad. Lõhustumise käigus võib ka tekkida ameriitsium-241, mis on neutronkiirgaja. Üle 95% kasutatud tuumkütusest moodustab väheradioaktiivne uraan.

Kuna uraan-235 sisaldus kasutatud tuumkütuses on suurem kui looduslikus uraanis, siis seda kasutatakse uue rikastatud tuumkütuse tootmiseks. Kasutatud tuumkütus erineb toodetud tuumkütusest selle poolest, et see sisaldab erinevaid kõrgradioaktiivseid lõhestumisprodukte, nende hulgas ka neutrone neelavaid nukliide ehk neutronmürke, mis võivad takistada ahelreaktsioonide toimumist reaktoris. Kasutatud kütusevardaid käideldakse riigiti erinavalt. Ameerika Ühendriikides need ladestatakse kui lõppjäätmed, kuid näiteks Venemaal, Indias, Prantsusmaal ja Jaapanis eraldatakse lõhestumisproduktid ja uraan saadetakse taas rikastamisele. Eemaldatud lõhestumisproduktid on kõrgaktiivsed ja hoiustatakse vastavalt.

Tuumarelvade tuumkütuseks muutmine on mõneti võrreldav kasutatud tuumkütuse ümbertöötlemisega, kuid lisaks laguproduktide, eriti Am-241 eemaldamisele, tuleb tuumarelvade lõhkepäid ka lahjendada.

Meditsiin

Radioaktiivsed meditsiinilised jäätmed sisaldavad beeta- ja gammakiirgajaid. Neid saab poolestusaja järgi jagada kaheks.

1) Diagnostilises meditsiinis kasutatavad lühiealised gammakiirgajad, tänu mille lühikesele poolestusajale, saab nende jäätmeid hoiustada lühikest aega ja seejärel tavalise jäätmena ära visata:

• Tc-99m (poolestusaeg 6 tundi).

2) Veidi pikema poolestusajaga isotoobid (poolestusaeg sulgudes), mille jäätmed vajavad spetsiaalset käitlemist:

• Y-90, kasutatakse lümfoomi raviks (2,7 päeva);
• I-131, kasutatakse kilpnäärme funktsionaalsuse anlüüsimiseks ja kilpnäärme vähi raviks (8,0 päeva);
• Sr-89, kasutatakse luuvähi ravimiseks, intravenoosne süste (52 päeva);
• Ir-192, kasutatakse brahhüteraapias (74 päeva);
• Co-60, kasutatakse brahhüteraapias ja kehavälises radioteraapias (5,3 päeva);
• Cs-137, kasutatakse brahhüteraapias ja kehavälises radioteraapias (30 aastat).

Looduslik radioaktiivne aine

Looduslik radioaktiivne aine (NORM – Naturally Occuring Radioactive Material) on peamiselt looduslikke radionukliide kaalium-40, toorium-232, uraan-235 või uraan-238 ning nende lagunemisritta kuuluvaid radionukliide sisaldav radioaktiivne aine, mille aktiivsus või aktiivsuskontsentratsioon on kiirgusohutuse seisukohalt oluline.

Omadused

NORM-jäätmeid tekib erinevate tegevuste kaasproduktidena ning tekkivate NORM-jäätmete kogused ning füüsikalised/keemilised omadused võivad varieeruda väga suurtes piirides. Näiteks tekivad NORM-jäätmed teatud kaevandamistegevuste käigus. Sellisel juhul on üldiselt tegemist väga suurte koguste, kuid samas jälle väikeste eriaktiivsustega. Samas erinevate materjalide ümbertöötlemise käigus tekkivate NORM-jäätmetega võib tulemus olla vastupidine – väike kogus aga suured eriaktiivsused.

NORM-jäätmete allikad

Euroopa Nõukogu direktiivis 2013/59/Euratom on toodud järgmine loetelu looduslike radioaktiivsete materjalide kasutamisega seotud tööstussektoritest:

• haruldaste muldmetallide eraldamine monatsiidist;
• tooriumiühendite tootmine ja tooriumi sisaldavate toodete valmistamine;
• nioobiumi-tantaalimaagi töötlemine;
• nafta ja gaasi tootmine;
• geotermilise energia tootmine;
• TiO2 pigmendi tootmine;
• fosfori termiline tootmine;
• tsirkooni- ja tsirkooniumitööstus;
• fosforväetiste tootmine;
• tsemendi tootmine, klinkerahjude hooldus;
• kivisöega köetavad elektrijaamad, keskküttekatelde hooldus;
• fosforhappe tootmine;
• raua esmane tootmine;
• tina, plii, vase sulatamine;
• põhjavee puhastusjaamad;
• muude maakide kui uraani kaevandamine.

