Projekt hlubinného úložiště vyhořelého jaderného paliva v České republice I

Z pohledu přípravy projektu hlubinného úložiště (HÚ) se jedná o unikátní dílo, které v sobě kombinuje stavbu jaderného zařízení společně s rozsáhlou podzemní stavbou, na níž jsou kladeny jak ty nejpřísnější podmínky již od návrhu konstrukce úložiště a jednotlivých stavebních objektů z hlediska bezpečnosti, tak na materiály inženýrských bariér a komponent a v neposlední řadě také na výběr vhodného horninového prostředí, které dokáže omezit případný únik radionuklidů na povrch do biosféry.

Účel hlubinného úložiště

Hlubinné úložiště je připravováno pro potřebu uložení vyhořelého jaderného paliva a ostatních radioaktivních odpadů, které nesplňují podmínky přijatelnosti do stávajících úložišť, vzniklých na území České republiky. Jedná se především o vyhořelé jaderné palivo (dále VJP) z obou našich jaderných elektráren Temelín a Dukovany i ostatní radioaktivní vysoce a středně aktivní odpady (dále RAO) pocházející především z jaderných elektráren vyřazovaných z provozu. Podle koncepce nakládání s VJP a RAO [6] bude kapacita hlubinného úložiště sloužit pro všechny současně provozované jaderné zdroje a tři nové zdroje, které vzniknou v budoucnu na našem území. V hlubinném úložišti bude celkem uloženo 7 600 ukládacích obalových souborů (dále UOS) s VJP a 4 500 m³ ostatních RAO.

Technické řešení hlubinného úložiště

Hlubinné úložiště zajišťuje dlouhodobou izolaci uložených odpadů tzv. multibariérovým systémem neboli skupinou přírodních a technických bariér i konstrukčních řešení, které fyzicky brání úniku radionuklidů do biosféry po dobu nebezpečnosti těchto odpadů [1]. První technické řešení hlubinného úložiště bylo navrženo v referenčním projektu již v roce 1999 [2], dále v jeho aktualizaci [3] a později v samostatných studiích umístitelnosti v jednotlivých lokalitách [5, 7, 8]. Podle těchto technických návrhů bude nepřepracované vyhořelé jaderné palivo v hlubinném úložišti trvale uloženo v krystalinických horninách na úrovni tzv. ukládacího horizontu, který se nachází v hloubce několika set metrů pod zemským povrchem, v ukládacích vrtech, v UOS obklopených bufferem (tlumicí a těsnicí bariéra) i dalšími inženýrskými bariérami a komponenty. Ostatní RAO budou trvale uloženy v podzemních ukládacích komorách v obalových souborech obklopených výplňovým materiálem.

Řešení hlubinného úložiště předpokládá základní rozdělení stavebních objektů celého komplexu úložiště do povrchového a podzemního areálu. Povrchový areál je koncipován jako soubor staveb zajišťující potřeby dopravy, výstavby a především následující bezpečný provoz hlubinného úložiště po celou dobu jeho provozní fáze, která se předpokládá po dobu až sta let. Jakmile dojde k finálnímu uzavření úložiště, budou i stavby na povrchu postupně odstraněny a v době, kdy bude ukončena i fáze institucionální kontroly, dojde k úplné rekultivaci dotčeného území. Podzemní areál a jeho koncepční návrh vychází z požadavku na zajištění funkčnosti a bezpečnosti hlubinného úložiště ve všech životních fázích jeho vývoje, což jsou nejen fáze výstavby a provozu, ale i období finálního uzavírání úložiště, kdy dojde ke kompletnímu utěsnění veškerých podzemních prostor, a fázi po uzavření, během které bude úložiště poskytovat pasivní ochranu životního prostředí. Podzemní areál je klíčovou částí, která zajišťuje dlouhodobou bezpečnost celé stavby, slouží k překládce VJP a ostatních RAO z přepravních obalových souborů do ukládacích obalových souborů, dále k jejich dopravě na místo uložení na ukládací horizont a k samotnému finálnímu uložení odpadů v ukládacích prostorách hlubinného úložiště. Technické řešení hlubinného úložiště znázorňuje obr. 1.

