Radioaktivno zagađivanjei zaštita

Devetnaestopredavanje

Ključni termini predavanja Radioaktivnost Vrste zračenja Fuzija i fisija Nuklearni reaktor Nuklearni otpad Biološki efekti zračenja Akcidenti

Radioaktivnost Vrste zračenja Fuzija i fisija Nuklearni reaktor Nuklearni otpad Biološki efekti zračenja Akcidenti

Radioaktivno zračenje – radioaktivnost je otkrivena još krajem 19.veka.

Jedan od oblika kontaminacije životne sredine posle atomskogbombardovanja Japana 1945. godine.

Sve češće probe novog nuklearnog oružja.Pojava radioaktivnih padavina.Pojava havarija u nuklearnim elektranama.Problem skladištenja radioaktivnog otpada.

Radioaktivno zračenje – radioaktivnost je otkrivena još krajem 19.veka.

Jedan od oblika kontaminacije životne sredine posle atomskogbombardovanja Japana 1945. godine.

Sve češće probe novog nuklearnog oružja.Pojava radioaktivnih padavina.Pojava havarija u nuklearnim elektranama.Problem skladištenja radioaktivnog otpada.

Zračenje ili radijacija predstavlja emisiju zračenja ili čestica iznekog izvora.

Zračenja vrlo visoke energije, koja su u stanju da u interakciji samolekulima iz njih izbiju elektron, stvarajući na taj način jon,predstavljaju jonizujuća zračenja.

Ova radijacija nastaje u nuklearnim reakcijama, a prisutna je i ukosmičkom zračenju.

Zračenje ili radijacija predstavlja emisiju zračenja ili čestica iznekog izvora.

Zračenja vrlo visoke energije, koja su u stanju da u interakciji samolekulima iz njih izbiju elektron, stvarajući na taj način jon,predstavljaju jonizujuća zračenja.

Ova radijacija nastaje u nuklearnim reakcijama, a prisutna je i ukosmičkom zračenju.

Radioaktivnost je osobina nekih hemijskih elemenata, odnosnomaterija, da emituju nevidljive čestice ili zrake visoke energije.

Izotopi elemenata koji emituju jonizujuća zračenja zovu seradioizotopi ili radionuklidi.

Izotopi su jezgra istog hemijskog elementa, imaju isti broj protona,a različit broj neutrona.

Radioaktivnost je osobina nekih hemijskih elemenata, odnosnomaterija, da emituju nevidljive čestice ili zrake visoke energije.

Izotopi elemenata koji emituju jonizujuća zračenja zovu seradioizotopi ili radionuklidi.

Izotopi su jezgra istog hemijskog elementa, imaju isti broj protona,a različit broj neutrona.

Atomi se sastoje iz pozitivno naelektrisanog jezgraokruženog oblakom negativno naelektrisanihelektrona.

Nukleus sadrži više od 99,9% atomske mase.Sastoji se od pozitivno naelektrisanih protona ielektro neutralnih neutrona koje na okupu držinuklearna sila.

Broj protona u nukleusu (Z) se zove atomski broj.

Broj neutrona je označen kao N.Atomska masa nukleusa (A) je zbir atomskog broja

i broja neutrona (Z+N).

Izotopi vodonika: 11H, 2

1H, 31H

Atomi se sastoje iz pozitivno naelektrisanog jezgraokruženog oblakom negativno naelektrisanihelektrona.

Nukleus sadrži više od 99,9% atomske mase.Sastoji se od pozitivno naelektrisanih protona ielektro neutralnih neutrona koje na okupu držinuklearna sila.

Broj protona u nukleusu (Z) se zove atomski broj.

Broj neutrona je označen kao N.Atomska masa nukleusa (A) je zbir atomskog broja

i broja neutrona (Z+N).

Izotopi vodonika: 11H, 2

1H, 31H

Postoje tri vrste jonizujućih zračenja:1. Alfa zračenje (krupne, pozitivno naelektrisane čestice)2. Beta zračenje (sitne, negativno naelektrisane čestice -

elektroni)3. Gama zračenje (neutralni elektromagnetni talasi vrlo malih

talasnih dužina)

Postoje tri vrste jonizujućih zračenja:1. Alfa zračenje (krupne, pozitivno naelektrisane čestice)2. Beta zračenje (sitne, negativno naelektrisane čestice -

elektroni)3. Gama zračenje (neutralni elektromagnetni talasi vrlo malih

talasnih dužina)

Prema poreklu postoje prirodna i veštačka zračenja.Najveći deo ukupnog zračenja koje primi svetsko stanovništvo je

prirodnog porekla.Dva osnovna izvora prirodne radijacije:- Kosmička radijacija i- Radijacija iz Zemljine kore (glinovita podloga, stene).

