Transport materiałów promieniotwórczych: regulacje, problemy i

Transport materiałów promieniotwórczych: regulacje, problemy i

Transport materiałów promieniotwórczych:
regulacje, problemy i rozwiązania techniczne
Jarosław Hryszko
2011-03-23
Abstrakt
Praca opisuje transport materiałów radioaktywnych, ze szczególnym
uwzględnieniem wypalonego paliwa reaktorowego. Punktem wyjścia są
przepisy prawa na podstawie których organizuje się transport tychże materiałów. Następnie zostaje wyjaśniony sposób w jaki przepisy definiują
wyżej wymienione materiały, oraz omówione zostają poszczególne rodzaje
pojemników stosowane do ich przewożenia (typu A, B oraz C, przemysłowe, wyłączone oraz przenoszące sześciofluorek uranu). W kolejnym punkcie omówione zostały podstawowe problemy jakie należy rozwiązać w
związku z transportem tak niebezpiecznej zawartości – występujące promieniowanie, możliwe uszkodzenia mechaniczne, temperatura oraz ingerencja osób trzecich. W zasadniczej części pracy przybliżony zostanie proces samego transportu poszczególnych rodzajów materiałów promieniotwórczych: tlenku i sześciofluorku uranu, plutonu, świeżego i wypalonego
paliwa reaktorowego oraz pozostałych odpadów radioaktywnych, w tym
zeszklonych.
1
Wstęp
Przez dziesięciolecia człowiek nauczył się korzystać z możliwości, jakie daje
energia zgromadzona w jądrach atomowych - począwszy od energetyki, poprzez medycynę i przemysł, na broni jądrowej kończąc. Materiały radioaktywne,
jakkolwiek bardzo użyteczne, stanowią potencjalne zagrożenie dla środowiska.
Transportowanie ich podczas procesu wytwarzania, czy na potrzeby dystrybucji
do użytkowników końcowych, czy też w celu utylizacji bądź składowania, musi
przebiegać według określonych zasad, przy użyciu specjalnych technologii oraz
zachowaniu szczególnych środków ostrożności.
Rozpatrując cykl paliwowy w energetyce jądrowej, obiekty biorące udział w
tymże są najczęściej rozproszone w różnych częściach świata; materiały, które
należy transportować pomiędzy nimi także się różnią. Transport ten jest regulowany skomplikowanymi procedurami które zapewniają bezpieczeństwo ludności
i środowiska, a sama ilość paliwa reaktorowego jest nieporównywalnie niższa niż
ta używana w energetyce konwencjonalnej, co bezpośrednio przekłada się na
1
zdecydowanie mniejsze ryzyko wystąpienia ewentualnych wypadków czy katastrof. Materiały te emitują potencjalnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie,
cecha ta powoduje więc niegasnące zainteresowanie opinii publicznej.
Każdego roku dwadzieścia milionów przesyłek różnych rozmiarów, zawierających materiały promieniotwórcze, jest regularnie transportowanych po drogach
publicznych, koleją i drogą morską [22]. Począwszy od roku 1971, wykonano
ponad dwadzieścia tysięcy transportów wysokoaktywnych odpadów (w tym wypalonego paliwa reaktorowego) o łącznej wadze osiemdziesięciu tysięcy ton na
przestrzeni wielu milionów kilometrów. Mimo tak dużych liczb, nigdy nie zarejestrowano przypadku gdy pojemnik z wysoce radioaktywnym materiałem został
uszkodzony lub rozszczelniony podczas transportu.
Jak widać, transport materiałów promieniotwórczych, jako zjawisko masowe,
musi przebiegać w sposób eliminujący ryzyko związane z emisją promieniowania,
uszkodzeniem przesyłki lub działaniem osób trzecich. Opis tego skomplikowanego procesu, wraz ze sposobami eliminacji powyższych zagrożeń jest celem tej
pracy.
2
2.1
2.1.1
Wprowadzenie
Przepisy regulujące transport materiałów promieniotwórczych
Przepisy Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej
Jak wspomniano we wstępie, transport materiałów promieniotwórczych jest
szczegółowo regulowany istniejącymi przepisami prawnymi. W ogólnym ujęciu
transport tychże materiałów regulują przepisy Międzynarodowej Agencji Energii
Atomowej (IAEA) – Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material
oraz Organizacji Narodów Zjednoczonych – Recommendations on the Transport
of Dangerous Goods.
Dokument IAEA, opublikowany po raz pierwszy w 1961 roku, powstał na
podstawie badań i analiz dostarczonych przez państwa członkowskie oraz organizacje międzynarodowe. Określa on standardy jakimi należy się kierować w
transporcie międzynarodowym, jednak w gestii każdego rządu czy organizacji
leży, czy standardy te zostaną zachowane. Od 1969 roku przepisy IAEA zostały
zaadoptowane lub wykorzystane jako punkt wyjścia do stworzenia przepisów
dotyczących transportu materiałów radioaktywnych w wielu krajach członkowskich i innych organizacjach. Dla przykładu, wspomniany wcześniej dokument
ONZ - Recommendations on the Transport of Dangerous Goods – odwołuje się
do przepisów IAEA i w pełni je wykorzystuje. W wyniku tego Regulations for
the Safe Transport of Radioactive Material odnoszą się do transportu materiałów promieniotwórczych praktycznie na całym świecie [26].
Przepisy IAEA są regularnie przeglądane i uaktualniane aby dorównywały
kroku rozwojowi nauki i techniki. Opierają się na ogólnej zasadzie, że materiały radioaktywne powinny być transportowane zabezpieczone odpowiednio do
2
stopnia ochrony przed różnymi rodzajami zagrożeń zarówno w warunkach normalnych jak i w przypadku ewentualnej katastrofy czy wypadku. Bezpieczeństwo
zatem uzależnia się od pojemnika, bez względu na sposób transportu. Głównym
celem jest ochrona ludzi, mienia i środowiska przed bezpośrednim i pośrednim
wpływem promieniowania podczas transportu. Przepisy wymagają odseparowania niebezpiecznego materiału od czynników zewnętrznych, stałej kontroli
zewnętrznego poziomu promieniowania, zapobiegania przed wystąpieniem reakcji łańcuchowej oraz szkodom spowodowanym przez wydzielające się ciepło.
Ponieważ bezpieczeństwo radiologiczne zależy przede wszystkim od pojemnika, przepisy IAEA określają kilka standardów w tym obszarze – przede wszystkim pięć podstawowych rodzajów pojemników: excepted (wyłączony), przemysłowy, typu A, typu B oraz typu C. Ustalają także kryteria ich projektowania
pod względem aktywności oraz fizycznego kształtu materiału jakie mają zawierać. Precyzują także odpowiednie procedury mające wykazać zgodność z
wymaganymi standardami oraz opisują oznakowania i etykiety którymi należy
opatrzyć materiały podczas transportu.
2.1.2
Transport lądowy
Transport drogowy materiałów radioaktywnych w 46 krajach, w tym i Polsce
reguluje l'Accord europeen relatif au transport international des merchandises
Dangereuses par Reute, w skrócie ADR. Wbrew nazwie jest to międzynarodowa
konwencja1 dotycząca drogowego przewozu towarów i ładunków niebezpiecznych, sporządzona w Genewie dnia 30 września 1957 r. pod auspicjami Komisji
Gospodarczej Narodów Zjednoczonych, opracowana i wydana przez Europejski
Komitet Transportu Wewnętrznego. Polska ratyfikowała Konwencję w 1975 r.
Przepisy umowy ADR są nowelizowane w cyklu dwuletnim [17, 7, 11].
Przepisy ADR składają się z dwóch aneksów (załączników) i dziewięciu części, z czego załącznik A przedstawia wymagania ogólne i wymagania dotyczące
przedmiotów i materiałów niebezpiecznych, a załącznik B określa wymagania
dotyczące konstrukcji, wyposażenia i używania pojazdów.
Oprócz tego, transport materiałów promieniotwórczych na terenie Polski
regulują akty prawne [30, 25, 3, 11]:
• Ustawa z dnia 28 października 2002 r. o przewozie drogowym towarów
niebezpiecznych (Dz. U. z 28 listopada 2002r., Nr 199 , poz. 1671)
• Ustawa z dnia 1 lipca 2005 r. o zmianie ustawy o przewozie drogowym
towarów niebezpiecznych oraz zmianie niektórych innych ustaw (Dz. U. z
29 lipca 2005 r., Nr 141, poz. 1184)
• Ustawa z dnia 29 lipca 2005 r. o zmianie ustawy o transporcie drogowym
oraz niektórych innych ustaw (Dz. U. z dnia 20 września, Nr 180 poz.
1497)
1 Niektóre źródła błędnie podają, że jest to europejska konwencja [17], co nie jest prawdą,
ponieważ przepisy ADR ratyfikowały również kraje azjatyckie i afrykańskie.
3
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 15 września 2005 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie świadectwa dopuszczenia pojazdu do
przewozu niektórych towarów niebezpiecznych (Dz. U. z dnia 29 września
2005 r., Nr 187 poz. 1572)
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 15 września 2005 r. w sprawie kursów dokształcających dla kierowców przewożących towary niebezpieczne (Dz. U. z dnia 29 września 2005 r., Nr 187, poz. 1571)
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 7 października 2005 r. w
sprawie towarów niebezpiecznych, których przewóz drogowy podlega obowiązkowi zgłoszenia (Dz. U. z dnia 24 października 2005 r., Nr 207, poz.