Radioaktiivsete jäätmete ladustamine

Kõik tekkivad jäätmed isoleeritakse keskkonnast, käideldakse ja ladustatakse vastavalt nende omadustele ja potentsiaalsele ohtlikkusele. Tuumaenergeetikat omavates riikides moodustab radioaktiivsete jäätmete kogus alla protsendi kõikide toksiliste jäätmete kogusest. Radioaktiivsete jäätmete käitlemisel kasutatakse nii tavajäätmete käitlemisele omaseid kui ka neile ainuomaseid protseduure nagu kontsentreerimine ja isoleerimine, lahjendamine ja hajutamine, viivitamine ja radioaktiivne lagunemine.

Ladustamiskriteeriumid

Sobivate jäätmekäitlusmeetodite üle on palju vaieldud, võttes arvesse nii probleemi kiirguskaitselist kui ka sotsiaalset aspekti. Lähtutakse põhimõttest, et tulevased põlvkonnad peavad olema vähemalt samal määral kaitstud kui praegused. Paraku on seda raske üle kanda kiirguskaitse praktiliste standardite tasandile. Näiteks võib aktiivsus ilmneda geoloogilises süvahoidlas mitme tuhande aasta pärast ja meil pole vähimatki ettekujutust, millised on meie järglaste harjumused või elulaad nii kauges tulevikus. Teiseks nõudeks on põhimõte, et igasugune kiiritus peab olema nii väike kui mõistlikult on võimalik saavutada, arvestades majanduslike ja sotsiaalseid faktoreid. See tähendab, et sama liiki jäätmete jaoks on erinevaid käitlusvõimalusi, sealhulgas töötlus, immobiliseerimine, pakendamine ja ladustamine. Valiku tegemisel tuleb lähtuda seonduvatest riskidest, kuludest ja teistest raskemini mõõdetavatest, kuid mitte vähem olulistest faktoritest.

Erinevad jäätmed ja nende käitlusviisid

Vabastatud jäätmed

Vabastatud jäätmed on sellised jäätmed, mille aktiivsus jääb allapoole seaduses sätestatud piiri ja seega neid pole vaja käidelda eraldi tavalistest mitteradioaktiivsetest jäätmetest. Vastavalt Euroopa nõukogu direktiivile 2013/59/EURATOM, ei või radioaktiivseid jäätmeid segada eesmärgiga nende eriaktiivsust vähendada allapoole vabastamispiiri.

Kaevandamisel tekkiv aheraine

Uraani kaevandamisel tekkinud aheraineid ei loeta reeglina radioaktiivseteks jäätmeteks, sest nad sisaldavad vähem radioaktiivsust kui uraanimaak ise. Jääkide ladustamisel jälgitakse sellegipoolest mitmeid meetmeid, mis tõkestavad looduslike radioaktiivsete ainete leviku keskkonda. Enamasti üle jäänud aheraine lihtsalt kuhjatakse, aga suuremate kontsentratsioonide korral viiakse see tagasi maa alla.

Looduslikku radioaktiivset materjali sisaldavad jäätmed

Need jäätmed tekivad sageli väga suurtes kogustes ning sisaldavad üsna madala kontsentratsiooniga looduses esinevaid radionukleiide. Need tekivad uraani ja teiste maavarade kaevandamisel ja töötlemisel. Madalama astme korral need jäätmed lihtsalt kuhjatakse, muul juhul aga ladustatakse maapinnal.

Madalaktiivsed jäätmed

Koguseliselt kõige enam tekib madalaktiivseid jäätmeid, mis moodustavad tervelt 90% radioaktiivsete jäätmete ruumalast, kuid sisaldavad ainult 1% radioaktiivsusest. Need on peamiselt mitmesugused õrnalt saastunud tööriided, laborivarustus, saastatud pinnas ja ehitusmaterjalid, mille käitlemine eraldi kiirgusvarjestust ei vaja. Pärast mürgiste komponentide eraldamist vähendatakse nende jäätmete mahtu kokkupressimise, tuhastamise või muu meetodiga ning siis ladustatakse need erihoidlasse. Viimased asuvad maapinna lähedal või 60–100 meetri sügavusel maa-alustes käikudes.

