Verarbeitung radioaktiver abfälle

Arten der Behandlung radioaktiver Abfälle

Die Behandlung radioaktiver Abfälle bezieht sich auf die Aufbereitung von überschüssigen Abfällen mit hohen Radioaktivitätswerten. Solche Abfälle können weder recycelt noch wiederverwendet werden und stellen, wenn sie unbeaufsichtigt bleiben, eine erhebliche Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar. Es gibt viele verschiedene Arten von radioaktiven Abfällen, die in der Regel nach der Höhe der Radioaktivität und der Quelle, aus der sie stammen, in Kategorien eingeteilt werden.

• Niedrigaktiver Abfall: Dazu gehören in der Regel Gegenstände wie Handschuhe, Werkzeuge, Kleidung und andere Materialien, die mit geringen Mengen an Radioaktivität kontaminiert wurden. Sie machen 90 % der Radioaktivität aus, die auf Atommülldeponien zu finden ist. Sie machen jedoch nur etwa 1 % des Gesamtvolumens von Atommüll aus. Die Behandlung niedrigaktiver Abfälle umfasst in der Regel die Wäsche aus Krankenhäusern und Einrichtungen, die radioaktive Materialien für Forschungs- und medizinische Zwecke verwenden, wie z. B. medizinische Isotope für die Diagnostik und Behandlung. Dazu können auch Industriegüter gehören, die radioaktiven Quellen ausgesetzt waren. Dieser Abfall ist nicht unmittelbar gefährlich und kann nach einer kurzen Zerfallszeit sicher von der Öffentlichkeit gehandhabt werden.
• Mittelaktvier Abfall: Diese Art von Abfall weist eine Radioaktivität auf, die einen Schutz von Menschen und Umwelt erfordert. Zu mittelaktivem Abfall gehören Materialien, die Wärme abgeben, wie z. B. abgebrannter Reaktorbrennstoff und einige medizinische Verfahren, die in speziell entwickelten Einrichtungen gelagert werden müssen. Dazu gehören die chemische Trennung aus Kernkraftwerken, versiegelte Quellen und Ionisationsstrahlungseinrichtungen. Wie niedrigaktiver Abfall wird mittelaktiver Abfall weiter in festen oder flüssigen Abfall unterteilt. Die Flüssigkeit wird dann durch ein Gelationsprozess in Feststoffe umgewandelt.
• Hochradioaktiver Abfall: Hochradioaktiver Abfall besteht aus radioaktiven Elementen wie Plutonium, Uran und Neptunium. Er ist wärmeleitfähig und hochradioaktiv. Diese Art von Abfall wird weiter in abgebrannten Brennstoff aus dem Kernreaktor oder hochradioaktiven Abfall unterteilt. Ungefähr 95 % des Volumens von hochradioaktivem Abfall stammen aus abgebrauchtem Uranbrennstoff, der in Kernreaktoren der Kernspaltung ausgesetzt ist. Aufgrund der Gefahren, die von hochradioaktivem Abfall ausgehen, sind die Aufbereitung und Entsorgung langwierige Prozesse, die weit entfernt von menschlichen Siedlungen stattfinden.

Spezifikationen und Wartung

Spezifikationen

Einige der wichtigsten Spezifikationen für die Behandlung von radioaktiven Abfällen sind wie folgt.