1733 i 17 34)
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury oraz Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 października 2005 r. w sprawie formularza
rocznego sprawozdania z działalności w zakresie przewozu drogowego towarów niebezpiecznych oraz sposobu jego wypełniania (Dz. U. z dnia 24
października 2005 r., Nr 207, poz. 1733)
Międzynarodowy transport kolejowy regulowany jest przez dokument International Carriage of Dangerous Goods by Rail (RID) który jest częścią międzynarodowej konwencji o przewozie kolejowym, wydanej przez Organisation for
International Carriage by Rail, liczącej obecnie czterdziestu dwóch członków
(w tym Polski). Dokument ten spełnia wymagania IAEA opisane wcześniej.
W Polsce nad wypełnianiem postanowień dokumentu czuwa Urząd Transportu
Kolejowego [16].
2.1.3
Transport morski
W 1965 roku Międzynarodowa Organizacja Morska (International Maritime Organization - IMO) opublikowała ważny międzynarodowy dokument International Maritime Dangerous Goods Code (kodeks IMDG) dotyczący przewozu materiałów niebezpiecznych drogą morską. Omawia on takie kwestie jak zabezpieczenie i rozmieszczenie kontenerów ze szczególnym naciskiem na separację
materiałów które nie mogą być przewożone razem. Część dokumentu stanowią
wskazówki i regulacje dotyczące transportu morskiego i przeładunku materiałów radioaktywnych. Przepisy te bazują na wytycznych IAEA wspomnianych w
punkcie 2.1.1 [20, 12].
W 1993 roku IMO wydała również Code for the Safe Carriage of Irradiated Nuclear Fuel, Plutonium and High-Level Radioactive Wastes in Flasks on
Board Ships (kodeks INF) w celu uzupełnienia rozporządzenia IAEA. Dokument ten wprowadza zalecenia dotyczące projektowania statków przewożących
materiały radioaktywne. Pomimo faktu, że głównym środkiem zapewniającym
bezpieczeństwo przesyłki pozostaje pojemnik, kodeks INF dostarcza wytycznych odnośnie do zapewnienia stabilności ładunku po uszkodzeniu jednostki
pływającej, ochrony przeciwpożarowej i odpowiedniej odporności konstrukcyjnej statku [13]. W styczniu 2001 roku kodeks INF stał się obowiązkowy i został
4
przemianowany na International Code for the Safe Carriage of Packaged Irradiated Nuclear Fuel, Plutonium and High-Level Radioactive Waste on Board
Ships [10].
2.1.4
Transport lotniczy
Wszystkie aspekty międzynarodowego lotnictwa cywilnego reguluje Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (International Civil Aviation Organisation – ICAO). Organizacja ta jest odpowiedzialna za tworzenie unormowań
prawnych i zalecanych praktyk poprzez tworzenie załączników do Convention on
International Civil Aviation z 1944 roku. W 1981 ICAO przyjęła załącznik nr
18 regulujący transport powietrzny materiałów niebezpiecznych, a ponadto opublikowała zestaw instrukcji technicznych (TI) uszczegóławiających wymagania
dotyczące tych transportów. TI zawiera listę towarów niebezpiecznych a także
wymagania odnośnie pojemników, oznaczania, etykietowania i dokumentowania
w pełni zgodnego z regulacjami IAEA (punkt 2.1.1).
Także Zrzeszenie Międzynarodowego Transportu Lotniczego (International
Air Transport Association – IATA) – stowarzyszenie reprezentujące linie lotnicze, publikuje corocznie dokument Dangerous Goods Regulations (DGR) które
zgodne są zarówno z ICAO TI jak i przepisami IAEA.
2.2
Materiały promieniotwórcze i ich podział
Materiał nazywamy promieniotwórczym, jeśli zawiera izotopy promieniotwórcze
w którym zarówno stężenie promieniotwórcze (cA ) jak i aktywność całkowita (A)
przesyłki (opakowanie wraz z zawartością gotowe do transportu) przekracza poziomy graniczne – cA0 i A0 . Poziomy te są różne dla poszczególnych pierwiastków
i izotopów [8].
Podstawowe wartości aktywności dla poszczególnych radionuklidów zostały
przedstawione w dodatku A.
Dodatkowo wyszczególnione są materiały rozszczepialne, czyli U233, U235,
Pu239, Pu241 lub dowolna mieszanina zawierająca te izotopy. Określenie to nie
dotyczy uranu naturalnego, zarówno nienapromieniowanego, jak i napromieniowanego tylko w reaktorach termicznych.
Materiał nierozszczepialny lub rozszczepialny-wyłączony to taki, który podlega jednemu z poniższych kryteriów [8]:
• ograniczenie masy materiału rozszczepialnego (do 180 g lub 400 g w zależności od rodzaju materiału rozszczepialnego i średniej gęstości wodoru)
na przesyłkę przy jednoczesnym ograniczeniu min. wymiarów zewn. sztuki
przesyłki oraz masy materiału rozszczepialnego w sztuce przesyłki lub zawartości wodoru bądź stężenia materiału rozszczepialnego; zawartość berylu i deuteru też jest ograniczona
• ograniczenie wzbogacenia (do 1% lub 2%) dla materiałów w określonej
postaci fizycznej i chemicznej, składzie, budowie, zawartości azotu itp.
5
• ograniczenie masy plutonu Pu (do 1 kg) w sztuce przesyłki, przy jednoczesnym ograniczeniu zawartości izotopów rozszczepialnych Pu.
Materiał taki jest zwolniony z wymagań dla materiałów rozszczepialnych.
Przepisy dzielą materiały promieniotwórcze na:
• Materiały promieniotwórcze w postaci specjalnej – jako materiały stałe,
nierozpraszające się lub zamknięte w hermetycznej kapsule;
• Materiały o niskiej aktywności właściwej (Low Specific Activity - LSA) –
jako takie, które ze względu na naturalne właściwości mają ograniczoną
aktywność właściwą lub do których mają zastosowanie ograniczenia dotyczące oszacowanej średniej aktywności właściwej (w obliczeniach tej wartości nie uwzględnia się materiałów stosowanych na osłony zewnętrzne tych
materiałów). Materiały te klasyfikuje się do jednej z trzech grup: LSA-I,
LSA-II lub LSA-III;
• przedmioty skażone powierzchniowo (Surface Contaminated Objects - SCO)
– czyli przedmioty które same nie są promieniotwórcze, ale na jego powierzchni znajduje się materiał promieniotwórczy. Klasyfikuje się je do
jednej z dwóch grup: SCO-I oraz SCO-II;
• materiały promieniotwórcze słabo rozpraszalne (LDRM).
Materiały promieniotwórcze które wymagają transportu to głównie:
• Elementy cyklu paliwowego w energetyce jądrowej:
– ruda uranowa,
– tlenek uranu,
– sześciofluorek uranu (U F6 ),
– wzbogacony U F6 ,
– świeże paliwo reaktorowe,
– zużyte paliwo reaktorowe,
– produkty przetworzonego paliwa;
• Izotopy promieniotwórcze dla medycyny (molibden-99, fosfor-32, kobalt,
cez i inne);
• Izotopy promieniotwórcze dla przemysłu (kobalt-60, krypton-85, ameryk241 i inne);
• Odpady radioaktywne średnio - i niskoaktywne;
• Materiały do zastosowań militarnych.
Odpady promieniotwórcze dzielą się na:
6
Grupa LSA
Rodzaj materiału
• Rudy i koncentraty rud U i Th oraz inne rudy zawierające
naturalne izotopy promieniotwórcze;
• Nienapromieniowany stały lub ciekły uran lub ich związki
i mieszaniny;
LSA-I
• Materiały dla których wartość aktywności materiału promieniotwórczego w postaci innej niż specjalna jest nieograniczona;
• Inne materiały, dla których oszacowana średnia aktywność
właściwa ¬ 30cA0 .
• Woda trytowa o ograniczonym stężeniu;
LSA-II
• Inne materiały, dla których oszacowana średnia aktywność
właściwa ¬ (10−4 lub 10−5 ) ×A2 /g odpowiednio dla ciał
stałych i gazów oraz cieczy, gdzie A2 – wartość aktywności materiału promieniotwórczego w postaci innej niż
specjalna.
Materiały stałe z wyłączeniem proszków, w których:
• Materiał promieniotwórczy jest rozłożony w miarę równomiernie;
LSA-III
• Oszacowana średnia aktywność właściwa materiału ¬ 2 ×
10−3 × A2 /g,
• Materiał przeszedł badanie ługowalności.
Tablica 1: Klasyfikacja materiałów LSA (tj. o niskiej aktywności właściwej),
źródło: [8]
7
Grupa SCO
Rodzaj materiału
• Skażenie niezwiązane na dostępnej powierzchni (dla
300cm2 ) ¬ 4Bq/cm2 dla βγ , lub 0, 4Bq/cm2 dla α;
SCO-I
• Skażenie związane na dostępnej powierzchni (dla 300cm2 )
¬ 4 × 104Bq/cm2 dla βγ lub 4 × 103Bq/cm2 dla α;
• Suma skażenia niezwiązanego i związanego na niedostępnej powierzchni (dla 300cm2 ) ¬ 4×104Bq/cm2 dla βγ lub
4 × 103Bq/cm2 dla α.
