การจัดการกากในวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

  • พลังงานนิวเคลียร์ เป็นเทคโนโลยีชนิดเดียว ที่รับผิดชอบอย่างเต็มที่ต่อกากที่เกิดขึ้นทั้งหมด และได้รวมต้นทุนเรื่องนี้ลงไปในราคาของผลผลิต
  • กากกัมมันตรังสีมีปริมาณน้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับกากที่เกิดขึ้นจากการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล
  • เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว อาจจะพิจารณาว่าเป็นทรัพยากร หรืออาจจะคิดว่าเป็นกากก็ได้
  • กากนิวเคลียร์ทุกชนิด มีกัมมันตภาพรังสีลดลงตามเวลา
  • วิธีการจัดการกากรังสีระดับสูง ได้รับพิสูจน์ทางเทคนิคแล้วว่ามีความปลอดภัย หน่วยงานระหว่างประเทศ มีเห็นสอดคล้องกันว่าควรเก็บไว้ใต้พื้นดินในระดับลึก

ทุกส่วนของวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ สามารถทำให้เกิดกากกัมมันตรังสี (radwaste) และต้นทุนในการจัดการกากเหล่านี้ จะเป็นส่วนหนึ่งของราคาค่าไฟฟ้า

ในแต่ละขั้นตอนของวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มีการพิสูจน์แล้วว่า เทคโนโลยีในการเก็บกากกัมมันตรังสีมีความปลอดภัย แต่ในบางกรณีอาจจะไม่มี การจัดการ ด้วยเหตุผลทางด้านสาธาณะหรือไม่มีความจำเป็น

กัมมันตภาพรังสีของกากนิวเคลียร์ทุกชนิด มีค่าลดลงตามเวลา นิวไคลด์รังสีแต่ละชนิดในกากนิวเคลียร์ มีครึ่งชีวิต ซึ่งเป็นเวลาที่อะตอมมีการสลายตัว ทำให้กัมมันตภาพรังสีลดลงครึ่งหนึ่ง นิวไคลด์รังสีที่มีครึ่งชีวิตยาว มีแนวโน้มที่จะให้รังสีอัลฟาและรังสีบีตา ทำให้การดูแลรักษาทำได้ง่าย ขณะที่นิวไคลด์รังสีครึ่งชีวิตสั้น มักจะให้รังสีแกมมาที่สามารถผ่านวัตถุไปได้มากกว่า

กากที่มีกัมมันตภาพรังสีทุกชนิด จะสลายตัวไปเป็นธาตุที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีในที่สุด ไอโซโทปที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงมากกว่า จะสลายตัวเร็วกว่า

วัตถุประสงค์หลักในการจัดการกากกัมมันตรังสี คือการป้องกันประชาชนและสิ่งแวดล้อม โดยการแยกออกไปให้ห่างไกล หรือทำให้เจือจาง เพื่อทำให้กัมมันตภาพ หรือความเข้มข้นของนิวไคลด์รังสี กลับลงมาเท่ากับสิ่งแวดล้อมและไม่มีอันตราย โดยการจัดการหรือบรรจุ และบางครั้ง อาจจะต้องเก็บอย่างถาวรใต้พื้นดินระดับลึก เพื่อไม่ให้เกิดอันตรายหรือเกิดมลภาวะ

ประเทศในกลุ่มที่พัฒนาแล้ว หรือ OECD มีการผลิตกากสารพิษ (toxic wastes) ปีละ 300 ล้านตัน ขณะที่มีการผลิตกากกัมมันตรังสี ปีละ 81,000 ลูกบาศก์เมตร ในประเทศที่ใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ มีกากกัมมันตรังสี น้อยกว่า 1% ของกากสารพิษทางอุตสาหกรรม ซึ่งจะยังคงเป็นสารมีพิษอยู่ตลอดไป

ชนิดของกากกัมมันตรังสี

หางแร่ (Mine tailings): การทำเหมืองยูเรเนียม จะทำให้เกิดหางแร่ที่ประกอบด้วยธาตุที่มีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งพบได้ตามธรรมชาติในแร่ยูเรเนียม โดยในระยะสั้น จะปกคลุมหางแร่เหล่านี้ด้วยน้ำ เมื่อผ่านไปหลายเดือน กัมมันตภาพรังสีจะลดลงเหลือประมาณ 75% ของแร่ในตอนต้น จากนั้นจะถูกกักเก็บไว้และปกคลุมด้วยชั้นดินและหิน เพื่อป้องกันก๊าซเรดอน และทำให้มีสภาพที่เสถียรในระยะยาว แต่ถ้าพูดตามตรงแล้ว วัสดุเหล่านี้ อาจจะไม่จัดเป็นกากกัมมันตรังสี

