radioaktivnost - rgn.hrrgn.hr/~mklanfar/nids_mklanfar/tehnika sigurnosti... · • primjena radija...

Tehnika sigurnosti

Radioaktivnost

RADIOAKTIVNOST• SVI materijali su prirodno radioaktivni, isto tako i SVE

vrste otpada

• prirodno pojavljivanje radioaktivnosti ili kao rezultat industrijskih procesa

•Morro do Ferro, Brazil•Autoradiograf biljke s prirodnom radioaktivnošću

„Kontaminacija “ ili „Pozadinska radioaktivnost“

Poznato ljetovalište u Brazilu,

prirodna radioaktivnost 175 175 mSvmSv//aa

„Kontaminacija “ or „Pozadinska radioaktivnost“

Ramsar, Iran – prirodna radioaktivnost,

400400 mSvmSv//aa

Primjer usporedbe

Ozračenje tijekom leta Moskva-Tokio (zelena linija) i ozračenje osobe koja živi 20km od Fukušime (plava linija) 12 dana nakon nesreće u Fukušimi.

(Source: Ing. Ondřej Ploc, absolvent FJFI Czech Technical University, expert working in Chibe in Japan.)

RADIOAKTIVNOST

• staklo obojano uranom

RADIOAKTIVNOST

• Marie Curie – izolirala Radij 1911.• umrla u sanatoriju u Passy-ju (Francuska) od aplast ične

anemije uzrokovane izloženosti radijaciji

RADIOAKTIVNOST• Primjena radija za bojanje kazaljki na satu

• “Radium Girls” skandal, Orange, New Jersey, 2017.-1926. godine

• anemija i rak kostiju

• čovječanstvo postaje “svjesno”

IZVORI RAO

• NORM i TENORM (Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material )– šljaka, jalovina, fosfogips...

• Ciklus goriva u reaktoru• Medicina i industrija• Istraživanja• Vojni otpad

TENORM

• Odlagališta šljake iz TE na ugljen

• Odlagališta fosfogipsa• Otpad iz procesa geotermalne energije…

TENORM

• Aluminij (boksit)

• Bakar• Fluorspar

• Gips• Molibden• Fosfati

• Fosfor• Kalij (potaša)

• Plemeniti metali (zlato, srebro)• Rijetke zemlje (uključujući

monazit)

• Kositar

• Titan: leukoksen, ilmenit, rutil

• Tungsten• Vanadij

• Cirkon• Ugljen (i pepeo)• Nafta i zemni plin (radij iz

slojeva u kojima se nalazi sirovina)

• Geotermalna energija

JALOVINA IZ RUDNIKA URANA

• Odlaganje u iskorišteni kop

• Zbrinjava ZEMLJA PROIZVOĐAČ!!!

• Najveća komponenta otpada nastalog u “ciklusu goriva”

• Sadrži neke od najproblematičnijih radionuklida (Ra226)

PRVI CIKLUS - PROIZVODNJA GORIVA

• kopanje i prerada uranove rude do krajnjeg proizvoda - gorivihelemenata

TENORM

• Odlagalište šljake iz TE Plomin I.

• 120 000 m2 sa 1,000.000 šljake i pepela

• Odlagalište fosfogipsa pored Kutine – Godišnje: 300 000 t fosfogipsa, 10 000 t taloga nastalog

neutralizacijom fluornih voda i 600 t filtarskog kolača nastalog filtracijom taljenog sumpora

RADIOAKTIVNA ŠLJAKAIZ TE PLOMIN I•

• Plominsko polje, 5 km od morske obale

• Plomin I, 125 MW, od 1970. godine

• Novi blok TE Plomin II, 210 MW, od 1999. godine

• Uz tvornicu površina od 120.000 m2 sadrži milijun tona šljake i pepela

• do početka devedesetih godina rabili domaće ugljene (antracit iz Istre, lignit i smeđi ugljen s Dinarida) s visokim postotkom sumpora (10 % do 14 % ) i prirodnom radioaktivnosti = radioaktivna šljaka

