Transcript Využití radionuklidů a ochrana životního prostředí

Využití radionuklidů
a
ochrana životního
prostředí
Splácala to dohromady: Hana Dlouhá
Co je radionuklid?

Radionuklid je radioaktivní nuklid (=látka složená ze
stejných atomů se stejným protonovým číslem Z
a nukleonovým číslem A), který má jádra podléhající
radioaktivní přeměně.
Kde se využívají radionuklidy?





Defektoskopie
Lékařství
Ekologie
Geologie a archeologie
A další obory
Defektoskopie





Hledá skryté vady materiálu opotřebení strojních částí,
oslabení zkorodovaných stěn různých potrubí, sleduje
změny tloušťky válcových profilů, transportérových pásů
apod.
Využívá toho že jaderné záření se při průchodu látkou
oslabuje podle přesně definovaného exponenciálního
zákona
Měřením zeslabení intenzity záření beta nebo gama
prošlého nějakou vrstvou můžeme vypočítat tloušťku
materiálu
Lze tak objevit skryté vady materiálu, výšku nebezpečných
kapalin a tavenin uvnitř zavřené nádoby apod.
Podle výsledků se pak určí potřebné technologické
operace
Lékařství




Využívá se k diagnostickým účelům např. sledování
průtoku krve, zjišťování činnosti štítné žlázy apod.
Pomocí radikálů se také léčí zhoubné nádory
a revmatické choroby
Uplatňují se při výrobě léčiv a speciálních obvazových
materiálů, ze kterých se dlouhodobě uvolňují
antibiotika
Také je možné jaderným zářením sterilizovat lékařské
nástroje
Ekologie



Radionuklidy se uplatňují v kouřových detektorech
a hlásičích požárů, při sledování toku a rozptylu
škodlivých exhalací, přítomnosti toxických látek. Tak
významně přispívají k ochraně životního prostředí
Díky nim můžeme sledovat koloběh látek v přírodě
Metodou značených atomů (využívá stejného
chemického chování radionuklidů a jejich stabilních
izotopů) můžeme sledovat cesty fosforu nebo draslíku
v rostlinách či v živých organismech
Geologie a archeologie


Olovo obsažené v horninách, v nichž je uran, vzniklo
radioaktivní přeměnou jako konečný produkt
přeměnové řady, což nám umožňuje měřit stáří hornin,
zemské kůry a naší Země
Organické materiály lze datovat za pomoci uhlíkové
metody založené na postupném přeměňování
radiouhlíku v živých organismech (po jejich uhynutí)
na dusík
A další obory





Řada materiálů mění své vlastnosti, křehne, mění
zbarvení apod.
Díky jadernému záření bylo například docíleno
nahnědlého odstínu silikátového skla
Také jaderné záření ovlivňuje polymeraci látek,
vulkanizaci kaučuku a odstranění elektrostatického
náboje
Jaderné záření se využívá také při ošetření potravin
(při ochraně proti jejich zkáze či klíčení)
Teplo uvolňované při radiaktivní přeměně se využívá
při konstrukci termočlánků k výrobě elektřiny (mají
výkon několik wattů a jsou malé)
Škodlivé účinky záření





Může v tkáních ovlivnit tvorbu chemicky velmi reaktivních
radikálů a vyvolat poškození nebo zánik buňky
Ve vyšších dávkách může způsobit poškození některého
orgánu zvláště citlivého na záření (oko, krvetvorné tkáně,
kostní dřeň, pohlavní orgány) nebo také vyvolat nemoc
z ozáření
Záření také poškozuje genetickou informaci uloženou
v buňkách a může tak vyvolat genetické změny či mutace
budoucích generací
Záření se nelze vyhnout, protože radionuklidy jsou všude
v přírodě (v zemské kůře, horninách, stavebních hmotách,
atmosféře i v našem těle), proto se mu lidstvo během svého
vývoje do značné míry přizpůsobilo
V moderní době přibyly i tzv. civilizační zdroje záření
(rentgenové záření, sledování televize, letecká doprava)
Vyhořelé jaderné palivo


