K diskusi: Plutonium: palivo nebo odpad

Plutonium: palivo nebo odpad
Doc. Ing. Petr Otčenášek, CSc.
 
Explozivní a toxický materiál
Využitelné zásoby uranu – primárního paliva současných jaderných elektráren – mohou vystačit nejvýše na stovky roků. Štěpitelným izotopem v nich je 235U. Jeho zastoupení v přírodním uranu (0.7 %) je nízké pro současně dosahované hloubky vyhoření 50 MWd /kgU omezované materiálovou životností palivových článků. Proto je uran obohacován štěpitelným 235U k zastoupení do 5 %. Vedle obohaceného uranu vzniká i uran ochuzený. To znamená, že jen cca jedna sedmina vytěženého uranu je využívána jako palivo Ochuzený uran obsahující více než 99 % 238U je využitelný jako plodící materiál. Záchytem neutronu v něm vzniká 239Pu (plutonium), které je vynikajícím štěpitelným materiálem. V současných jaderných energetických reaktorech se podílí plutonium na procesu štěpení a navíc má ve vyhořelém palivu jednoprocentní zastoupení.
Výraznější produkce plutonia je dosažitelná v jaderných reaktorech využívajících ke štěpení nezpomalené (rychlé) neutrony. Masivní výstavba „rychlých“ energetických reaktorů s rozšířenou reprodukcí paliva je vizí dodávající jaderné palivo na dobu mnoha tisíc roků. Tyto reaktory byly a jsou stavěny, ale dosud nedosáhly průmyslovou zralost. Proto zůstává příslib dostatku jaderného paliva pro budoucnost otevřenou otázkou. Thorium jako další plodící materiál schopný vyrobit absorpcí neutronu štěpitelný 233U je jako palivo do současných jaderných elektráren teoreticky detailně zmapován, problémy s přechodovým protaktiniem ho zatím vylučují.
 239Pu je základem jaderných zbraní. Propojení energetického a zbraňového potenciálu plutonia je zřejmé ze dvou hledisek. 
1. Plutonium pro bomby je vyráběno v jaderných reaktorech. 2. Plutonium, které ztratilo v čase rozpadem charakteristiky požadované ve zbrojním sektoru je využitelné jako výborné palivo pro jaderné elektrárny soudobého typu. Před energetickým a zbraňovým systémem stojí společný úkol a tím je zneškodnění odpadů a jejich fyzikálně realizovatelné využití. Současně využívané získávání plutonia z vyhořelého jaderného paliva (reprocessing) je dlouhodobě prověřenou technologií. Úvahy o jeho strategickém energetickém využití vyžadují zohlednit inherentní riziko jako explozivního a toxického materiálu. Proto je původní optimistický názor o masovém využití prošlého zbraňového plutonia jako štěpitelného materiálu pro jaderné energetické reaktory v současné době předmětem strategických úvah. Jeho řešení vyžaduje zodpovědný a vysoce odborný přístup odůvodněný s ohledem na velmi dlouhou perspektivu.   
Charakteristiky plutonia
Plutonium (Pu) bylo poprvé vyrobeno roku 1940 v jaderné laboratoři v Berkeley. Je to silně radioaktivní a jako těžký kov extrémně biologicky toxický. V  praxi lze u něho těžko rozlišit škodlivé účinky způsobené radiací od škodlivých účinků chemických. Plutonium je často pokládáno za jednu z nejtoxičtějších anorganických látek. Podle některých údajů mohou být již mikrogramová množství tohoto prvku pro člověka smrtelně jedovaté, pokud se dostanou do krevního oběhu. Za hlavní nebezpečí se považuje depozice v kostech. Rizikem při nakládání s ním je vdechnutí plutoniového prachu, kdy se částečky plicemi rozšíří po celém těle a vyvolají různé druhy rakoviny.
239Pu vzniká záchytem neutronu v 238U, který tvoří výrazně převažující podíl v uranu obsaženém v palivových článcích lehkovodních reaktorů. Další absorpcí neutronu v 239Pu vzniká 240Pu, který je rizikovým zářičem beta. Radiačně je nebezpečný především izotop 241Pu, který je rovněž zářičem beta a má proto výrazně vyšší negativní dopad na lidské zdraví než ostatní izotopy plutonia. Neopatrná manipulace s většími objemy čistého Pu je rizikem explozivního vzniku silného toku neuronů.
Plutonium je ve formě hoblin a pilin samozápalné, a proto jeho zpracování vyžaduje extrémní opatrnost.
239Pu má vynikající vlastnosti jako štěpitelný materiál. V porovnání s 235U produkuje více neutronů na jedno štěpení, má vyšší pravděpodobnost štěpení a neštěpný záchyt neutronu v něm je nižší.