กากรังสีระดับต่ำ (Low-level Wastes, LLW) มีที่มาจากการใช้งานในโรงพยาบาล และทางอุตสาหกรรม รวมทั้งจากวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ กากประเภทนี้ประกอบด้วย กระดาษ เศษวัสดุ เสื้อผ้า กระดาษ ฯลฯ ซึ่งมีการเปรอะเปื้อนสารกัมมันตรังสี ที่ส่วนใหญ่มีอายุสั้นในปริมาณเล็กน้อย และไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุป้องกันรังสี ในการดูแล หรือในระหว่างที่ทำการเคลื่อนย้าย กากประเภทนี้ สามารถจัดเก็บในพื้นที่จัดไว้ โดยการกลบฝังระดับตื้น ซึ่งมักจะทำการอัดหรือเผา เพื่อลดปริมาตรลงก่อนที่จะจัดเก็บ ประมาณ 90% ของกากชนิดนี้ มีปริมาตรของส่วนที่มีกัมมันตภาพรังสีเพียง 1% ของปริมาตรทั้งหมดเท่านั้น

กากรังสีระดับปานกลาง (Intermediate-level Wastes, ILW) ประกอบด้วยวัสดุที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงกว่า และบางครั้งอาจต้องใช้วัสดุป้องกันรังสี (shielding) โดยทั่วไป กากชนิดนี้จะเป็นเรซิน กากตะกอนเคมี และโลหะที่หุ้มเชื้อเพลิง (fuel cladding) รวมทั้งวัสดุเปรอะเปื้อนรังสี ที่มาจากการรื้อถอนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วัสดุบางชิ้นหรือส่วนที่ไม่ใช่ของแข็ง อาจจะหล่อผสมกับคอนกรีตหรือยางมะตอยก่อนจะจัดเก็บ กากชนิดนี้มีประมาณ 7% ที่เป็นกากรังสี (radwaste) และมีประมาณ 4% ของปริมาตรทั้งหมด

กากรังสีระดับสูง (High-level Wastes, HLW) เป็นวัสดุที่มาจากการใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งประกอบด้วยผลผลิตฟิชชัน และธาตุในกลุ่ม transuranic ที่เกิดขึ้นในแกนเครื่องปฏิกรณ์ กากชนิดนี้มีความร้อนและมีกัมมันตภาพรังสีสูง จึงต้องมีการระบายความร้อน และมีวัสดุป้องกันรังสี กากชนิดนี้จึงอาจพิจารณาได้ว่า เป็นเถ้าที่เกิดจากการเผาไหม้ของยูเรเนียม กัมมันตภาพรังสีของ HLW เกิดจากการใช้งานในกระบวนการผลิตไฟฟ้า มากกว่า 95% ของกัมมันตภาพรังสีทั้งหมด ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด

กระบวนการผลิตเชื้อเพลิง (Conversion, enrichment, making fuel)

ยูเรเนียมออกไซด์ (U3O8) เข้มข้นที่ได้จากการทำเหมือง เรียกว่า เค้กเหลือง (yellowcake) มีกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าหินแกรนิต ที่ใช้ในการก่อสร้างไม่มากนัก เมื่อสกัดแล้วจะทำการเปลี่ยนรูป ให้เป็นก๊าซยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (uranium hexafluoride, UF6) จากนั้นจึงเสริมสมรรถนะให้มีปรมาณ U-235 เพิ่มขึ้นจาก 0.7% ให้สูงขึ้นเป็น 3.5% ก่อนจะทำให้กลับคืนเป็นของแข็งในรูปของเซรามิกส์ออกไซด์ (UO2) เพื่อขึ้นรูปเป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์

ส่วนที่เหลือจากกระบวนการเสริมสมรรถนะ (enrichment) คือ depleted uranium (DU) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไอโซโทปของ U-238 ที่เก็บไว้ในรูปของ UF6 หรือ U3O8 ปัจจุบัน มี DU เก็บไว้ประมาณ 1.2 ล้านตัน เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงมาก บางส่วนจึงได้ถูกนำไปใช้งาน เช่น ทำกระดูกงูของเรือ ทำหัวจรวด รวมทั้งผสมกับพลูโตเนียม เพื่อใช้ทำเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (mixed oxide fuel) และใช้เจือจางยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (highly-enriched uranium) ที่ถอดออกจากอาวุธนิวเคลียร์ เพื่อนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์

สระน้ำสำหรับเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว ในโรงงงานสกัดซ้ำ (reprocessing) ของอังกฤษ

การจัดการกากรังสีระดับสูงจากเชื้อเพลิงใช้แล้ว

เชื้อเพลิงใช้แล้วทำให้มีกากรังสีระดับสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจาก

