Radioekologie
Osnova
1. Obecné pojmy
1.1. Symbolika
1.2. Pojmy
1.3. Hmotnost atomu
1.4. Energie
2. Radioaktivita
2.1. Hmotnostní podmínka
2.2. Druhy radioaktivních přeměn
2.3. Kinetika radioaktivních přeměn
2.4. Přírodní RN
3. Ionizující záření
3.1. Vlastnosti ionizujícího záření
3.2. Zdroje IZ
3.3. Ochrana před IZ
3.4. Detekce IZ
3.5. Biologické účinky IZ
4. Radioaktivita a ionizující záření v životním prostředí
4.1. Kosmické záření a kosmogenní RN
4.2. Přírodní RN s dlouhým poločasem přeměny
4.3. Radon
4.4. Jaderné elektrárny
4.5. Havárie jaderných reaktorů
4.6. Nehody při práci s radioaktivními látkami
4.7. Pokusné jaderné a termonukleární výbuchy
4.8. Umělé zdroje IZ
4.9. Radioaktivní odpady
Obecné pojmy
1.1.Symbolika
NA
Z X běžný zkrácený zápis: A
X
A ­ nukleonové číslo (A=Z+N)
Z ­ protonové číslo
N ­ neutronové číslo
Zvláštní symbolika: D ­ deuterium ­ 2
H
T ­ tritium ­ 3
H
1.2.Pojmy
nuklid(y) ­ soubor identických atomů jejichž jádra tedy mají identické
složení, stejné A i Z
isotopy ­ soubor atomů které mají stejné protonové (Z) ale různé
neutronové N (tím pádem i A) číslo
isobary ­ nuklidy které mají stejné nukleonové (A) ale různé
protonové číslo
radio ­ značí že jádro je nestabilní a samovolně se rozpadá
Příklady: Isobary: 40
Ar, 40
K, 40
Ca.
1.3.Hmotnost atomu
kg x u definice u: u = 1/12 m(12
C)
po vyčíslení: u = 0,012 /(12.6,022.1023
) = 1,6606.10-27
kg = 1 u
1.4.Energie
J x eV definice eV: je to energie kterou elektron získá při průchodu
potenciálovým spádem 1V E = Q.U
po vyčíslení: E = Q.U = 1,602.10-19
.1 = 1,602.10-19
J = 1 eV
Příklady: Energie fotonu viditelného záření.
 = 550 nm = 5,5.10-7
m; h = 6,63.10-34
J s; c = 2,997.108
m s-1
E = h. = h.c /  = 6,63.10-34
.2,997.108
/ 5,5.10-7
= 3,6.10-19
J =
3,6.10-19
/ 1,602.10-19
= 2,3 eV
Ekvivalentní energie 1 u:
m = u = 1,6606.10-27
kg; c = 2,997.108
m s-1
E = m c2
= 1,6606.10-27
(2,997.108
)2
= 1,492.10-10
J = 1,492.10-10
/
1,602.10-19
= 931,3 MeV
2. Radioaktivita
2.1.Hmotnostní podmínka
Základní hmotnostní podmínka radioaktivity:
M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)
Energie uvolněná při radioaktivní přeměně:
Epřeměny = Ekin(Y) + Ekin(ČÁSTIC) + E
Příklad:
12
C (6 p, 6 n), m(p) = 1,6726.10-27
kg; m(n) = 1,6750.10-27
kg; m(e) =
9,1095.10-31
kg; c = 2.997.108
m s-1
; u = 1,6606.10-27
kg
teoretická m(12
C) = 6 m(p) + 6 m(n) + 6 m(e) = 2,0091.10-26
kg
skutečná m(12
C) = 12 u = 1,9927.10-26
kg
 = 1,9927.10-26
- 2,0091.10-26
= -1.6407.10-28
kg
Ev = 1.6407.10-28
.(2.997.108
)2
= 1,4736.10-11
J = 1,4736.10-11
/
1,602.10-19
= 92 MeV
 = 9,2.107
/ 12 = 7,7 MeV
Zajímavost: Při vzniku 12g (1 mol) 12
C z p a n, by se uvolnilo
1,4736.10-11
.6,022.1023
= 8,9 TJ, rozštěpením 12g uranu se uvolní asi
1 TJ.
2.2.Druhy radioaktivních přeměn
A)Přeměna -
n  p + e + e XA
Z  + YA
1Z+ - + e
14
C  14
N + - + e
měříme 210
Pb  210
Bi + - + e
Energie se rozdělí mezi jádro (málo), elektron a e náhodně, spektrum
je proto spojité, část vznikajících jader může být excitovaná.