Společné vědní základy energetického a zbraňového jaderného programu
 Základní jaderně fyzikální poznatky vznikaly ve dvaceti letech od roku 1919, kdy Rutherford poprvé uměle rozštěpil jádro dusíku částicí alfa do roku 1939, ve kterém pokusy Hahna a Strassmanna vytvořit transurany bombardováním uranu neutronem vedly k objevu štěpení.  Vývoj atomové bomby v projektu Manhattan vytvořil v průběhu druhé světové války fyzikální a technologické základy nezbytné pro vývoj využití štěpení těžkých jader. Jeho výsledkem bylo úspěšné použití atomové bomby. Rozvoj teoretické a jaderné fyziky a jaderných technologií, vytvořený v šesti válečných letech (projekt Manhattan), umožnil i za těžkých podmínek druhé světové války vytvořit z hypotézy o štěpení první jaderný reaktor a také jaderné bomby využívající jak dělový, tak implozivní systém, tedy soustavy využívané v civilním i zbrojním průmyslu dodnes.
Následná etapa od roku 1945 rychle rozvinula obory fyziky jaderných reaktorů: teoretické i experimentální metody, detekci záření, dozimetrii, přístrojovou techniku, termomechaniku, dynamiku, teorii regulace reaktorů, teorii bezpečnosti a materiálový i technologický výzkum. Výsledkem fyzikálního bádání bylo shromáždění a vyhodnocení údajů vyjadřujících pravděpodobnosti interakce jaderného záření s hmotou (vznik knihoven účinných průřezů), metod řešení Boltzmannovy i difúzní rovnice použitelných k modelování polí záření a procesů v aktivní zóně, ve stínění i v životním prostředí. Zásadně významné postavení získaly metody šumové analýzy. Bouřlivým rozvojem prošla termomechanika a hydraulika aktivní zóny. Nové projekty energetických jaderných reaktorů vytvořily lavinu technologicky orientovaného výzkumu. V něm byly vyvinuty materiály pro typicky jaderné komponenty, jako je jaderné palivo, povlaky palivových článků, regulační tyče, tlakové nádoby, přestupní plochy parogenerátorů a měřící i regulační technika a relevantní technologie a další komponenty. Protože běžné průmyslové výrobky jako jsou čerpadla a potrubí nesplňovaly náročná kritéria na jadernou techniku, vyvíjely se pro jaderné elektrárny speciální materiály, komponenty i výrobní postupy. Tak došlo v průběhu času např. k vývoji tří generací materiálů pro tlakové nádoby reaktoru, speciálních povlakových materiálů pro palivo a speciálních materiálů i konstrukcí pro teplosměnné plochy parogenerátorů a to nejen pro vodou a plynem chlazené okruhy jaderných elektráren na tepelných neutronech, ale i pro sodíkem chlazené reaktory na rychlých neutronech. Poznaný vliv záření na materiály podložený požadavky na dlouhodobý spolehlivý provoz i údržbu specifikoval nároky na ozařované materiály a na jejich interakci s kapalinami a plyny za provozních podmínek. V této oblasti uplatnila významný vliv chemie i jaderná chemie. Rychlý samostatný vývoj prodělaly speciální konstrukce, jako například ochranná obálka (kontejnment). V krátké době se vyvinuly technické prostředky a teorie regulace a diagnostika jaderných zařízení včetně jejích počítačového a technického vybavení. Robotika čtvrté generace usnadňuje přístup k radioaktivnímu zařízení bez významného ozáření personálu. Explozivně se zdokonalující výpočetní technika umožnila přibližnými metodami i numericky řešit úlohy, bez jejichž spolehlivé analýzy by nebylo možné provozovat prostorově rozlehlé heterogenní aktivní zóny velkých jaderných elektráren. Rychle probíhal vývoj systémů řízení složitých soustav, mezi které jaderná elektrárna bezesporu patří. Vysoké dokonalosti dosáhly teorie i metody hodnocení bezpečnosti a spolehlivosti, rozvoj dozimetrie přinesl její aplikace v ohromném počtu oborů.
Významnými výsledky přispěla k jaderné bezpečnosti analýza spolehlivosti lidského činitele a aplikace prostředků jejího zvyšování i poznání chybového potenciálu člověka. Výzkum a vývoj byly v období studené války vzhledem k významu pro zbrojní průmysl výrazně dotovány státem. Tato etapa vývoje soustředila poznatky, které ve své aplikované podobě zaměřené na bezpečný a spolehlivý provoz uzavřely zásadně vývoj prvních tří generací jaderných elektráren lehkovodního typu, moderovaných i chlazených vodou. Provozní zkušenosti trvale prověřují závěry výzkumu a vývoje. Jejich hodnocení ukazuje možné směry dalšího vývoje. Poznatky ze zbraňového programu položily základy pro mírové vyžití jaderné energie. Intenzivní mnohaoborový fyzikální a technologický výzkum a experimentální prověřování demonstračních zařízení, prototypů a prvních jaderných elektráren vedl k dosažení průmyslové zralosti lehkovodních jaderných reaktorů v roce 1985.  Poznatky ze zbraňového programu položily základy pro mírové vyžití jaderné energie.