  • มาจากการใช้งานเชื้อเพลิงเองในแท่งเชื้อเพลิง
  • เป็นกากที่มาจากกระบวนการสกัดซ้ำ
โดยทั่วไป เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดใหญ่ จะมีเชื้อเพลิงใช้แล้วประมาณ 25 ตัน หรือ 3 ลูกบาศก์เมตรต่อปี โดยทำให้เป็นเนื้อแก้ว ซึ่งเป็นวิธีดูแลรักษาที่มีประสิทธิภาพ ประหยัด และปลอดภัย มาตั้งแต่เริ่มมีการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
กัมมันตภาพรังสีของผลผลิตฟิชชันในช่วงเวลาของแต่ละกระบวนการ
เพื่อให้มั่นใจได้ว่าจะไม่เกิดการรั่วไหลออกไปสู่สิ่งแวดล้อม ในเวลามากกว่าหมื่นปี จึงมีการป้องกันหลายชั้น (multiple barrier) โดยผนึกและเก็บธาตุกัมมันตรังสี ในกากรังสีระดับสูง และกากรังสีระดับปานกลางบางส่วน ให้อยู่ในสถานที่ห่างไกลชุมชน ซึ่งชั้นที่ใช้ป้องกัน ได้แก่
  • การผนึกกากโดยใช้วัสดุที่ไม่ละลาย เช่น แก้ว (borosilicate glass) หรือหินสังเคราะห์ (synthetic rock) และเม็ดเชื้อเพลิงเองก็เป็นเซรามิกส์ของ UO2 ที่มีความเสถียรสูง
  • บรรจุไว้ภายในภาชนะที่ทนการกัดกร่อน เช่น เหล็กไร้สนิม
  • เก็บไว้ใต้พื้นดินระดับลึก ภายในชั้นหินที่มีโครงสร้างเสถียร
  • ล้อมรอบภาชนะที่ใช้บรรจุด้วยวัสดุกันน้ำ เช่น bentonite clay เพื่อป้องกันในกรณีที่มีน้ำเข้าไปในสถานที่เก็บ

ถ้ามีการนำเชื้อเพลิงใช้แล้วมาสกัดซ้ำ เช่นในเครื่องปฏิกรณ์ของอังกฤษ ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น และเยอรมัน กากรังสีระดับสูง จะประกอบด้วยผลผลิตฟิชชัน ที่มีกัมมันตภาพรังสีสูง และมีบางส่วนเป็นธาตุ transuranic ที่มีกัมมันตภาพรังสีและมีอายุยาว เชื้อเพลิงใช้แล้ว เมื่อถูกสกัดยูเรเนียมและพลูโตเนียมออกมาใช้ จะเหลือเป็นกากรังสีระดับสูงที่ให้ความร้อนออกมา จึงต้องมีการระบายความร้อน และนำไปหล่อให้เป็นแก้วในรูป borosilicate (Pyrex) glass ก่อนจะบรรจุในถังเหล็กไร้สนิมรูปทรงกระบอก ความสูงประมาณ 1.3 เมตร และเก็บไว้ใต้พื้นดินในชั้นหินที่ลึกมาก วัสดุเหล่านี้ จึงเป็นกากที่ถาวร โดยจะไม่นำมาใช้อีกในอนาคต

ถ้าเชื้อเพลิงใช้แล้วของเครื่องปฏิกรณ์ ยังไม่ได้นำมาสกัดซ้ำ ก็จะยังคงมีไอโซโทปที่มีกัมมันตภาพรังสีสูง ถ้าจะนำไปจัดเก็บถาวร ส่วนประกอบทั้งหมดก็ถือว่าเป็นกากรังสีระดับสูง ต้องมีการระบายความร้อน เนื่องจากให้ความร้อนสูงออกมาเช่นกัน แต่เนื่องจาก กากเหล่านี้มียูเรเนียมอยู่สูง และมีพลูโตเนียมอยู่บางส่วน ยังมีค่าและสามารถนำมาใช้ได้อีก จึงมีการนำไปจัดเก็บแบบถาวรน้อยลง

เมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 40-50 ปี ความร้อนและกัมมันตภาพรังสี จะลดลงเหลือประมาณ 1/1000 ของระดับรังสีในตอนแรก จึงใช้วิธีการยืดเวลาในการเก็บกากรังสีระดับสูงออกไป เพื่อให้กัมมันตภาพรังสีลดลงเหลือประมาร 0.1% ของระดับรังสีในตอนแรก

หลังจากที่เก็บไว้ประมาณ 40 ปี เชื้อเพลิงใช้แล้วจะถูกผนึกและบรรจุในถังเพื่อเก็บอย่างถาวรในชั้นหินใต้พื้นดิน