Příklad: 3
H, 14
C, 32
P, 35
S
B)Přeměna +
p  n + e+
+ e XA
Z  + YA
1Z- + + e
22
Na  22
Ne + + + e
Platí stejné energetické zásady jako u - přeměny (spojité spektrum
apod.).
Čistý + rozpad je vzácný, většinou probíhá spolu s elektronovým
záchytem (EZ). Měří se pomocí anihilačních fotonů a ionizačních
účinků e+
:
e+
+ e-
 2 , E = 2 me c2
= 1,02 MeV t. j. 0,51 MeV na jedno
kvantum 
C)Elektronový záchyt (EZ)
p + e  n + e + eXA
Z
-
 + YA
1Z- e
7
Be + e-
 7
Li + e
Po EZ dochází k následným dějům pomocí kterých se tato
radioaktivita měří: zaplňování vakancí ve slupkách K či L  emise
RTG fotonů či Augerových elektronů (elektrony vyražené RTG
zářením z vyšších slupek elektronového obalu, mají diskrétní energii,
Eaug = ERTG ­ Evaz.). Měří se RTG fotony.
Použití v medicíně: 13
N, 15
O, 11
C
D)Přeměna 
XA
Z  + ()Y4A
2Z
-
-
He4
2
226
Ra  222
Rn + 
měříme
Alfa částice je velice stabilní a proto je její emise výhodná, zvlášť u
těžších prvků.
Na rozdíl od spektra  je spektrum  spojité ale stejně jako při 
rozpadu vzniká část jader excitovaná.
E)Samovolné štěpení (SŠ)
Je-li splněna hmotnostní podmínka, rozštěpí se jádro těžší na dvě
lehká plus dva až tři neutrony. Existuje ale i bezneutronové štěpení.
2.3.Kinetika radioaktivních přeměn
- za dostatečně krátký časový interval se přemění vždy stálá část
z přítomného počtu (N) atomů radioaktivního nuklidu
(radionuklidu)
(dN / N) / dt = 
 [s-1
] ­ přeměnová konstanta
Příklad:  = 1.10-3
s-1
­ z přítomného počtu RN se přemění každou
sekundu 1 / 1000 atomů
Rychlost přeměny závisí na: - výchozím a konečném stavu jádra
- vlnové funkci obou jader
- na parametrech slabé, silné a
elektromagnetické interakce
nezávisí na: - tlaku, teplotě, koncentraci,
chemické formě
Aktivita: rychlost přeměny radioaktivního nuklidu
A = dN / dt A = .N
- závisí na počtu radioaktivních atomů v radioaktivní látce
- rozměr s-1
- jednotka 1 becquerel (Bq), násobné kBq, MBq, GBq apod.
- měrná aktivita: vztaženo na m, V, c apod.
Časová změna aktivity:
-dN / dt =  N  N = N0 e ­t
 A = A0 e ­t
- aktivita RN klesá s časem exponenciálně, rychlost poklesu je dána
konstantou .
Poločas přeměny: A = A0 / 2  A0 / 2 = A0 e ­t
1 / 2 = e ­t
ln (1 / 2) = -  t
- ln 2 = -  t
t = ln 2 / 
T1/2 = ln 2 / 
Měření poločasu rozpadu z úbytku aktivity lze jen u krátkodobě
žijících radionuklidů. Jinak se poločas rozpadu počítá z aktivity
radionuklidu o známé hmotnosti (měrné aktiviy).
Radionuklid o hmotnosti m obsahuje: N = n NA
N = (m NA)/ Ar
A = ( m NA)/ Ar
Pak z  spočítáme T1/2, popřípadě se znalosti  spočítáme m.