• Sskażenie niezwiązane na dostępnej powierzchni (dla
300cm2 ) ¬ 400Bq/cm2 dla βγ lub 40Bq/cm2 dla α;
SCO-II
• Skażenie związane na dostępnej powierzchni (dla 300cm2 )
¬ 8 × 105Bq/cm2 dla βγ lub 8 × 104Bq/cm2 dla α;
• Suma skażenia niezwiązanego i związanego na niedostępnej powierzchni (dla 300cm2 ) ¬ 8x105Bq/cm2 dla βγ lub
8 × 104Bq/cm2 dla α.
Tablica 2: Klasyfikacja materiałów SCO, źródło: [8]
8
• wysokoaktywne – wypalone paliwo jądrowe (pastylki paliwowe wraz z elementami mocującymi) i odpady powstałe przy produkcji broni jądrowej;
• średnioaktywne – materiały pochodzące z bezpośredniego otoczenia działających reaktorów jądrowych bądź z likwidacji wyłączonych; obudowy kaset paliwowych, żywice epoksydowe i promieniotwórcze odpady chemiczne;
• niskoaktywne – to głównie odpady z produkcji przemysłowej i medycyny
nuklearnej, na przykład: ubrania robocze, filtry, narzędzia; materiały skażone izotopami o krótkim okresie rozpadu; także – zapobiegawczo – materiały, co do których istnieje podejrzenie napromieniowania prowadzącego
do ich aktywacji. Niektóre z tego rodzaju odpadów muszą być ekranowane
przy przeładunku lub w czasie transportu.
2.3
Rodzaje pojemników
Jak wspomniano w punkcie 2.1.1, przepisy IAEA określają kilka standardów
pojemników na materiały promieniotwórcze. Jako pojemnik, regulacje IAEA
definiują jeden lub więcej pojemników oraz innych elementów konstrukcyjnych
lub materiałów, potrzebnych do utrzymania funkcji ochronnej pojemników wobec jej zawartości oraz innych funkcji związanych z bezpieczeństwem. Pojemnik
musi, w określonych warunkach, zachować szczelność – tj. uniemożliwiać wydostanie się zawartości promieniotwórczej w ilości powyżej określonych poziomów,
oraz osłonność – tj. musi osłabiać promieniowanie co najmniej do określonych
poziomów.
2.3.1
Pojemniki typu wyłączonego
Pojemniki typu określanego regulacjami jako wyłączone służą do przewozu niewielkich ilości materiałów promieniotwórczych – takich jak radiofarmaceutyków
czy urządzeń pomiarowych. Rolę pojemnika wyłączonego spełnia tu zazwyczaj
zwykłe opakowanie – kartonowe, z tworzywa sztucznego, metalu czy szkła. Pojemnik taki nie musi mieć oznaczenia o promieniowaniu, jednak wewnątrz powinna znajdować się informacja o przewożonym materiale.
2.3.2
Pojemniki przemysłowe (Industrial Packages - IP)
Pojemniki przemysłowe są wykorzystywane do transportu dwóch rodzajów materiałów:
• materiałów o niskiej aktywności właściwej (LSA);
• materiałów skażonych powierzchniowo (SCO).
Oba rodzaje materiałów są z natury bezpieczne, ze względu na fakt że materiał
ciężko miesza się z innymi substancjami lub na bardzo niską aktywność – moc
dawki w odległości 3 metrów od nieosłoniętego materiału lub przedmiotu nie
może przekraczać 10 mSv/h [8].
9
Pojemniki przemysłowe są podzielone na trzy kategorie, oznaczone jako IP1, IP-2 oraz IP-3, które różnią się pod względem wytrzymałości i warunków
w jakich są transportowane (patrz tabela 3). Pojemniki te testuje się symulując zdarzenia występujące podczas normalnych warunków transportu, takie jak
upadek z pojazdu, narażenie na działanie opadów czy uderzenie ostrym przedmiotem lub innym przełożonym ładunkiem.
Każdy z tych testów musi być poprzedzony przez test natryskiem wodą.
Test ów stosuje się w celu zbadania odporności pojemnika na opady deszczu. W
tym celu spryskuje się pojemnik wodą przez okres co najmniej jednej godziny,
symulując deszcz o intensywności 50 mm/h (klasyfikowany w meteorologii jako
„silny opad”).
Pojemniki powszechnie stosowane w przemyśle, takie jak stalowe beczki lub
kontenery często spełniają wymagania stawiane pojemnikom klasy IP, ale wielokrotnie używa się także specjalnie zaprojektowanych pojemników, które są
wybierane ze względu na właściwości przewożonych materiałów.
Typowe przesyłki transportowane przy użyciu pojemników przemysłowych
to nisko i średnioaktywne odpady oraz rudy zawierające naturalne występujące
radionuklidy (takie jak uran lub tor) i koncentraty tych rud (np. yellowcake).
2.3.3
Pojemniki typu A
Pojemniki typu A wykorzystywane są do transportu stosunkowo małych, ale
znaczących ilości materiałów radioaktywnych. Ponieważ zakłada się, że tego
rodzaju pojemniki mogłyby zostać uszkodzone w ciężkim wypadku i że część
zawartości mogłaby zostać uwolniona, maksymalna ilość radionuklidów przewożona w pojemniku typu A jest ograniczona przepisami IAEA. W przypadku
uwolnienia tychże substancji, ograniczenia te zapewniają bardzo niskie ryzyko
skażenia lub napromieniowania środowiska zewnętrznego.
Od pojemników typu A wymaga się aby zachowywały swoją integralność w
przypadku zdarzeń występujących podczas normalnych warunków transportu,
wobec czego są pod tym kątem testowane (tabela 4). Każdy z testów musi być
poprzedzony przez test natryskiem wodą opisany w punkcie 2.3.2.
Pojemniki typu A są wykorzystywane w transporcie radioizotopów do diagnostyki medycznej lub teleterapii, technetu, generatorów używanych w diagnostyce niektórych nowotworów a także niektórych materiałów związanych z
cyklem paliwowym.
2.3.4
Pojemniki typu B
Pojemniki typu B są wymagane przy przewozie materiałów wysoce radioaktywnych. Pojemniki te muszą opowiadać tym samym wymaganiom co pojemniki
typu A, lecz ponieważ ich zawartość przekracza limity określone dla typu A, konieczne jest zapewnienie dodatkowej odporności na uwolnienie niebezpiecznego
promieniowania wskutek uszkodzenia w wyniku wypadku.
Pojemnik typu B musi być w stanie wytrzymać przewidywane skutki ewentualnego wypadku bez naruszenia jego szczelności lub wzrostu promieniowania
10
Kryteria
Wymagania dotyczące projektu
IP-1
IP-2
• Generalne
wymagania
dla
wszystkich
pojemników;
• Generalne
wymagania
dla
wszystkich
pojemników;
• Wymagania
wytrzymałości pod kątem
temperatury
i ciśnienia w
przypadku
transportu
lotniczego.
• Wymagania
wytrzymałości pod kątem
temperatury
i ciśnienia w
przypadku
transportu
lotniczego.
IP-3
• Swobodny
spadek
(od
0,3 do 1,2
metrów,
w
zależności
od
masy
przesyłki);
Wymagania dotyczące testów
• Zakleszczenie
lub ściśnięcie.
Tablica 3: Wymagania stawiane pojemnikom przemysłowym
11
• Generalne
wymagania
dla
wszystkich
pojemników;
• Wymagania
wytrzymałości pod kątem
temperatury
i ciśnienia w
przypadku
transportu
lotniczego;
• Dodatkowe
wymagania
dla pojemników typu A
(patrz
tabela 4)
• Swobodny
spadek
(od
0,3 do 1,2
metrów,
w
zależności
od
masy
przesyłki);
• Zakleszczenie
lub ściśnięcie;
• Penetracja
(pręt o masie
6 kg spadający
z
1m).
Kryteria
Wymagania
• Generalne wymagania dla wszystkich pojemników
Wymagania
dotyczące
projektu
• Wymagania wytrzymałości pod kątem temperatury i ciśnienia w przypadku transportu lotniczego;
• Dodatkowe wymagania dla pojemników typu A – uszczelnienia, zaczepy, temperatura, zamknięcia, obniżone ciśnienie, zawory.
• Swobodny spadek (od 0,3 do 1,2 metrów, w zależności od
masy przesyłki);
Wymagania dotyczące testów
• Zakleszczenie lub ściśnięcie;
• Penetracja (pręt o masie 6 kg spadający z 1m).
Tablica 4: Wymagania stawiane pojemnikom typu A
gamma i neutronowego do poziomu, które stanowiło by niebezpieczeństwo dla
ludności i środowiska oraz wymagało by akcji ratunkowej bądź dekontaminacyjnej.
Testy którymi poddaje się pojemniki typu B, sprawdzające czy pojemnik
spełnia powyższe wymaganie, przedstawiono w tabeli 5. Każdy z testów dla
normalnych warunków transportu musi także być poprzedzony przez test natryskiem wodą opisany w punkcie 2.3.2.