ประเทศที่นำเชื้อเพลิงใช้แล้วไปจัดเก็บถาวรโดยตรง (Direct disposal) โดยไม่นำกลับมาสกัดซ้ำ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา สวิสเซอร์แลนด์ สวีเดน แต่มีแนวโน้มที่จะนำกลับมาใช้ใหม่ ถ้าในอนาคต มีการมองว่ากากเหล่านี้เป็นทรัพยากร นั่นหมายถึงจะต้องมีการจัดการก่อนที่จะปิดสถานที่เก็บ

ปัจจุบัน มีแนวโน้มที่เครื่องปฏิกรณ์ จะมีการใช้เชื้อเพลิงที่เสริมสมรรถนะ U-235 มากกว่า 4% ให้ยาวนานขึ้น จนทำให้เชื้อเพลิงใช้แล้วมี U-235 ต่ำกว่า 0.5% ซึ่งจะทำให้การนำมาสกัดซ้ำมีแนวโน้มจะลดลง

การหมุนเวียนเชื้อเพลิงใช้แล้ว Recycling used fuel

เชื้อเพลิงใช้แล้วประกอบด้วย U-235 ไอโซโทปของพลูโตเนียมที่เกิดขึ้นในแกนเครื่องปฏิกรณ์ และ U-238 ถ้าไม่คิด U-238 ในเชื้อเพลิงใช้แล้ว จะมี U-235 เหลืออยู่ประมาณ 96% ของยูเรเนียมในตอนแรก การนำมาสกัดซ้ำ ที่ทำในยุโรปและรัสเซีย จะทำการแยกยูเรเนียมและพลูโตเนียมออกจากกาก เพื่อนำกลับมาหมุนเวียนใช้ใหม่ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในรูปของเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (mixed oxide, MOX) ซึ่งเป็นวัฏจักรเชื้อเพลิงแบบปิด (closed fuel cycle) (เรื่องนี้จะเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับเครื่องปฏิกรณ์วิจัยของออกสเตรเลีย ที่ Lucas Heights ใกล้กับ Sydney ที่จะมีเชื้อเพลิงใช้แล้วเหลืออยู่ในปริมาณน้อยมาก เชื้อเพลิงใช้แล้วเหล่านี้ จะถูกส่งกลับไปยุโรป เพื่อสกัดซ้ำ และกากที่เหลืออยู่เล็กน้อย จะถูกส่งกลับออกสเตรเลีย เพื่อจัดเก็บในแบบที่เป็นกากรังสีระดับปานกลาง)

พลูโตเนียมที่ได้จากกระบวนการสกัดซ้ำ มีเพียง 1% ในเชื้อเพลิงใช้แล้ว เมื่อนำมาใช้หมุนเวียน โดยผสมกับออกไซด์ของ depleted uranium และขึ้นรูปทำเป็นเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม (MOX fuel) จะได้แท่งเชื้อเพลิงขึ้นมาใหม่ ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ในยุโรปใช้พลูโตเนียมมากกว่า 5 ตันต่อปี ในรูปของเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม แม้ว่าขณะที่เครื่องปฏิกรณ์ทำงาน พลูโตเนียมที่เกิดขึ้น จะถูกใช้ไปด้วยในปริมาณมากเช่นกัน ในการเกิดปฏิกิริยาจับนิวตรอน (neutron capture) ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ พลูโตเนียมที่ได้จากวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทางพลเรือน ไม่เหมาะที่จะใช้ทำระเบิด เนื่องจากมีไอโซโทป Pu-240 มากเกินไป จากการที่เชื้อเพลิงอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์เป็นเวลานาน

โรงงงานสกัดซ้ำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ มีอยู่ในประเทศฝรั่งเศส อังกฤษ และรัสเซีย โดยมีกำลังผลิตประมาณ 5,000 ตันต่อปี และในระยะเวลา 50 ปี ที่ผ่านมา มีการผลิตสำหรับใช้ในทางพลเรือนแล้วประมาณ 80,000 ตัน โดยอังกฤษและฝรั่งเศส ได้ดำเนินการสกัดซ้ำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ให้กับประเทศอื่นด้วยเช่นกัน เช่น ญี่ปุ่น ซึ่งได้ส่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว ไปยังยุโรป ตั้งแต่ปี 1979 มากกว่า 140 เที่ยว เชื้อเพลิงใช้แล้วของญี่ปุ่นส่วนใหญ่ จึงถูกส่งไปสกัดซ้ำที่ยุโรป โดยหลอมกากที่เหลือเป็นแก้ว และสกัดยูเรเนียมกับพลูโตเนียมออกมา ทำเป็นเชื้อเพลิงออกไซด์ผสม แล้วส่งกลับญี่ปุ่นเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงใหม่ รัสเซียก็มีการสกัดซ้ำเชื้อเพลิงใช้แล้ว จากเครื่องปฏิกรณ์แบบโซเวียตที่ใช้อยู่ในประเทศอื่นเช่นกัน