Vyhořelé palivo z jaderné elektrárny tvoří méně než
1 % objemu všech jaderných odpadů na světě, avšak
obsahuje přes 90 % veškeré radioaktivity. I když bývá
vyhořelé jaderné palivo považováno za odpad, může
se stát cenným zdrojem surovin nebo jaderným
palivem pro jiný typ jaderné elektrárny.
Obě české jaderné elektrárny během celé doby svého
provozu vyprodukují celkem cca 3 000 tun vyhořelého
jaderného paliva
Skladování vyhořelého paliva



Po vyjmutí vyhořelého paliva z reaktoru a se kanálem
pod hladinou vody převeze do bazénu vyhořelého
paliva; ten je v reaktorové hale vedle reaktoru. Tam
jsou palivové články pod vodou uloženy asi 3 až 4
roky.
Po poklesu radioaktivity asi na 50 % původní hodnoty,
vloží se články s vyhořelým palivem do speciálních
kontejnerů a odvezou se do meziskladu vyhořelého
jaderného paliva,kde se skladují řádově několik
desítek let.
Účelem je snížit zbytkový tepelný výkon vyhořelého
paliva na míru potřebnou pro jeho další přepracování
nebo definitivní uložení v hlubinném úložišti jaderného
odpadu.
Hlubinné úložiště jaderného paliva



=uměle vyhloubený nebo pečlivě upravený podzemní prostor
situovaný do hlubokých stabilních geologických vrstev.
Přednost před úpravou starších důlních děl se dává
zbudování úložiště nového, a to v neporušeném geologickém
prostředí, v oblasti, kde nehrozí vulkanická činnost,
zemětřesení, zaplavení mořem nebo zaledněním.
Dlouhodobým uložením se míní časový úsek srovnatelný
s geologickými časovými obdobími v měřítku delším než
10 tisíc let, spíše však 40 až 100 tisíc let.
Všechny práce směřují k tomu, aby byl znemožněn jakýkoli
kontakt budoucích pokolení s uloženým materiálem, proto
vybudování hlubinného úložiště jaderného odpadu předchází
finančně i časově náročná a vývojová činnost a průzkumné
práce
Perspektiva: ukládání paliva do S





roce 1990 vznikl v Rusku projekt ukládání jaderného odpadu
- vyhořelého paliva a vysokoaktivních odpadů - do až
pětikilometrových vrtů, vyplněných nízkotavitelným a ve vodě
nerozpustným materiálem - nejlépe sírou.
Odpad se v hermetických pouzdrech spustí do vrtu, kde
vlastním teplem roztaví síru a zvýší teplotu dna vrtu asi na
500 stupňů Celsia.
V důsledku tepelné roztažnosti hornin a chemického
působení síry se průměr vrtného otvoru zvětší, celý sloupec
nahromaděného odpadu se začne posouvat dolů. Vznikne
"kapka" o teplotě až 1800 stupňů Celsia, síra vytvoří s oxidy
železa z okolních hornin pyrit.
Za pomalého klesání odpad ztrácí radioaktivitu a postup se
zpomaluje. Samovolný pokles může postupovat až do 10 km
Nerozpustný pyrit tvoří matrici, která zabrání úniku
radionuklidů nejméně po tři miliony let.
Windscale, V. Británie





7. až 11. října 1957
Při zahřívání reaktoru, které mělo obnovit zářením
narušenou strukturu grafitu, se porouchal snímač teploty
a palivové články začaly hořet. Když vedoucí směny zapnul
ventilátory, aby články ochladil, přívodem čerstvého vzduch
se palivové články prudce rozhořely. Teplota přesáhla
1000°C a teprve čtvrtý den se podařilo zaplavením reaktoru
pěti miliony litry vody požár uhasit.
Z elektrárny uniklo do okolí množství radioaktivních látek.
Dávka, kterou dostali obyvatelé v okolí elektrárny, přesáhla
desetinásobně celoživotní povolené maximum. Podle
oficiálních odhadů vyvolala uniklá radioaktivita předčasnou
smrt asi 300 lidí.
Poškozený reaktor byl zalit do betonu a dodnes je v této
hrobce ukryto 22 tun roztaveného a částečně shořelého
uranu.
Three Mile Island, USA