ODLAGALIŠTE FOSFOGIPSA IZ PETROKEMIJE

• Površine 150 ha, na rubu Lonjskog polja, udaljenosti oko 5 km od tvornice

• 300 000 t/god fosfogipsa

• 10.000 t/god taloga nastalog neutralizacijom fluornih voda

• 600 t/god filtarskog kolača nastalog filtracijom taljenog sumpora

TERMOELEKTRANA NA UGLJENKAŠTELANSKI ZALJEV

• TE za potrebe nekadašnje tvornice Inavinil

• Prikupljanje pepela i šljake u krugu tvornice + otpadni materijal iz drugih termoelektrana koje su rabile ugljene s povišenom prirodnom radioaktivnosti

• Sedamdesetih godina trajno sanirano odlagalište unutar tvorničkoga kruga (ispod suhozid, plastična folija na koju je nasut otpadni materijal, druga plastična folija odozgo, rubovi zavareni, cijelo odlagalište prekriveno slojem gline i nasuto humusom te zasijano travom)

• Uz sanirano odlagalište između tvornice i mora, nasuli novi radioaktivni pepeo i šljaku iz TE

• Na površini od 18.000 m2odloženo je oko 50.000 tona pepela i šljake

RADON

• WL – „Working Level” – mjerna jedinica: „radna razina”

• energija vezana uz raspad radona/kćeri (potomaka) u zraku• tipične vrijednosti:

– 0.0016 WL (na otvorenom)

– 0.008 WL (u prostoriji, PODRUM)

– 0.004 WL (u prostoriji, 1. KAT)

18

TIPOVI RADIJACIJE

19

Slovenski nuklearni program

• Slovenski jedrski programRudnik urana

NE Krško

ER TRIGA MARK II

PRIRODNA RADIOAKTIVNOST

SANACIJA URANSKOG LEŽIŠTA ŽIROVSKI VRH

• PROIZVEDENO:

• 633.000 tona uranove rude• 206.000 tona rovne rude

• 2 470.000 tona jalovine• 452 tona uranovog oksida

• SANACIJA1. Jama Žirovskivrh, problem interakcije preostale rude s podzemnom

vodom (220 mgU/m3, Ra22660 Bq/m3)2. JalovišteJazbec, sanacija jamske jalovine i crvenog blata (50-70

gU/t (aktivnost do 10 kBq/kg) )

3. JalovišteBoršt, sanacija sive jalovine i jamske jalovine za ceste (50-80 gU/t (aktivnost 0,9 kBq/kg i 8,6 kBq226Ra/kg)

JAMA ŽIROVSKI VRH

• 60 km hodnika, volumen 1,3 Mm3

• Najviše vode na nivou 430 m (40 do 60 m3/h) –cilj spriječiti kontakt rude s vodom, smanjiti koncentraciju urana u jamskoj vodi

• Zasipavanje s materijalima koji vežu uran, izgradnja brtvi, drenaža i kontola jamske vode

JALOVIŠTE JAZBEC

• 460 m –500 m n.v., 5,1 ha površine, 1,5 miliona tona materijala

• Leži na karničkim karbonatima

• Potok Jazbec proveden kroz betonski kanal• Oblaganje pokrovom da bi spriječili emisiju radona

i infiltraciju oborinskih voda, kontrola procjednihvoda

JALOVIŠTE BORŠT

• 535-570 m n.v., površina 4,1 ha, odloženo je 700.000 t materiala–oborinske vode se dreniraju u poseban bazen i čiste od urana

• stabilizacija zemaljanog zasipa debljine 50 m ispod jalovišta

RADIOAKTIVNOST

• svojstvo određenih vrsta atoma da im se jezgre spontano mijenjaju (radioaktivni raspad) i pritom emitiraju energiju u obliku zračenja

• zračenje mijenja strukturu i svojstva materijala kroz koje prolazi

• „efekt ionizacije“ – izbijanje elektrona iz elektronskog omotača atoma

• svaka vrsta zračenja (α,β, γ) ima ima različit utjecaj na žive stanice

• mobitel??? mikrovalna pećnica??? • ionizirajuće ili elektromagnetsko zračenje???