Extrémně rychlý vývoj, při kterém byly uváděny do provozu jaderné elektrárny s kvalitou komponent a s úrovní vědeckého a technického poznání odpovídající dané době, se neobešel bez negativních jevů. Teorie bezpečnosti a spolehlivosti byla v počátcích rozvoje jaderné energetiky v dětských plenkách právě tak jako výstavba simulátorů pro vědu i školení.  Nekomplexní odhady bezpečnosti a spolehlivosti, na základě kterých se určovala pravděpodobnost výskytu poruch, udávaly v etapě do roku 1980 optimistické údaje a skutečný počet mimořádných příhod byl vyšší. Nehody v jaderném průmyslu vznikaly zejména v důsledku vývojových problémů a dokonce i hrubých chyb a selhání lidského činitele, nejen v provozu, ale i v projektování a při konstrukci a stavbě. Tak tomu ostatně bylo a je v řadě  dalších oborů, například v dopravě. Vývojové problémy první generace jaderných elektráren vedly již před významnými nehodami ve Three Mile a v Černobylu k růstu kritických hlasů proti jaderným elektrárnám. Teprve po havárii v jaderné elektrárně Three Mile Island byla věnována systémová vědecká analýza spolehlivosti lidského činitele, ve které nové poznatky přinesla prezidentská (Kémenyho) komise v USA. Poznání chybového potenciálu člověka zaměřilo projektanty blokových dozoren na vytvoření systémů, jejichž spolehlivost nezávisí na okamžitém zásahu obsluhy. Kromě systému blokování nežádoucích a chybných činností a instalace ochran byl zaváděn automatizovaný systém řízení, ve kterém rozhodování bezprostředně po nehodě neprovádí lidská obsluha, ale počítačový systém. Malá operační rychlost počítačů v 60. a 70. letech a nízký rozsah jejich paměti neumožňoval provádění komplexních výpočtů jaderné elektrárny, ale jen nepříliš detailní matematické modelování jednotlivých komponent. Ze stejného důvodu trpěly počítačovou slabostí i systémy řízení. Vývoj komponent „za pochodu“ vedl k nasazení prvků a systémů, které nebyly dlouhodobě spolehlivě prověřeny.
V současné době jsou zvládnuty a dlouhodobým provozem prověřeny všechny postupy nakládání s uranem od těžby přes výstavbu a provoz až ke (krátkodobému) skladování radioaktivních odpadů. Projekty bezpečných a spolehlivých jaderných elektráren a spolehlivě ovládaných jaderných zbraní byly podporovány obavami spojenými se světovým deficitem elektrické energie a obranyschopnosti. Tato motivace kladla na první místo získání jaderného výkonného zdroje energie. Finanční podpora relevantních projektů byla bezproblémová.  V současné době jsou vyvíjeny další typy jaderných elektráren i jaderných zbraní. Vystoupení z jaderného programu znamená zřeknutí se výsledků vyjmenovaných věd a technologií pro budoucnost, ve které je očekávaný nedostatek štěpitelných izotopů spojený s vyloučením plutonia faktem. Úprava, využívání a skladování štěpitelných izotopů se označuje jako vstup do jaderného palivového procesu“ front-end“.
Odpady z provozu jaderných elektráren
Nakládání s vyhořelým palivem zásadně komplikuje radioaktivita atomových jader vzniklých v důsledku štěpení, absorpce neutronů v materiálech aktivní zóny a v prvcích s vyšším počtem protonů v jádře (aktinidů). Radioaktivním rozpadem může být emitován proton, neutron, elektron nebo pozitron, ale také elektromagnetické záření (záření gama), složená částice například jádro deuteria (deuteron) nebo jádro helia (alfa částice). Mezi projevy radioaktivity patří rovněž spontánní štěpení těžkých jader. Při radioaktivním rozpadu vznikají nejen nové částice, které jsou nositeli energie. Počet rozpadů radioaktivního izotopu je úměrný počtu jeho jader. Koeficient této úměrnosti je pro dané jádro konstantou nezávislou na teplotě, tlaku, chemické vazbě a vlivu elektrického či magnetického pole. Množství radioaktivních odpadů klesá v čase jejich rozpadem a lze ho ovlivnit jen jadernými reakcemi.
Při štěpení jader 235U nebo 239Pu jsou emitovány dvě štěpné trosky, neutrony, záření gama, beta a neutrino. Při každém štěpení vzniká dvojice středně těžkých jader. Takových dvojic vzniká 31. Ty se dále rozpadají v průměru 3,5krát. Spolu s produkty rozpadu vytvářejí komplex více než 250 izotopů s různými i extrémně dlouhými dobami života. Jejich separace a využití je mimo dosah soudobých technologií. Vyhořelé jaderné palivo je hodnoceno jako vysoce aktivní jaderný odpad 
(HLW – High Level Waste). 
Podklady vytvořené výpočtem zastoupení významných složek radioaktivního inventáře vyhořelého paliva a jejich experimentálním ověřováním jsou komplexní dobře známou výchozí informací, zejména pro návrh dozimetrického systému, pro indikaci úniků, pro dimenzování úložného obalového souboru, pro dimenzování prostředků radiační ochrany, pro analýzu geochemických analýz zaměřených na prostupnost úniků bariér oddělujících odpady od životního prostředí a vytvářejí tak výchozí informaci o uložených zdrojích ionizujícího záření. 