28. března 1979
Nejprve vypovědělo službu čerpadlo sekundárního potrubí a
turbína, napojená na toto potrubí, se automaticky odpojila.
Ačkoliv již nevyráběl elektřinu, pracoval reaktor dál na plný
výkon. To vedlo k růstu teploty a tlaku v hlavním chladícím
potrubí a k automatickému spuštění dalších kontrolních
mechanismů. Nejprve se otevřel přetlakový pojistný ventil,
aby snížil narůstající tlak v potrubí (asi tak jako tryska na
Papinově hrnci), a poté se reaktor zastavil.
Pojistný ventil se ale zablokoval v otevřené poloze. Tlak v
potrubí proto stále klesal, zatímco nádrž, do které ústil, brzy
přetekla. Radioaktivní voda zaplavila prostor kolem reaktoru.
Obsluha reaktoru věděla, že nastal problém, ale neznala
jeho příčinu - kontrolka ukazovala, že se pojistný ventil
normálně zavřel.




Selhala také náhradní čerpadla, která měla začít chladit
reaktor. Byla totiž mimo provoz kvůli v té době probíhající
údržbě. Indikátory toho, že čerpadla nefungují, byly náhodou
zakryty pohozenými papíry, takže ani tohoto varovného
signálu si obsluha nevšimla.
Tlak chladicí vody v reaktoru rychle klesal a nastávaly
problémy. Reaktor, i když byl již zastaven, totiž ještě stále
setrvačností vyráběl asi 6 % tepelného výkonu, který bylo
potřeba odvádět a reaktor chladit.
Naštěstí se spustila havarijní čerpadla, která do reaktoru
začala pumpovat hektolitry chladicí vody. Opět však zasáhl
člověk: pracovníci obsluhy špatně pochopili situaci a jedno
z havarijních čerpadel ručně zastavili.
Během několika minut začala voda v reaktoru vřít. Teplota
prudce stoupala a začaly praskat palivové tyče. Aniž si to
operátoři reaktoru uvědomovali, reaktor se začínal tavit. A od
této chvíle unikaly radioaktivní plyny pod tlakem přímo na
oblohu nad okolím elektrárny.
Černobyl, Ukrajina





26. dubna 1986
Během riskantního pokusu tehdy došlo k přehřátí a následné
explozi reaktoru a do vzduchu se uvolnil radioaktivní mrak,
který postupoval západní částí Sovětského svazu, Východní
Evropou a Skandinávií. Byly kontaminovány rozsáhlé oblasti
Ukrajiny, Běloruska a Ruska, což si vyžádalo evakuaci
a přesídlení asi 200 000 lidí. Přibližně 60 % radioaktivního
spadu skončilo v Bělorusku.
Nehoda zvýšila obavy o bezpečnost sovětského jaderného
průmyslu, zpomalila na mnoho let jeho expanzi a zároveň nutila
sovětskou vládu přehodnotit míru utajování.
Nástupnické státy po rozpadu Sovětského svazu dodnes nesou
břímě pokračujících nákladů na dekontaminaci a léčení nemocí
způsobených černobylskou havárií.
Je obtížné přesně zaznamenat počet úmrtí způsobených
událostmi v Černobylu — odhady se pohybují od desítek po
stovky tisíc. Problém je stále široce diskutován a jeho
dlouhodobým dopadům stále nebylo zcela porozumněno
Příčiny havárie v Černobylu



