หลักการจัดการกากกัมมันตรังสี

หลักการจัดการกากกัมมันตรังสี
การขจัดกากกัมมันตรังสี มิได้หมายถึงการทำลายสารกัมมันตรังสี
ให้หมดสิ้นไป ทั้งนี้เพราะวิธีการทางเคมี-ฟิสิกส์สามัญ
ไม่สามารถทำลายสภาพกัมมันตรังสีได้ จะมีเพียงวิธีทางนิวเคลียร์
ซึ่งยุ่งยากและสิ้นเปลือง
และขบวนการสลายตัวตามธรรมชาติของสารกัมมันตรังสีนั้นเท่านั้น
ที่จะแปรสภาพความเป็นกัมมันตภาพรังสีของสารได้
การจัดการกากกัมมันตรังสีจึงเป็นการดำเนินการใดๆ
เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของกากกัมมันตรังสีในสภาวะแวดล้อมเกิดการเปรอะเปื้อนด้วยสารกัมมันตรังสี
ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชนโดยทั่วไป
วิธีการที่ใช้ปฏิบัติต่อกากฯ
เหล่านั้นมีมากมายหลายวิธีตามลักษณะคุณภาพและปริมาณของกากฯเหล่านั้น
แต่โดยส่วนรวมแล้ว การขจัดกากฯ ทุกๆวิธีจะมีหลักการร่วมกัน 3 ประการ
1. การทำให้เข้มข้น แล้วเก็บรวบรวม ( concentrate and contain )
2. การทำให้เจือจาง แล้วระบายทิ้ง ( dilute and disperse )
3. การเก็บทอดระยะเวลา และปล่อยให้สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปเอง ( Delay
and Decay )
การขจัดกากของเหลวกัมมันตรังสี
กากของเหลวระดับรังสีสูง(104 - 106 Ci/m3)
กากกัมมันตรังสีชุดนี้ส่วนใหญ่เป็นสารละลายของ fission - product
จากโรงงานคืนสภาพเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และมีระดับรังสีสูง
การบำบัดกากนี้มักใช้วิธีการต้มระเหย(evaporation)
แล้วเก็บไว้ในภาชนะที่คงทน รอจนสารรังสีบางส่วนสลายตัวลงบ้าง
แล้วจึงนำไปทำเป็นผลิตภัณฑ์ของแข็ง เช่นโดยวิธีผนึกให้เป็นแก้ว (
Vitrification ) ต่อไป