IONIZIRAJUĆE ZRAČENJE

• Pod pojmom zračenje se podrazumijeva ionizirajuće zračenje

• Ionizirajuće zračenje se javlja kao posljedica promjene materije u mikrosvijetu. To su promjene energijskog stanja atoma ili sastava atoma i atomske jezgre, pri čemu se emitiraju fotoni (kvanti energije) ili elementarne čestice i to pojedinačno ili u skupinama

• Posljedice međudjelovanja tvari mogu biti korisne ali i štetne za čovjeka.

ZRAČENJE

• Alfa-zračenje može zaustaviti papir; beta-zračenje može zaustaviti aluminijski lim debeo nekoliko milimetara; a većinu gama-zračenja može zaustaviti desetak centimetara debela olovna ploča.

• Alfa-čestice - ioni helija ili samo atomska jezgra helija.

• Beta-čestice - elektroni velikih brzina, ali za razliku od elektrona u elektronskom omotaču atoma, nastaju iz atomske jezgre

• X-zrake – elektromagnetsko zračenje valne duljine manje od 10nm (manja valna duljina = veća energija)

• Gama-zračenje - odgovara kratkovalnom rendgenskom zračenju, ali za razliku od rendgenskog zračenja nastaje u atomskoj jezgri.

MJERNE JEDINICE

• radioaktivnost izotopa (nuklida) mjeri se bekerelima [Bq] → 1 Bqodgovara jednom raspadu atomske jezgre u sekundi

• količina energije koju zračenjem apsorbira određena tvar označava se jedinicom gray [Gy] → omjer energije i mase (npr. 1 J zračenja na 1 kg tvari) – apsorbirana doza od 1 Gy

• ekvivalentna doza zračenja odnosi se na tijelo koje ga upija (ne na izvor zračenja) i mjeri se sivertima [Sv] [Sv] → apsorbiranu dozu pomnožimo s faktorom Q (utjecaj određene vrste zračenja)

Ekvivalentna doza se odnosi samo na vanjsko zračenje

• preporuke za granice ekvivalentnih doza na godinu:

granica ED mSv/god

profesionalno profesionalno ozračenjeozračenje 50 50 mSvmSv (5 (5 remrem))

ozračenjeozračenje pojedinca pojedinca 5 5 mSvmSv (0.5 (0.5 remrem))

ozračenjeozračenje stanovništva stanovništva 1 1 mSvmSv (0.1 (0.1 remrem))

OZRAČIVANJE STANONIŠTVA (godišnje)

• EFEKTIVNA EKVIVALENTNA DOZA –EED

• svako tkivo ima svoju ekvivalentnu dozu

granica EED, stalna ili česta izloženost

do 1 mSv

granica EED, povremena izloženost

do 5 mSv

poduzimanje zaštitnih mjera iznad 5 mSv

granica EED za očnu leću, kožu, ekstremitete

50 mSv

OZRAČIVANJE EMBRIJA – FETUSA

• EKVIVALENTNA DOZA ILI DOZNI EKVIVALENT

• Kako apsorbirana doza, u različitim uvjetima, ne izražava dovoljno precizno težinu štetnih učinaka zračenja na organizam, uveden je pojam ekvivalentne doze (ekvivalentan - jednakomjeran, istog značaja).

ukupna ED do 1 mSv

mjesečna ED do 0.5 mSv

PRIRODNA RADIOAKTIVNOST 1) kozmičke zrake2) radioaktivni nuklidi prisutni u zemlji ( pojavljuju se posebno ili u tzv.

nizovima) 3) radioaktivni nuklidi stvoreni u atmosferi

PRIRODNO ZRAČENJE• izloženost kroz zračenje Sunca i svemira, kroz prisutnost radioaktivnih tvari u tlu,

kroz konzumaciju hrane i pića, itd.• izloženost ovisi o nadmorskoj visini, sastavu tla, vrsti gradnje...

UČINCI RAZLIČITIH DOZA ZRAČENJA

• 1 mSv zračenja primljen u kratkom roku izaziva tzv. radijacijsku bolest (mučnina, gubitak kose)

• 2-10 Sv primljeno u kratkom roku izaziva smrt u 50 % slučajeva

• najmanja godišnja doza koja poznato izaziva rak iznosi 50 mSv

• 3,5 mSv je prosječna godišnja ekvivalentna doza zračenja po čovjeku pri čemu se smatra da 3 mSv dolaze od prirodnog zračenja

Apsorbirana dozavs.