Multibariérový systém bezpečnosti hlubinného úložiště

Princip zajištění dlouhodobé bezpečnosti hlubinného úložiště po dobu až 1 000 000 let je založen na tzv. multibarié­rovém systému, do něhož vstupují parametry horninového prostředí společně se systémem inženýrských bariér. Multibariérový ukládací systém pro uložení vyhořelého jaderného paliva (viz obr. 2) je založen na použití dvouvrstvého ukládacího obalového souboru. Jedná se o dvouplášťový tlustostěnný obalový soubor složený z vnějšího obalu a vnitřního pouzdra. Pro vnější obal a jeho komponenty byla jako konstrukční materiál zvolena uhlíková ocel a pro vnitřní pouzdro a jeho komponenty korozivzdorná ocel. UOS je obklopen bentonitovou výplní, tzv. bufferem, a je umístěn do ukládacího vrtu. Zavážecí chodby budou vyplněny výplňovým materiálem (backfill) a uzavřeny tlakovými zátkami, to vše v hloubce stabilního horninového prostředí. Předpokládá se využití českých bentonitů.

Ukládací koncept

Z hlediska samotného principu ukládání hraje významnou roli tzv. ukládací koncept hlubinného úložiště. Ten byl v České republice zvolen na základě švédského konceptu KBS-3 [4], který předpokládá uložení kontejnerů s VJP do samostatných ukládacích vrtů realizovaných na ukládacím horizontu úložiště v hloubce 500 m pod zemským povrchem (viz obr. 3). Pro využití v ČR jsou nyní zvažovány a dále detailně zpracovávány dva prioritní způsoby ukládání – vertikální a horizontální. Vertikálním ukládacím konceptem (viz obr. 4) je rozuměno ukládání VJP do samostatných ukládacích vrtů, realizovaných do počvy zavážecí chodby na ukládacím horizontu HÚ. V každém vrtu je vždy umístěn pouze jeden UOS. Ten je ve vrtu umístěn vertikálně, obklopen bentonitovým bufferem a mezi ním a ústím vrtu je umístěn bentonitový distanční blok. Po zaplnění ukládacích vrtů je zavážecí chodba zavezena výplňovým materiálem (backfill) a trvale uzavřena těsnicí zátkou [1].

Horizontálním ukládacím konceptem je rozuměno ukládání UOS s VJP do samostatných subhorizontálních ukládacích vrtů, realizovaných z páteřních chodeb na ukládacím horizontu HÚ. V každém vrtu je umístěn větší počet UOS, což je rozdíl oproti vertikálnímu konceptu, který odpovídá délce samotného vrtu a konkrétním podmínkám horninového prostředí v okolí vrtu. Ukládací obalový soubor je ve vrtu umístěn horizontálně a je obklopen ochranou bentonitovou výplní (bufferem). Mezi jednotlivými UOS a uzavírací zátkou vrtu jsou umístěny bentonitové distanční bloky. Po zaplnění ukládacího vrtu je vrt trvale uzavřen těsnicí tlakovou zátkou. Za ní se pak v páteřní chodbě nachází výplňový materiál systému zavírání, který po zaplnění všech ukládacích vrtů trvale uzavře tuto část úložiště [1]. Schéma horizontálního ukládání je znázorněno na obr. 5.

Obr. 3 Schéma principu ukládání vyhořelého jaderného paliva

Vhodné horninové prostředí

Základní pilíř zajištění dlouhodobé bezpečnosti hlubinného úložiště popsaný výše, tedy tzv. systém inženýrských bariér, pro svou dlouhodobou životnost potřebuje zajistit především vhodné a chemicky stabilní prostředí, které dlouhodobě neovlivní chování těchto bariér. Tím je vhodná hostitelská hornina. Hostitelskou horninou se rozumí hornina, která bezprostředně obklopuje ukládací prostory v hlubinném úložišti. Jedná se o stabilní, příznivou, dobře popsatelnou a predikovatelnou část horninového prostředí (bloku), které vykazuje vysokou pravděpodobnost toho, že požadované parametry na jeho kvalitu budou neměnné po dobu dalších stovek tisíců let. V tomto prostředí budou realizovány stavební objekty nezbytné pro trvalé uložení radioaktivních odpadů.

Hlavní bezpečnostní funkcí horninového prostředí je dlouhodobá izolace vyhořelého jaderného paliva a ostatních radioaktivních odpadů od podmínek v biosféře za předpokladu zajištění příznivých podmínek pro prvky inženýrských bariér a komponent, zpomalení rychlosti transportu radionuklidů i v případě, že by došlo k porušení UOS. V České republice byly zvoleny jako vhodné hostitelské prostředí krystalinické horniny, ve kterých byly na základě vědecko-výzkumných prací vytipovány lokality vhodné pro umístění hlubinného úložiště. V roce 2020 došlo ke zúžení počtu těchto lokalit z devíti původních na čtyři. Mapa umístění lokalit je na obr. 6. Jedná se o lokality Horka a Hrádek v Kraji Vysočina, lokalitu Janoch v jižních Čechách a lokalitu Březový potok v Plzeňském kraji.