กากของเหลวระดับรังสีต่ำและปานกลาง(10-6 - 1 Ci/m3)
ตามปกติกากของเหลวกัมมันตรังสีมักจะอยู่ในรูปสารละลายของน้ำ
เพราะน้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญในการปฏิบัติงานทุกประเภท
เช่นใช้น้ำทำความสะอาดอุปกรณ์ ใช้ทำละลายสารเคมีต่างๆ ในห้องปฏิบัติการ
การดำเนินการขจัดกากของเหลวกัมมันตรังสีนั้น
จะเริ่มด้วยการรวบรวมกากของเหลวไว้จนกระทั่งมีปริมาณมากพอ
ซึ่งจะได้ประโยชน์สองประการคือ
เป็นการทอดระยะเวลาให้สารกัมมันตรังสีที่มีอายุสั้นๆ
สลายตัวหมดไป(ตามหลักการข้อที่3) และเป็นการประหยัดค่าใช้จ่าย
เพราะสามารถดำเนินการต่อกากฯ จำนวนพอเหมาะ ในการเดินเครื่องครั้งหนึ่งๆ
วิธีการดำเนินการขจัดกากของเหลวมีหลายวิธี เช่น
การตกตะกอนเคมี เป็นวิธีที่ใช้สารเคมีผสมลงในของเหลวฯ
ทำให้สารกัมมันตรังสีเกิดการตกตะกอนร่วมกับสารเคมีนั้น (หลักการข้อที่1)
และสารละลายในส่วนที่เหลือหลังจากเกิดการตกตะกอน จะถูกระบายทิ้งต่อไป
(หลักการข้อที่2)
ผลจากวิธีทางเคมี คือการเกิดสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำซึ่งมักเป็นเกลือ
hydroxide carbonate หรือ phosphate ขึ้นกับ วิธีการ และสารเคมีที่ใช้งาน
การต้มระเหย (Evaporation)
เป็นวิธีที่ใช้ความร้อนในการต้มระเหยน้ำทิ้งกัมมันตรังสี
โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกที่มีระดับรังสีปานกลาง กรรมวิธีนี้จะทำให้ค่า DF
สูงมาก การต้มระเหยนี้ จะได้ผลเป็นกากกัมมันตรังสีที่เข้มข้นในรูปตะกอน
หรือของเหลวข้นๆ (concentrated residue) ตามหลักการข้อที่ 1
และส่วนที่เป็นไอน้ำ (Distillate) จะถูกระบายออกไป ตามหลักการข้อที่ 2
การดูดจับด้วยสารแลกเปลี่ยนไอออน (Ion Exchange)
เนื่องจากสารกัมมันตรังสีในกากของเหลวฯ จะอยู่ในรูปอนุมูลของธาตุด้วย
ดังนั้นจึงสามารถใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออนในการขจัดกากของเหลวฯ
ได้โดยให้กากของเหลวไหลผ่านคอลัมน์ของสารแลกเปลี่ยนไอออนซึ่งอาจเป็นสารสังเคราะห์
เช่น Ion Exchange resin หรือสารที่มีกำเนิดแต่ธรรมชาติ เช่น ถ่าน เกลือ
ซีโอไลต์ เบนโตไนท์ และ ดินเคลย์ ต่างๆ
สารกัมมันตรังสีจะถูกดุดจับไว้ในสารแลกเปลี่ยนไอออน (หลักข้อที่ 1)
และสารละลายที่ผ่านออกไปสามารถละลายทิ้งได้ (หลักข้อที่ 2)
สำหรับการปฏิบัติงานขจัดกากของเหลวกัมมันตรังสีของสำนักงาน พปส.
นั้นกระทำโดยใช้วิธีตกตะกอนเคมี

การขจัดกากของแข็งกัมมันตรังสี
กากกัมมันตรังสีระดับรังสีสูง กากของแข็งชุดนี้ได้จาก
โรงงานคืนสภาพเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (nuclear fuel reprocessing plant)
ลักษณะของกากคือ อ๊อกไซด์ของธาตุต่างๆ การบำบัดกากฯ
จะกระทำโดยแปรสภาพของกากให้เป็นวัสดุที่คงทนต่อปฏิกิริยาเคมี อาทิเช่น
แก้ว หรือ เซรามิค กากของแข็งที่แปรสภาพแล้ว เรียกว่า ผลิตภัณฑ์กากฯ
(Waste product) จะถูกบรรจุลงในภาชนะที่เหมาะสม
และเก็บไว้รอการทิ้งกากโดยถาวรต่อไป

กากกัมมันตรังสีระดับรังสีต่ำและปานกลาง กากของแข็งในกลุ่มนี้ ประกอบด้วย
กากตะกอนเข้มข้น( Residue) จากการต้มระเหยกากของเหลว
จากขบวนการตกตะกอนเคมีของกากของเหลว และ หรือ จากสารแลกเปลี่ยนไอออน
ที่ใช้แล้ว เป็นต้น
กากตะกอนเหล่านี้มักจะมีความชื้นปะปนอยู่ด้วยและยังไม่คงทนต่อสภาวะแวดล้อมดังนั้นจะต้องมีการแปรสภาพ
เป็นผลิตภัณฑ์กากที่เหมาะสมเช่นกัน การแปรสภาพกากดังกล่าวนี้
อาจกระทำได้โดยวิธี Cementation หรือวิธี Bituminization
กากของแข็งจากการใช้งานทั่วไป กากของแข็งกัมมันตรังสีส่วนใหญ่
มาจากอุปกรณ์ที่ใช้ปฏิบัติงานทางรังสี เช่น ภาชนะต่างๆ เศษกระดาษ และ
ซากสัตว์ทดลอง เป็นต้น วิธีการปฏิบัติต่อกากกลุ่มนี้ก็คือ
ลดปริมาตรของกากฯ และเก็บรวบรวมไว้ การลดปริมาตรของกากฯ
สามารถกระทำได้เช่น
การเผาทำลายกากฯที่เผาไหม้ได้ (Incineration)
การกด / อัดกากฯ ด้วยเครื่องมืออัดกำลัง (Compaction)
การบด / ตัดกากฯ ที่มีขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กลง ( Fragmentation)
การหลอมละลายโลหะเปื้อนรังสี (Melting)
การทำละลายด้วยกรด (Acid reduction)