Analýza podle jednotlivých štěpných produktů ukazuje, že hlavními přispěvateli k celkové radioaktivitě po jednom roce od ukončení provozu jsou čtyři rozpadové řetězce 90Sr - 90Y, 106Ru - 106Rh, 137Cs - 137Ba, 144Cs - 144Pr a to s izotopem 134Cs a aktinidem 241Pu. Po 100 letech se totální radioaktivita sníží na jednu čtyřicetinu původní hodnoty s tím, že štěpné produkty 90Sr, 90Y, 137Cs a 137mBa přispívají 80 % celkové aktivity. Dlouhodobé aktinidy mají dominující podíl na aktivitě po 1000 letech (98 %) a po 10 000 letech (94 %). Převažující radioizotopy v této době jsou 239Pu, 240Pu a 241Am (po 100 letech) a 237Np, 239Np, 239Pu, 240Pu a 241Am (po 10 000 letech). Sledování extrémně dlouhých časů (100 000 let) ukazuje, že hlavním štěpným produktem je 99Tc a aktinidem 239Pu, které spolu s těmi členy rozpadové řady uranu, které se vyskytují v přírodě, vytvářejí hlavní podíl radioaktivity.
Teplo generované ozářeným palivem významně ovlivňuje manipulaci, skladování a vlastnosti palivových kazet. Počáteční tepelný výkon pochází převážně ze štěpných produktů, asi po 60 - 70 letech dojde k vyrovnání tepelného výkonu štěpných produktů a aktinidů.  Příspěvek produktů aktivace je jen malý a jen mírně převyšuje v první dekádě 2 % celkového množství. V průběhu střední periody (100 - 1000 let) jsou z hlediska vývinu tepla významné izotopy aktinidů 238Pu, 239Pu a  241Am, zatímco 239Pu a 240Pu jsou dominantní pro 100 000 let. Aktinid 239Pu  je hlavním zdrojem tepla po stu tisíci letech.
Z dat o složení vyhořelého paliva vyplývá, že vyhořelé jaderné palivo je i po extrémně dlouhé době od ukončení procesu štěpení mohutným zdrojem záření a tím také tepelné energie.  
Vznik jaderných odpadů ve zbrojním odvětví
Zastrašovací potenciál atomových bomb vedl ke hromadění nesmyslně velkého počtu jaderných hlavic. Explozivním materiálem v nich je plutonium 239. Plutonium je prvek, který se v přírodě vyskytuje jen v utrastopových množstvích. 239Pu vzniká ozářením 238U neutrony.  Pokud je plodící 238U ozařován vyššími dávkami neutronů, vytváří se z 239Pu izotop 240Pu, který nemá vynikající štěpitelné vlastnosti, je absorbátorem neutronů, který omezuje účinnost exploze. Proto jsou doby ozařování jaderného paliva v reaktorech pro jaderné zbraně krátké. Palivo tak nedosahuje ekonomicky vhodné vyhoření – proces jeho tvorby je energeticky neefektivní. Odpady se ale tvoří právě tak, jako v energetickém reaktoru, i když mají se zřetelem ke krátké době ozařování výrazně nižší zastoupení aktinidů, než má vyhořelé palivo z jaderných energetických reaktorů. Výroba jaderných zbraní má proto svůj charakteristický front-end, jehož řešení je strategický problémem analogicky k jaderné energetice. Zbraňové plutonium se jadernými reakcemi s časem znehodnocuje. 239Pu se rozpadá zejména emisí částice alfa na 235U) a za vzniku různých dalších izotopů. Proto má dlouhodobé nakládání s plutoniem v jaderných zbraních dva aspekty: 1. nakládání s odpady z výroby plutonia v jaderném reaktoru, 2. nakládání s plutoniem, které překročilo dobu efektivního využívání.
Společná odpovědnost
Nakládání se štěpitelnými izotopy a jejich ozařování se provádí v reaktorech jak v jaderné energetice, tak pro zbraňový průmysl. Začátek jaderného palivového cyklu “front-end“ využívá v obou sektorech všechny poznatky, technologie a provozní zkušenosti ze širokého spektra fyzikálních, technických a sociálních věd. Za nakládání s jadernými odpady (back-end) je odpovědný nejen civilní, ale i zbrojní průmysl. Z této celosvětové odpovědnosti plynou nároky na společné strategické řešení a financování metod dlouhodobého bezpečného a společensky přijatelného nakládání s vysoceaktivními radioaktivními odpady.
Konec jaderného palivového cyklu
Konci jaderného palivového cyklu (back-end), který se jevil v jaderné energetice jako úloha časově velmi vzdálená, byla věnována pozornost podstatně nižší a řešitelná s blíže neurčeným odkladem. Teprve v současné době je nakládání s jadernými odpady vnímáno jako aktuální problém. Řešení rizika jaderných odpadů bylo odkládáno také se zřetelem k relativně malé hmotnost odpadů v porovnání s fosilními palivy, možnostem skladování, přepracování nebo využití v nových typech jaderných reaktorů. Krátkodobým řešením bylo a je skladování na dobu mnoha desítek roků. Tato lhůta již plyne a nedává proto dlouhý čas na dlouhodobé řešení.