BRZINA APSORBIRANE DOZE

41

PARAMETRI Brzo – ve ća doza Sporo – manja doza

ukupna D 4Gy 4Gy

brzina D 1Gy/h 0.1Gy/h

dužina ozračivanja 4h 40h

rezultat moguća smrt blaže posljedice

OZRAČIVANJE

• izlaganjem zračenju pri čemu može doći do kontaminacije

radioaktivna kontaminacija – prisustvo radionuklida u organizmu u dozama znatno većim od onih koje možemo smatrati prirodnom radioaktivnošću nekog područja

• vanjska kontaminacija (radionuklidi na tijelu) nastaje kontaktom, a do unutarnje (radionuklidi se ugrađuju u organizam) može doći inhalacijom, ingestijom i perkutano

npr. α-zračenje ne uzrokuje vanjsku kontaminaciju jer su čestice „velike“i imaju mali domet, ali unutarnja kontaminacija je opasna

STRAH OD RADIOAKTIVNOSTI

• smrtonosna doza zračenja (3 Sv) prikazana visinom Eiffelovog tornja (300 m) → prosječna godišnja doza za stanovnika Hrvatska

(4 mSv) bila bi usporediva s psom visine 40 cm, a dopuštena doza za zaposlenike nuklearne elektrane s visinom čovjeka (20 mSv)

“Razlika između atomske elektrane i atomske bombe isto je što i razlika između električne žarulje i električne stolice”

Pjotr Leonidovič Kapica

• velik dio zračenja primamo od vlastitog tijela koje potječe od kalijevog izotopa 40K → godišnje zračimo četrdeset puta intenzivnije nego da živimo blizu nuklearne elektrane

• Jedan sat leta u zrakoplovu, gdje je intenzitet kozmičkog zračenja mnogo veći zbog tanjeg atmosferskog štita no na površini mora, ozrači putnika približno četiri puta više nego cijela nuklearna industrija u godinu dana

• radioaktivan Korzo → granitne ploče

Prosje čna doza koju primi stanovništvo u pojedinim dijelovima

Hrvatske od vanjskog ozra čivanja

• Osijek (najviše): 1,30 mSv/godina• Zagreb: 1,14 mSv/godina• Varaždin: 1,10 mSv/godina• Rabac (najmanje): 0,66 mSv/godina• prosjek: oko 1,00 mSv/godina

46

Uređaji za detekciju i mjerenje zra čenja

• Indikatori ili detektori zračenja su najjednostavniji uređaji pomoću kojih se samo zapaža zračenje. Takvim uređajima se zapažaju pojedine čestice ili fotoni.

• Danas uređaje za detekciju i mjerenje zračenja razvrstavamo u 3 osnovne skupine: vizualizatori tragova, dozimetri , brojači

Vizualizatori tragova

• Vizualizatoritragova su uređaji pomoću kojih se privremeno ili trajno mogu vidjeti tragovi čestica ili fotona u tvari na temelju međudjelovanja.

• Takvi su uređaji radiografski stroj i Wilsonova komora

Dozimetri

• Dozimetri su uređaji koji mjere energiju koju je zračenje predalo nekoj tvari. U takve uređaje ubrajamo radiografski stroj koji mjeri zacrnjenje koje je uzrokovalo zračenje.

• Ionizacijske komore koje mjere ionizacijske struje ili električno pražnjenje. Luminiscentni slojevi koji mjere jakost svjetla koje je uzrokovalo zračenje, te kemijski dozimetri koji mjere nastale kemijske procese.

