Radioaktywne odpady najlepiej głęboko zakopać. Trzeba miejsce oznaczyć na tysiące lat. Jak?

Na skraju Aneyoshi, niewielkiej wioski na północno-wschodnim wybrzeżu Japonii, stoi trzymetrowa kamienna tablica z ostrzeżeniem dla potomnych. Wyryty na niej napis głosi: „Wysoko umieszczone domy to pokój i harmonia naszych potomków. Pamiętaj o niebezpieczeństwie wielkich tsunami. Nie buduj domu poniżej tego znaku”.

“Wszyscy w okolicy znają te kamienie. Uczyliśmy się o nich w szkole”, mówił Associated Press dwunastoletni Yuto Kimura w 2011. “Gdy nadeszło tsunami, moja mama zabrała mnie ze szkoły i cała wioska poszła na tereny położone wyżej”.

To jeden z wielu podobnych pomników w Japonii. Czasem kamienie stawiano w miejscu, gdzie stała zmyta przez fale wioska. Czasem jako ostrzeżenie, by wskazać, dokąd sięgnęły fale ostatniego tsunami.

Niektóre liczą kilkaset lat, choć większość z nich powstała po 1896 roku, w którym dwa wielkie tsunami przyniosły śmierć 20 tysiącom mieszkańców, pisał Martin Fackler w “The New York Times” w 2011 roku.

W górzystej Japonii nie ma zbyt wiele ziemi do zabudowy. W większości są to doliny i wąskie tereny wzdłuż brzegów morza. Gdy rozwijały się miasta, budowano je głównie wzdłuż wybrzeży. Wysokie mury, stawiane wzdłuż brzegów oceanu, dawały mieszkańcom poczucie bezpieczeństwa. Czasem złudne.

Gdy przyszło silne trzęsienie ziemi w 2011 roku, kamienie nadal stały, lecz o większości z nich nikt nie pamiętał. Tsunami uszkodziło wtedy elektrownię jądrową w Fukushimie, ale przede wszystkim zabrało życie niemal 29 tysiącom osób. Setki tysięcy pozostały bez dachu nad głową.

Tablica z Aneyoshi była wyjątkowa. Jako jedyna zawiera napisane wprost ostrzeżenie. Inne kamienie stawiano najczęściej bez inskrypcji, a z czasem zapominano o ich znaczeniu.

“Pamięć trwa około trzech pokoleń” – mówił o takich kamieniach Fumihiko Imamura, profesor planowania kryzysowego na Tohoku University.

Czysta energia, ale…

Teoretycznie rozpad promieniotwórczy kilograma czystego uranu-235 wyzwala tyle energii, ile spalenie 2500 ton (czyli 2,5 miliona kilogramów) węgla (bardzo dziękuję czujnym czytelnikom za zwrócenie uwagi na błąd). Paliwo jądrowe zawiera tylko 3 procent rozszczepialnego uranu-235, bo nie chcemy wywoływać wybuchu, lecz kontrolować reakcję. W elektrowniach jądrowych z kilograma uranu możemy uzyskać 10 do 100 tysięcy razy tyle energii co ze spalania węgla.

Budowa elektrowni jądrowych jest bardzo kosztowna, ale ich eksploatacja o wiele tańsza. Jak podaje strona “Carbon Credits”, w Stanach Zjednoczonych koszt megawatogodziny energii z elektrowni atomowych to około 45 dolarów. Ta sama ilość uzyskana ze spalania węgla kosztuje od 75 do niemal 100 dolarów.

W elektrowniach jądrowych nie powstaje dwutlenek węgla (ani inne gazy), bo nic w nich nie jest spalane. Ciepło rozpadu promieniotwórczego uranu podgrzewa wodę, powstająca para napędza turbiny wytwarzające elektryczność.

