.jpg){kind=link}
Thực đơn
Chất thải phóng xạ
Được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt là hai sản phẩm phân hạch tuổi thọ cao, Tc-99 (chu kỳ bán rã 220.000 năm) và I-129 (chu kỳ bán rã 15.7 triệu năm), là chất phóng xạ chủ yếu trong nhiên liệu đã qua sử dụng sau vài ngàn năm. Những nguyên tố siêu urani gây nhiều phiền phức nhất là Np-237 (chu kỳ bán rã hai triệu năm) và Pu-239 (chu kỳ bán rã 24.000 năm).[45] Chất thải hạt nhân phải được xử lý và quản lý rất cẩn thận để tránh tiếp xúc với sinh quyển. Điều này cần việc xử lý và chiến lược quản lý lâu dài gồm lưu trữ, phế bỏ hay biến đổi chất thải trở nên vô hại.[46] Chính phủ nhiều quốc gia đang xem xét nhiều phương thức quản lý và loại bỏ chất thải, tuy nhiên không có nhiều tiến bộ trong việc quản lý chất thải dài hạn.[47]
Vào nửa sau của thế kỷ 20, một số cách vứt bỏ chất thải hạt nhân được nghiên cứu bởi các cường quốc hạt nhân,[48] gồm:
Ở Mỹ, chính sách quản lý chất thải hoàn toàn bị phá vỡ với việc ngừng thi công, hoàn thành Kho chứa chất thải hạt nhân núi Yucca.[50] Hiện tại có 70 nhà máy điện hạt nhân giữ nhiên liệu đã qua sử dụng. Ủy ban A Blue Ribbon do Tổng thống Obama chỉ định nghiên cứu các giải pháp khác trong tương lai, và kho chứa địa chất sâu có vẻ được ủng hộ.[50]
Lưu giữ chất thải lâu dài cần ổn định chất thải để nó không phản ứng hay phân hủy trong thời gian dài. Trên lý thuyết, một cách để thực hiện điều đó là thủy tinh hóa.[51] Hiện nay, tại Sellafield, chất thải cấp cao (sản phẩm tinh lọc của chu trình đầu tiên của PUREX) được trộn với đường và được nung vôi, quá trình dẫn chất thải qua một ống xoay tròn được đun nóng. Mục đích của việc này là làm bốc hơi hơi nước tron chất thải và khử nitrat từ sản phẩm phân hạch, làm tăng sự ổn định của thủy tinh tạo thành.[52]
Sản phẩm tạo thành liên tục được đưa vào một lò nung cảm ứng cùng những mảnh thủy tinh vỡ.[53] Thủy tinh được tạo ra với các chất thải gắn chặt vào cấu trúc ma trận tinh thể của nó khi đông cứng lại. Dưới dạng nóng chảy, chất này được đổ vào các bình chứa hình trụ tròn làm bằng thép không gỉ. Khi nguội, chất lỏng này hóa rắn ("thủy tinh hóa") và trở thành thủy tinh có tính chống nước cao.[54]
Sau khi đổ đầy bình chứa, một con dấu được hàn lên nắp bình. Bình được rửa sạch và sau khi kiểm tra sự nhiễm xạ ở bên ngoài, chiếc bình thép được đem đi lưu trữ, thường là trong một kho dưới lòng đất. Theo đó, chất thải được dự đoán là sẽ bất động trong hàng ngàn năm.[55]
Thủy tinh trong các bình chứa thường là một hợp chất đen bóng. Đường được thêm vào để kiểm soát lượng rutheni và ngăn chặn sự hình thành của hợp chất dễ bay hơi RuO4 có chứa các đồng vị phóng xạ của rutheni. Ở phương Tây, thủy tinh được dùng thường là thủy tinh borosilicat (tương tự Pyrex), trong khi ở khối Xô Viết cũ hay sử dụng thủy tinh photphat.[56] Lượng sản phẩm phân hạch trong thủy tinh phải nằm trong giới hạn vì một số (palladi, các kim loại khác trong nhóm Pt, và telua) có thể hình thành dạng kim loại tách khỏi thủy tinh. Thủy tinh hóa hàng loạt sử dụng điện cực để làm nóng chảy chất thải để được chôn dưới lòng đất.[57] Tại Đức một nhày máy thủy tinh hóa đang hoạt động, xử lý chất thải từ một nhà máy thí điểm tái chế nhỏ đã đóng cửa.[52][58]
Chất thải phóng xạ cấp trung bình trong ngành công nghiệp hạt nhân thường được xử lý bằng trao đổi ion hoặc các phương pháp khác để tập trung lượng phóng xạ vào một chỗ. Lượng lớn chất thải còn lại ít phóng xạ hơn thường được xử lý rồi thải bỏ. Ví dụ, có thể dùng khối sắt hidroxit để loại bỏ kim loại phóng xạ khỏi dung dịch hỗn hợp.[59] Sau khi những đồng vị phóng xạ này được hấp thụ vào sắt hidroxit, sản phẩm được đặt trong một cái trống kim loại trước khi được trộn với xi măng để tạo thành dạng chất thải rắn.[60] Để có được chất lượng lâu dài (độ ổn định cơ học) tốt hơn, chúng có thể là hỗn hộp gồm tro bay hoặc xỉ lò cao, và xi măng Portland, thay vì xi măng thông thường (làm từ xi măng Portland, sỏi và cát).