มีการเสนอให้พัฒนากระบวนการสกัดซ้ำและการหมุนเวียน เพื่อแยกพลูโตเนียมโดยใช้ธาตุ actinide แต่ยังเป็นวิธีการที่ยากในการทำให้อยู่ในรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ผสม และหมุนเวียนกลับมาใช้กับเครื่องปฏิกรณ์แบบธรรมดา โดยต้องนำไปใช้กับเครื่องปฏิกรณ์แบบนิวตรอนเร็ว ซึ่งยังมีจำนวนน้อย แต่มีข้อดีตรงที่ทำให้จัดการกับกากรังสีระดับสูงได้ง่ายขึ้น

ภายในโรงเก็บในอังกฤษ มีอุปกรณ์ในการยกถังที่บรรจุกากรังสีระดับสูงที่หลอมเป็นแก้วอยู่ภายใน

ต้นทุนในการจัดการกากกัมมันตรังสี

การจัดการกากกัมมันตภาพรังสีทุกชนิดในทางพลเรือน ต้องมีการเตรียมการทางด้านการเงินไว้ล่วงหน้า ต้นทุนในการจัดการและการดำเนินการจัดเก็บกากของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อยู่ที่ประมาณ 5% ของต้นทุนทั้งหมดในการผลิตไฟฟ้า

การดำเนินการทางด้านนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ รัฐบาลจะจัดเก็บภาษีไว้ส่วนหนึ่ง เช่น 0.1 c/kWh ในสหรัฐ และ 0.14 c/kWh ในฝรั่งเศส สำหรับใช้ในการจัดการและการจัดเก็บกากรังสี ผู้ใช้ไฟฟ้าในสหรัฐ จึงมีกองทุน สำหรับจัดการกากกัมมันตรังสีแล้วประมาณ 20,000 ล้านเหรียญ

การดำเนินการเกี่ยวกับเชื้อเพลิงใช้แล้วและกากรังสีระดับสูง

ปัจจุบัน มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในสถานที่เก็บประมาณ 270,000 ตัน ซึ่งมีจำนวนมากที่เก็บไว้ภายในบริเวณเครื่องปฏิกรณ์ ในแต่ละปี มีเชื้อเพลิงใช้แล้วเพิ่มขึ้น 12,000 ตัน และ 3,000 ตัน ของจำนวนนี้ ถูกนำไปเข้ากระบวนการสกัดซ้ำ ส่วนการดำเนินการเพื่อจัดเก็บในขั้นสุดท้าย ยังไม่ใช่กรณีเร่งด่วน

กากรังสีระดับสูงจากกระบวนการสกัดซ้ำ ต้องทำให้อยู่ในรูปของแข็ง ฝรั่งเศสมีโรงงงานในเชิงพาณิชย์สองแห่ง ทำหน้าที่หลอมกากรังสีระดับสูง ที่เหลือจากกระบวนการสกัดซ้ำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ให้เป็นแก้ว เช่นเดียวกับโรงงงานในอังกฤษและเบลเยียม โดยโรงงานในยุโรปตะวันตก สามารถบรรจุกากเหล่านี้ได้ปีละ 2,500 ถัง หรือประมาณ 1,000 ตัน บางโรงงานเดินเครื่องมาแล้ว 20 ปี

ระบบผลิตหินสังเคราะห์ (synthetic rock) ของ Australian Synroc ในออสเตรเลีย อาจจะสะดวกกว่า ในการใช้เก็บรักษากากไม่ให้รั่วไหล และกระบวนการนี้อาจจะนำมาใช้เก็บกากทางพลเรือนในอนาคต

จนถึงวันนี้ ยังไม่มีวิธีการที่เหมาะสมที่สุด ในการเก็บกากรังสีระดับสูงในขั้นสุดท้าย เช่นเดียวกับการเก็บไว้ในที่เก็บบนพื้นดินในตอนแรก ประมาณ 30-50 ปี เพื่อให้ความร้อนและกัมมันตภาพรังสีสลายตัว จนถึงระดับที่สามารถดูแลและจัดเก็บได้ง่ายขึ้น