Nakládání s odpady z jaderné energetiky a ze zbrojního průmyslu
K problému je nezbytné přistoupit na základě strategické vize a s výhledem na dobu, po kterou jsou odpady ze štěpení významným rizikovým faktorem, Tou je milion roků. Vytvoření vědecky opodstatněné vize nakládání s odpady, které se nahromadily při civilním i zbrojním využívání jaderné energie, nemohou přehlížet akceptovatelnost veřejností, etiku a sociální vědy.
Součástí strategie je stále preciznější definování standardů bezpečnosti, které celosvětově vymezují dělící rovinu mezi přijatelnými a nevhodnými přístupy a řešeními. V tomto rámci přední světoví výrobci i provozovatelé využívají vlastní vzájemně odlišná řešení
Vysoce radioaktivní vyhořelé palivo se nahromadilo a dále se hromadí v nemalém množství. Právě tak se hromadí plutonium zestárlé a tím nevhodné pro bomby. Jen v USA bylo k červnu 2016 skladováno celkem 6979 MtUs. Podle zpráv tisku je jen v USA 34 tun plutonia určeno k likvidaci. To pochází z 37 tisíc jaderných hlavic (1967), které měly USA z dob studené války. Sovětský svaz měl v této době 45 tisíc hlavic.  
Naléhavým zadáním současnosti je vytvořit a postupně realizovat komplexní projekty zaměřené na dlouhodobou likvidaci rizika spojeného s vysoce radioaktivními materiály hodnocenými jako odpad.  To platí i pro státy provozující jaderné elektrárny i vlastnící jaderné zbraně. Konec jaderného palivového cyklu se proto týká civilního i vojenského využívání štěpení těžkých jader.
Skladování vyhořelého jaderného paliva i rozpadem znehodnoceného plutonia z jaderných zbraní po dobu mnoha desítek roků v meziskladech (interim storage) je jen odkladem řešení a to odkladem plně opodstatněným. Radioaktivní inventář i vývin tepla v průběhu skladování po mnoho desítek let sníží rozpadem množství radioaktivních jader a vývin tepla. Skladování nepotřebných hlavic po dobu cca padesáti let je z dlouhodobého hlediska také jen odkladem. Situace je v obou případech urgentní zvláště proto, že se nacházíme v nejisté době s vysokým rizikem terorismu.
Zejména nakládání s vysoce radioaktivními materiály (HLW - High Level Waste) a s „odloženým“ plutoniem vyžaduje nalézt fyzikální, technologická, zákonná a sociální řešení pro jeho trvalé oddělení od životního prostředí na období stovek tisíců roků. Problémem se intenzivně zabývají desítky odborně vědecky, technologicky, finančně i právně fundovaných států. Při vypracování vizí a projektových záměrů je primární využívání a dodržování celosvětových zkušeností a zákonných norem zaměřených na bezpečné nakládání s vysoce rizikovými aktivními odpady. Nakládání s HLW nelze v současné době prohlásit za zralé. Využívání a projektové využití světových zkušeností při ukončení jaderného palivového cyklu je příkazem i pro Českou republiku.
Možnosti ukončení jaderného palivového cyklu
Některé zvažované způsoby uzavření jaderného palivového cyklu byly odmítnuty pro značné nejistoty, nebezpečí nebo vysoké náklady (permafrost, ledovce, oceány, vesmír, využití urychlovačů těžkých částic). Separace složek radioaktivního inventáře je teoreticky možná, ale technologicky dosud nezvládnutá. Současný přístup pro oddělení odpadů od životního prostředí je založen na hlubinném uložení vysoce odolných obalových souborů obsahujících jaderný odpad v dlouhodobě těsném horninovém masivu v hloubkách řádově jednoho kilometru a více pod zemským povrchem. Varianta uložení vysoceaktivních odpadů do hlubších geologických formací byla všeobecně přijata. Ve stejné době se však významně začaly měnit představy o vzniku a vývoji svrchní části zemské kůry. Vznikla a byla všeobecně přijata teorie nové globální tektoniky. Geologická situace a vlastnosti geologické stavby, spojené s geologickou problematikou hlubinného úložiště, jsou nyní lépe zjistitelné se všemi svými možnými důsledky.