Synroc (đá tổng hợp) của Úc là một cách thức tinh vi hơn để xử lý chất thải, và quy trình này có thể được dùng trong thương mại cho chất thải dân sự (hiện đang phát triển cho chất thải của quân đội Mỹ). Synroc được phát minh bởi Giáo sư Ted Ringwood (một nhà địa hóa học) tại Đại học Quốc gia Úc.[61] Synroc chứa pyrochlore và khoáng chất dạng cryptomelane. Synroc nguyên gốc (Synroc C) được thiết kế cho chất thải lỏng cấp cao (sản phẩm tinh lọc của PUREX) từ lò phản ứng nước nhẹ. Các khoáng chất chính trong Synroc là hollandit (BaAl2Ti6O16), zirconolit (CaZrTi2O7) và perovskit (CaTiO3). Zirconolit và perovskit là nơi giữ các actini; stronti và bari sẽ được giữ trong perovskit, còn Xêsi được giữ trong hollandit.
Khoảng thời gian được xem xét trong việc xử lý chất thải hạt nhân vào khoảng từ 10.000 đến 1.000.000 năm,[62] dựa trên các nghiên cứu về tác động của các liều phóng xạ.[63]Các nhà nghiên cứu cho rằng những chẩn đoán về tác hại lên sức khỏe trong khoảng thời gian đó cần phải được xem xét nghiêm túc.[64][65] Những nghiên cứu thực tế chỉ xét đến 100 năm khi có kế hoạch hiệu quả[66] và đánh giá chi phí.[67] Hoạt động dài hạn của chất thải phóng xạ vẫn đang là chủ đề của nhiều dự án nghiên cứu.[68]
Kho chứa khô thường có: đưa chất thải từ bể nhiên liệu đã qua sử dụng và đóng dấu (cùng với một khí trơ) trong một bình thép và được đặt trong một trụ bê tông để chắn phóng xạ. Đây là một phương pháp khá tiết kiệm có thể được thực hiện tại một cơ sở trung tâm hoặc cạnh lò phản ứng. Chất thải có thể dễ dàng lấy ra để tái xử lý.[69]
Quá trình chọn lựa kho chứa địa chất sâu cho chất thải cấp cao và nhiên liệu đã qua sử dụng đang được thực hiện ở một số quốc gia và dự kiến sẽ được đưa vào hoạt động lần đầu vào khoảng sau năm 2010. Ý tưởng chính là tìm một khu vực địa chất lớn, ổn định và dùng công nghệ đào mỏ để tạo một đường hầm, hoặc một máy khoan đường hầm (giống những cái dùng để xây dựng Đường hầm eo biển Manche) để khoan một lỗ sâu 500 mét (1.600 ft) đến 1.000 mét (3.300 ft) dưới bề mặt nơi phòng kho có thể được tạo ra để bỏ chất thải phóng xạ cấp cao. Mục đích là cách ly hoàn toàn chất thải hạt nhân khỏi môi trường sống của con người.