Co począć z odpadami z elektrowni jądrowej

Po rozpadzie uranu-235 pozostaje jednak zużyte paliwo. Przez pierwsze dwa lata jest zbyt radioaktywne, by cokolwiek z nim począć. Jest składowane na miejscu, w elektrowniach, pod wodą.

Potem można je przetwarzać, by wydobyć zeń cenne izotopy (choćby resztę uranu-235). Niemniej nawet po przetworzeniu w odpadach przez kilkadziesiąt lat pozostają radioaktywne stront-90 i cez-137. Inne radioaktywne izotopy rozpadają się znacznie dłużej – przez setki tysięcy lat.

Międzynarodowy Panel do spraw Materiałów Rozszczepialnych w raporcie z 2011 roku pisał:

“Powszechnie akceptowane jest, że zużyte i wysokoprzetworzone paliwo jądrowe oraz pluton wymagają dobrze zaprojektowanego przechowywania przez okresy sięgające od dziesiątek tysięcy do miliona lat, by zminimalizować przenikanie zgromadzonej radioaktywności do środowiska. Niezbędne są także zabezpieczenia, by zapewnić, że ani pluton, ani wzbogacony uran nie zostaną wykorzystane do produkcji broni. Panuje powszechna zgoda, że umieszczanie zużytego paliwa jądrowego w składowiskach setki metrów pod powierzchnią jest bezpieczniejsze niż ich składowanie na powierzchni przez nieokreślony czas”.

610 metrów pod ziemią

Takie składowiska planowane są zwykle w nieużywanych kopalniach. Czasem, jak w Finlandii, podziemne korytarze drąży się specjalnie w tym celu, nieopodal elektrowni jądrowej.

W amerykańskim Nowym Meksyku na głębokości 610 metrów powstaje “Waste Isolation Pilot Project”, WIPP, pilotażowy projekt odizolowania odpadów, opisywało BBC w 2020 roku. Amerykańska armia zamierza składować w nim najbardziej niebezpieczne radioaktywne odpady.

Pozostaną śmiertelnie niebezpieczne przez setki tysięcy lat. To czas dłuższy niż nasz gatunek stąpa po powierzchni planety (Homo sapiens pojawił się około 300 tys. lat temu).

Po zapełnieniu tego podziemnego składowiska, co planowane jest w ciągu dekady do dwóch, zostanie zasypane. Potem zalane betonem i znów przysypane warstwą ziemi. Na powierzchni pozostaną konstrukcje, które będą próbą przekazania wiadomości setki tysięcy lat w przyszłość.

Teren zostanie oznaczony granitowymi kolumnami wysokimi na ponad 7 metrów. Wewnątrz powstanie nasyp, wyznaczający kształt podziemnego składowiska. Na nasypie zaś stanie budynek z pomieszczeniem, które ma przechowywać informacje o tym, co kryje się pod ziemią.

Informacje o samym WIPP: jego przeznaczeniu i lokalizacji mają być z kolei przechowywane w archiwach rozsianych po świecie. Będą wydrukowane na specjalnym papierze o podwyższonej trwałości i oznaczone adnotacją, że należy je przechowywać przez 10 tysięcy lat.

Jak ostrzec przyszłe pokolenia

10 tysięcy lat to jednak ułamek czasu, przez który zakopane odpady pozostaną radioaktywne. Jak ostrzec potomnych, jeśli informacja o WIPP zaginie w archiwach przyszłości?

Na przekazy ustne trudno liczyć.

Co prawda australijscy Aborygeni przekazują sobie opowieści o podnoszeniu się mórz po ostatnim zlodowaceniu. To nastąpiło 10 do 12 tysięcy lat temu (pisał o tym Michał Skubik w „Wyborczej”). Jest to jednak prawdopodobnie rekord trwałości ludzkiej wiedzy (młodsze jest prawdopodobnie i rolnictwo, i wynalazek koła).

Amerykańscy Indianie z Zachodniego Wybrzeża z kolei przechowują ustną pamięć o wielkim tsunami z 1701 roku (co opisała w nagrodzonym Pulitzerem reportażu Kathryn Schultz).