ปัจจุบัน หลายประเทศกำลังอยู่ระหว่างกระบวนการ ในการกำหนดความลึกที่พอเหมาะของสถานที่จัดเก็บ ซึ่งคาดว่าจะได้ข้อสรุปเบื้องต้น หลังปี 2010 ฟินแลนด์และสวีเดนมีความก้าวหน้าในการวางแผน และเลือกสถานที่จัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วถาวร ตั้งแต่ เมื่อสภาได้ตัดสินให้ดำเนินการ โดยยึดหลักของความปลอดภัย และใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ สหรัฐอเมริกาได้คัดเลือก สถานที่เก็บสุดท้ายอยู่ที่รัฐเนวาดา ได้มีการทำข้อเสนอเพื่อให้มีสถานที่ จัดเก็บกากรังสีระดับสูงระหว่างประเทศ ที่มีความเหมาะสมทางธรณีวิทยามากที่สุด ซึ่งสถานที่มีความเป็นได้ คือออสเตรเลียหรือรัสเซีย

รายงานโดยละเอียดและบทอ้างอิงของนโยบายและท่าที เรื่องกากกัมมันตรังสีของแต่ละประเทศ โดย Radioactive Waste Task Group ได้มีการจัดพิมพ์โดย International Nuclear Societies Council ในปี 1999

ในระหว่างที่ยังมีคำถาม กากเหล่านี้จึงอาจจัดเก็บไว้ก่อน และสามารถนำกลับคืนมาจากสถานที่เก็บได้ และถ้ามีเหตุผลในการเก็บไว้โดยให้เปิดออกได้ ในระยะยาว การรักษาความปลอดภัยจะเป็นสิ่งที่สำคัญ หลังจากที่เก็บไว้ 1,000 ปี กัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่จะสลายไปหมด โดยยังคงมีกัมมันตภาพรังสีส่วนหนึ่งหลงเหลืออยู่ เช่นเดียวกับแร่ยูเรเนียมที่มีอยู่ตามธรรมชาติ แต่อาจจะมีความเข้มข้นสูงกว่า

ในตารางตอนท้ายได้แสดงให้เห็นว่า หลายประเทศได้จัดเตรียมแผนและสถานที่ในการจัดเก็บ การสกัดซ้ำ และการจัดการกากนิวเคลียร์และเชื้อเพลิงใช้แล้ว

การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีในกากรังสีระดับสูง

การจัดเก็บกากกัมมันตรังสีชนิดอื่น

โดยทั่วไป กากรังสีระดับปานกลางที่มีอายุสั้น (ซึ่งส่วนใหญ่มาจากการรื้อถอนเครื่องปฏิกรณ์) จะใช้วิธีการฝังกลบ ขณะที่กากรังสีระดับปานกลางที่มีอายุยาว (จากกระบวนการสกัดซ้ำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์) จะใช้วิธีการเก็บไว้ใต้พื้นดินในระดับลึก ส่วนกากรังสีระดับต่ำ จะเก็บไว้ในสถานที่ฝังกลบในระดับตื้น

กากรังสีระดับต่ำบางประเภทที่เป็นของเหลว จากโรงงงานสกัดซ้ำ จะปล่อยลงทะเล ซึ่งประกอบด้วยนิวไคลด์กัมมันตรังสีบางชนิด เช่น technetium-99 (ซึ่งมีการใช้เป็นสารติดตามในการศึกษาสิ่งแวดล้อม) โดยต้องทราบสภาวะบริเวณนั้น ในระยะหลายร้อยกิโลเมตร แต่การปล่อยสารเหล่านี้ ต้องมีกฎระเบียบและการควบคุม รวมทั้งการกำหนดปริมาณรังสีสูงสุดในการได้รับรังสีจากสารเหล่านี้ ต้องอยู่ในระดับที่เป็นสัดส่วนเพียงเล็กน้อย จากรังสีตามธรรมชาติ

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงงานสกัดซ้ำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มีการปล่อยก๊าซที่มีกัมมันตภาพรังสี ออกมาสู่บรรยากาศในปริมาณเล็กน้อย เช่น krypton-85, xenon-133 และ iodine-131 ไอโซโทปเหล่านี้มีครึ่งชีวิตสั้น จึงลดกัมมันตภาพรังสีลงได้ โดยการชะลอการปล่อยให้ช้าลง นอกจากนั้น ก๊าซสองชนิดแรก เป็นก๊าซเฉื่อย จากการวิเคราะห์วงจรชีวิตและสิ่งแวดล้อม จึงได้รับการยืนยันแล้วว่ามีผลกระทบน้อยมาก

มีข้อน่าสังเกตว่าการเผาไหม้ของถ่านหิน ทำให้เกิดเถ้าประมาณ 280 ล้านตันต่อปี เถ้าเหล่านี้ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยนิวไคลด์กัมมันตรังสีธรรมชาติในระดับต่ำ ซึ่งสามารถจัดเป็นกากรังสีระดับต่ำ สามารถใช้วิธีฝังกลบได้