Katastrofa je přisuzována špatné konstrukci reaktoru
a chybám, které udělali operátoři, když porušili procedury
nutné k zajištění bezpečného chodu elektrárny. Elektrárenští
operátoři nebyli totiž dostatečně vyškoleni a obeznámeni
s mnoha charakteristikami reaktoru.
K příčině havárie přispělo několik případů obcházení
bezpečnostních procedur.
Jedním z nich byla nedostatečná komunikace mezi
vedoucími bezpečnostními pracovníky a operátory ohledně
příkazu vykonat noční experiment. Navíc kvůli
nedostatečnému proškolení operátoři dostatečně nechápali,
jak reaktor pracuje pod nízkým stupněm reaktivity. Aby mohl
být proveden experiment, bylo několik bezpečnostních
systémů vyřazeno z provozu nebo ignorováno. Experiment
totiž měl ověřit, jestli bude elektrický generátor (poháněný
parní turbínou) po rychlém uzavření přívodu páry do turbíny
schopen při svém setrvačném doběhu ještě zhruba 40 vteřin
napájet čerpadla havarijního chlazení.


Mnoho technických rysů reaktoru bylo považováno za
vojenská tajemství a operátoři o nich neměli ponětí.
Reaktor měl především nebezpečně velký kladný dutinový
koeficient reaktivity, tzn. že při absenci neutrony
pohlcujícího efektu vody se výkon reaktoru prudce zvyšuje
a reaktor se postupně stává stále nestabilnějším
a nebezpečnější
Velmi významnou vadou reaktoru byla také konstrukce
jeho regulačních tyčí. Regulační tyče nebyly zcela
naplněné; ve chvíli, kdy se zasouvaly, byla na prvních pár
sekund chladící kapalina nahrazena dutými částmi
regulačních tyčí. Jelikož chladící kapalina (voda) je
pohlcovač neutronů, výkon reaktoru v té chvíli stoupl. Toto
neintuitivní chování reaktoru při zasouvání regulačních tyčí
nebylo operátorům vůbec známo.
Měření záření








Veličina = dávka
Jednotka = 1 gray (Gy)
Jednotka odpovídá absorbované energii jednoho joulu na
kilogram
Různé druhy záření však mají při stejné energii rozdílný
biologický účinek, a proto se dávka násobí číselnými
koeficienty a udává se tzv. dávkový ekvivalent
Měřením dávek se zabývá dozimetrie
Člověk je za rok vystaven dávkovému ekvivalentu asi
2 mSv (milisieverty), z čehož přibližně polovina připadá na
přírodní pozadí.
Za přípustnou hranici se považuje 5 mSv ročně
Účinek zářené během života se sčítá, tzn. člověk za celý
život přijme přibližně dávkový ekvivalent 150 mSv
Ochrana před zářením




Ochrana je možná v podstatě třemi způsoby:
vzdáleností, omezením doby ozařování a stíněním
Záření ubývá se vzdáleností od zdroje a čím kratší
dobu jsme záření vystaveni, tím menší dávkový
ekvivalent obdržíme.
Prostory, kde je nebezpečí záření, musí být označeni
varovnou značkou a osoby. které se zde
pohybují,musí být vybaveny osobními dozimetry, které
měří získanou dávku
Ve světě je bezpečnost jaderné energetiky a využívání
radionuklidů sledována a kontrolována na základě
mezinárodních dohod, a to Mezinárodní agenturou pro
atomovou energii ve Vídni, která je jednou
z odborných organizací přidružených k OSN
Varovné označení nebezpečí
radioaktivity
Zdroje







Učebnice fyziky
www.cojeco.cz
http://www.cez.cz/presentation/static/encyklopedie/vyk
ladovy_slovnik_energetiky/hesla/radionuklid.html
http://www.jaderny-odpad.cz/hlubinne-uloziste.htm
http://www.ecn.cz/ENV/Temelin/c11/NEHODY.HTM
http://www.sweb.cz/radioaktivita.cz/mileisland.htm
http://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cernobylsk%C3%A
1_hav%C3%A1rie
THE END