• Art des Abfalls: Die Art der Behandlung radioaktiver Abfälle, die von einer Anlage durchgeführt wird. Die Auswahlmöglichkeiten umfassen hochradioaktiven, mittelaktiven, niedrigaktiven oder gemischten radioaktiven Abfall.
• Behandlungstechnologien: Die Methoden, die zur Behandlung radioaktiver Abfälle verwendet werden, wie z. B. Verglasung, Verbrennung, Extraktion, Verfestigung, Transmutation oder Trennung.
• Kapazität der Abfallbewirtschaftung: Die Menge oder das Volumen an radioaktiven Abfällen, die eine Aufbereitungsanlage innerhalb eines bestimmten Zeitraums bewältigen kann. Sie wird in der Regel in Kubikmetern oder Tonnen pro Jahr gemessen. So kann ein Kernkraftwerk beispielsweise etwa 3.000 Kubikmeter niedrigaktiven radioaktiven Abfall pro Jahr erzeugen. Eine zentrale Aufbereitungsanlage für radioaktive Abfälle könnte eine Kapazität von bis zu 10.000 Tonnen hochradioaktivem Abfall pro Jahr haben.
• Standort: Der geographische Standort einer Aufbereitungsanlage für radioaktive Abfälle. Er ist sehr wichtig, da er sich in einem Gebiet befinden muss, das für die sichere Bewirtschaftung radioaktiver Abfälle geeignet ist. So muss sich die Anlage beispielsweise in einer stabilen geologischen Formation befinden, um sie vor potenziellen Naturkatastrophen zu schützen. Der Standort würde auch sicherstellen, dass die Bevölkerung ausreichend weit entfernt ist, um eine mögliche Strahlenbelastung zu minimieren.

Neben den oben genannten Spezifikationen verfügen Aufbereitungsanlagen für radioaktive Abfälle in der Regel über mehrere wichtige Merkmale. Einige davon werden im Folgenden hervorgehoben.

Schlüsselmerkmale

• Containment: Ein Containment-Merkmal wie ein robustes Gebäude, eine Kapsel oder ein Tank wird aus dickem, verstärktem Beton oder Stahl hergestellt. Es wird immer verwendet, um gefährliche Abfälle sicher zu lagern oder zu transportieren.
• Trennung: Die Aufbereitungsanlage verfügt über Merkmale, um die verschiedenen radioaktiven Abfälle zu trennen. Manchmal sind spezielle Extraktions- oder Filtrationstechniken erforderlich, um bestimmte Verunreinigungen zu entfernen, wie z. B. Transurane oder Jod.
• Behandlung: Eine Vielzahl von Methoden wird zur Behandlung radioaktiver Abfälle eingesetzt. So verändern thermische Verfahren wie die Verbrennung die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Abfalls durch hohe Temperaturen. Ebenso beinhalten chemische Verfahren wie die Verfestigung oder Kapselung die Verwendung von Polymeren, Zement oder Glasmatrizen, um gefährliche Abfälle zu immobilisieren und zu stabilisieren.
• Verpackung: Verpackungen für die Lagerung radioaktiver Abfälle werden in der Regel aus strahlungs- und korrosionsbeständigen Materialien hergestellt. Es handelt sich um robuste Behälter oder Fässer, die entwickelt wurden, um die Umwelt und die öffentliche Gesundheit vor radioaktiver Kontamination zu schützen. Die Verpackung für radioaktive Abfälle unterscheidet sich von den Verpackungen, die für andere Gefahrstoffe verwendet werden. So ist beispielsweise die Klasse 7 für radioaktive Stoffe nach der IATA-Gefahrgutverordnung ein spezifisches Verpackungssystem. Es wurde entwickelt, um die einschlägigen internationalen Normen beim Transport radioaktiver Stoffe zu erfüllen. Die Verpackung umfasst in der Regel starke Außenkartons, Innenbehälter und absorbierende Materialien.

Wartungshinweise

Es ist wichtig, Geräte, die für die Handhabung radioaktiver Abfälle verwendet werden, regelmäßig zu warten. Einige der wichtigsten Wartungshinweise sind im Folgenden aufgeführt.

• Führen Sie routinemässige Inspektionen durch, um Anzeichen von Verschleiß wie Beschädigungen, Leckagen oder Korrosion festzustellen und diese umgehend zu beheben.
• Setzen Sie vorbeugende Massnahmen wie regelmässige Reinigung, Dekontamination und Desinfektion der Geräte um, um das Risiko einer Kreuzkontamination zu minimieren.
• Halten Sie Bediener und Abfall so weit wie möglich von Geräten fern, die radioaktiven Abfall handhaben, um die Exposition zu reduzieren und die dauerhafte Wirksamkeit der Ausrüstung zu gewährleisten.
• Kalibrieren und warten Sie alle in den Abfallbehandlungsgeräten installierten Überwachungs- oder Erkennungssysteme regelmässig, um deren Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Erstellen und implementieren Sie einen umfassenden Wartungsplan, der regelmässige Wartung, Reparaturen und Upgrades für alle Geräte zur Handhabung radioaktiver Abfälle umfasst.