To jednak tylko dwa przekazy. Oba opowiadają o zmianie, która zaszła fizycznie w krajobrazie. “Tu, gdzie był ląd, teraz jest morze”. Historia kamieni ostrzegających przed tsunami w Japonii dowodzi, że pamięć rzadko kiedy tyle trwa. “Trwa mniej więcej trzy pokolenia”.

Nad tym, jak przestrzec ludzi żyjących za setki i tysiące lat po nas od dziesięcioleci, dyskutuje szerokie grono. Są w nim fizycy jądrowi, inżynierowie, antropolodzy, pisarze fantastyki naukowej i artyści sztuk wizualnych.

Problem, jak przekazać żyjącym za setki tysięcy lat, że “w tym miejscu pod ziemią schowaliśmy radioaktywne odpady”, nie jest trywialny. Nie wiemy, jakim językiem będą mówić przyszłe pokolenia ani nawet czy rozpoznają oczywiste dla nas symbole. Nawet dziś charakterystyczną czarną “koniczynę” oznaczającą radioaktywność rozpoznaje zaledwie 6 procent ludzi na Ziemi.

Atomowy zakon i atomowe koty

W 1981 roku językoznawca Thomas Sebok użył pojęcia “zakonu atomowego”. Miałby to być panel ekspertów powoływanych przez radę. Zadaniem tych powierników byłoby zachowanie wiedzy o składowisku radioaktywnych odpadów dla obecnego i przyszłych pokoleń. Niekoniecznie musiałoby się to wiązać z zamieszkiwaniem w pobliżu składowiska.

Ten pomysł, gdy się głębiej zastanowić, ma kilka wad. Ktoś musi przecież powoływać radę, która wyłania ekspertów. Jeśli nominowany będzie mógł odmówić, z czasem może zabraknąć chętnych do przyjęcia takiego obowiązku.

Kilka lat później, w 1984 roku filozofowie Françoise Bastide i Paolo Fabbri na łamach “Linguistic Frontiers” podali pomysł “żywych detektorów promieniowania”. Można wyhodować rasę zwierząt, na przykład kotów, które pod wpływem promieniowania będą świecić w ciemnościach. Ich blask będzie ostrzeżeniem, że w pobliżu znajduje się źródło promieniowania.

Sami autorzy przyznawali, że wiedza o znaczeniu tego luminescencyjnego sygnału może ulec zatarciu. Wątpliwe jest, że odlegli potomni go odczytają.

Pomysł “atomowych kotków” ma jednak inną zasadniczą wadę. Radioaktywne odpady są zakopywane setki metrów pod ziemią właśnie po to, żeby promieniowanie nie wydostawało się na powierzchnię, zatem takie koty po prostu by nie świeciły.

Niemniej kotki okazały się chwytliwe. Na tyle, że w raporcie z 2019 roku Agencja Energii Atomowej przyznała, że ten pomysł przyczynił się do zwiększenia świadomości o trudnościach z przechowywaniem odpadów radioaktywnych.

Lem, czyli rośliny i satelity

Stanisław Lem, który często wybiegał pomysłami w przyszłość, również zajął się nad problemem atomowych odpadów. Zaproponował dwa rozwiązania.

Jednym (opublikowanym w “Zeitschrift für Semiotik” w 1984 roku) było zakodowanie informacji o zagrożeniu i jego lokalizacji w DNA roślin posadzonych nad takim składowiskiem. Sam Lem przyznał jednak, że po dziesiątkach tysięcy lat wiedza o znaczeniu takich roślin mogłaby zaginąć. Podobnie zresztą mógłby zaginąć sposób na odczytanie informacji, którą można by ewentualnie zakodować w DNA.