Prema poreklu postoje prirodna i veštačka zračenja.Najveći deo ukupnog zračenja koje primi svetsko stanovništvo je

prirodnog porekla.Dva osnovna izvora prirodne radijacije:- Kosmička radijacija i- Radijacija iz Zemljine kore (glinovita podloga, stene).

Osnovni izvori veštačkog zračenja:Nuklearni reaktoriNuklearne elektraneRadioaktivni izotopi koji se koriste u mediciniNuklearno oružje

Svi ovi veštački izvori radioaktivnosti znatno su uvećali ukupnedoze zračenja koje prima pojedinac, kao i čovečanstvo u celini.

Osnovni izvori veštačkog zračenja:Nuklearni reaktoriNuklearne elektraneRadioaktivni izotopi koji se koriste u mediciniNuklearno oružje

Svi ovi veštački izvori radioaktivnosti znatno su uvećali ukupnedoze zračenja koje prima pojedinac, kao i čovečanstvo u celini.

Procesom fisije se veliki atomelementa deli na dva manja atomarazličitih elemenata (a)

Procesom fuzije, dva mala atoma sespajaju i nastaje veliki atom nekogdrugog elementa (b).

I u fisiji i fuziji, masa proizvoda jemanja od mase polaznih reaktanata, ataj gubitak mase je usled konverzijemase u energiju (E = mc2).

Količina energije oslobođene ovomkonverzijom mase u energiju jeogromna.

Procesom fisije se veliki atomelementa deli na dva manja atomarazličitih elemenata (a)

Procesom fuzije, dva mala atoma sespajaju i nastaje veliki atom nekogdrugog elementa (b).

I u fisiji i fuziji, masa proizvoda jemanja od mase polaznih reaktanata, ataj gubitak mase je usled konverzijemase u energiju (E = mc2).

Količina energije oslobođene ovomkonverzijom mase u energiju jeogromna.

Uranijum se prirodno nalazi u različitim mineralimaZemljine kore. Dva izotopa: uran-238 i uran-235 Nuklearno gorivo se dobija iz uranijumove rude, koja

prečišćena u uran-dioksid (UO2) i obogaćena. 99.3% urana u prirodi je U-238, a samo 0.7% je U-235. Obogaćivanje urana podrazumeva razdvajanje U-238 od

U-235 da bi se dobio materijal sa visokim sadržajem U-235.

Uranijum se prirodno nalazi u različitim mineralimaZemljine kore. Dva izotopa: uran-238 i uran-235 Nuklearno gorivo se dobija iz uranijumove rude, koja

prečišćena u uran-dioksid (UO2) i obogaćena. 99.3% urana u prirodi je U-238, a samo 0.7% je U-235. Obogaćivanje urana podrazumeva razdvajanje U-238 od

U-235 da bi se dobio materijal sa visokim sadržajem U-235.

Nuklearna fisija se koristi unuklearkama

uran-235

Izvesni nuklidi: uranijum-233, uranijum-235 i plutonijum-239, na primer, mogu dase pored jednostavnog radioaktivnog raspada, raspadnu na fragmente nakon udaraneutrona. Kao što je prikazano na predhodnoj slici, jezgro uranijuma-235, nakonudara neutrona se raspada na dva manja jezgra uz oslobađanje velike količineenergije.

Tri neutrona koja su se oslobodila fisijom jezgra urana-235, mogu da prouzrokuju trinove fisije uz stvaranje 9 neutrona, koja mogu da prouzrokuju devet fisija uz stvaranje27 neutrona itd. Rezultat je lančana reakcija, koja nastavlja da se odvija čak i kada jespoljašnji izvor neutrona isključen.

Ukoliko je količina urana mala, veći broj neutrona se izgubi pre nego što izazovudodatnu fisiju i lančana reakcija se zaustavlja. Ukoliko je prisutna dovoljna količinaurana-235 (kritična masa), dovoljno neutrona ostaje da bi se lančana reakcija održala.U uslovima visokog pritiska, kada se uran-235 nalazi u jako maloj zapremini, lančanareakcija se može tako brzo odvijati da se stvara nuklearna eksplozija.