Rozvíjené světové projekty jsou zaměřeny na: plnění zákonných požadavků na hlubinné úložiště jako jaderného zařízení; odůvodnění volby horninového masivu provedením a vyhodnocením komplexního geofyzikálního a geotechnického průzkumu; dlouhodobou spolehlivost úložného obalového soboru pro vyhořelé palivo nebo vysoce radioaktivní inventář vzniklý jeho přepracováním; uspořádání, provoz a uzavření hlubinného úložiště; dlouhodobou garantovanou těsnost a životnost bariér; kapacitu úložiště; vypracování projektového řešení včetně optimálního harmonogramu až k uzavření zaplněného úložiště; plošný a objemový rozsah podzemního díla; specifikace nároků na bezpečné a spolehlivé dálkové provádění manipulací na povrchu i v podzemí pomocí inteligentní robotiky; definování nároků na experimentální prověření klíčových parametrů projektů; vývoj transportních technologií; specifikace nároků na prověřenou diagnostiku pro identifikaci stavů a procesů při dálkovém  provádění bezpečných a spolehlivých podzemních činností; projekty demonstračních zařízení; v neposlední řadě na získání politické podpory a souhlasu veřejnosti s provedením prací, které souvisejí se současným významným využíváním jaderné energie.
Nakládání s vysoceaktivními radioaktivními odpady je součástí globálního problému lidstva usilujícího o bezpečné odpadové hospodářství v etapě explozivního růstu světové populace. 
Před rozhodnutím o koncepci je nezbytné vyhodnotit možná strategická řešení. Ta vyžadují opět mnohaoborový přístup. Ke zkušenostem z front-end a se zřetelem na hlubinné uložení vystupují výrazně do popředí komplexu věd geologie a geotechnika. Nároky na horninový masiv a na provedení úložných prací jsou v současné době ve stadiu výzkumu, provozu hlubinných laboratoří a specifikaci projektových záměrů. Umístění hlubinného úložiště požaduje provedení výzkumu a vyhodnocení území z geofyzikálního hlediska. To v sobě zahrnuje aplikace z oborů fyziky pevných částí zemského tělesa, fyziky atmosféry, fyziky hydrosféry a z oborů geofyziky, v užším slova smyslu geomechaniky, gravimetrie, seismologie, stratigrafie, geomagnetiky, geoelektřiny, geotermiky, radioaktivity zemského tělesa a tektonofyziky.
Geofyzikální průzkum jako užitá geofyzika, používající geofyzikálních metod ke zkoumání geologické stavby doplňuje geofyzikální poznání o rozsáhlé a dlouhodobé zkušenosti oboru geofyzika včetně geofyzikálního průzkumu a umožňuje provedení kvalifikované analýzy hlavních a vedlejších kritérií pro volbu hostitelského masivu. Odhaduje nejistoty a z nich plynoucí rizika geofyzikálních analýz plynoucí ze specifických vlastností průniku složitého a proměnlivého radioaktivního inventáře za podmínek jeho proměn vyvolaných radioaktivním rozpadem ve složitém chemickém složení a teplotách hostitelského masivu.
Požadavek dobré prostorové popsatelnosti (characterisability, describility) vhodného horninového masivu se týká především spolehlivosti a přesnosti zjištěných charakteristik zkoumané geologické struktury a variability vlastností v rámci posuzované lokality. Tyto parametry musí umožnit vytvoření důvěryhodných 3D popisných, jednoduchých, vyvážených, logických a obhajitelných modelů lokalit, které tvoří základní podklady pro hodnocení její dlouhodobé bezpečnosti. K jejich vytvoření bude zapotřebí velké množství geovědních dat, jejichž důležitou zásadou je jejich ověřitelnost (tracebility).
Ve světovém měřítku jsou analyzována řešení odstraňující vysoceaktivní materiály ze životního prostředí. Většinou se jedná o teoretická řešení doprovázená experimentálním prověřováním a v omezeném rozsahu demonstračními neaktivními procesy v podzemí. Proto můžeme považovat dnešní zvažované koncepce nakládání s odpady z jaderných elektráren a ze zbraní jen velmi těžko za koncepčně zralé!
Protože první bariérou oddělující jaderné odpady od životního prostředí je úložný obalový soubor, vystupují s vysokou naléhavostí nároky na jeho provedení. Ty nově definují požadavky na materiálové inženýrství s cílem vytvořit dlouhodobě spolehlivé bariéru udržující radioaktivní inventář ve vymezeném objemu a to za teplotního a radiačního působení na materiály, koroze a procesů degradujících materiálové vlastnosti úložného obalového souboru. Při hodnocení a využití vlastností horninového masivu má dominantní význam geologie a geotechnika.
V současné době akceptovanou variantou je uložení do hloubek 600 – 800 metrů pod povrchem země. Jsou ale zkoumány i varianty uložení do vrtů v hloubkách 2 až 5 km. Navrhují se úložné obalové soubory rozmanitých projektových řešení, tvarů a materiálů. Uvažuje se o horninových masivech na bázi granitů, soli a jílů.
Využití vyhořelého jaderného paliva a nepotřebného plutonia
Strategické nakládání s vyhořelým jaderným palivem vytváří významný problém. Lze zvolit řešení, které umožní vyjmout v budoucnosti uložené palivo a využít ho v  očekávaném nedostatku jaderných paliv. Současně s tím jsou přijímána i řešení založená na definitivním uložení vyhořelého jaderného paliva bez možnosti zpětného využití, do země se tak uloží opotřebované jaderné palivo, které představuje potenciální zdroj energie na tisíce roků.