Szenarien der Behandlung radioaktiver Abfälle

Die Szenarien der Behandlung radioaktiver Abfälle hängen in erster Linie mit der Kernenergieindustrie und den Sektoren zusammen, die radioaktive Isotope in ihren Fertigungsprozessen verwenden. Hier sind einige Anwendungsszenarien für die Industrie der Behandlung radioaktiver Abfälle.

• Kernkraftwerke: Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung, dass die radioaktiven Abfälle, die bei der Kernspaltung entstehen, sicher und effektiv behandelt werden. In solchen Fällen ist die Behandlung radioaktiver Abfälle von grösster Bedeutung. Daten der World Nuclear Association zeigen, dass die Kernenergie im Jahr 2020 rund 10 % des weltweiten Strombedarfs deckte. In einigen Ländern machte sie einen erheblichen Teil der gesamten Stromproduktion aus.
• Medizinische Industrie: Die Behandlung radioaktiver Abfälle findet auch im Bereich der Medizin Anwendung. Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen setzen die Radionuklidtherapie ein, um Patienten zu behandeln, die an Krankheiten wie Krebs leiden. Dennoch erzeugen die für diagnostische und therapeutische Zwecke eingesetzten Radioisotope radioaktive Abfälle, die sorgfältig behandelt und entsorgt werden müssen. Die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEA) bestätigte in einer Pressemitteilung, dass radioaktiver Abfall ein unvermeidbares Nebenprodukt medizinischer Anwendungen ist. Die IAEA unterstrich zudem die Notwendigkeit, solche Abfälle effizient zu handhaben und zu verarbeiten, um sowohl Menschen als auch die Umwelt zu schützen.
• Industrieller Einsatz: Eine Vielzahl von Sektoren, einschliesslich der verarbeitenden Industrie, der Energieerzeugung und der Forschung, verwenden radioaktive Stoffe für verschiedene Zwecke. Diese Ziele können unter anderem die zerstörungsfreie Prüfung, die Radiografie, die Kalibrierung und die Tracersysteme umfassen. Zu den Industrien, die die Behandlung radioaktiver Abfälle anwenden, gehören die Öl- und Gasindustrie, die Stromerzeugung, der Rohrleitungsbau, die Metallurgie und die Halbleiterherstellung. Laut einem Marktforschungsbericht von Kinsley wurde der globale Markt für die Behandlung radioaktiver Abfälle im Jahr 2022 auf etwa 11 Milliarden US-Dollar geschätzt, mit einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 7,7 % von 2023 bis 2030.
• Forschung und Entwicklung: Wissenschaftliche Bereiche nutzen radioaktive Elemente häufig, um Untersuchungen durchzuführen, neue Stoffe herzustellen und Tests durchzuführen. Diese Unternehmungen können gefährliche radioaktive Abfälle erzeugen, die durch Aufbereitungsverfahren entsorgt werden müssen. Dieses Szenario kann an Universitäten und Bildungseinrichtungen auftreten, in denen die Kernwissenschaften und -technologien im Fokus der Forschung stehen. Es kann auch in staatlichen Laboren vorkommen, in denen eine grosse Anzahl von Radioisotopenexperimenten durchgeführt wird.

Wie Sie Geräte für die Behandlung radioaktiver Abfälle auswählen

Beim Kauf von Geräten für die Behandlung radioaktiver Abfälle sollten die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

• Art des radioaktiven Abfalls

  Die Art des radioaktiven Abfalls, den Produzenten erzeugen, ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von Abfallbehandlungsanlagen. Verschiedene Arten von radioaktiven Abfällen (fest, flüssig oder gasförmig) erfordern unterschiedliche Abfallbehandlungsanlagen. So eignen sich Abfallverbrennungsanlagen beispielsweise für brennbaren festen radioaktiven Abfall, während Abfallbehandlungsanlagen für flüssigen radioaktiven Abfall besser geeignet sind.