Izvesni nuklidi: uranijum-233, uranijum-235 i plutonijum-239, na primer, mogu dase pored jednostavnog radioaktivnog raspada, raspadnu na fragmente nakon udaraneutrona. Kao što je prikazano na predhodnoj slici, jezgro uranijuma-235, nakonudara neutrona se raspada na dva manja jezgra uz oslobađanje velike količineenergije.

Tri neutrona koja su se oslobodila fisijom jezgra urana-235, mogu da prouzrokuju trinove fisije uz stvaranje 9 neutrona, koja mogu da prouzrokuju devet fisija uz stvaranje27 neutrona itd. Rezultat je lančana reakcija, koja nastavlja da se odvija čak i kada jespoljašnji izvor neutrona isključen.

Ukoliko je količina urana mala, veći broj neutrona se izgubi pre nego što izazovudodatnu fisiju i lančana reakcija se zaustavlja. Ukoliko je prisutna dovoljna količinaurana-235 (kritična masa), dovoljno neutrona ostaje da bi se lančana reakcija održala.U uslovima visokog pritiska, kada se uran-235 nalazi u jako maloj zapremini, lančanareakcija se može tako brzo odvijati da se stvara nuklearna eksplozija.

Prilikom nekontrolisanenuklearne lančanereakcije, oslobađa se ueksploziji ogromnakoličina energije.

Prilikom nekontrolisanenuklearne lančanereakcije, oslobađa se ueksploziji ogromnakoličina energije.

Nuklearna elektrana

Kontrola lančane reakcije se postižeobogaćivanjem urana na samo 4% U-235 i96% U-238 (ovo obogaćenje ne podržavalančanu reakciju u nuklearnoj eksploziji).

Obogaćeni uran-dioksid se pakuje udugačke metalne štapove – gorivielementi.

Više ovakvih gorivih elemenata formuirajureaktorsko jezgro koje se nalazi u reaktoruispunjenom vodom (koristi se kaomoderator i rashlađivač.

Moderator usporava neutrone stvorenefisijom tako da oni putuju odgovarajućombrzinom da bi podstakli sledeću fisiju.Obično se koristi laka voda (H2O).

Kontrola lančane reakcije se postižeobogaćivanjem urana na samo 4% U-235 i96% U-238 (ovo obogaćenje ne podržavalančanu reakciju u nuklearnoj eksploziji).

Obogaćeni uran-dioksid se pakuje udugačke metalne štapove – gorivielementi.

Više ovakvih gorivih elemenata formuirajureaktorsko jezgro koje se nalazi u reaktoruispunjenom vodom (koristi se kaomoderator i rashlađivač.

Moderator usporava neutrone stvorenefisijom tako da oni putuju odgovarajućombrzinom da bi podstakli sledeću fisiju.Obično se koristi laka voda (H2O).

Lančana reakcija u reaktorskom jezgru se kontroliše štapovima odmaterijala koji apsorbuje neutrone – kontrolni štapovi.

Lančana reakcija započinje i prestaje povlačenjem i ubacivanjemkontrolnih štapova po potrebi.

Kako se meri radioaktivnost?

Gajgerov brojač

Intenzitet radijacije se izražava na više načina:

Bekerel (Bq) količina uzorka koji podleže 1 raspadu u sekundiKiri (Ci) količina uzorka koji podleže 3.7·1010 raspada u sekindiGrej (Gy) – energija apsorbovana po kilogramu tkiva

1 Gy = 1 J/kg tkivaRad – energija aprobovana po kg tkiva

1 rad = 0.01 GySivert (Sv) – oštećenje tkivaRem (Roentgen equivelent for man), ekvivalent rentgena za čoveka –

oštećenje tkiva.1 rem = 0.01 Sv

Intenzitet radijacije se izražava na više načina:

Bekerel (Bq) količina uzorka koji podleže 1 raspadu u sekundiKiri (Ci) količina uzorka koji podleže 3.7·1010 raspada u sekindiGrej (Gy) – energija apsorbovana po kilogramu tkiva

1 Gy = 1 J/kg tkivaRad – energija aprobovana po kg tkiva

1 rad = 0.01 GySivert (Sv) – oštećenje tkivaRem (Roentgen equivelent for man), ekvivalent rentgena za čoveka –

oštećenje tkiva.1 rem = 0.01 Sv

Biološki efekti zračenjaNastaju apsorpcijom energije u tkivima, a uzrokovani su

jonizacijom tkiva, odnosno ćelija kroz koje prolazizračenje.

