Kas nutiktų, jei branduolinio kuro atliekų saugyklas dėl kokios netikėtos katastrofos paveiktų drėgmė – pavyzdžiui, gruntinis vanduo? Ar yrantis cementas būtų pajėgus sulaikyti radioaktyvius elementus, kad šie neprasiskverbtų į aplinką? Tokią problemą neseniai tyrinėję Fizinių ir technologijos mokslų centro fizikai pabrėžia: ateityje reikėtų papildomai atsižvelgti į tai, kokie cheminiai virsmai vyksta pagrindiniame inžineriniame tokių saugyklų barjere – cemente. 
Kas nutiktų, jei branduolinio kuro atliekų saugyklas dėl kokios netikėtos katastrofos paveiktų drėgmė – pavyzdžiui, gruntinis vanduo? Ar yrantis cementas būtų pajėgus sulaikyti radioaktyvius elementus, kad šie neprasiskverbtų į aplinką? Tokią problemą neseniai tyrinėję Fizinių ir technologijos mokslų centro fizikai pabrėžia: ateityje reikėtų papildomai atsižvelgti į tai, kokie cheminiai virsmai vyksta pagrindiniame inžineriniame tokių saugyklų barjere – cemente. Visos branduolines jėgaines eksploatuojančios šalys neišvengiamai susiduria su panaudoto branduolinio kuro ir radioaktyviųjų atliekų laidojimo problemomis.
„Radioaktyviųjų atliekų, kurių sudėtyje yra ilgaamžių nuklidų, saugojimo ir saugyklų eksploatavimo problemos liks aktualios dar šimtus tūkstančių metų. Pagrindinė branduolinės energetikos problema šiandien – radioaktyvių atliekų saugojimo patikimumas“, – pabrėžė Valstybinio mokslinių tyrimų instituto Fizinių ir technologijos mokslų centro vyresnioji mokslo darbuotoja daktarė Rūta Druteikienė.
Problema, kurią paliksime ateities kartoms
Išskyrus tų sričių specialistus, šiandien veikiausiai nedaug kas žino, jog radioaktyviosios atliekos Lietuvoje bus talpinamos į specialias saugyklas, kurių saugumas apskaičiuotas mažiausiai trims šimtams metų. Turint omenyje, kad kai kurių elementų radioaktyvaus skilimo trukmė skaičiuojama tūkstančiais metų – saugos problemą spręsti paliksime dar ir tolimos ateities kartoms.
Ilgaamžiai radionuklidai technecis (99Tc), jodas (129I), aktinoidai: neptunis (237Np), plutonis (242Pu, 239Pu), uranas (235U, 238U) yra pagrindiniai elementai, nulemiantys radioaktyviųjų atliekų saugyklų eksploatavimo trukmę. Viena Lietuvoje naudojamų šių atliekų tvarkymo technologijų – cementavimas, kai radioaktyvios atliekos specialiuose konteineriuose maišomos su cementu, pakuotės dedamos į konteinerius, kurie saugomi cementinėse patalpose. Saugyklos be perstojo kontroliuojamos ir stebimos, nes radioaktyviose atliekose tebevyksta branduolinės reakcijos, išsiskiria šiluma.
Vertindami atliekų saugyklų, konteinerių ir inžinerinių barjerų saugą, mokslininkai nuolat tiria radionuklidų migraciją iš branduolinių atliekų saugyklų į aplinką bei cheminius ir fizikinius procesus, lemiančius radionuklidų sklaidą aplinkoje. Priminsime, jog radionuklidai – radioaktyvūs elementai, arba spinduoliai, skleidžiantys vienos arba kelių rūšių (alfa, beta, gama, ir kt.) spindulius. Pagrindinis dėmesys skiriamas tiems radionuklidams, kurie dėl savo cheminių savybių dalyvauja įvairiuose cheminiuose procesuose ir yra glaudžiai susiję su saugyklų aplinkos cheminiais ir fizikiniais parametrais.
Kas sukėlė mokslininkų nerimą?
300 metų – netrumpas liko tarpas; problemą spręsti teks kažkada ateityje – tai gal šiandien dėl tokių saugyklų patikimumo galime būti ramūs? „Bet tarkime, nutiko avarija: dėl žemės drebėjimo ar kokios kitos katastrofos prasisunkė vanduo ir pradėjo ardyti cementą. Jame vyksta cheminės reakcijos ir pokyčiai – tačiau lygiagrečiai cheminę būseną keičia ir tie radioaktyvūs elementai, kuriuos mes į cementą supakavome. Tarkime, šie elementai gali pasidaryti tirpūs – ir esant kritinėms sąlygoms, pasišalinti iš pakuotės. Be abejo, dar yra ir saugykla – inžinerinių barjerų sistema, bet pirmasis iš tų inžinerinių barjerų joje yra vėlgi cementas. Dėl išorinio poveikio (gruntinis vanduo, mikroorganizmai, cemento degradacija, korozija), gali pablogėti atliekų izoliavimas, o dėl skirtingų radionuklidų cheminių savybių – pavyzdžiui, tirpumo, atsiranda ir tam tikrų radionuklidų „pabėgimo“ iš apsauginės terpės tikimybė“, – perspėjo mokslininkė.