กากกัมมันตรังสีจากการรื้อถอนโรงงงานนิวเคลียร์

ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ประมาณ 99% ของกัมมันตภาพรังสีเกิดจากสิ่งที่เกี่ยวกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งจะถูกเคลื่อนย้ายออกไปก่อนส่วนอื่น นอกจากนั้น ส่วนของผิวหน้าของอุปกรณ์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ ที่มีกัมมันตภาพรังสีจาก activation products เช่น ส่วนประกอบที่เป็นโลหะ ซึ่งได้รับรังสีนิวตรอนเป็นเวลานาน ทำให้อะตอมมีการเปลี่ยนแปลงไปเป็นไอโซโทปชนิดอื่น เช่น เหล็ก-55 (iron-55) โคบอลต์-60 (cobalt-60) นิเกิล-63 (nickel-63) และคาร์บอน-14 (carbon-14) ซึ่งสองไอโซโทปแรกมีกัมมันตภาพรังสีสูง โดยให้รังสีแกมมา แต่มีครึ่งชีวิตไม่ยาวมาก หลังจากที่หยุดใช้งาน 50 ปี ก็ไม่มีอันตรายอีก กากกัมมันตรังสีบางส่วนจากการรื้อถอน อาจจะมีซีเซียม-137 (caesium-137) อยู่ด้วย และอาจจะมีชิ้นส่วนของวัสดุบางอย่าง ถูกนำไปหมุนเวียนใช้ในอุตสาหกรรมประเภทอื่น เมื่อได้รับการตรวจสอบอย่างแน่นอนแล้วว่า มีกัมมันตภาพรังสีต่ำมาก แต่วัสดุส่วนใหญ่เกือบทั้งหมดนั้น จะถูกนำไปเก็บไว้ในสถานที่จัดเก็บ

ลักษณะทางธรรมชาติของสถานที่จัดเก็บกากกัมมันตรังสี

ธรรมชาติได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า พื้นที่ทางธรณีวิทยาสามารถจำกัดขอบเขตไว้ได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ กรณีของการเกิดปฏิกิริยา เมื่อ 2 พันล้านปีมาแล้ว ที่เหมือง Oklo ซึ่งปัจจุบันอยู่ในประเทศกาบอง (Gabon) ในอัฟริกาตะวันตก ซึ่งเป็นสถานที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติ (natural nuclear reactor) ที่เกิดปฏิกิริยาขึ้นเองจำนวน 6 แห่ง เนื่องจากเป็นสายแร่ยูเรเนียม และในเวลานั้นยูเรเนียม-235 ในธรรมชาติ มีความเข้มข้นประมาณ 3% เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติ เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อเนื่องอยู่ 500,000 ปี ก่อนที่จะค่อยๆ เหือดแห้งลง ทำให้เกิดนิวไคลด์กัมมันตรังสี ที่พบได้ในกากรังสีระดับสูง โดยมีผลผลิตฟิชชัน (fission product) รวมแล้วมากกว่า 5 ตัน และพลูโตเนียมอีก 1.5 ตัน ซึ่งทั้งหมดยังอยู่ในบริเวณเหมืองอยู่ และจะค่อยๆ สลายตัว กลายเป็นธาตุที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีในที่สุด

การศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ จึงมีความสำคัญต่อการประเมินสภาพทางธรณีวิทยาของสถานที่เก็บกาก และเป็นประเด็นในโครงการวิจัยระหว่างประเทศหลายโครงการ แต่ทั้งนี้ ก็ควรหมายเหตุไว้ด้วยว่า ปฏิกิริยาที่ Oklo ดำเนินไปได้ เนื่องจากมีแหล่งน้ำใต้ดิน ทำหน้าที่หน่วงนิวตรอน (moderator) ให้กับยูเรเนียมเสริมสมรรถนะตามธรรมชาติในสายแร่ยูเรเนียม

การจัดการกากกัมมันตรังสี สำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของแต่ละประเทศ