Keskaktiivsed jäätmed

Need moodustavad mahult umbes 7% ja nende aktiivsuseks on 4% kõikidest radioaktiivsetest jäätmetest. Peamiselt kuuluvad sellesse gruppi mitmesugused vaigud, keemilised setted, reaktori vahetatavad komponendid ja materjalid, mille käitlemine nõuab mingisuguse kiirguskaitse kasutamist nende suurema radioaktiivsuse tõttu. Enamik selle kategooria jäätmetest sorteeritakse ja ladustatakse paigutatuna betooni. Lühiealised jäätmepakendid ladustatakse maapinna-lähedasse hoidlasse, pikaealised aga sügavale maa alla ehitatud lõppladustuspaika. Tänapäevased ehitusvõimalused tagavad ohutuse ja konstruktsioonide vastupidavuse, mille tulemusena välditakse ohtlike ainete lekkimist keskkonda isegi mõne sajandi jooksul.

Kasutatud tuumkütus

Umbes 4% kasutatud tuumkütusest moodustavad lõhustussaadused, mille massist umbes kümnendiku moodustavad radioaktiivsed tugevat beetakiirgust kiirgavad isotoobid. Enamiku lõhustussaaduste poolestusaeg on suhteliselt lühike, ohutuks muutmiseks piisab ladustamisest paariks-kolmeks sajandiks. Selle aja vältel väheneb radioaktiivsus tuhandeid kordi ja saavutab algse uraanimaagi taseme. Konteineritesse ja teatud sideainetesse paigutatud lõhustussaadusi võib ladustada ka madala või keskmise aktiivsusega jäätmetena maapinnalähedastes suhteliselt lihtsa ehitusega ladustuspaikades.

Kasutatud kütuse suurima ohuallika moodustavad pika poolestusajaga intensiivset alfakiirgust kiirgavad plutoonium ja väikeaktiniidid, mida on vaid 1%. Kiirgusohutuse tagamiseks tuleb neil lasta radioaktiivselt laguneda biosfäärist isoleerituna sadade tuhandete aastate jooksul. Alfa kiirguse kiirgamisel eraldub ka soojus, mis tuleb ära hajutada ümbritsevasse kivimisse või ventileerida välja, sest jäätmed peavad olema kogu käitlemise jooksul ohutult kättesaadavad. Seetõttu muutub just eralduv soojus lõpphoidla mahtu ja hinda määravaks teguriks.

Kõrgaktiivsed jäätmed

Nendeks on kogu kasutatud tuumkütus või selle peamised ümbertöötlemisjäätmed, sisaldavad 95% kõikide jäätmete radioaktiivsusest, seejuures moodustab nende ruumala ainult 3%. See jäätmeliik nõuab tugeva ioniseeriva kiirguse ja soojuse tekitajana erikäitlemist ja erivahendeid. Mitmetes maades töödeldakse kasutatud kütus ümber uueks tuumkütuseks. Mõnes riigis loetakse aga jäätmeteks kogu kasutatud tuumkütus, mis valmistatakse ette lõppladustamiseks. Viimastel aastatel võib siiski täheldada tendentsi, et lahenduste otsimisel arvestatakse võimalusega neid jäätmeid tulevikus ressursina kasutada. Need materjalid, millele tulevikus mingit kasutusvõimalust ei suudeta hetkel ette näha, kuivatatakse, klaasistatakse boorsilikaatklaasis ja paigutatakse konteineritesse. Olenevalt kasutatavast kütusetsüklist on kõrgaktiivsete jäätmete kogus erinev. Kütuse ümbertöötlemisel tekib ainult 3 kuupmeetrit klaasistatud kõrgaktiivseid jäätmeid. Võrdluseks, sama võimsusega sütt põletava elektrijaama tuhajäätmete hulk on 400 000 tonni aastas. Tavaliselt hoitakse ülimalt radioaktiivset kasutatud kütust eribasseinis paksu veekihi all või massiivsete betoonseintega kuivhoidlas ja lastakse tal umbes 5 aastat radioaktiivselt laguneda enne kui kütus ümbertöötlemisele saadetakse. Kogu maailma kasutatud tuumkütusest paiknebki umbes 90%, mis on 270 000 tonni, tänapäeval turvaliselt reaktori-lähedastes või riikide tsentraalsetes vaheladustuspaikades. Kuna kogu maailmas lisandub aastas keskmiselt 12 000 tonni, millest 3000 tonni töödeldakse ümber, siis otsest pakilist vajadust lõppladustamise järele veel ei ole.

Vaata ka

• Igavene haud