Lem miał również inny pomysł – rodem z kosmosu. Proponował stworzenie sztucznych satelitów. Informacje o składowisku radioaktywnych odpadów przekazywałyby w postaci radiowych sygnałów na Ziemię. Teoretycznie mogłyby to robić przez tysiąclecia.

I to rozwiązanie ma podobną wadę. Satelity można zbudować na tysiąclecia, ale nie ma gwarancji, że po tym czasie ktoś będzie w stanie rozszyfrować nadawane przez nie informacje.

Satelity poza tym mają i inną wadę, którą dzielą z wszelką elektroniką.

Słoneczne rozbłyski i kosmiczne promieniowanie

Jeśli chodzi o przechowywanie informacji, paradoksalnie najmniej trwałe jest to, co znajduje się w formie elektronicznej: w komputerowych pamięciach i na serwerach.

Wystarczy, że słońce nagle zwiększy swoją aktywność i rozbłyśnie. Od czasu do czasu w Ziemię uderza magnetyczna burza cząstek ze Słońca, która prócz malowniczych zórz wywołuje szkody.

Najsilniejszy rozbłysk słoneczny w nowożytnych czasach zdarzył się w 1859 roku. Wzbudził takie napięcie w przewodach telegraficznych, że telegrafy zaczęły iskrzyć, niektóre stawały w płomieniach.

Nie było wtedy jeszcze linii energetycznych ani telefonicznych. Gdyby były, urządzenia do nich podłączone niechybnie uległyby zniszczeniu. Niewiele zostałoby z naszych komputerów i zgromadzonych w nich danych.

Nie trzeba zresztą żadnego rozbłysku. Stale dochodzące z kosmosu promieniowanie, choć słabsze, co jakiś czas również wybija elektrony z atomów. To tworzy błędy w komputerowych pamięciach i na nośnikach. Z tego powodu zawartość nośników danych, na przykład płyt CD, trzeba co kilka lat kopiować ze starych na nowe. Po kilku latach, ze względu na błędy stają się nieczytelne.

W ten sposób nie da się nic przekazać potomnym. Z ostrożności nie należy liczyć na to, że o składowisku radioaktywnych odpadów ostrzeże ich odpowiednik GPS i map Google’a.

Budować, ale co?

Nie ulega wątpliwości, że najtrwalszym przekazem są budowle. Wielkie piramidy egipskie stoją bez specjalnego uszczerbku już 4,5 tysiąca, może nawet ponad 5 tysięcy lat. Dzięki kamieniowi z Rosetty udało się też odczytać umieszczone w nich hieroglify.

Z drugiej strony, od około 4 tysięcy lat stoi także Stonehenge. Wiemy, że dla ówczesnych ludzi znaczyło coś ważnego. Być może było obserwatorium służącym do wyznaczania przesilenia słonecznego. A może księżycowego. Bo to tylko nasze współczesne domysły.

Znów warto wrócić do lekcji ze specjalnych kamieni mających ostrzegać przed tsunami. Na japońskim wybrzeżu są ich setki, w większości zostały jednak zapomniane i ignorowane. Znaczenie kamiennej tablicy z Aneyoshi było znane mieszkańcom, bo pozostał na niej napis.

Co należy napisać ludziom, którzy mogą trafić na naszą wiadomość za kilkadziesiąt tysięcy lat, skoro nie ma gwarancji, że będą mogli to odczytać?

Naukowcom udało się odczytać pismo linearne B z Krety. Wiedzą, że zapisywano nim archaiczną grekę. Natomiast pismo linearne A, które wykorzystuje bardzo podobny zestaw symboli, pozostaje nieodczytane. Używano go do zapisywania nieznanego nam, wymarłego języka.

Czy mamy nanieść na budowlę symbole graficzne, piktogramy? Dobre pytanie, bo nikt nie wie jakie. Znak “uwaga promieniowanie” rozpoznaje ułamek współczesnych mieszkańców Ziemi. Jest raczej pewne, że za tysiąclecia nie rozpozna go już nikt.