Zlomové rozhodnutí USA
Podle údajů z tisku je v USA zvažováno jak možné využití zbraňového plutonia jako paliva v energetických reaktorech, tak jeho uložení jako odpadu (po smíchání s materiálem, který by zabránil teroristickému využití). Odstraňování plutonia ze starých nukleárních hlavic je jednou z nejnebezpečnějších prací prováděných v USA v průmyslu. Bezpečným provozem lehkovodních energetických reaktorů byla ve světě prověřena možnost snížit nároky na obohacování uranu dosazením pelet PuO2 do palivových článků. To prokázalo možnost využít dále nepoužitelné zbraňové plutonium v lehkovodních jaderných energetických reaktorech. Samo vytvoření palivových pelet pro palivové články energetických reaktorů je pak dobře zvládnutou procedurou. Spojené státy se zavázaly, že přemění 34 tun plutonia na palivo jaderných elektráren. Celý projekt se ale extrémně prodražuje a není jisté, zda bude dokončen v roce 2048. Nakládání s plutoniem z jaderných hlavic je vysoce rizikovou činností, při které sebemenší chyba může skončit katastrofou.
V roce 1967, jak je uvedeno výše, měly USA k dispozici 37 tisíc jaderných hlavic a Sovětský svaz 45 tisíc hlavic. V současné době USA likvidují jaderné hlavice, aby nepřekročily počet 1550, který stanovila smlouva v roce 2010. Američané se zbavují starých hlavic i proto, aby je mohli nahradit modernějšími. K tomu ale budou potřebovat plutonium vyrobené v moderních i stávajících jaderných reaktorech.
Vedle využití plutonia jako jaderného paliva existuje ještě další možnost. Tou je hlubinné uskladnění směsi ve speciálních kontejnerech. Životnost takových kontejnerů se odhaduje na 50 roků. Taková varianta by byla podle současných odhadů o několik miliard levnější. Co ale po padesáti letech?
Vliv světového terorismu
Celosvětovou situaci zásadně ovlivňuje světový terorismus. Plutonium může zlákat teroristy. Nacházíme se v době, kdy je jeho riziko extrémně vysoké. Proto nelze přehlédnout fakt, že využití oxidu plutonia PuOjako paliva v směsi s UO2  nazývané  MOX (mix oxide fuel) představuje nejlepší způsob jak zabránit tomu, aby se plutonium dostalo do rukou teroristů.
Ekologická hlediska
Ve výčtu oborů využitých v jaderném programu jako celku jsem úmyslně neuvedl ekologii. Té je nezbytné věnovat významnou pozici. Ovšem ne jen z hlediska kritiky jaderné energie.  Fosilní paliva již dnes výrazně poškozují životní prostředí a hrozba jejich využíváním stále roste. Obnovitelné zdroje zřejmě nedosáhnou úrovně schopné pokrýt energetické nároky explozivně rostoucí lidské populace. Energetická soběstačnost s enormním úsilím dosažená v České republice v uplynulých desetiletích je zárukou stability státu a nesmí být obětována nevyváženým jednostranným názorům. Hmotnost štěpitelného materiálu využitého při jaderných reakcích je nepatrná v porovnání s fosilními palivy k výrobě stejného množství energie. To znamená, že i hmotnost odpadů je relativně nepatrná, i když jejich rizikový potenciál je významný. Pokud hovoříme o ekologii ve smyslu vědy o životním prostředí, potom nelze opomenout rostoucí lidskou populaci a její potřeby včetně energetických. 
Strategický význam plutonia jako paliva v očekávané etapě nedostatku přijatelných zdrojů energie
Nad všemi hledisky vědních oborů včetně ekologie dominuje otázka energetické budoucnosti lidstva. Peněžní hodnocení energetických řetězců od jejich získávání přes využití až k odpadům nesmí být hodnoceno jen z okamžitého hlediska. S růstem populace, a s vyčerpáváním zdrojů, se budou zřejmě měnit relace mezi hodnotou energie a náklady na její získávání. Současná relativně nízká cena energie může vzrůst nad dnes těžko představitelné meze. Vývoj v následujících stoletích není vědecky postižitelný. Jeho odhad je proveditelný jen expertním posouzením. Možností je vytvoření strategické energetické vize, která uváží možné varianty vývoje. Je zřejmé, že vytvoření takové představy narazí na obecný všeobjímající odpor. Pokud ale nebude vytvořena, bude se lidstvo zmítat v krátkodobém hodnocení s nedostatky ve strategicky ohrožujících odpadech. Klíčovými slovy vedle energie jsou využitelná půda, čistota vzduchu a vod, zdroje a všechny typy odpadů, zvládnutí energetických a potravinových nároků rostoucí lidské populace, ochrana přírody i všech jejich druhů a uplatnění humanistických ideálů. Je zřejmé, že plutonium jako potenciální palivo má v této hře svoji významnou roli.
Úplným rozštěpením jednoho gramu uranu nebo plutonia se získá tepelná energie jednoho megawattdne. Při využití v jaderných elektrárnách s účinností 33 % je převod třetinový. Takový zdroj by neměl být odmítnut.