Do một số chất phóng xạ có chu kỳ bán rã dài hơn một triệu năm, ngay cả rò rỉ thùng chứa hay tỉ lệ dịnh chuyển hạt nhân phóng xạ nhỏ nhất cũng phải được tính đến.[71] Ngoài ra, một số chất phóng xạ có thể cần hơn một chu kỳ bán rã trước khi tính phóng xạ giảm xuống mức an toàn cho sinh vật. Một đánh giá năm 1980 của Chương trình xử lý chất thải phóng xạ bởi Viện Khoa học Quốc gia Thụy Điển cho thấy xấp xỉ cần khoảng vài trăm ngàn năm—có thể lên đến một triệu năm—để cách ly chất thải hoàn toàn.[72]
Dữ liệu hàm lượng oxy trong giai đoạn dài 25 năm cho thấy những vùng nước sâu ở Bắc Đại Tây Dương không tương tác với vùn nước nông trong khoảng 140 năm, dẫn đến ý kiến về việc chôn chất thải phóng xạ dưới dáy đại dương.[73] Chúng bao gồm chôn lấp dưới một đồng bằng biển thẳm ổn định, chôn dưới một vùng hút chìm để nó từ từ mang chất thải xuống quyển manti,[74][75] và chôn lấp dưới một hòn đảo cô lập, tự nhiên hoặc nhân tạo.Tuy những phương pháp này đều có ưu điểm và góp phần trong nỗ lực quốc tế trong việc xử lý chất thải phóng xạ, chúng cần sự sửa đổi bổ sung của Công ước Liên Hiệp Quốc về Luật biển.[76] Điều 1 (Định nghĩa), số 7, Dự thảo 1996 của Công Ước về Phòng Ngừa Ô Nhiễm Biển bằng việc Thải Chất Thải và Các Chất Khác (Công Ước Thải Bỏ Luân Đôn), ghi rằng:
""Biển" gồm tất cả vùng nước ngoại trừ những vùng nước nội địa của các Quốc gia, cũng như đáy biển và lớp đất bên dưới; nó không bao gồm những khu vực dưới đáy đại dương chỉ có thể đến từ đất liền."Phương pháp thải bỏ chất thải ở vùng hút chìm lục địa loại bỏ chất thải tại một vùng hút chìm từ đất liền nên không vi phạm các quy định quốc tế. Đây được coi là phương pháp xử lý chất thải phóng xạkhả thi nhất,[77] và là công nghệ xử lý chất thải hạt nhân tiên tiến nhất trước năm 2001.[78]Một hướng đi khác có tên Remix & Return[79] trộn chất thải cấp cao với mỏ urani cùng đuôi quặng cối xay cho đến khi đạt được mức phóng xạ của ban đầu của quặng urani, rồi thay nó cho các mỏ urani không hoạt động. Việc này giúp tạo thêm việc làm cho các thợ mỏ đồng thời xử lý, và tạo điều kiện cho một chu trình từ đầu đến cuối cho vật liệu phóng xạ, nhưng lại không thích hợp với nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng chưa được tái xử lý do có chứa những nguyên tố phóng xạ rất độc như plutoni.
Bỏ trong lỗ khoan sâu đặt chất thải phóng xạ sâu tới 5 km (3,1 dặm) dưới bề mặt trái Đất và dựa vào lá chắn địa chất khổng lồ này để biệt lập chất thải an toàn và vĩnh viễn để nó không gây hại đến môi trường. Vỏ Trái Đất chứa 120 nghìn tỷ tấn thori và 40 nghìn tỷ tấn urani (chủ yếu là các dấu vết có nồng độ vài phần triệu trong lớp vỏ nặng 3 × 1019 tấn), cùng với nhiều nguyên tố phóng xạ khác.[80][81][82] Do tỉ lệ hạt nhân phân rã trong một đơn vị thời gian tỉ lệ nghịch với chu kỳ bán rã của đồng vị đó, cường độ phóng xạ của các hạt nhân phóng xạ do con người tạo ra (hàng nghìn tấn thay vì hàng nghìn tỷ tấn) sẽ giảm dần khi các đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán rã ngắn hơn đa số các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên, phân rã.
Tháng 1 năm 2013, hội đồng hạt Cumbria bác bỏ đề xuất của chính phủ Anh về việc xây dựng một bãi chứa chất thải hạt nhân dưới lòng đất gần Vườn quốc gia Lake District. Ed Davey, Bộ trưởng Bộ Năng Lượng, nói: "Đối với bất kỳ cộng đồng nào, sẽ có những lợi ích chung to lớn và đáng giá hàng trăm tiệu bảng", tuy nhiên, đại diện của địa phương bỏ phiếu 7–3 chống lại việc tiếp tục nghiên cứu, sau khi có bằng chứng của các nhà địa chất độc lập cho rằng "Địa tầng gấp khúc của hạt không đáng tin cậy trong việc để những chất nguy hiểm và những mối nguy kéo dài hàng ngàn năm."[83][84]
Có nhiều đề xuất về những lò phản ứng tiêu thụ chất thải hạt nhân và biến đổi nó thành những dạng chất thải khác ít nguy hiểm hoặc tuổi thọ ngắn hơn. Cụ thể, Lò phản ứng tích hợp nhanh là một lò phản ứng được cho là dùng chu trình nhiên liệu hạt nhân mà không tạo ra chất thải siêu urani, thậm chí có thể tiêu thụ chúng. Mặc dù đã được thử nghiệm trên quy mô lớn, nhưng dự án đã bị chính phủ Hoa Kỳ hủy bỏ. Một hướng đi khác, được xem là an toàn hơn nhưng cần phát triển thêm, là dùng các lò phản ứng subcritical để biến tố phần chất thải siêu urani sót lại.