Dr. R. Druteikienė remiasi daugiau nei metus trukusių mokslinių tyrimų rezultatais. Jos vadovaujama Fizinių ir technologijos mokslų centro Branduolinių tyrimų skyriaus mokslininkų grupė vykdė Lietuvos mokslo tarybos finansuotą projektą „Radionuklidų sklaidos parametrų kaita radioaktyviųjų atliekų saugyklų inžineriniuose barjeruose“.
Šio projekto tyrimais ieškota naujų žinių apie sunkiai matuojamų radionuklidų elgseną, irstant radioaktyvių saugyklų barjerams, ir siekta pasiūlyti naują eksperimentinį metodą nuklidinei sudėčiai tirti, kuris atsižvelgtų ir į cheminių efektų įtaką nuklidų sklaidai.
Įprastam metodui jau reikia pataisos
Pasak dr. R.Druteikienės, didžiausi iššūkiai sprendžiant radioaktyviųjų atliekų saugojimo problemas kyla dėl būtinybės nuolat atnaujinti būdus, kuriais įvertinama saugomų atliekų nuklidinė sudėtis. Kuo tikslesniais metodais galima nustatyti, kiek ir kokių radioaktyvių elementų yra tose atliekose – tuo didesnė galimybė jas saugiai tvarkyti ir saugoti mažesniais kaštais. Radioaktyviųjų atliekų vertinimui ir saugyklų eksploatacijos stebėsenai naudojami įvairūs metodai, vienas jų – radionuklidų aktyvumo proporcingumo daugikliais pagrįstas metodas. Specialiu prietaisu – spektrometru – matuojama pakuotės išorė (į saugyklų vidų neinama) ir apskaičiuojamas parinktas pagrindinio radionuklido aktyvumas. Paprastai tai yra cezis (137Cs) ir kobaltas (60Co). Iš išorės mokslininkai gali išmatuoti tik gama spindulius. Tada apskaičiuojama, kokios toje pakuotėje turėtų būti likusiųjų sunkiai matuojamų radionuklidų koncentracijos, tarkime, plutonio, jodo arba technecio, kadangi tai yra tie elementai, kurie susidaro visame branduoliniame cikle. Mokslininkų eksperimentai parodė, jog šis metodas galėtų būti naudojamas vertinant ir atliekų saugyklų, konteinerių ir inžinerinių barjerų saugą. Tačiau tokiu atveju reikalingos pataisos.
Ką parodė eksperimentai?
Eksperimentų metu tirti radionuklidai maišyti su cemento terpe, kad į ją susigertų, o vėliau iš cemento bandyta tuos elementus išplauti. Paaiškėjo, jog cezis tvirtai prisikabino prie cemento terpės, arba kaip fizikai vadina – matricos, ir išsiplauna labai sunkiai. Kobalto, atsižvelgiant į oksidacijos laipsnį, dalis išsiplovė, kita dalis liko. O štai technecis (Tc) išsiplovė labai lengvai, vadinasi, jis cemente nesudarė jokių cheminių junginių. Panašūs rezultatai gauti ir su jodu 129.
„Tad jei įvyktų avarija – tarkime, įskyla pakuotė, į ją patenka vanduo, tai šie radionuklidai išsiplautų labai greitai – vadinasi, jie kelia didesnį pavojų aplinkai. O jei elementas toje cheminėje aplinkoje netirpus – tai jis iš jos niekur ir nepasišalins. Tad, vertinant radioaktyvių saugyklų saugą ir naudojant pataisos proporcingumo daugiklio metodą, reikėtų numatyti dirbtinių barjerų irimo galimybę dėl išorinio poveikio, gruntinio vandens, mikroorganizmų, korozijos, bei įvairių cheminių virsmų galimybę – ir nusistatyti tam tikrus pataisos koeficientus, kadangi avarijos ar incidento atveju yra pavojus radionuklidams pasklisti aplinkoje“, – paaiškino mokslininkė. Šis projektas – vienas iš daugybės pažangių aukšto lygio mokslinių projektų, kuriuos finansuoja Lietuvos mokslo taryba.