Příklad využití vztahu A = A0 e ­t
:
- uhlíková metoda 14
N (n, p) 14
C ­ vysvětlit tento druh zápisu
- 14
C se během minut až hodin oxidují na CO2
- rozdělení mezi rostliny, organismy, oceány
- rovnováha 15,3 přeměny za minutu v 1g C živé hmoty
- po smrti konec rovnováhy, citlivost asi do 50 000 roků (T1/2 = 5,7
tisíc roků)
- měří se dřevo, uhlíky, textil, kůže
- moderní metoda: urychlovačová hmotnostní spektrometrie,
použitelná až do 100 000 roků
- stačí i 0,05 mg vzorku, ve vakuu se vzorek bombarduje ionty Cs+
za vzniku 14
C-
(izobarický 14
N záporné ionty netvoří) poté se ionty
14
C-
dostávají do prostoru s Ar, vzniká 14
C3+
a vstupují do
hmotnostního spektrometru.
- stejná metoda se používá ke stanovení obsahu př.: 10
Be (mořské
sedimenty, polární led), 36
Cl a 129
I (podzemní vody), 27
Al (mořské
sedimenty).
2.4.Přírodní RN
Přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky: přírodní X umělé (není
mezi nimi rozdílu)
1. T1/2 > 108
let, vznikly při syntéze prvků ve vesmíru
2. T1/2 < 108
let, vznikají jako produkty přeměny mateřských nuklidů
z radioaktivních řad a jadernými reakcemi v zemské atmosféře
působením kosmického záření (3
H, 14
C, 10
Be aj.)
3. Ionizující záření
3.1.Vlastnosti ionizujícího záření
Energie záření (, ,  apod.) keV ­ MeV, ionizační energie atomů a
molekul < 25 eV proto ionizující záření.
a)  M  M+
+ e-
b)  M  M*
Rychlost asi 10-16
­ 10-15
s, poměr a) a b) 1:2, elektrony spůsobují
další sekundární ionizaci a excitaci. Excitace je mnohonásobná a do
vysokých excitačních stavů (na rozdíl od UV)
Pojmy a veličiny: ionizující záření, jaderné záření (pouze při
radioaktivních přeměnách), radioaktivní záření (nesprávné, záření není
radioaktivní {kromě n})
Absorpce záření ­ postupné odevzdávání energie až do stavu kdy už
není schopno dále ionizovat
Dosah záření ­ tloušťka vrstvy která úplně absorbuje záření
Absorpční křivky:
Dávka záření ­ energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná
od všech primárně i sekundárně ionizujících částic) malému objemu
látky
D = d / dm
Rozměr je J.kg-1
, jednotkou Gray (Gy), 1 Gy = energie 1 J
absorbovaná v 1 kg látky.
Rozsah dávek: 10-6
­ 10-2
Gy při monitorování dávek v životním
prostředí, 10-4
­ 1 Gy při monitorování dávek u profesionálních
pracovníků se zářením, 10-1
­ 102
Gy v léčebném použití záření, 10-1
­
104
Gy v radiobiologii a 102
­ 105
Gy v radiační chemii a technologii.
Dávkový příkon ­ rychlost s jakou je látce energie sdělována,
rozměr W kg-1
, jednotka Gy s-1
D& = dD / dt
Lineární přenos energie ­ používá se při posuzování biologických
účinků IZ a udává rozložení sdělené energie podél dráhy částice,
rozměr J m-1
, běžně keV m-1
L = dE / dx
(tzv Braggova křivka)
3.2.Zdroje IZ
1. aparaturní ­ záření vzniká jen během provozu zařízení
2. radionuklidové ­ emitují záření nepřetržitě
Zdroje  a RTG záření: : 241
Am, 109
Cd, 57
Co, 55
Fe, 60
Co, 137
Cs, 192
Ir;
RTG: RTG lampy, 109
Cd, radionuklidy generující brzdné záření při
absorpci  záření, urychlovače elektronů
Zdroje elektronů: 90
Sr / 90
Y, 3
H, 147
Pm ; urychlovače elektronů
Zdroje pozitronů: 22
Na, 68
Ge
Zdroje těžkých kladných částic: : 210
Po, 226
Ra, 238
Pu, 239
Pu, 241
Am,
urychlovače částic
Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (, n) a
samovolném štěpení, neutronový generátor (3
H (d, n) 4
He), jaderný
reaktor
3.3.Ochrana před IZ
Spočívá v zeslabení dávky záření na hodnotu při níž je riziko pro
lidský organismus sníženo na zanedbatelnou hodnotu.