Một đồng vị có trong chất thải phóng xạ và đáng lo ngại về khả năng lan rộng là Pu-239. Lượng plutoni lớn này được tạo ra trong những lò phản ứng chạy urani và trong quá trình tái xử lý plutoni cho vũ khí trong các chương trình quân sự. Một giải pháp để loại bỏ plutoni là sử dụng nó làm nhiên liệu cho Lò phản ứng Nước Nhẹ truyền thống (LWR). Một vài loại nhiên liệu với các hiệu quả loại bỏ plutoni khác nhau đang được nghiên cứu.
Biến tố bị cấm ở Mỹ từ tháng tư năm 1971 bởi Tổng thống Carter do mối nguy của việc plutoni lan rộng,[85] nhưng Tổng thống Reagan dỡ bỏ lệnh cấm năm 1981.[86] Vì những thiệt hại và rủi ro kinh tế, việc xây dựng nhà máy tái xử lý không được tiếp tục trong thời gian này. Tuy nhiên, nghiên cứu về phương pháp này tiếp tục ở châu Âu do nhu cầu năng lượng cao, trong đó là dự án một lò phản ứng hạt nhân thực tế mang tên Myrrha có thể biến tố được. Một chương trình nghiên cứu khác mang tên ACTINET đã được Liên minh châu Âu bắt đầu để thực hiện biến tố trên quy mô công nghiệp. Theo Quan Hệ Đối Tác Năng Lượng Hạt Nhân Toàn Cầu (GNEP) của Tổng thống Bush năm 2007, Hoa Kỳ hiện đang khuyến khích nghiên cứu về công nghệ biến tố cần để giải quyết vấn đề xử lý chất thải hạt nhân.[87]
Đã có một số nghiên cứu lý thuyết sử dụng lò phản ứng nhiệt hạch để "đốt actini", với một plasma lò phản ứng nhiệt hạch như trong tokamak, có thể được "kích thích" bằng một lượng nhỏ nguyên tử siêu urani và biến tố chúng (tức hợp hạch trong trường hợp các actini) thành những nguyên tố nhẹ hơn sau khi liên tục bị neutron năng lượng cao, tạo ra trong quá trình hợp hạch deuteri và triti trong lò phản ứng, dội vào. Một nghiên cứu tại MIT cho thấy chỉ cần 2 hay 3 lò phản ứng nhiệt hạch với thông số tương tự ITER là có thể biến tố toàn bộ lượng "tiểu actini" (actini dùng trong nhiên liệu hạt nhân trừ plutoni và urani) hàng năm từ những lò phản ứng nước nhẹ hiện đang hoạt động tại Mỹ đồng thời tạo ra khoảng 1 gigawatt năng lượng từ mỗi lò phản ứng.[88]
Một giải pháp khác là tìm cách dùng những đồng vị trong chất thải hạt nhân để tái sử dụng chúng.[89] Hiện, Xêsi-137, stronti-90 và một số đồng vị khác được chiết cho một số ứng dụng công nghiệp như chiếu xạ thực phẩm và máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ. Tuy tái sử dụng không hoàn toàn loại bỏ nhu cầu quản lý các chất phóng xạ, nó có thể làm giảm đáng kể lượng phóng xạ thải ra.
Phương Pháp Sản Xuất Hydrocarbon Bằng Hạt Nhân,[90], là một phương pháp chứa tạm thời hay vĩnh viễn chất thải hạt nhân bằng cách để chất thải vào một hay nhiều kho hay lỗ khoan xây trong một hệ thống dầu phi truyền thống. Nhiệt của vật liệu thải làm biến đổi tính chất hóa học và/hoặc tính chất vật lý của vật liệu hidrocacbon trong hệ thống ngầm này để có thể loại bỏ vật liệu đã bị biến đổi này. Tính phóng xạ của chất thải phóng xạ cấp cao cho phép sự chống phổ biến plutoni đặt ở ngoại vi kho hoặc phần sâu nhất của lỗ khoan.
Lò phản ứng sinh sản (lò phản ứng tạo ra nhiều vật liệu phân hạch hơn lượng tiêu thụ) có thể chạy bằng U-238 và các nguyên tố siêu urani, thứ chiếm hầu hết lượng phóng xạ của nhiên liệu đã qua sử dụng trong khoảng thời gian 1.000–100.000 năm.