ประเทศ
กระบวนการที่ใช้
ความคืบหน้าในการหาสถานที่จัดเก็บ
เบลเยียม
การสกัดซ้ำ
มีศูนย์กลางจัดเก็บกาก และมีห้องปฏิบัติการใต้พื้นดิน การสร้างสถานที่จัดเก็บจะเริ่มประมาณ ปี 2035
แคนาดา
นำไปจัดเก็บโดยตรง
มีห้องปฏิบัติการที่ใช้จัดเก็บใต้พื้นดิน และมีแผนที่จะสร้างสถานที่จัดเก็บใช้ในปี 2025
จีน
การสกัดซ้ำ
มีศูนย์กลางในการเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว อยู่ที่ LanZhou.
ฟินแลนด์
นำไปจัดเก็บโดยตรง
กำลังดำเนินการ เรื่องสถานที่เก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว โดยมีสถานที่เก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลาง ตั้งแต่ปี 1992 และกำลังก่อสร้างสถานที่จัดเก็บระดับลึก สำหรับเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว ใกล้กับ Olkiluoto ซึ่งจะเปิดในปี 2020
ฝรั่งเศส
การสกัดซ้ำ
มีสถานที่จัดเก็บกากที่มีอายุสั้น 2 แห่ง และอยู่ระหว่างการศึกษา เพื่อหาสถานที่เก็บกากระดับลึก เพื่อใช้ในปี 2020
เยอรมัน
ใช้การสกัดซ้ำ และนำไปจัดเก็บ
มีสถานที่เก็บกากรังสีระดับต่ำ ตั้งแต่ปี 1975 โดยเก็บกากรังสีระดับปานกลางที่ Ahaus และเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว ที่ Ahaus กับ Gorleben ส่วนสถานที่เก็บกากรังสีระดับสูง จะดำเนินการได้ หลังปี 2010 Low-level waste sites in use since 1975. Intermediate-level wastes stored at. Used fuel storage at and.
อินเดีย
การสกัดซ้ำ
กำลังวิจัยเรื่องสถานที่จัดเก็บระดับลึก สำหรับเก็บกากรังสีระดับสูง
ญี่ปุ่น
การสกัดซ้ำ
มีสถานที่จัดเก็บกากรังสีระดับต่ำดำเนินการอญุ่แล้ว ส่วนกากรังสีระดับสูง จัดเก็บไว้ที่ Rokkasho-mura ตั้งแต่ปี 1995 และกำลังเริ่มประเมิน ลักษณะทางธรณีวิทยา สถานที่จัดเก็บระดับลึก ซึ่งจะดำเนินการได้ ในปี 2035
รัสเซีย
การสกัดซ้ำ
อยู่ระหว่างการประเมิน สถานที่จัดเก็บขั้นสุดท้าย โดยมีแผนที่จะมีศูนย์กลาง จัดเก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลางใช้ ในปี 2008
เกาหลีใต้
นำไปจัดเก็บ โดยตรง
อยู่ระหว่างการจัดทำ แผนสร้างศูนย์จัดเก็บกากรังสีระดับสูง สำหรับปี 2016 และแผนสร้างศูนย์จัดเก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลาง สำหรับปี 2008 รวมทั้งการประเมินเพื่อสร้างสถานที่จัดเก็บระดับลึก สำหรับกากรังสีระดับสูง
สเปน
นำไปจัดเก็บโดยตรง
มีสถานที่เก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลาง ดำเนินการอยู่แล้ว และอยู่ระหว่างดำเนินโครงการหาสถานที่จัดเก็บกากรังสีระดับสูง สำหรับปี 2020
สวีเดน
นำไปจัดเก็บโดยตรง
มี CLAB เป็นศูนย์กลางจัดเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว มาตั้งแต่ ปี 1985 มีสถานจัดเก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลาง มาตั้งแต่ ปี 1988 รวมทั้งมีห้องปฏิบัติการวิจัยใต้พื้นดิน สำหรับเก็บกากรังสีระดับสูง โดยกำลังหาสถานที่จัดเก็บอีก 2 แห่ง
สวิสเซอร์แลนด์
การสกัดซ้ำ
มีศูนย์กลางจัดเก็บกากรังสีระดับสูง ที่ Zwilag ตั้งแต่ปี 2001 มีศูนย์กลางจัดเก็บกากรังสีระดับต่ำและปานกลาง ตั้งแต่ปี 1933 และจะมีห้องปฏิบัติการวิจัยใต้พื้นดิน สำหรับจัดเก็บกากรังสีระดับสูง ในปี 2020
อังกฤษ
การสกัดซ้ำ
มีสถานที่จัดเก็บกากรังสีระดับ ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1959 มีสถานที่เก็บและหลอมกากรังสีระดับสูง อยู่ที่ Sellafiled และมีเป้าหมายที่จะมีสถานที่เก็บกากรังสีระดับสูงใต้พื้นดิน
สหรัฐอเมริกา
นำไปจัดเก็บโดยตรง
มีสถานที่จัดเก็บกากรังสีระดับต่ำ ดำเนินการอยู่ 3 แห่ง และได้ดำเนินการ เพื่อใช้เทือกเขายัคคา (Yucca Mountain) เป็นสถานที่เก็บกากรังสีระดับสูง ตั้งแต่ปี 2002

ที่มา:

  • OECD NEA, 1996, Radioacvtive waste Management in Perspective
  • IAEA ,1992, Radioactive Waste Management An IAEA Source Book, & IAEA Bulletin 40,1; 1998
  • OECD NEA 1999, Geological Disposal of Radioactive Waste - review of developments in the last decade.
ถอดความจาก Waste Management in the Nuclear Fuel Cycle
เวบไซต์ www.world-nuclear.org