התעוררות גרעינית ומשבר האחסון
תעשיית האנרגיה הגרעינית בארצות הברית נמצאת בעיצומה של התעוררות מחודשת, לאחר יותר מעשור שבו לא הופעל אף כור חדש. עליית מחירי הנפט והגז הטבעי, המודעות הציבורית לפליטות גזי החממה מדלקים מאובנים, וסבסוד ממשלתי נדיב של עשרות מיליארדי דולרים בביטוחים ובערבויות הלוואה, יצרו תמריץ משמעותי לבניית כורים חדשים. אלא שהתעשייה נתקלת במכשול מרכזי: אין לה לאן לשלוח את הדלק הגרעיני המשומש. הקמתו של מאגר פדרלי תת-קרקעי בהר יוקה שבנבדה, שהיה אמור לפתור את בעיית האחסון, נדחתה כבר בעשרים שנה, ומועד פתיחתו המוערך כיום הוא 2017 לכל המוקדם.
בינתיים בריכות הקירור בתחנות הכוח הגרעיניות מתמלאות, וחברות החשמל נאלצות להעביר דלק ישן לאחסון יבש בתוך מכלים גדולים, שכל אחד מהם מכיל כעשר טונות של פסולת ועולה כמיליון דולר. כור טיפוסי בהספק 1,000 מגה-ואט מייצר די דלק משומש למילוי שני מכלים כאלה מדי שנה. מאחר שהממשלה לא עמדה בהתחייבותה לפתוח את המאגר בהר יוקה כמתוכנן ב-1998, היא נושאת כיום בעלות האחסון והתשתית הנלווית, כ-300 מיליון דולר בשנה, בעקבות תביעות שהגישו חברות החשמל. תחת לחץ להזיז את הדלק מהאתרים, משרד האנרגיה האמריקאי שב ובוחן רעיון שננטש בשנות ה-70: פיצול כימי של הדלק המשומש, המפריד בין היסודות השונים כדי לאפשר שימוש חוזר בחלקם. מתקני פיצול גדולים פועלים כבר למעלה מעשור בצרפת ובבריטניה, ויפן החלה להפעיל מתקן דומה בעלות 20 מיליארד דולר ב-2006.
יסודות מחזור הדלק הגרעיני
כורי כוח גרעיניים מייצרים חום המניע טורבינות לייצור חשמל, באמצעות שרשרת תגובות גרעיניות של ביקוע אטומים. רוב הדלק המשמש לכך הוא אורניום, המועשר כך ש-4 עד 5 אחוזים ממנו הם האיזוטופ הבקיע אורניום 235, בעוד שאר הדלק הוא אורניום 238. ברמת העשרה כה נמוכה אי אפשר לייצר מדלק גנוב פצצה גרעינית. בתוך הכור, חלק מאורניום 238 סופג נויטרון והופך לפלוטוניום 239, שגם הוא בקיע, וניתן לשרוף אותו חלקית אם הוא מופרד ומעובד כראוי.
לגישה זו כמה חסרונות מהותיים: ההפרדה והעיבוד יקרים בהרבה מערך הדלק החדש המתקבל; מיחזור הפלוטוניום מצמצם את בעיית הפסולת במידה מזערית; והחשוב מכול, הפלוטוניום המופרד עלול לשמש לייצור נשק גרעיני אם יגיע לידיים הלא נכונות, ולכן יש להשקיע מאמץ ניכר באבטחתו.
ניסיון הפיצול מחדש בעולם
בצרפת, המובילה העולמית בטכנולוגיית הפיצול, הפלוטוניום המופרד מעורבב עם אורניום 238 בצורת תחמוצת ליצירת דלק מעורב הידוע כ-MOX, המוזן שוב לכורים. לאחר שימוש, דלק ה-MOX המשומש עדיין מכיל כ-70 אחוז מכמות הפלוטוניום המקורית, אך תוצרי הביקוע הרדיואקטיביים שנוצרו בכור הופכים אותו לקשה יותר לגישה. דלק ה-MOX המשומש מוחזר למתקן הפיצול לאחסון בלתי מוגבל, כך שבפועל צרפת רק מעבירה את בעיית הפסולת שלה מאתרי הכורים למתקן הפיצול. יפן פועלת לפי אותו דגם, בעוד בריטניה ורוסיה פשוט מאחסנות את הפלוטוניום האזרחי המופרד שברשותן, יחד כ-120 טונות נכון לסוף 2005, כמות המספיקה לייצור 15,000 פצצות אטום.
עד לאחרונה הרוויחו צרפת, בריטניה ורוסיה מפיצול דלק של מדינות אחרות, כגון יפן וגרמניה, שבהן פעילים אנטי-גרעיניים דרשו מהממשלות פתרון לפסולת או סגירת הכורים. שיגור הדלק לחו״ל לפיצול נראה נוח, גם אם יקר, אך ההסכמים חייבו להחזיר בהמשך את הפלוטוניום המופרד ואת הפסולת הרדיואקטיבית למדינת המקור, כך שהצורך במקום אחסון לא נעלם. כתוצאה מכך כמעט כל המדינות שרכשו שירותי פיצול בחו״ל הגיעו למסקנה שעדיף להן פשוט לאחסן את הדלק המשומש ולחסוך בכך את דמי הפיצול, כמיליון דולר לטונה, פי עשרה מעלות אחסון יבש. בריטניה מתכננת לסגור את מתקני הפיצול שלה בשנים הקרובות, בעלות ניקוי צפויה של 92 מיליארד דולר. רוסיה מפעילה כיום מתקן פיצול יחיד המסוגל לטפל בדלק המשומש של 15 אחוז בלבד מהכורים שלה.