Postup přípravy hlubinného úložiště v České republice

Hlubinné úložiště je, vzhledem ke své technické náročnosti, v České republice strategicky připravováno Správou úložišť radioaktivních odpadů od roku 1997, kdy byly zahájeny práce na výběru vhodné lokality a získání jejího detailního popisu. Ukončení etapy výběru vhodné lokality je plánováno do roku 2030, kdy by měla být nejpozději vybrána finální a záložní lokalita. Následovat bude etapa podrobného průzkumu této lokality doplňujícími geologicko-průzkumnými pracemi a její bezpečnostní hodnocení matematickým modelováním.

Zahájení samotné výstavby úložiště je plánováno po roce 2030, kdy dojde k podrobnému vyhodnocení charakteru horninového prostředí, také ražbou průzkumného díla, která ověří parametry horninového prostředí přímo v hloubce budoucího ukládacího horizontu úložiště. Po získání povolení ke stavbě jaderného zařízení budou následně vyraženy veškeré provozní části úložiště, první ukládací sekce a stavby v povrchovém areálu, které budou zajišťovat budoucí provoz uložiště. Podle aktuálně platné koncepce [6] bude zahájen provoz úložiště v roce 2065 a předpokládá se jeho ukončení po cca stu letech provozu, kdy dojde k uložení veškerého vyhořelého jaderného paliva vyprodukovaného na území našeho státu. Následně budou vyplněny veškeré prostory úložiště výplňovými materiály.

Závěr

V České republice v souvislosti s využíváním jaderné energetiky vzniká ročně několik tun vysoce radioaktivního odpadu, který je v současnosti dlouhodobě skladován v tzv. meziskladech vyhořelého jaderného paliva v blízkosti současných jaderných elektráren. Uložením těchto odpadů do bezpečného horninového prostředí dojde k jeho trvalé izolaci po dobu více než milion let ve stabilním horninovém prostředí. Tím bude zaručena dlouhodobá bezpečnost našeho životního prostředí.

Celý článek viz Pdf časopisu

Zdroje:
[1] DOHNÁLKOVÁ, M.; L. VONDROVIC; L. Hausmannová. Technické řešení hlubinného úložiště 2022. MS SÚRAO, TZ 580/2022_rev1, Praha, 2022.
[2] HOLUB, J. a kol. Referenční projekt povrchových i podzemních systémů HÚ v hostitelském prostředí granitových hornin v dohodnuté skladbě úvodního projektu a hloubce projektové studie. Praha: EGP Invest, spol s r.o., 1999.
[3] POSPÍŠKOVÁ, I. a kol. Aktualizace referenčního projektu hlubinného úložiště radioaktivních odpadů v hypotetické lokalitě. Praha: ÚJV Řež a.s. – divize Energoprojekt, 2011.
[4] SKB 2010. Design and production of the KBS-3 repository. SKB TR 10-12. Svensk Kärnbränslehantering AB, 2010.
[5] ŠPINKA, P.; A. BUTOVIČ; P. BUREŠ; L. GRÜNWALD; J. POŘÍZEK; J. SOURAL; O. ZAHRADNÍK; J. MARTINČÍK;D. KOBYLKA. Studie umístitelnosti – aktualizace Březový potok. ČVUT – SATRA – Mott MacDonald CZ, MS SÚRAO, TZ 514/2020.
[6] Koncepce nakládání s radioaktivními odpady a vyhořelým jaderným palivem v České republice schválená 26. srpna usnesením vlády ČR č. 597/2019.
[7] ZAHRADNÍK, O.; J. PÖPPERLE; P. MAKÁSEK; D. HABARTA; A. BUTOVIČ; L. GRÜNWALD; P. BUREŠ; O. ŠPINKA; J. MARTINČÍK; D. KOBYLKA. Studie umístitelnosti – aktualizace, Na Skalním, ČVUT – SATRA – Mott MacDonald CZ, MS SÚRAO, TZ 519/2020.
[8] ZAHRADNÍK, O.; J. PÖPPERLE; P. MAKÁSEK; A. BUTOVIČ; L. GRÜNWALD; P. BUREŠ; O. ŠPINKA; J. MARTINČÍK; D. KOBYLKA. Studie umístitelnosti – aktualizace, Janoch, ČVUT – SATRA – Mott MacDonald CZ, MS SÚRAO, TZ 518/2020.