Pojemniki typu B są stosowane do transportu takich materiałów jak radioizotopy do zastosowań medycznych i naukowych występujące bez dodatkowego
zabezpieczenia, wypalone paliwo jądrowe lub zeszklone odpady o dużej aktywności. Obecnie istnieje ponad 150 rodzajów pojemników typu B, wśród których
koszt wyprodukowania największych wynosi prawie 1,6 miliona dolarów [22].
Dla przykładu, w samej tylko Francji rocznie przeprowadza się 750 transportów
pojemników typu B.
Jak wspomniano wcześniej, elementy cyklu paliwowego zawierającego wzbogacony uran lub pluton są rozszczepialne, czyli mogą powodować reakcję łańcuchową. Zapobiega się takim niepożądanym reakcjom łańcuchowym podczas
zwykłych lub wyjątkowych (wypadek) warunków podczas transportu poprzez
ograniczenie ilości materiału w jednym pojemniku typu B, odpowiedni układ
materiałów rozszczepialnych w nim a także rozmieszczenie wielu pakietów względem siebie [9].
12
Kryteria
Wymagania
• Generalne wymagania dla wszystkich pojemników;
Wymagania
dotyczące
projektu
Wymagania
dotyczące
testów
(normalne warunki
transportu)
• Wymagania wytrzymałości pod kątem temperatury i ciśnienia w przypadku transportu lotniczego;
• Dodatkowe wymagania dla pojemników typu A;
• Dodatkowe wymagania dla pojemników typu B (wytwarzanie ciepła wewnątrz pojemniki, maksymalna temperatura na powierzchni).
• Swobodny spadek (od 0,3 do 1,2 metrów, w zależności od
masy przesyłki);
• Zakleszczenie lub ściśnięcie;
• Penetracja (pręt o masie 6 kg spadający z 1m);
Skumulowane efekty:
• Swobodnego spadku z 9 metrów, lub spuszczenia masy
500 kg z 9 metrów na pojemnik;
• Test przebicia;
Wymagania dotyczące testów
(warunki podczas wypadku)
• Test temperaturowy (płomień o temperaturze 800°C przez
30 minut);
• Zanurzenie (głębokość 15 m przez 8 godzin);
Specjalny test zanurzeniowy dla pojemników przenoszących
dużą ilość materiału radioaktywnego:
• Zanurzenie (głębokość 200 m przez godzinę).
Tablica 5: Wymagania stawiane pojemnikom typu B
13
2.3.5
Pojemniki typu C
W 1996 roku IAEA wprowadziła do uregulowań dotyczących transportu wymóg
używania nowego rodzaju pojemników – typu C – przy przewożeniu wysoce
radioaktywnych materiałów drogą powietrzną. Pojemniki typu C muszą spełniać
wszystkie dodatkowe wymogi stawiane przed pojemnikami typu A i większość
wymogów stawianych pojemnikom typu B. Testy które muszą przejść pojemniki
typu C zostały wyszczególnione w tabeli 6. Każdy z testów dla normalnych
warunków transportu musi także być poprzedzony przez test natryskiem wodą
opisany w punkcie 2.3.2.
Pojemników tego typu jeszcze się nie produkuje [14].
2.3.6
Pojemniki na sześciofluorek uranu
Regulacje IAEA zawierają wymagania dla pojemników zawierających sześciofluorek uranu [26]. Zbiorniki te muszą spełniać następujące wymagania testowe:
• wytrzymałość w teście ciśnienia o wartości co najmniej 1,4 MPa;
• wytrzymałość w teście swobodnego spadku (wysokość zależna od masy);
• wytrzymałość w teście temperaturowym - 800°C przez 30 minut.
2.4
2.4.1
Podstawowe problemy
Promieniowanie
Jednym z najważniejszych problemów transportu materiałów radioaktywnych,
w tym rozszczepialnych, jest zminimalizowanie narażenia na promieniowanie
jonizujące zarówno otoczenia związanego z samym transportem (np. personelu
zajmującego się załadunkiem i rozładunkiem, kierowcy i obsługi pojazdów), osób
postronnych i środowiska naturalnego wzdłuż używanych szlaków komunikacyjnych. Jak wspominano wcześniej, pojemniki stosowane w transporcie zawierają
– jeśli to konieczne – odpowiednie osłony przeciwko promieniowaniu. W przypadku niektórych materiałów, takich jak świeże zespoły paliwa uranowego, poziomy promieniowania są pomijalnie małe i ekranowanie nie jest wymagane. Inne
materiały, takie jak wypalone paliwo reaktorowe i odpady o dużej aktywności, są
wysoce promieniotwórcze i stosuje się pojemniki zawierające ekranowanie przeciw promieniowaniu beta i gamma (osłony z ołowiu, stali, zubożonego uranu czy
betonu) czy neutronowego (wypełnienie pojemnika wodą z zawartością trucizn
neutronowych, osłony z tworzyw sztucznych, w początkowym okresie stosowano
osłony z drewna). Aby ograniczyć ryzyko przy obsłudze i przenoszeniu wysokoaktywnych materiałów, używa się pojemników podwójnego przeznaczenia –
odpowiednich zarówno dla przechowywania jak i transportu np. wypalonego
paliwa jądrowego [24].
W przypadku transportu materiałów rozszczepialnych, wysokoaktywnych,
problem stanowi możliwość osiągnięcia stanu krytycznego we wnętrzu pojemnika. Aby temu zapobiec stosuje się separatory wewnątrz pojemników wymu-
14
Kryteria
Wymagania
• Generalne wymagania dla wszystkich pojemników;
Wymagania
dotyczące
projektu
Wymagania
dotyczące
testów
(normalne warunki
transportu)
• Wymagania wytrzymałości pod kątem temperatury i ciśnienia w przypadku transportu lotniczego;
• Dodatkowe wymagania dla pojemników typu A;
• Dodatkowe wymagania dla pojemników typu B (wytwarzanie ciepła wewnątrz pojemnika, maksymalna temperatura na powierzchni);
• Swobodny spadek (od 0,3 do 1,2 metrów, w zależności od
masy przesyłki);
• Zakleszczenie lub ściśnięcie;
• Penetracja (pręt o masie 6 kg spadający z 1 m).
Sekwencja testów na jednym obiekcie w następującej kolejności:
• Swobodny spadek z 9 metrów;
• Spuszczenia masy 500 kg z 9 metrów na obiekt;
Wymagania dotyczące testów
(warunki podczas wypadku)
• Test przebicia;
• Rozszerzony test temperaturowy (płomień o temperaturze
800°C przez 60 minut);
• Zanurzenie (głębokość 15 m przez 8 godzin).
Specjalny obiekt może być użyty dla poniższego testu:
• Test uderzeniowy (z prędkością nie mniejszą niż 90 m/s).
Tablica 6: Wymagania stawiane pojemnikom typu C
15
szające odpowiednie rozlokowanie materiałów wobec siebie, ogranicza się ilość
materiału w jednym pojemniku i ilość pojemników w transporcie [32].
Podobnie jak w przypadku transportu innych niebezpiecznych materiałów,
pojemniki z materiałami radioaktywnymi są oznakowane zgodnie z regulacjami
IAEA oraz odpowiadającymi im przepisami krajowymi i międzynarodowymi [5,
31]. Etykiety te nie tylko wskazują na fakt, że mamy do czynienia z materiałem
radioaktywnym, ale także mówią o mocy dawki promieniowania na powierzchni
pojemnika oraz w odległości 1 metra od niej za pomocą tzw. wskaźnika transportowego:
Wskaźnik transportowy (Transport Indicator = TI) – to najwyższa ze zmierzonych wartości mocy dawki w mSv/h, w odległości jednego metra od zewnętrznych powierzchni pojemnika, pomnożona przez sto i zaokrąglona w górę do jednej cyfry po przecinku [25].
Rozróżniamy następujące rodzaje etykiet ostrzegawczych [31, 11]:
• etykieta biała z napisem „PROMIENIOWANIE I”, gdy wskaźnik transportowy TI wynosi zero a moc dawki na powierzchni H nie przekracza
0,005 mSv/h
• etykieta żółta z napisem „PROMIENIOWANIE II”, gdy TI zawiera się w
zakresie od 0 do 1 a H wynosi od 0,005 do 0,5 mSv/h
• etykieta żółta z napisem „PROMIENIOWANIE III”, gdy TI zawiera się
w zakresie od 1 do 10 a H wynosi od 0,5 do 2 mSv/h
• etykieta biała z napisem „ROZSZCZEPIALNY” dla materiałów rozszczepialnych (promieniotwórczych – patrz punkt 2.2)
Personel bezpośrednio zaangażowany w transport materiałów radioaktywnych jest przygotowany do podjęcia odpowiednich środków ostrożności i reagowania w przypadku zagrożenia skażeniem promieniotwórczym.