Radioaktivne supstance predstavljaju najtoksičnije materijeu prirodi.

Čak i niske doze radijacije – nastanak raka i genetskaoštećenja (štetne posledice za više godina, čak decenija).

Visoke doze – oštećenje ćelije, organa, smrt (štetneposledice za nekoliko dana ili časova).

Nastaju apsorpcijom energije u tkivima, a uzrokovani sujonizacijom tkiva, odnosno ćelija kroz koje prolazizračenje.

Radioaktivne supstance predstavljaju najtoksičnije materijeu prirodi.

Čak i niske doze radijacije – nastanak raka i genetskaoštećenja (štetne posledice za više godina, čak decenija).

Visoke doze – oštećenje ćelije, organa, smrt (štetneposledice za nekoliko dana ili časova).

Svi drugioblici raka

Leukemija

Približno vreme pojavljivanja malignih promena kodstanovništva koje je preživelo eksploziju atomskebombe

0 10 20 30 Godine

Radioaktivno zagađivanje životne sredineKontrolisano ispuštanje

radioaktivnih proizvoda uživotnu sredinu (vazduh ivodu).

Čovek može biti izložendejstvu jonizujućegzračenja:

- spoljašnjim putem (raspadradionuklida koji se nalazeu vazduhu ili vodi, ilinataloženi na površinuzemljišta)

- unutrašnjim putem(prilikom udisanja, iliupotrebom zagađene vode ihrane).

Kontrolisano ispuštanjeradioaktivnih proizvoda uživotnu sredinu (vazduh ivodu).

Čovek može biti izložendejstvu jonizujućegzračenja:

- spoljašnjim putem (raspadradionuklida koji se nalazeu vazduhu ili vodi, ilinataloženi na površinuzemljišta)

- unutrašnjim putem(prilikom udisanja, iliupotrebom zagađene vode ihrane).

Nuklearni otpadPrilikom rada jedne nuklearne elektrane oko 99% radioaktivnog

materijala ostaje u gorivnim elementima.Otpad nastao neutronskom aktivacijom zbog neželjenog prodiranja

radioaktivnih supstanci u unutrašnjost zgrade ukoliko su popustilizaptivači ili za vreme havarije.

Fluidi koji se koriste u nuklearnim elektranama na sreću sadržeuglavnom nuklearni otpad sa kratkim vremenom poluraspada.

Visokoaktivni otpaci, u tečnom ili čvrstom stanju – veoma opasnizbog ogromne energije koju oslobađaju (5%)

Otpaci srednje aktivnosti (15%) Niskoaktivni otpaci u tečnom i čvrstom stanju (80%)

Prilikom rada jedne nuklearne elektrane oko 99% radioaktivnogmaterijala ostaje u gorivnim elementima.

Otpad nastao neutronskom aktivacijom zbog neželjenog prodiranjaradioaktivnih supstanci u unutrašnjost zgrade ukoliko su popustilizaptivači ili za vreme havarije.

Fluidi koji se koriste u nuklearnim elektranama na sreću sadržeuglavnom nuklearni otpad sa kratkim vremenom poluraspada.

Visokoaktivni otpaci, u tečnom ili čvrstom stanju – veoma opasnizbog ogromne energije koju oslobađaju (5%)

Otpaci srednje aktivnosti (15%) Niskoaktivni otpaci u tečnom i čvrstom stanju (80%)

Odlaganje nuklearnog otpadaNuklearni otpad čine elementi koji imaju dugo vreme

poluraspada ili se nalaze u koncentracijama koje dajuradioaktivna zračenja iznad dozvoljenih granica.

Moraju se posebno pakovati i odlagati u skladišta.Najčešće se koriste napušteni rudnici koji se nalaze u

geološko pogodnim sredinama, sa malom verovatnoćomda budu natopljeni vodom ili zarušeni tektonskimpokretima (rudnici soli).

Nuklearni otpad čine elementi koji imaju dugo vremepoluraspada ili se nalaze u koncentracijama koje dajuradioaktivna zračenja iznad dozvoljenih granica.

Moraju se posebno pakovati i odlagati u skladišta.Najčešće se koriste napušteni rudnici koji se nalaze u

geološko pogodnim sredinama, sa malom verovatnoćomda budu natopljeni vodom ili zarušeni tektonskimpokretima (rudnici soli).

