Využití radionuklidů a ochrana životního prostředí

1. Využití radionuklidů a ochrana životního prostředí Splácala to dohromady: Hana Dlouhá

2. 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.

3. Kde se využívají radionuklidy? • Defektoskopie • Lékařství • Ekologie • Geologie a archeologie • A další obory

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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)

9. 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)

10. 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

11. 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.

12. 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

13. 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.

14. 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.

16. 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.

17. 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.

19. 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

20. 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.

21. 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.

23. 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

24. 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

25. Varovné označení nebezpečí radioaktivity

26. Zdroje • Učebnice fyziky • www.cojeco.cz • http://www.cez.cz/presentation/static/encyklopedie/vykladovy_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%A1_hav%C3%A1rie

27. THE END