Stworzyć kamień z Rosetty

Vilmos Voigt z budapeszteńskiego Uniwersytetu Loránda Eötvösa w tym samym 1984 roku (i tym samym periodyku co Lem) zaproponował stworzenia coś w rodzaju kamienia z Rosetty.

Wokół budowli wzniesionej nad składowiskiem należy umieścić napisy ostrzegające o zagrożeniu w najważniejszych językach świata. Po pewnym czasie (raczej mierzonym w stuleciach), należy umieścić kolejne napisy (bez usuwania poprzednich). Nowe, zrozumiałe ostrzeżenia znajdować się będą zatem zawsze na zewnątrz “kręgu ostrzeżeń”.

Przy okazji – ale to już ucieszy tylko archeologów i lingwistów – powstanie narzędzie do badania starych języków.

To bardzo rozsądny pomysł. O ile ktoś będzie kultywował tradycję przepisywania inskrypcji ze starych języków na nowe.

Problem samorozwiązywalny

Być może problem, jak przekazać potomnym ostrzeżenie przed zakopanymi głęboki radioaktywnymi odpadami, nie jest wcale trudny.

Emil Kowalski, fizyk ze Szwajcarii, który do 2002 roku przepracował dwadzieścia lat w instytucie zajmującym się odpadami radioaktywnymi (Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle), zauważył, że cywilizacja, która dysponuje technologią pozwalającą drążyć tunele w skałach (czy przecinać stal laserem), musi dysponować raczej zaawansowaną znajomością fizyki i rozwiniętą technologią.

Najprawdopodobniej będzie mogła rozpoznać i wykryć zagrożenie radioaktywnymi odpadami bez naszych (archaicznych dla niej) ostrzeżeń. Wystarczy umieścić składowisko odpadów w takim miejscu, do którego dotrzeć będą mogły tylko przyszłe pokolenia dysponujące odpowiednią technologią. To zredukuje ryzyko „niepowołanego wtargnięcia” do minimum.

W tym kierunku zresztą zmierzają prace nad takim składowiskami. Mają być głęboko pod ziemią, w skałach i zalane betonem, by nie dostał się nikt niepowołany dziś i za dziesięciolecia. Czy potrzeba jeszcze opatrywać je ostrzeżeniami?

Odpowiedź na pytanie “czy da się przestrzec potomnych przed zagrożeniem odpadami radioaktywnymi” brzmi: trudno powiedzieć. To eksperyment, który rozpoczęliśmy, ale jego wyników nie poznamy.

Elektrownie termojądrowe

Być może ten eksperyment okaże się mniej istotny, gdy ludzkość opanuje fuzję termojądrową. W niej energia nie pochodzi z rozpadu atomowych jąder, lecz ich łączenia. Próbny reaktor, ITER, powstaje we Francji. Trapi go (jak większość wielkich inwestycji) szereg opóźnień. Nie będzie zresztą wytwarzał energii, ma być tylko prototypem dla przyszłych reaktorów, które energię mają wytwarzać.

Fuzja nie pozostawia radioaktywnych odpadów. Jest jednak jeden problem – na razie tylko raz udało się uzyskać z fuzji więcej energii, niż włożono w jej zapoczątkowanie (choć też nie do końca). Stało się to w poniedziałek 5 grudnia 2022 roku.

Był to niewątpliwy przełom. Jednak nie spodziewajmy się, że czysta energia z fuzji termojądrowej zasili nasze domy. Na pewno nie stanie się to przed połową tego stulecia. A do tego czasu powinniśmy przestać spalać paliwa kopalne, by uratować się przed katastrofalnymi zmianami klimatu.

Pozostają nam atom i odnawialne źródła energii: słońce i wiatr.

W pierwszej wersji tekstu błędnie podaliśmy, że spalenie kilograma czystego uranu wyzwala tyle energii, co spalenie 2500 kg węgla. Oczywiście chodziło tony.