Na závěr několik poznámek
  • Jaderné palivo nelze hodnotit jen jako zdroj tepelné energie pro současné jaderné elektrárny pracující s relativně nízkými teplotami a tím i s nízkou účinností. Výrazné rozšíření aplikací mohou poskytnout vysokoteplotní aktivní zóny jako zdroj procesního tepla pro průmysl. Takový dílčí cíl vytváří nové nároky na pokroky ve vědě a v technologiích, v legislativě a v bezpečnostním inženýrství.
  • Jaderné elektrárny s rychlými neutrony mají za sebou etapu provozu demonstračních prototypů. Pokud dosáhnou etapy zralosti s přijatelným hodnocením bezpečnosti a spolehlivosti, otevře se obzor dostatku plutonia jako paliva pro tisíce roků. Může lidstvo opomenout tuto variantu?
  • Jak využívat celosvětové zkušeností a zákonné normy pro bezpečné nakládání s vysoce aktivními odpady, které budou odlišné od dosud přijatých postupů (na příklad uložit vyhořelé palivo bez možnosti zpětného využití nebo ukládat do hlubokých vrtů v hloubkách do 5000 metrů pod povrchem, jak od samého začátku zvolit šetrný způsob charakterizace a hloubení úložiště tak, aby zvolený masiv nebyl zásahy narušen)?
  • Může být trvale a bez možnosti budoucího využití odstraněn zdroj energie reprezentovaný plutoniem z rychlých reaktorů, ze současných reaktorů a ze zbraňového využití?
  • Jaké zvolit strategické projektové záměry nakládání s odpadem z vyhořelého jaderného paliva a se zbraňovým plutoniem?
  • Jaké metody nakládání se štěpitelnými materiály a s odpady z jejich využití budou použity v etapě, ve které mají současné metody hodnocení komplexu těchto činností daleko ke zralosti?
  • Do jakých hloubek pod povrchem budou úložné soubory umísťovány?
  • Jakými metodami bude dokládána životnost úložných obalových souborů pro doby, které mnohokrát přesahují inženýrskou a fyzikální zkušenost.
  • Jak přistupovat k legislativním nárokům na nakládání s těmito odpady za situace, ve které nejsou a nemohou být dlouhodobé zkušenosti?
  • Jak splnit základní legislativní požadavek vyžadující, aby při zachování informací o území k umístění hlubinného úložiště byly při průzkumu, výstavbě, provozu a uzavření hlubinného úložiště v nejvyšší míře zachovány vlastnosti geologického prostředí. Jak hned od počátku prací na vyhledání horninového masivu všestranně prokázat možnost dlouhodobého spolehlivého utěsnění. 
  • Jak bude civilní a zbrojní průmysl spolupracovat při řešení problémů, které jsou oběma společné a jak se budou na řešení ve výzkumu, v nakládání s nimi a při financování relevantních činností podílet?
  • Jak splnit i současné základní legislativní požadavky za situace, kdy budou podle nich rozvíjeny metody využívání jaderných paliv a nakládání s radioaktivními odpady, což povede ke změnám v legislativě (moc předchází právo). Retrofit použitý v jaderné energetice nebude zřejmě využitelný u definitivních řešení, tj. uložení „odpadů“ bez možnosti zpětného využití?
  • Může být dominantní role finančního hodnocení zbraňového plutonia opomenuta při jeho komplexním řešení. Projektové záměry musí být řízeny globální strategickou vizí.
  • Konečné rozhodnutí bude politické. Bez znalosti relevantních věd bude vadné.
Účel textu
Předkládaný text byl napsán jako základní informace o rozsahu vědních oborů podílejících se na konci jaderného palivového cyklu a na nakládání s plutoniem pro současnost i pro období ležící za horizontem poznání. Akcentuje spoluodpovědnost energetického a zbraňového využití štěpené těžkých jader včetně výzkumu a financování. Má být upozorněním na vznik nevratných kroků a příspěvkem ke kvalifikované diskuzi o budoucnosti jaderných paliv. Rozvoj jaderných aplikací v širokém rozsahu oborů opodstatnil úsilí o aplikace a náklady vynaložené na jejich uplatnění. Se stejnou rozvahou je nezbytné rozhodovat nejen o jaderných, ale o všech palivech a odpadech, které budou určovat kvalitu života obyvatel Země. Finanční hodnocení není jediným kritériem této kauzy. Požadavky na uložení HLW jsou dlouhodobé právě tak, jako energetické nároky příštích generací.
Formulace představ, které vyjadřují vekou míru nejistot a současně vymezují neurčitě formulované cíle, je často označován jako vize. Vize může být chápána jako síla, která nutí člověka, aby formuloval vzdálené cíle a připravovat pro ně možná řešení. Využití současných poznatků vědy je pro formulaci vizí nezbytným vstupem. Vědec se neobejde bez fantazie.  V terminologii Johanna Wolfganga Goetha bez exaktní fantazie.