2.4.2
Uszkodzenie mechaniczne
Pojemniki stosowane do transportu materiałów radioaktywnych są zaprojektowane do zachowania ich integralności w różnych sytuacjach które mogą wystąpić podczas ich transportu co sprawia, że ewentualny wypadek nie będzie miał
żadnych poważniejszych konsekwencji. Jak opisano w punkcie 3.4.1, warunki,
pod kątem których testuje się wytrzymałość pojemników to: pożar, uderzenia,
zmoczenie, duże ciśnienia, niskie i wysokie temperatury. Pojemniki sprawdzane
są przed transportem i w przypadku gdy to konieczne – oczyszczane i dekontaminowane. Chociaż nie jest to wymagane przez przepisy, przemysł jądrowy
nierzadko decyduje się na transport materiałów wysoce radioaktywnych przy
użyciu dedykowanych, specjalnie zaprojektowanych pojazdów lub statków.
16
2.4.3
Wysokie temperatury
Podczas transportu materiałów promieniotwórczych, w szczególności wypalonego paliwa reaktorowego, można spotkać się z dwoma głównymi źródłami wysokich temperatur – ciepła wytwarzanego przez sam materiał radioaktywny,
oraz ciepła dostarczonego z zewnątrz – w wyniku pożaru. Specjalna budowa
pojemników do przewozu promieniotwórczych materiałów generujących ciepło,
takich jak wypalone paliwo reaktorowe, zapewnia dobre odprowadzenie ciepła
– elementy paliwowe często zanurzone są w wodzie, a pojemniki pokryte są
gęstym użebrowaniem skutecznie odprowadzającym ciepło. Temperatura na powierzchni pojemnika może dochodzić do 80°C, jednak zazwyczaj nie przekracza
30°C [28].
Jeśli mówimy o wytrzymałości na pożar podczas transportu, na początku
lat osiemdziesiątych amerykański instytut Sandia National Laboratories przeprowadził szereg testów pojemników typu B, z których wynikało że pojemniki
te mogą być narażone dwukrotnie wyższe temperatury przez trzykrotnie dłuższy czas niż jest to wymagane przez obowiązujące przepisy, zanim rozpocznie
się degradacja materiałów budujących pojemnik [28]. Oprócz tego potwierdzono
wcześniejsze, analityczne modele uszkodzeń w dużych temperaturach.
W jednym z przeprowadzonych testów doprowadzono do całkowitego stopienia ołowiu budującego pojemnik. Mimo że część ołowiu wypłynęła z pojemnika
nie doszło do przedostania się hipotetycznych materiałów radioaktywnych do
atmosfery. Jednak prawdopodobieństwo wystąpienia ognia o takim natężeniu
podczas transportu kolejowego zostało oszacowane na jedno na 700 lat [6].
18 lipca 2001 roku pociąg towarowy przewożący materiały łatwopalne (nie
radioaktywne) wykoleił się i zapalił podczas przejazdu przez tunel Howard Street
w centrum Baltimore w USA. Pożar, podczas którego temperatury dochodziły
nawet do 1000°C, utrzymywał się przez trzy dni. Po tym wypadku pojawiły się
liczne głosy kwestionujące, czy pojemniki przewożące materiały radioaktywne
wytrzymałyby warunki panujące w tunelu podczas pożaru, gdyby także się tam
znalazły. Należy przy tym podkreślić, że przepisy zabraniają przewożenia materiałów promieniotwórczych razem z innymi materiałami niebezpiecznymi (łatwopalnymi, wybuchowymi). W odpowiedzi na te zarzuty, amerykańska Nuclear
Regulatory Commision opublikowała w listopadzie 2006 roku raport w którym
dowodzi, że w żadnym z obecnie najczęściej używanych w USA pojemników
typu B (TN-68, HI-STAR 100 oraz NAC LWT) temperatura wewnętrzna nie
wrosłaby do takiego poziomu, że skutkowałoby to zniszczeniem cyrkonowych
koszulek zawierających zużyte paliwo [1]. Pojemniki HI-STAR 100 pozostałyby
całkowicie szczelne, natomiast TN-68 oraz NAC LWT rozszczelniłyby się powodując uwolnienie promieniowania o mocy dawki charakterystycznej dla materiałów przewożonych za pomocą pojemników klasy wyłączonej (patrz punkt 2.3.1)
2.4.4
Ingerencja osób trzecich
Ingerencja osób trzecich w transport materiałów promieniotwórczych może mieć
miejsce najczęściej z dwóch powodów:
17
• chęci niedopuszczenia do transportu jako takiego, wynikającej z wrogiego
nastawienia do samej idei transportu materiałów potencjalnie niebezpiecznych przez tereny będące miejscem zamieszkania danej osoby lub osób,
• chęci pozyskania materiałów radioaktywnych lub uzyskania samego dostępu do tychże, w celach terrorystycznych [18].
Pierwszy powód jest nierozerwalnie związany ze strachem, jaki często powoduje
sam termin „materiał radioaktywny”, wynikającym z niedostatecznej wiedzy
zarówno o samym zjawisku radioaktywności jak i o środkach bezpieczeństwa
przedsięwziętych podczas transportu (w tym o samej budowie i bezpieczeństwie
pojemników przewożących materiały promieniotwórcze).
W listopadzie 2010 roku, podczas transportowania wypalonego paliwa do
tymczasowego składowiska w Gorleben w Dolnej Saksonii, doszło do protestów
z udziałem kilkudziesięciu tysięcy demonstrantów. Mimo, że sam transport był
doskonale chroniony – do zabezpieczenia go skierowano blisko 20 tysięcy funkcjonariuszy policji – demonstranci zablokowali tory koło miejscowości Harlingen,
zmuszając pociąg z 11 pojemnikami do wielogodzinnego postoju. Dopiero nad
ranem policja usunęła blokadę. Także w kilku innych miejscach odnaleziono
przyspawane do torów metalowe sztaby, mogące stanowić zagrożenie dla transportu w razie ich nie wykrycia [27].
W świetle tych faktów oprócz zapewnienia oczywistych środków bezpieczeństwa, takich jak ochrona transportu przez jednostki policji, wojska bądź innych
służb, pracuje się także nad edukacją ludności - szczególnie zamieszkałej na terenach przez które przebiegają transporty – i uświadamianiem praktycznie zerowego wpływu tychże transportów na środowisko naturalne, nawet w przypadku
katastrofy komunikacyjnej.
W Wielkiej Brytanii przeprowadzono szereg publicznych demonstracji w których pojemniki do przewozu wypalonego paliwa reaktorowego (wypełnione stalowymi prętami) były obiektem symulowanych wypadków transportowych. Losowo wybrany pojemnik wśród nowo wyprodukowanych (nigdy wcześniej nie
używanych do transportu wypalonego paliwa) został początkowo zrzucony z
wieży w taki sposób, aby jego najsłabsza część uderzyła o ziemię jako pierwsza. Pokrywa pojemnika została lekko uszkodzona, co spowodowało minimalne
rozszczelnienie i wydostanie się na zewnątrz pewnej małej ilości wody, która
wypełniała pojemnik. Jednakowoż w przypadku gdyby podobny scenariusz rozegrał się z udziałem prawdziwego materiału rozszczepialnego, nie doszłoby do
skażenia radioaktywnego.
W dalszej części, po tym jak ten sam pojemnik został wyposażony w nową
pokrywę, wypełniony ponownie stalowymi prętami i wodą, przeprowadzono kolejny test polegający na zderzeniu z nim pociągu poruszającego się z dużą prędkością. Pojemnik odniósł tylko kosmetyczne uszkodzenia, podczas gdy pociąg
został całkowicie zniszczony, mimo że wciąż wartości sił działające na pojemnik
podczas tego testu pozostawały niższe niż te na które został on zaprojektowany
– część energii została zaabsorbowana przez pociąg a część zużyta na przesunięcie pojemnika na pewnym odcinku drogi.
18
Obecnie jeden z pojemników biorących udział w prezentacjach jest wystawiona na widok publiczny w ośrodku szkoleniowym w elektrowni Heysham 1 [4].
W wydaniu z 21 lipca 2006 roku, brytyjski dziennik bulwarowy „Daily Mirror” poinformował że jeden z jego reporterów mógł w prosty sposób założyć fałszywy ładunek wybuchowy w pociągu przewożącym odpady nuklearne. Dziennik pisze, że reporter dostał się niezauważony do wagonów wykorzystując luki
w ochronie pociągu na dworcu North West London. Została też przedstawiona
dokładna dokumentacja fotograficzna wydarzenia [21]. Przykład ów pokazuje,
jak ważną rolę pełni rygorystyczna i dokłada ochrona środków transportu przewożących materiały promieniotwórcze, szczególnie te o wysokiej aktywności i
rozszczepialne.
Badania w celu określenia ilości niebezpiecznego materiału promieniotwórczego, która rozpyli się w atmosferze umożliwiając dostanie się do układu oddechowego ludzi i zwierząt w wyniku oddziaływania na pojemnik typu B materiałem wybuchowym zostały podjęte pod koniec 1981 roku. Wyniki tego eksperymentu, w którym 26 tonowy pojemnik zawierający nieradioaktywny ładunek
odzwierciedlający paliwo reaktorowe został spenetrowany przez kumulacyjny
materiał wybuchowy, ujawniły że jedynie nieznaczna część „paliwa” zamieniła
się w pyły zdolne do wniknięcia do organizmu człowieka [28].