กากของแข็งที่ทำการลดปริมาตรลงแล้ว
จะเก็บรวบรวมไว้และนำไปแปรสภาพให้เหมาะสม
เพื่อนำไปเก็บหรือทิ้งลงสู่สิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติ
โดยไม่ก่อให้เกิดมลภาวะทางรังสีต่อสภาวะแวดล้อม
การขจัดกากกัมมันตรังสีชนิดที่เป็นไอหรือก๊าซ
กากกัมมันตรังสีที่อยู่ในสถานะของก๊าซนั้นมีอยู่ 2 ลักษณะได้แก่
ก๊าซกัมมันตภาพรังสี (radioactive gas) เช่น I2, Kr, Ar, Rn และ Xe
เป็นต้น หรือ ไอสาร หรือ ฝุ่นละอองที่ปนเปื้อนด้วยสารกัมมันตรังสี (
Aerosols) การบำบัดกากฯ ชนิด Aerosols นั้นกระทำได้โดยวิธีกรองกากฯ
ในอากาศด้วยระบบกรองพิเศษ ซึ่งมักจะประกอบด้วย Activated Charcoal
เป็นตัวดูดจับสารกัมมันตรังสี และมีอุปกรณ์กรองมลสาร แขวนลอย ที่มีขนาด
เล็กๆได้ดี HEPA filter จากการขจัดกากฯ โดยการกรองแล้ว
เครื่องกรองจะถูกทิ้งเป็นกากของแข็งต่อไป

การบำบัดกากชนิดที่เป็นก๊าซกัมมันตรังสีนั้นจำเป็นต้องอาศัยกรรมวิธีเฉพาะ เช่น
เทคนิคการดูดจับ (Adsorption technique)
ได้แก่การดูดจับก๊าซกัมมันตรังสีด้วยสารตัวกลางที่เหมาะสม เช่น Activated
Carbon หรือ Porous matter ที่เคลือบหรือจุ่มให้โชกด้วยเกลือของเงิน
(Silver Nitrate Impregnated) ในกรณีของ I2

การสกัดแยก (Extraction) เช่นการสกัดแยกด้วยวิธีกลั่นเย็น (Cryogenic
distillation) ซึ่งกระทำได้โดยการลดอุณหภูมิของก๊าซให้เย็นจัดจนกลายเป็นของเหลว
แล้วปล่อยให้อุณหภูมิสูงขึ้นทีละน้อย
ก๊าซแต่ละชนิดที่มีจุดเดือดแตกต่างกันก็จะระเหยออกมา ณ
ที่อุณหภูมิต่างกัน ตัวอย่างเช่น Ne มีจุดเดือด = -111.9oC เป็นต้น