Việc bỏ ngoài vũ trụ rất hấp dẫn vì loại bỏ chất thải khỏi Trái Đất. Tuy nhiên, nó có một số hạn chế nhất định như khả năng thất bại của tên lửa đẩy, có thể làm chất phóng xạ lan rộng khắp bầu khí quyển và toàn thế giới. Cần phải có nhiều lần phóng vì không tên lửa đơn lẻ nào có thể mang nhiều chất thải so với lượng thải ra. Điều này khiến giải pháp vô cùng đắt đỏ và làm tăng nguy cơ của một vụ phóng thất bại.[91]Hơn thế nữa, cần phải đạt được thỏa thuận quốc tế về quy định và cách tổ chức một chương trình như thế.[92]Giá thành cao và độ tin cậy thấp của các hệ thống phóng tên lửa vào không gian trở thành một động lực cho những hệ thống không dùng tên lửa như mass driver, thang máy vũ trụ và những giải pháp khác.[93]
Thụy Điển và Phần Lan hiện đang tiến xa nhất trong việc nghiên cứu một công nghệ xử lý nhất định, trong khi nhiều nước khác tái xử lý nhiên liệu hoặc ký hợp đồng với Pháp hay Anh làm giúp họ và lấy lại plutoni và chất thải cấp cao thành phẩm. "Một lượng lớn plutoni tồn đọng từ tái xử lý đang tăng dần ở nhiều quốc gia... Tính kinh tế của việc tái xử lý là câu hỏi lớn trong bối cảnh urani rất rẻ hiện nay."[94]
Tại nhiều nuốc châu Âu (như Anh, Phần Lan, Hà Lan, Thụy Điển và Thụy Sĩ) nguy cơ hay giới hạn liều lượng của một người bình thường bị chiếu xạ từ một cơ sở chất thải hạt nhân cấp cao trong tương lai nghiêm ngặt hơn nhiều so với tiêu chuẩn của Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Phóng xạ (ICRP) hay ở Mỹ. Giới hạn ở châu Âu thường chặt hơn tiêu chuẩn được đề xuất năm 1990 bởi ICRP gấp 20 lần, và gấp 10 lần so với tiêu chuẩn đề ra bởi Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (EPA) cho Kho chứa chất thải hạt nhân núi Yucca trong 10.000 năm sau khi đóng cửa.[95]
Quy định của EPA cho thời gian sau 10.000 năm lỏng hơn 250 lần giới hạn của châu Âu.[95] EPA đề xuất một giới hạn pháp lý tối đa là 3.5 milisievert trên mỗi người trong một năm sau 10.000 năm, mặc dù Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) dự đoán rằng liều thực tế sẽ thấp hơn rất nhiều.[96] Hàng nghìn năm sau, khi hầu hết hạt nhân phóng xạ với chu kỳ bán rã ngắn đã phân rã hết, chôn chất thải hạt nhân sẽ làm tăng tính phóng xạ của 2.000 foot (610 m) đất đá ở Mỹ (rộng gần 10 triệu km2) khoảng 1 phần 1 triệu trên tổng khối lượng chất phóng xạ tự nhiên có trong thể tích đó, nhưng những khu vực lân cận của kho chứa đó sẽ có mức tập trung chất phóng xạ nhân tạo cao hơn nhiều so với mức trung bình.[97]
Các nhà chức trách Ý đang điều tra băng nhóm mafia 'Ndrangheta bị buộc tội vận chuyển và vứt bỏ trái phép chất thải hạt nhân. Theo một whistleblower, một quản lý của cơ quan nghiên cứu năng lượng quốc gia của Ý, Enea, đã trả tiền cho nhóm để vứt 600 thùng phuy chứa chất thải phóng xạ và độc hại từ Ý, Thụy Sĩ, Pháp, Đức và Mỹ, đến Somalia, nơi chất thải được chôn sau khi mua chuộc những chính quyền địa phương. Một số nhân viên cũ của Enea bị nghi ngờ đã trả tiền cho băng tội phạm để trốn tránh trách nhiệm trong những năm 1980 và 1990. Chuyến hàng đến Somalia tiếp tục trong thập kỷ 90, đồng thời 'Ndrangheta cho nổ tàu chở chất thải, gồm cả chất thải phóng xạ, khiến chúng chìm xuống đáy biển ngoài khơi Calabria.[98] Theo nhóm hoạt động vì môi trường Legambiente, các cựu thành viên của 'Ndrangheta nói rằng họ được trả tiền để đắm chìm tày với chở vật liệu phóng xạ trong suốt 20 năm qua.[99]
Thực đơn
Chất thải phóng xạLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Chất thải phóng xạ