Dozimetri

Dozimetri

Broja či

• Brojači se katkad nazivaju detektori. Oni registriraju brojne pojedine naelektrizirane čestice ali i fotone γ-zračenja. Tu spadaju uređaji poput G-M brojača, scintilacijski brojač, poluvodički brojači

• Postoje još suvremeni brojači koji lokaliziraju mjesto gdje zračenje međudjeluje s tvari

52

Geiger-Mϋllerovi broja či

• Najosjetljiviji plinski detektor, daje najveći impuls. Čestica proizvodi par iona u aktivnom volumenu, te se dobije impuls 0.1-1 volta

Slika 2. Geiger Müllerov broja č

SCINTILACIJSKI BROJA Č

(vježba)

53

TIPVRIJEDNOSTI

NULTO MJERENJE(prirodna radioaktivnost)

ETALON( ≈ prirodna + 150u/s)

PRIBLIŽNO MAX. GOD.( ≈ prirodna x 50)

„formula” X u/s X+150= u/s X•50= u/s

„izračun”

• spremnik za transport 1g 252Cf• izrađen u Oak Ridge National Laboratory

• veliki spremnik s teškim oklopom – kako bi se spriječilo raznošenje visokoradioaktivnog materijala u slučaju nezgode (a otežava i krađu ☺ )

• kalifornij (252Cf) najteži element koji se prirodno pojavljuje na Zemlji

• 2. najskuplji materijal na Zemlji – 27 milijuna $ / g (prvi – antimaterija: 62,5 trilijuna $ / g)

• gdje se upotrebljava?

„VJEROVALI ILI NE”

„VJEROVALI ILI NE”

• polonij 210Po

• nađen u duhanskom dimu• koristi se za izradu anti-statičkih četkica

• uređaji s manje od 500 µCi (zatvorenog) 210Po po uređaju, mogu se kupiti u bilo kojoj količini, bez javljanja vlastima (SAD)

• maseno gledano – oko 250,000 otrovniji od vodikovog cijanida (letalna doza 210Po je manje od 1µg za prosječnu odraslu osobu, za razliku od 250 mg kod vodikovog cijanida)

• intezivna radijacija - α emiter• pripisuje mu se smrt:

– Aleksandra Litvinenka (2006.) – disident, bivši ruski obavještajac– Jassera Arafata (2004.)– Romana Tsepova (2004.) – ruski političar

„VJEROVALI ILI NE”

• prema procjeni Agencije za nuklearnu energiju (Nuclear Energy Agency - NEA) ekonomski iskoristive količine urana na Zemlji, prema trenutnoj potrošnji, dovoljne su da reaktori mogu raditi slijedećih više od 200a

TEHNIČKE MJERE ZAŠTITE

• „pojačano” vjetrenje– metoda „razrijedi i rasprši” ako je u

pitanju radon i sl. plinoviti radionuklidi

• zaštitna oprema– čestice

• znakovi upozorenja

57

ZAŠTITNA OPREMA

• stari tip:

• novi tip:

58

ZAŠTITNA OPREMA

• ”First Responder” oprema

59

• Plain cuffs for tape sealing to safety gloves.

• Elasticated cuffs.• "O" ring cuff seal.

– Plain trouser finish for tape sealing to safety boots.

• Elasticated ankles.– Integral feet with straight outer leg.

ZAŠTITNA OPREMA

• ” encapsulated response suit for First Responders”

60

• The system is complete with integrated powered air purified air filtration to provide respiratory protection against radioactive fallout.

ZAŠTITNA OPREMA• ” DEMRON™ ONE-PLY TORSO VEST”

61

• effective in shielding for various forms or ionizing radiation

• specific molecular engineering of the Demron™ compound provides protection against X-Ray and low energy Gamma emissions, as well as high and low energy Beta and Alpha particles

• Demron™ torso vest is constructed with two layers of Demron™ fabric, providing increased shielding to the vital organs

• a removal thyroid protector, as well as groin protection

• vest can be worn under most level A, B, and C protective suits.

ZNAKOVI UPOZORENJA

• rudnik urana „Ranger”, Northern Territory, Australia

62

63

64

65

Queensland , Australija

66

MAĐARSKA

67

Pandora Mine, La Sal, Utah , SAD

68

KONTAKT S RUDNIM MINERALIMAoboga ćenom rudom

69

KONTAKT S RUDNIM MINERALIMA

70

KONTAKT S OBOGA ĆENOM RUDOM

71

RUKOVANJE GORIVIM ELEMENTIMA

72

RUKOVANJE S OBOGA ĆENIM URANOM ZA PROIZVODNJU ORUŽJA

73