การแพร่ (Diffusion)
เป็นการสกัดแยกก๊าซอีกแบบหนึ่งโดยอาศัยหลักการที่ว่าก๊าซแต่ละชนิดมี
อัตราการแพร่ (rate of diffusion) ในตัวกลางต่างๆไม่เท่ากัน
ดังนั้นจึงสามารถแยกจากกันได้
หลังจากการกรองหรือสกัดแยกก๊าซ ด้วยวิธีต่างๆดังกล่าวแล้ว
ชุดเครื่องกรอง ก็จะเป็นที่สะสมของสารกัมมันตรังสี
และจะต้องนำไปบำบัดเป็นกากของแข็งต่อไป ส่วนก๊าซที่สกัดแยกเอาไว้
ก็บรรจุใส่ท่อ หรือถังก๊าซเพื่อนำไปทิ้งโดยถาวรต่อไป
การแปรสภาพของแข็ง ให้เหมาะต่อการเก็บทิ้งโดยถาวร(Conditioning)
เพื่อทำให้สภาพของกากฯ คงทนต่อสภาพแวดล้อม
ในเมื่อจะมีการเก็บทิ้งโดยถาวรจะต้องมีการแปรสภาพกากฯ เช่น การผนึกกากฯ
ในเนื้อซีเมนต์ (cementation)
โดยใช้ซีเมนต์เป็นตัวยึด/เชื่อมกากกัมมันตรังสี
และป้องกันไม่ให้สารกัมมันตรังสีในกากฯ กระจายออกสู่สภาวะสิ่งแวดล้อม
หรืออาจจะผนึกกากฯ ในสารบิทูเมน หรือ ยางมะตอย (bituminization)
หรืออาจจะแปรสภาพของกากฯ ให้อยู่ในรูปของสารที่เสถียรมากๆ เช่น
แก้วและเซรามิค (Vitrification) เป็นต้น
การเลือกวิธีแปรสภาพนั้นขึ้นอยู่กับชนิดและองค์ประกอบของกากฯ นั้นๆ
และเหตุผลทางเศรษฐกิจของการจักการกากนั้นๆ
การเก็บรักษาและทิ้งกากโดยถาวร
กากฯที่แปรสภาพแล้ว สามารถนำไปทิ้งโดยถาวรได้ ซึ่งมีวิธีทิ้งหลายวิธี
เช่น การเก็บฝังลงใต้ดินตื้นๆ
การเก็บฝังในเหมืองแร่ร้างใต้ดินและการเก็บทิ้งลงในมหาสมุทร เป็นต้น
การทิ้งกากแบบฝังดิน สามารถกระทำได้ 2 วิธี
การทิ้งกากแบบฝังดิน(Shallow land burial) เป็นวิธีการที่ใช้กับ
กากกัมมันตรังสีของแข็ง ที่มีความแรงรังสีต่ำ และมีครึ่งชีวิตของ
สารกัมมันตรังสีสั้น (ไม่เกิน 30 ปี)
ที่ฝังกากแบบนี้อาจเป็นหลุมดินหรือเป็นบ่อที่มีโครงสร้างแข็งแรง
(engineered structure)
การทิ้งกากแบบฝังดินลึก (Deep underground disposal)
เป็นการทิ้งกากที่เหมาะสมสำหรับกากกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาว
และมีระดับความแรงรังสีสูง
และต้องการแยกกากจากมนุษย์และสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับประชาชนให้มากที่สุด
การทิ้งกากแบบทิ้งทะเล
การทิ้งกากแบบนี้อาจกระทำได้โดยการทิ้งผลิตภัณฑ์กากที่ผนึกสนิทแล้วลงสู่ท้องทะเลโดยตรง
หรือโดยวิธีฝังกากใต้ดินใต้ท้องทะเลลึกแต่จะต้องปฏิบัติตามกฏเกณฑ์ข้อตกลงนานาชาติว่าด้วย
การทิ้งกากสารอันตรายลงสู่ท้องทะเล(The London Dumping Convention)
ปัจจุบันนี้ประเทศต่างๆทั่วโลกพยายามละเว้นการทิ้งกากวิธีนี้
การทิ้ง/ทำลายกากโดยถาวรวิธีอื่นๆ
ยังมีวิธีทำลายกากอีกหลายวิธีที่มีการพิจารณาว่าอาจจะนำมาใช้ปฏิบัติได้
ตัวอย่างเช่นการฝังกากลงในน้ำแข็ง (disposal into ice sheet)
การทำลายกากโดยวิธีนิวเคลียร์(Nuclear transmutation)
และการทิ้งกากออกไปสู่อวกาศ(disposal into space) เป็นต้น
อย่างไรก็ตามเทคนิคการทิ้งกากด้วยวีดังกล่าวยังมิได้นำมาใช้ปฏิบัติในปัจจุบัน

ไม่มีความคิดเห็น:

ค้นหาบทเรียนฟิสิกส์

Custom Search