בארצות הברית הופעלו בעבר מתקני פיצול בוושינגטון ובדרום קרוליינה להפקת פלוטוניום לנשק בתקופת המלחמה הקרה; ניקוי השרידים מוערך בכ-100 מיליארד דולר. מתקן מסחרי קטן נוסף בניו יורק הפריד 1.5 טונות פלוטוניום בין 1966 ל-1972 לפני שפשט רגל, ופרויקט הניקוי שלו צפוי לעלות כ-5 מיליארד דולר.
פלוטוניום כסיכון ביטחוני
בשנות ה-70 המוקדמות עודדה ועדת האנרגיה האטומית האמריקאית פיצול מחדש בארץ ובעולם, מתוך חשש ממחסור עתידי באורניום. אולם ב-1974 השתמשה הודו, אחת המדינות שקיבלו סיוע אמריקאי לרכישת יכולות פיצול, בפלוטוניום המופרד הראשון שלה לבניית נשק גרעיני. אירוע זה חשף את הסיכון הביטחוני הגלום בפיצול: פלוטוניום מופרד הוא רדיואקטיבי חלש בלבד וניתן להעברה בקלות, בעוד הפלוטוניום שבתוך הדלק המשומש מעורב בתוצרי ביקוע הפולטים קרינת גמא קטלנית. בשל רמת הרדיואקטיביות הגבוהה שלו, ניתן להוביל דלק משומש רק בתוך מכלים השוקלים עשרות טונות, ואת הפלוטוניום שבו ניתן לחלץ רק בקושי רב, מאחורי מיגון עבה ובאמצעות ציוד מתוחכם המופעל מרחוק. כך שדלק משומש בלתי מופרד מציב סיכון קטן בהרבה של הגעה לידיים עוינות.
ממשל פורד, ולאחריו ממשל קרטר, בחנו מחדש את מדיניות הפיצול לאחר אירוע הודו וקבעו כי הוא מיותר וגם לא כלכלי; ארצות הברית זנחה תוכניות פיצול לדלק אזרחי ולחצה על צרפת וגרמניה לבטל ייצוא טכנולוגיית פיצול לפקיסטן, קוריאה הדרומית וברזיל. ממשל רייגן הפך אמנם מדיניות זו מבחינה רשמית, אך התעשייה הגרעינית האמריקאית כבר לא גילתה בה עניין, בין השאר מכיוון שמיחזור פלוטוניום התברר כלא תחרותי כלכלית מול שיטת השימוש החד-פעמי בדלק.
התוכנית האמריקאית החדשה לפיצול חוזר
בשנים האחרונות שבה עלתה על הפרק תוכנית להפעלת מחזור דלק, במסגרת הצעה לפריסת דור חדש של כורים גרעיניים. לפי התוכנית, יסודות טרנס-אורניים, פלוטוניום ויסודות כבדים דומים המופקים מדלק כורים רגילים, ימוחזרו לא פעם אחת אלא שוב ושוב בכורים חדשים, כדי לפרק אותם באמצעות ביקוע ליסודות קלים יותר בעלי מחצית חיים קצרה יותר, ובכך לצמצם את כמות הפסולת הדורשת אחסון לאלפי שנים. עוד באמצע שנות ה-90 הזמין משרד האנרגיה מהאקדמיה הלאומית האמריקאית למדעים בדיקה של גישה זו, שהניבה דוח שלילי: מיחזור הטרנס-אורניים בכ-62,000 הטונות הראשונות של דלק משומש ידרוש בין 50 ל-100 מיליארד דולר, כ-500 דולר לכל תושב בארצות הברית, וסכום זה צריך להיות מוכפל כדי לטפל בכל כמות הדלק המשומש שכורי ארצות הברית צפויים לייצר לאורך חייהם.
עלות זו נובעת מכך שכורים קונבנציונליים, המשתמשים במים לקירור ולהאטת נויטרונים, אינם מתאימים למחזור מסוג זה, משום שהזנתם בדלק ממוחזר גורמת להצטברות יסודות טרנס-אורניים כבדים כמו פלוטוניום 242, אמריציום וקוריום. הפתרון המוצע הוא סוג כור שונה לחלוטין, שבו הנויטרונים מואטים פחות ומסוגלים לפרק את היסודות הכבדים הללו. כורים כאלה, המקוררים בנתרן נוזלי במקום במים, נוסו כבר בשנות ה-60 וה-70 בהשקעה מצטברת של יותר מ-50 מיליארד דולר בערכים של היום, אך התבררו כיקרים מדי לבנייה ובעייתיים בתפעול, ורוב המדינות זנחו את הפיתוח שלהם. הפעלת התוכנית הנוכחית תדרוש בין 40 ל-75 כורים חדשים מסוג זה בהספק 1,000 מגה-ואט כל אחד, כדי לפרק טרנס-אורניים בקצב שבו הם נוצרים ב-104 הכורים הקונבנציונליים הפועלים כיום. הסבסוד הפדרלי הנדרש לכך עשוי לנוע בין 40 ל-150 מיליארד דולר, בנוסף ל-100 עד 200 מיליארד דולר הדרושים להקמה ולתפעול של תשתית המיחזור עצמה.