Wykorzystując informacje zdobyte w tym doświadczeniu, dokonano analizy
skutków radiologicznych hipotetycznego wypadku, w którym pojemnik ze zużytym paliwem, zamontowany na ciężarówce, został poddany podobnemu atakowi
z użyciem materiałów wybuchowych w miejscu gdzie gęstość zaludnienia odpowiada wyspie Manhattan. Rezultaty wynikające ze skażenia radioaktywnego
obejmowały brak zgonów (w ciągu roku od ekspozycji) i przypuszczalnie jeden
przypadek nowotworu w okresie późniejszym niż rok od ekspozycji. Statystyka
ta pozostaje pomijalnie mała w zestawieniu do liczby zabójstw czy zgonów spowodowanych wypadkami samochodowymi w branym pod uwagę okresie i miejscu [28].
3
3.1
Transport materiałów radioaktywnych
Transport tlenku i sześciofluorku uranu
Koncentrat tlenku uranu, nazywany yellowcake, jest transportowany z kopalń
do zakładów przetwarzania w 200 litrowych beczkach umieszczonych w kontenerach metalowych, powszechnie używanych w transporcie. żadna ochrona przed
promieniowaniem nie jest wymagana i konieczna, poza utrzymaniem beczek w
czystości i wewnątrz kontenera.
Do i z zakładów wzbogacania uranu pierwiastek ten jest transportowany
pod postacią sześciofluorku uranu UF6, który jest bardzo nisko radioaktywny
ale wysoce toksyczny. Jest przewożony w specjalnych pojemnikach, które służą
także do jego przechowywania.
19
3.2
Transport świeżego paliwa reaktorowego
Zestawy paliwa reaktorowego są produkowane w zakładach produkujących ten
rodzaj paliwa. Elementy paliwowe składają się z pastylek wykonanych z ze
sprasowanego tlenku uranu, spiekanego w wysokich temperaturach. Pastylki te
umieszczane są w długich, pustych, metalowych prętach, które z kolei gromadzone są w kasety elementów paliwowych, gotowe do wprowadzenia do reaktora.
Różne typy reaktorów wymagają różnych kaset różnych kształtów i rozmiarów, więc kiedy elementy paliwowe transportowane są z zakładów produkcji paliwa do odbiorców końcowych – użytkowników reaktorów jądrowych, dokładna
zawartość i kształt przesyłki zależy od reaktora używanego przez odbiorcę końcowego.
W Europie Zachodniej, Azji i Stanach Zjednoczonych, najbardziej powszechnym środkiem transportu elementów paliwowych jest ciężarówka. Typowa masa
ładunku ciężarówki przy zaopatrywaniu w paliwo reaktora lekkowodnego to
sześć ton paliwa. W krajach byłego Związku Radzieckiego najczęściej wykorzystywanym środkiem transportu jest przewóz kolejowy. Międzykontynentalne
transporty paliwa odbywają się z reguły drogą morską, choć czasami jest to
transport lotniczy.
Roczne funkcjonowanie reaktora wodnego-ciśnieniowego o mocy 1000 MWe
wymaga średnio załadunku paliwa o masie 27 ton tlenku uranu zawierającego
24 ton uranu wzbogaconego, który może być przetransportowany za pomocą
czterech do pięciu ciężarówek.
Precyzyjnie wykonane elementy paliwowe są transportowane w pojemnikach
specjalnie skonstruowanych w celu zapewnienia ich ochrony przed uszkodzeniem
w trakcie transportu. Jak wspomniano wcześniej, zestawy paliwowe mają niski
poziom promieniowania i osłona przed promieniowaniem nie jest konieczna.
Elementy paliwowe zawierają materiały rozszczepialne. Ich podkrytyczność
jest zapewniona, jak opisano w punkcie 2.4.1, przez konstrukcję pojemnika transportowego (włączając w to ułożenie elementów wobec siebie oraz dopuszczalną
ilość elementów w jednym pojemniku) oraz określoną, dopuszczalną ilość pojemników w jednym transporcie.
3.3
Transport opadów nisko- i średnioaktywnych
Jak opisano wcześniej, odpady nisko- i średnioaktywne powstają w ciągu całego
cyklu paliwowego, a także przy produkcji izotopów promieniotwórczych wykorzystywanych w medycynie, przemyśle i innych dziedzinach. Transport tychże
odpadów jest powszechny – są one bezpiecznie przewożone do zakładów przetwarzania odpadów oraz składowisk.
Wcześniej zaznaczono, że niskoaktywne odpady radioaktywne to różne rodzaje materiałów, które emitują promieniowanie na niskim poziomie – nieco
ponad normalny poziom tła. Często składają się z materiałów stałych, takich
jak odzież, narzędzia lub gleba, co do których istnieje podejrzenie skażenia.
Niskoaktywne odpady są transportowane z miejsc pochodzenia do zakładów
przetwarzania lub składowisk – przejściowych bądź ostatecznych.
20
Różne rodzaje radionuklidów powodują w odpadach niskoaktywnych ich radioaktywne właściwości. Jednakże poziom promieniowania tych materiałów jest
bardzo niski i pojemniki do transportu tych odpadów nie wymagają specjalnego
ekranowania.
Odpady niskoaktywne są zazwyczaj transportowane w beczkach (hobokach),
często po skompresowaniu (ubiciu) tych odpadów. Beczki powszechnie stosowane mogą zawierać nawet do 200 litrów odpadów. Podobnie jak ma to miejsce
w przypadku tlenku uranu, zazwyczaj 36 standardowych, 200 litrowych beczek
jest umieszczane w sześciometrowym kontenerze transportowym. Odpady niskoaktywne mogą być przewożone drogami, koleją oraz – międzykontynentalnie –
drogą morską. Jednak większość odpadów tego typu jest transportowane tylko
w granicach kraju, z którego pochodzi - w Polsce odpady niskoaktywne przewożone są do Krajowego Składowiska Odpadów Promieniotwórczych w Różanie w
województwie Mazowieckim.
Istnieje wiele rodzajów odpadów średnioaktywnych. W dużej mierze pochodzą one z elektrowni atomowych oraz zakładów przetwórczych. Przewożone są
stamtąd, podobnie jak odpady niskoaktywne, do zakładów przetwarzania bądź
na składowisko (na przykład KSOP Różan w Polsce).
Ten rodzaj odpadów już wymaga osłony przed promieniowaniem, ponieważ
poziom ich promieniowania jest wyższy niż w przypadku odpadów niskoaktywnych. Transport tych odpadów musi uwzględniać ich szczególne właściwości i
wymaganie stosowania osłon.
Jak podaje World Nuclear Association, do listopada 2010 roku wykonano
9000 transportów odpadów transuranowych po produkcji broni w celu stałego
składowania w głębokich warstwach geologicznych w pobliżu miejscowości Carlsbad, w stanie Nowy Meksyk, bez większych awarii i jakiegokolwiek przecieku
radioaktywnego. Prawie połowa odpadów pochodziła z Idaho National Laboratory. Składowisko, znane jako Waste Isolation Pilot Plant, jest znajduje się na
głębokości około 700 metrów wewnątrz formacji solnych z okresu permu.
3.4
Transport wypalonego paliwa reaktorowego
Gdy wypalone paliwo jest wydobywane z reaktora jądrowego, zawiera 96%
uranu, 1% plutonu i 3% produktów rozszczepienia (z reakcji łańcuchowej) i
transuranowców. Ponieważ wypalone paliwo emituje promieniowanie i ciepło,
początkowo jest przechowywane w przechowalniku wodnym (basenie) w pobliżu
reaktora, aby umożliwić schłodzenie i spadek poziomu promieniowania. Zazwyczaj paliwo to jest przechowywane tam przez co najmniej pięć miesięcy zanim
będzie możliwy jego transport, chociaż może przebywać w przechowalniku znacznie dłuższy czas.
Z reaktora wypalone paliwo jest transportowane ciężarówkami, koleją lub
drogą morską do tymczasowego składowiska lub zakładu przerobu, gdzie może
być ponownie przetworzone. Używa się w tym celu pojemników klasy B (opisanych w punkcie 2.3.4), najczęściej w kształcie walca wykonanego ze stali bądź
połączenia stali i ołowiu, których masa bez ładunku może dochodzić nawet do
21
110 ton. Tymczasem pojedynczy pojemnik może pomieścić do sześciu ton paliwa.
World Nuclear Association podaje że od 1971 roku w Europie przeprowadzono siedem tysięcy transportów zużytego paliwa reaktorowego (ponad 80
000 ton) na przestrzeni wielu milionów kilometrów bez jakiegokolwiek zarejestrowanego przypadku uszkodzenia mienia lub ciała, bez naruszenia pojemnika
oraz przy bardzo niskiej ekspozycji na promieniowanie dla personelu uczestniczącego w transporcie (np. 0,33 mSv/rok na operatora w Hadze [2]). Obejmuje
to 40.000 ton zużytego paliwa wysłanego do haskich zakładów przetwarzania
Arevy, co najmniej 30.000 ton paliwa pochodzącego głównie z Wielkiej Brytanii dostarczonego do angielskich zakładów Sellafield oraz 7140 ton wypalonego
paliwa przesłanego przy pomocy 160 transportów z Japonii do Europy drogą
morską i 4500 ton paliwa transportowanego wzdłuż wybrzeża Szwecji [2].