Akcidenti u nuklearnim postrojenjimaDo sada je zabeležen veliki broj

akcidenata na nuklearnimpostrojenjima.

Međunarodna agencija zaatomsku energiju (IAEA)postavila je skalu zaklasifikaciju nuklearnihincidenata.

0 Nema ugrožavanjabezbednosti

I Nenormalnost

II Incident

III Težak incident Vandeljos(Španija), 1989.Senkt Peterburg(Rusija), 1992.

Do sada je zabeležen veliki brojakcidenata na nuklearnimpostrojenjima.

Međunarodna agencija zaatomsku energiju (IAEA)postavila je skalu zaklasifikaciju nuklearnihincidenata.

Vandeljos(Španija), 1989.Senkt Peterburg(Rusija), 1992.

IV Nesreća u glavnompostrojenju

Sen Loren(Francuska), 1980.

V Nesreća sa rizikomizvan reaktora

Vindskejl (V.Britanija), 1957.Ostrvo tri milje(USA), 1979.

VI Teška nesreća

VII Velika nesreća Černobilj, 1986.

Havarija u Černobilju 26. 04. 1986. nuklearna elektrana Lenjin u Černobilju Prilikom servisiranja instalacije. Došlo je do pregrevanja jezgra reaktora, a zatim do izbijanja požara.

Usled pregrevanja gorivih elemenata došlo je do eksplozije (ravnanekoliko stotina tona klasičnog ekslpoziva).

U trenutku havarije oslobođeno je oko 3,5% ukupne količineradionuklida u reaktoru.

Od neposrednih posledica udesa u Černobilju život je izgubilotridesetak, a ozračeno je ukupno 5 miliona ljudi.

Najmanje 100 000 ljudi se našlo na direktnom putu radioaktivnogoblaka.

Procenjuje se da će više od 70000 ljudi biti žrtve raka i leukemije.

26. 04. 1986. nuklearna elektrana Lenjin u Černobilju Prilikom servisiranja instalacije. Došlo je do pregrevanja jezgra reaktora, a zatim do izbijanja požara.

Usled pregrevanja gorivih elemenata došlo je do eksplozije (ravnanekoliko stotina tona klasičnog ekslpoziva).

U trenutku havarije oslobođeno je oko 3,5% ukupne količineradionuklida u reaktoru.

Od neposrednih posledica udesa u Černobilju život je izgubilotridesetak, a ozračeno je ukupno 5 miliona ljudi.

Najmanje 100 000 ljudi se našlo na direktnom putu radioaktivnogoblaka.

Procenjuje se da će više od 70000 ljudi biti žrtve raka i leukemije.

D. Veselinović, I. Gržetić, Š. Đarmati i D. Marković,Fizičkohemijski osnovi zaštite životne sredine – izvorizagađivanja, posledice i zaštita, knjiga druga, Naučnaknjiga, Beograd, 1997, str.335-392

Internet linkovi http://www.gavagai.pl/nato/osiromaseni.htm - osiromašeni uranijum http://www.vreme.com/arhiva_html/523/10.html - balkanski sindrom http://www.idust.net/Docs/Enviroaudit.htm - depleted uranium http://www.chernobyl.co.uk/ - havarija u Černobilju http://www-personal.umich.edu/~jmoilane/nuclear/Fallout.html -

radioaktivne padavine (nuclear fallout) http://www.bu.edu/core/cc105/lectures/L10-Radioactivity/index.html-

Radioactivity, the Nucleus, & the Atom www.earthwire.org/ - aktuelnosti iz Srbije http://www.ekoserb.sr.gov.yu/projekti/NEAP/040220forum1presentmarina

%20NOVA%20srpski.pdf – ekološki problemi u Srbiji

http://www.gavagai.pl/nato/osiromaseni.htm - osiromašeni uranijum http://www.vreme.com/arhiva_html/523/10.html - balkanski sindrom http://www.idust.net/Docs/Enviroaudit.htm - depleted uranium http://www.chernobyl.co.uk/ - havarija u Černobilju http://www-personal.umich.edu/~jmoilane/nuclear/Fallout.html -

radioaktivne padavine (nuclear fallout) http://www.bu.edu/core/cc105/lectures/L10-Radioactivity/index.html-

Radioactivity, the Nucleus, & the Atom www.earthwire.org/ - aktuelnosti iz Srbije http://www.ekoserb.sr.gov.yu/projekti/NEAP/040220forum1presentmarina

%20NOVA%20srpski.pdf – ekološki problemi u Srbiji