אם ייבנה מתקן פיצול מלא בעוד הכורים המקוררים בנתרן לא יוקמו, כל הטרנס-אורניים המופרדים יועברו פשוט לאחסון בלתי מוגבל, תרחיש שכבר התרחש בבריטניה, שם תוכנית הפיצול שהחלה בשנות ה-60 הצטברה לכ-80 טונות פלוטוניום מופרד, מורשת שסילוקה הבטוח צפוי לעלות עשרות מיליארדי דולרים. אחסון פלוטוניום מופרד במתקן פיצול אינו אסטרטגיית סילוק אלא מתכון לסיכון, משום שהוא הופך את הפלוטוניום לפגיע הרבה יותר לגניבה. החברה המלכותית הבריטית הזהירה כבר ב-1998 כי הסיכוי שמלאי הפלוטוניום ישמש בשלב כלשהו לייצור נשק בלתי חוקי מדאיג ביותר, ובדוח נוסף מ-2007 חזרה וקבעה כי המשך צבירת חומר מסוכן כל כך אינו אופציה ארוכת טווח מקובלת.
מכלי אחסון יבשים לעומת הכורים
אחסון דלק ישן ממערכת השימוש החד-פעמי בתוך מכלי אחסון יבשים מהווה תוספת סיכון זניחה לאוכלוסייה שבסביבה. עשרת הקילוואט של חום רדיואקטיבי הנפלטים מעשר טונות של דלק בן 20 שנה במכל אחסון יבש מתפזרים בהסעה טבעית לאוויר הסובב. מחבלים המנסים לפגוע במכל כזה, למשל באמצעות נשק נגד טנקים או פגיעת מטוס, עשויים לגרום לפיזור מוגבל בלבד של שברי דלק רדיואקטיבי באזור מצומצם. לעומת זאת, אם יופסק זרם הקירור בכור סמוך, הדלק שבתוכו עלול להתחמם יתר על המידה ולשחרר תוך דקות כמויות עצומות של תוצרי ביקוע מאודים, ואם ייפגע מפלס המים בבריכת אחסון של דלק משומש, ציפוי הזירקוניום של מוטות הדלק עלול להתחמם עד טמפרטורת הצתה תוך שעות. מנקודת מבט זו, מכלי האחסון היבשים נראים בטוחים למדי. יש די מקום פיזי להוספת מכלים כאלה באתרי הכורים בארצות הברית, ורישיונותיהם של כורים ותיקים אף מוארכים בעשרים שנה נוספות, כך שאין סיבה לחשוש מהיעלמות שטחי האחסון בעתיד הקרוב.
עתיד הר יוקה והמלצה למדיניות
גורלה ארוך הטווח של הפסולת הרדיואקטיבית בארצות הברית תלוי בפתרון הקיפאון סביב הר יוקה. הדרישות הרגולטוריות מחמירות: יש להוכיח שההר יכיל את הפסולת באופן שימנע חשיפה משמעותית לאוכלוסייה למשך מיליון שנה. הוכחת בטיחות לטווח כה ארוך אינה פשוטה, אולם הסיכונים ממאגר גיאולוגי, גם אם יתוכנן בצורה לא אופטימלית, נמוכים משמעותית מהסיכונים הכרוכים במדיניות שתגביר את הנגישות לחומרי נשק גרעיני. חלק מההתנגדות בנבדה נובע מהתחושה שהר יוקה נבחר ב-1987 בחיפזון, ללא הערכה אובייקטיבית מספקת של אתרים חלופיים. חוק מדיניות הפסולת הגרעינית משנת 1987 מחייב את מזכיר האנרגיה לדווח לקונגרס עד 2010 על הצורך במתקן אחסון נוסף, ואפשר לשקול הקמת סוכנות ייעודית ופחות פוליטית לניהול הנושא.
עד להקמת מאגר גיאולוגי עמוק, ניתן לאחסן את הדלק המשומש בבטחה באתרי הכורים בתוך מכלים יבשים, ואף לאחר הצבתו במאגר הוא יישאר ניתן לשליפה למשך מאה שנים לפחות. אין הצדקה למיזם יקר ובעל פוטנציאל אסון על בסיס תקוות לא ודאיות שיפחית את הנטל הסביבתי ארוך הטווח של תעשיית האנרגיה הגרעינית.
מקור
von Hippel, F. N. (2008). Rethinking nuclear fuel recycling. Scientific American, 298(5), 88–93.