Wykonano około trzystu rejsów morskich transportując wypalone paliwo reaktorowe lub odpady wysokoaktywne innego rodzaju na dystansie ponad ośmiu
milionów kilometrów. Największy spedytor przetransportował ponad cztery tysiące pojemników po 100 ton każdy, przewożących osiem tysięcy ton zużytego
paliwa lub wysokoaktywnych odpadów. Jedna czwarta z nich przepłynęła Kanał
Panamski.
W Szwecji ponad 80 dużych pojemników jest wysyłanych rocznie do centralnego, tymczasowego składowiska odpadów zwanego CLAB. Każdy 80-tonowy
pojemnik posiada stalowe ściany grubości trzydziestu centymetrów i zawiera
siedemnaście zestawów wypalonego paliwa z reaktora typu BWR lub siedem
zestawów z reaktora PWR. Zużyte paliwo jest dostarczane do CLAB po roku
przechowywania w basenie w sąsiedztwie reaktora – po którym to czasie ciepło
i promieniowanie wydzielane przez elementy zmniejsza się znacząco.
Transporty wypalonego paliwa z Japonii do Europy (w celu późniejszego
przerobu) wykorzystują 94-tonowe pojemniki typu B, każdy z nich zawierający
pewną liczbę zestawów paliwowych, dla przykładu – dwanaście kaset paliwowych PWR o łącznej masie sześciu ton, we wnętrzu pojemnika o 6,1 metra
długości, 1,5 metra średnicy i o ścianach o grubości 25 cm wykonanych z kutej
stali. Ponad 160 z tych transportów miało miejsce w latach 1969 – 1990, przy
użyciu ponad czterech tysięcy pojemników przewożących kilkanaście tysięcy ton
zużytego paliwa – 4200 ton do Wielkiej Brytanii i 2940 ton do Francji [22].
W Europie do przewożenia pojemników z wypalonym paliwem często używa
się regularnych połączeń promowych, na przykład przez kanał La Manche.
W Stanach Zjednoczonych, Nuclear Regulatory Commision wymaga aby
transporty wypalonego paliwa:
• Odbywały się tylko na wybranych, zatwierdzonych drogach;
• W obszarach silnie zaludnionych towarzyszyła im uzbrojona eskorta;
• Były monitorowane;
• Były uzgodnione i skoordynowane z lokalnymi organami ścigania, NRC
oraz władzami stanów przez które przebiegać będzie transport;
22
• Zapasowe środki transportu były zapewnione w razie awarii.
Od 1965 roku w USA przeprowadzono około 3000 transportów (drogowych,
kolejowych i wodnych) wypalonego paliwa jądrowego [29].
3.4.1
Statki specjalnego przeznaczenia
W Szwecji zbudowano statek o wyporności 2 tys. ton specjalnie w celu transportowania zużytego paliwa z reaktorów do tymczasowych składowisk odpadów.
Poza tym stosunkowo małym statkiem, na świecie wykorzystuje się sześć statków o wyporności od 4500 do 5100 ton, które są zdolne przewozić pojemniki
z materiałami radioaktywnymi przy jednoczesnym zachowaniu wszelkich zasad
bezpieczeństwa. Mają one podwójne kadłuby wraz ze specjalnymi, odpornymi
na uderzenia strukturami pomiędzy nimi. Wszystkie ważne systemy statku są
powielone i niezależne od siebie, w celu zapewnienia wysokiej niezawodności
oraz wytrzymałości w razie wypadku. Podobnie zespoły napędowe zostały zdublowane i działają niezależnie. Każdy statek może przewozić do 17 pojemników
wypalonego paliwa lub 14 pojemników odpadów. Najnowsze jednostki, nazwane
Pacific Heron i Pacific Egret, zwodowano w Japonii w 2008 i 2010 roku [15].
Statki spełniają wszystkie międzynarodowe standardy bezpieczeństwa, zwłaszcza jeden, znany jako INF-3 (Irradiated Nuclear Fuel class 3) ustanowione przez
Międzynarodową Organizację Morską. Pozwala im to na transport wysoko radioaktywnych materiałów, takich jak odpady wysokoaktywne, wypalone paliwo
jądrowe, paliwo typu MOX i pluton. Statki należą do brytyjskiej spółki Pacific Nuclear Transport Ltd (PNTL), której udziałowcami są: International Nuclear Services Ltd (INS, 62,5%), kontrahenci japońscy (25%) i europejska Areva
(12,5%). Obecnie, jak podaje World Nuclear Association, celem PNTL jest odnawianie jego floty. 51% udziałów INS należy do Sellafield Ltd, a 49% do Nuclear
Decommissioning Authority Wielkiej Brytanii który także jest zarządzany przez
Sellafield Ltd [22].
Flota PNTL pomyślnie przeprowadziła ponad 170 transportów w ciągu 30
lat, pokonując w sumie osiem milionów kilometrów bez jakiegokolwiek wypadku
powodującego rozszczelnienie pojemników.
Rosja zawarła umowę na budowę statku zdolnego transportować do 720 ton
paliwa jądrowego i odpadów promieniotwórczych. Jego budowa dla Atomflot we
Włoszech ma się zakończyć w bieżącym roku. Będzie on najprawdopodobniej
używany do przewożenia wojskowych odpadów i paliwa z wycofanych z eksploatacji okrętów podwodnych na Morzu Północnym, gdzie ma miejsce złomowanie
wielu rosyjskich atomowych okrętów podwodnych [19].
Jak do tej pory także w transporcie morskim nie zanotowano przypadków,
w których pojemnik typu B zawierający materiały radioaktywne został uszkodzony lub rozszczelniony [22].
Aby przewożony materiał radioaktywny wydostał się z pojemnika typu B,
ładownia statku – znajdująca się wewnątrz podwójnego kadłuba – musi zostać naruszona, cylinder zbudowany ze stali o 25-centymetrowej grubości także
musi zostać uszkodzony wraz z wewnętrznym pojemnikiem ze stali nierdzewnej
23
lub koszulkami elementów paliwowych. Dopiero wtedy szkło borokrzemowe (w
którym zatopione są przetworzone odpady) lub ceramiczne pastylki paliwowe
zostaną odsłonięte, ale nawet wtedy materiały te są bardzo nierozpuszczalne.
Statki transportowe są odporne na zderzenie z dużym tankowcem. Nawet
jeśli pojemniki zatoną, ich szczelność będzie zapewniona przez wiele lat umożliwiając późniejsze odnalezienie przy wykorzystaniu takich urządzeń jak np.
towarzyszące ładunkowi radiopławy które będą podawać stan i położenie pojemników [12, 5] .
3.5
Transport plutonu
Pluton jest odseparowywany z wypalonego paliwa podczas procesu przetwarzania. Zwykle wtedy staje się składnikiem paliwa typu MOX.
Pluton jest transportowany po przetworzeniu w postaci sproszkowanego tlenku
z uwagi na to, że jest to jego najbardziej stabilna postać. Jest nierozpuszczalny
w wodzie i jedyne niebezpieczeństwo dla zdrowia człowieka istnieje w momencie
dostania się do płuc.
Tlenek plutonu jest transportowany za pomocą kilku różnych typów hermetycznych pojemników, gdzie każdy z nich może zawierać kilka kilogramów tego
materiału. Podkrytyczność jest zapewniona przez budowę pojemników i ograniczenia co do ilości materiału jaki może być transportowany w pojemniku oraz
ilości pojemników przewożonych przez pojedynczy pojazd. Transporty plutonu
obwiązują specjalne, zaostrzone normy dotyczące zabezpieczeń [22, 23].
Typowy transport składa się z jednej ciężarówki przewożącej jeden zabezpieczony kontener transportowy. Kontener ten zawiera pewną liczbę pojemników
zawierających tlenek plutonu o całkowitej wadze od 80 do 200 kilogramów [31].
Transport morski może składać się z kilku kontenerów opisanych powyżej.
3.6
Transport zeszklonych odpadów
Odpady wysokoaktywne, w szczególności produkty rozszczepienia, powstałe w
reaktorach jądrowych, są wyodrębniane i odzyskiwane w trakcie procesów przetwarzania wypalonego paliwa. Odpady te są utrwalane w szklanym sześcianie,
w procesie zwanym jako „zeszklenie”, który stabilizuje materiały radioaktywne.
Stopione szkło wylewa się do pojemnika ze stali nierdzewnej, gdzie stygnie
i zestala się. Następnie spawa się pokrywę pojemnika, aby go uszczelnić. W
dalszej kolejności pojemniki te umieszczane są w walcach typu B, podobnych
do tych używanych przy transporcie wypalonego paliwa.
Wielkość pojedynczego transportu zależy bezpośrednio od pojemności pojemnika typu B. Zazwyczaj walec taki zawiera do 28 pojemników ze szkła [9].
Zwrotne transporty odpadów nuklearnych z Europy do Japonii, po 1995
roku, składają się z zeszklonych odpadów wysokoaktywnych w pojemnikach ze
stali nierdzewnej. Do 28 pojemników (o całkowitej masie 14 ton) jest umieszczanych w każdym z 94 tonowych stalowych walców. W latach 1995-2007 miało
miejsce ponad dwanaście transportów zeszklonych odpadów z Francji, przewożących 1310 pojemników zawierających prawie 700 ton szkła. Transporty z Wiel24
kiej Brytanii dopiero mają się rozpocząć i planuje się około jedenastu w ciągu
ośmiu lat [22].