• Kapazität und Skalierbarkeit

  Einrichtungen müssen die Kapazität der Abfallbehandlungsanlagen beurteilen, um das aktuelle und zukünftige Volumen an radioaktiven Abfällen zu bewältigen. Sie sollten Anlagen mit einer geeigneten Verarbeitungskapazität für ihre bestehenden Abfallerzeugungsraten auswählen. Darüber hinaus ist die Skalierbarkeit ein wichtiger Parameter, der berücksichtigt werden sollte. Wenn die Abfallmengen steigen, sollten Abfallbehandlungsanlagen in der Lage sein, ihre Verarbeitungskapazität zu erhöhen, ohne dass unzumutbare Kosten entstehen oder der Betrieb unterbrochen wird.

• Sicherheitsmerkmale und Einhaltung der Vorschriften

  Sicherheitsmerkmale von Anlagen zur Behandlung radioaktiver Abfälle, wie z. B. Containment-Systeme, Strahlenschutz und Überwachungs-/Sicherheitsverriegelungssysteme, sollten Priorität haben. Darüber hinaus müssen Abfallbehandlungsanlagen die geltenden Vorschriften und Normen einhalten. Die Einrichtungen müssen sicherstellen, dass die von ihnen gekauften Anlagen die einschlägigen behördlichen Anforderungen erfüllen, um potenzielle rechtliche und finanzielle Risiken zu vermeiden.

• Kosten und wirtschaftliche Faktoren

  Käufer müssen die Kapital- und Betriebskosten von Anlagen zur Behandlung radioaktiver Abfälle berücksichtigen. Sie sollten die Anschaffungskosten der Anlage, die Installationskosten, die Energiekosten, die Wartungskosten und die Kosten für Verbrauchsmaterialien über die gesamte Lebensdauer der Anlage hinweg bewerten. Darüber hinaus sollten die Kosteneffizienz verschiedener Anlagenoptionen verglichen werden, um eine optimale Nutzung der finanziellen Ressourcen zu gewährleisten.

F&A

F1: Wie funktionieren Verbrennungsanlagen bei der Behandlung radioaktiver Abfälle?

A1: Die Verbrennung ist ein thermisches Verfahren zur Behandlung radioaktiver Abfälle, das das Volumen von festen Abfällen um etwa 90 % bis 95 % reduziert. Das Verfahren beinhaltet das Verbrennen des Abfalls in einer kontrollierten Atmosphäre bei hohen Temperaturen, um organische Materialien zu zerstören. Die Überreste des Prozesses sind Asche, die immer noch radioaktiv ist und gelagert werden muss.

F2: Was sind die Vorteile der Kompaktierung bei der Behandlung radioaktiver Abfälle?

A2: Die Kompaktierung ist ein nützliches Verfahren bei der Behandlung radioaktiver Abfälle, da sie dazu beiträgt, das Abfallvolumen in einem einzigen Arbeitsgang um bis zu 80 % zu reduzieren. Das Verfahren ist einfach und beinhaltet das Zerkleinern oder Pressen des Abfalls zu einem kleineren Volumen. Dies reduziert den für die Lagerung radioaktiver Abfälle benötigten Platz.

F3: Was sind die Vorteile der Filtration bei der Behandlung gasförmiger Abfälle?

A3: Die Vorteile der Filtration bei der Behandlung gasförmiger Abfälle mit Filtern sind vielfältig. Das Verfahren kann bis zu 99 % der gefährlichen Stoffe im Abfall entfernen. Zweitens reduziert es das Abfallvolumen um etwa 90 % bis 95 %, was es zu einer sehr effizienten Methode zur Abfallbehandlung macht.

F4: Was sind die verschiedenen Methoden der physikalischen Abfallbehandlung?

A4: Es gibt viele Methoden der physikalischen Abfallbehandlung. Einige der gängigen Verfahren sind die Zerkleinerung, bei der Abfall in kleinere Stücke geschnitten oder zerkleinert wird; die Immobilisierung, bei der Abfall in eine feste Form wie Beton umgewandelt wird, und die Filtration, bei der schädliche gasförmige Stoffe mit Filtern abgetrennt werden.