4
Podsumowanie
Materiałem radioaktywnym wymagającym największej dozy starań przy transporcie pozostaje wypalone paliwo reaktorowe. Emitujące ciepło oraz promieniowanie beta, gamma i neutronowe o dużym natężeniu wypalone paliwo wymaga specjalnych, ekranowanych pojemników odprowadzających ciepło, zdolnych wytrzymać warunki panujące podczas hipotetycznej katastrofy transportowej. Pozostałe, najczęściej transportowane materiały promieniotwórcze z racji mniejszej szkodliwości lub jej braku wymagają zastosowania odpowiednio
mniejszych środków zapobiegawczych. Niezależnie jednak od rodzaju transportowanego materiału, przestrzeganie zaleceń Międzynarodowej Agencji Energii
Atomowej oraz lokalnych regulacji prawnych dotyczących transportu materiałów promieniotwórczych skutkuje pomijalnie niskim stopniem zagrożenia dla
ludzi i środowiska naturalnego.
Bibliografia
[1]
Harold E. Adkins i in. Spent fuel transportation package response to the
Baltimore tunnel fire scenario. Pacific Northwest National Laboratory Washington, DC, USA, 2006.
[2]
World Nuclear Association. Transport of Radioactive Materials. Dostęp
2011-03-11. List. 2010. url: http://www.world- nuclear.org/info/
inf20.html.
[3]
Renata Dobrzyńska i Agata Szumska. “Ocena zagrożenia podczas transportu drogowego paliw płynnych”. W: Logistyka 3, CD 1 (2015), s. 961–
967.
[4]
T. Dutton i C. Milloy. “The application of probabilistic assessment methods in irradiated fuel transport”. W: International Journal of Radioactive Materials Transport 4.1 (1993), s. 15–23.
[5]
Jon M. Van Dyke. “The legal regime governing sea transport of ultrahazardous radioactive materials”. W: Ocean Development &International
Law 33.1 (2002), s. 77–108.
[6]
P. Eggers i in. Thermal analysis of HNPF spent fuel shipping container in
torch environments. Spraw. tech. Ridihalgh, Eggers i Associates, Columbus, OH (USA); Sandia National Labs., Albuquerque, NM (USA), 1980.
[7]
United Nations Economic Commision of Europe. European Agreement
Concerning The International Carriage of Dangerous Goods by Road. Dostęp 2011-03-11. url: http://www.unece.org/trans/danger/publi/
adr/adr_e.html.
25
[8]
Charles D. Ferguson, Tahseen Kazi i Jūdı̄th Bı̄rı̄rā. Commercial radioactive sources: surveying the security risks. Monterey Institute of International Studies, Center for Nonproliferation Studies Monterey, 2003.
[9]
Charles W. Forsberg, Paul M. Swaney i Terry N. Tiegs. “Characteristics
and Fabrication of Cermet Spent Nuclear Fuel Casks: Ceramic Particles Embedded in Steel”. W: Proc. 14th International Symposium on the
Packaging and Transportation of Radioactive Materials (PATRAM-2004),
Berlin, Germany, September 20. T. 24. 2004, s. 2004.
[10]
P. Goodchild. “The International Code for the Safe Carriage of Packaged
Irradiated Nuclear Fuel, Plutonium and High-Level Radioactive Waste
on Board Ships (Inf Code)—An Industry Perspective”. W: International
Journal of Radioactive Materials Transport (2013).
[11]
Krzysztof Grzegorczyk, Bolesław Hancyk i Rafał Buchcar. Towary niebezpieczne w transporcie drogowym. Wydawnictwo Buch-Car, 2005.
[12]
Cleopatra Elmira Henry. The carriage of dangerous goods by sea: the role
of the International Maritime Organization in international legislation.
Pinter, 1985.
[13]
H. Hesse i C. Young. “Code for the Safe Carriage of Irradiated Nuclear
Fuel, Plutonium and High-level Radioactive Wastes in Flasks on Board
Ships (INF Code)”. W: Proc. PATRAM. T. 95. 1993.
[14]
World Nuclear Transport Institute. Package Types used for Transporting
Radioactive Materials. Dostęp 2011-03-11. url: wnti . co . uk / media /
31575/FS2_EN_MAR13_V2.pdf.
[15]
M. Jervis. “Looking to the future–a UK industry perspective”. W: Packaging, Transport, Storage & Security of Radioactive Material 22.1 (2011),
s. 3–8.
[16]
Urząd Transportu Kolejowego. Regulamin dla międzynarodowego przewozu
kolejami towarów niebezpiecznych ważny od 1 stycznia 2007 r. 2007.
[17]
Tadeusz Leszczyński. ADR – Przewóz materiałów niebezpiecznych. Dostęp
2011-03-11. url: http://adrsite.webpark.pl/.
[18]
Abdul Mannan. Preventing nuclear terrorism in Pakistan: Sabotage of a
spent fuel cask or a commercial irradiation source in transport. Henry L.
Stimson Center, 2007.
[19]
T. Nilsen. Germany calls off disputed nuclear cargo to Murmansk - but new
vessel on its way. Dostęp 2011-03-11. url: http://barentsobserver.
com/germany- calls- off- disputed- nuclear- cargo- to- murmanskbut-new-vessel-on-its-way.4857960-116320.html.
[20]
International Maritime Organization. IMDG Code: International Maritime Dangerous Goods Code. IMO, 1977.
[21]
Tom Parry. “We plant ‘bomb’on nuke train”. W: Daily Mirror (lip. 2006).
[22]
V Pertuis i in. “Transport of radioactive materials”. W: Controle (Paris)
(2002), s. 33–89.
26
[23]
Thomas H. Pigford i Kiat P. Ang. “The Plutonium Fuel Cycles.” W:
Health physics 29.4 (1975), s. 451–468.
[24]
J. Rolland. “Transport of radioactive materials”. W: Proceedings. 1989.
[25]
Józef Sadowski. “Bezpieczeństwo transportu drogowego ładunków niebezpiecznych”. W: Logistyka 3 (2011), s. 2415.
[26]
IAEA Safety Standard Series. Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material. Spraw. tech. TS, 2009.
[27]
Werner Sigmund i Ernst Kolpin. Transport of Heavy Load Radioactive
Material in Germany.
[28]
M. Vigil, A. Trujillo i H. Yoshimura. “Experimental program for assessing
the thermal response of a spent fuel transport cask”. W: Trans. Am. Nucl.
Soc.;(United States) 41.CONF-820609- (1982).
[29]
Eugene E. Voiland. “Safe Transportation of Spent Nuclear Fuel”. W:
(2002).
[30]
Michael C. White. Radioactive material transport. Spraw. tech. Atomic
Energy Control Board, 1979.
[31]
Jerzy Wojnarowicz. Transport materiałów promieniotwórczych. Spraw. tech.
Dział Szkolenia i Doradztwa Instytutu Problemów Jądrowych, 2009.
[32]
Man-Sung Yim i K. Linga Murty. “Materials issues in nuclear-waste management”. W: Jom 52.9 (2000), s. 26–29.
27
A
Podstawowe wartości aktywności dla poszczególnych radionuklidów
Izotop
A2
[TBq]
A2
[TBq]
Am-241
1 × 101
1
A0
[Bq]
1 × 10−3
1 × 104
1 × 100
7
1 × 10
1 × 104
C-14
4 × 10
Co-60
4 × 10−1
4 × 10−1
1 × 105
1 × 101
Cs-137
2 × 100
6 × 10−1
1 × 104
1 × 101
I-125
2 × 101
3 × 100
1 × 106
1 × 103
I-131
3 × 10
0
6
1 × 10
1 × 102
Ir-192
1 × 100
6 × 10−1
1 × 104
1 × 101
Ra-226
2 × 10−1
3 × 10−3
1 × 104
1 × 101
Sr-90
3 × 10−1
3 × 10−1
1 × 104
1 × 102
Tc-99m
1 × 101
bez
ograniczeń
4 × 100
bez
ograniczeń
1 × 107
1 × 102
1 × 103
1 × 100
9 × 10−2
bez
ograniczeń
1 × 104
1 × 101
U-235
4 × 101
bez
ograniczeń
1 × 104
1 × 101
U-238
bez
ograniczeń
bez
ograniczeń
1 × 104
1 × 101
Th natur.
U-233
3 × 10
0
cA0
[kBq/kg]
7 × 10
−1
Gdzie:
A1 – wartość aktywności materiału promieniotwórczego w postaci specjalnej,
stosowana do określania limitów aktywności dla potrzeb przepisów;
A2 – wartość aktywności materiału promieniotwórczego w postaci innej niż
specjalna, stosowana do określania limitów aktywności dla potrzeb przepisów;
A0 – graniczna wartość aktywności całkowitej, powyżej której transportowany materiał jest uważany za radioaktywny;
cA0 – graniczna wartość stężenie promieniotwórczego, powyżej której transportowany materiał jest uważany za radioaktywny.
Źródło: [8].
28