Metody ochrany před IZ:
a) udržováním patřičné vzdálenosti od zdroje záření ~ 1 / l2
(důležité u
 záření)
b) odstíněním záření (všude kromě  záření, u  stačí 1-2 cm skla,
plexiskla, u  olovo, železobeton, beton s barytem (BaSO4 ­
těživec), pozitrony se stíní jako , stejně se stíní  při rekaci
pomalých neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př.
parafínem)
c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí
3.4.Detekce IZ
- IZ není vnímatelné lidskými smysly
- registruje se na základě dějů které vyvolává při absorpci ve vhodné
látce
- důsledky těchto dějů se většinou elektronicky převádějí na
pozorovatelné signály
- elektronický způsob detekce vyžaduje zařízení sestávající
z několika částí
- část citlivá na záření se nazývá detektor záření (energie záření se
mění na elektrické či optické signály a dále se zpracovávají
( zesílení, integrace)
- zpracované signály se přivádějí na registrační jednotku (pulsní
{zobrazují se přímo impulsy} či integrující režim {počet impulsů
za čas} tzv. dozimetry ­ udávají dávkový příkon př. Gy hod-1
- většina detektorů neměří IZ se 100% účinností, pro četnost R platí:
R =  A ( ­ účinnost < 1; A ­ aktivita v Bq)
- zařízení které rozlišuje energii záření podle výšky impulsů ­
spektrometr záření
- chyba měření vzorku je tím menší čím větší počet impulsů
zaznamenáme
K detekci ionizujícího záření se běžně užívají tyto sekundární projevy
absorpce:
ˇ fotografické účinky
ˇ ionizace plynů
ˇ luminiscence
ˇ schopnost zvyšovat elektrickou vodivost některých materiálů
ˇ změna struktury materiálu
Podle toho lze rozdělit detektory ionizujícího záření do pěti
základních skupin:
1. fotografický film
2. ionizační komora, proporcionální detektory, Geiger-Műllerovy
detektory
3. fluorescenční stínítka, scintilační detektory, termoluminiscenční
detektory
4. polovodičové detektory
5. stopové detektory částic
Důležitými charakteristikami všech typů detektorů jsou:
ˇ účinnost
ˇ linearita
ˇ energetická proporcionalita
ˇ rozlišení
Účinnost:
Účinnost detektoru popisuje možnosti detektoru zaznamenávat
různé druhy záření o různých energiích, která na něho dopadají.
Ideální je stav, kdy počet částic dopadajících na snímač je roven počtu
impulsů registrovaných detektorem.
Linearita:
Proces konverze jednotlivých částic na elektrické pulsy je extrémně
rychlý - řádově několik mikrosekund. Pokud je vysoký tok částic,
může se stát, že částice přicházející do detektoru není zaznamenána,
protože detektor ještě zpracovává částici předcházející. Doba potřebná
pro registraci částice (přeměnu na elektrický puls) se označuje jako
mrtvá doba detektoru (). Část částic, které mohou být náležitě
zpracovány, je popsána linearitou detektoru. Jednotlivá částice s
energií E, která vstoupí do detektoru, produkuje elektrický puls V,
takže částice, které dopadají na detektor v počtu I částic za sekundu
vyvolají vznik napěťových pulsů v počtu R pulsů za sekundu.
Detektor považujeme za lineární, dokud trvá přímá úměra mezi R a I.
Jelikož je detektor po určitou dobu  "mrtvý", bude měřené
množství pulsů Rm vždy nižší než skutečné množství pulsů Rt:
-
=
m
m
t
R1
R
R
Průměrná mrtvá doba činí:
ˇ 200 s u Geiger-Műllerova detektoru
ˇ 0,23 s u scintilačního detektoru s krystalem NaI (Tl)
ˇ 0,027 s u scintilačního detektoru s krystalem YAP (Ce)
ˇ 0,001 s u polovodičových detektorů
Energetická proporcionalita:
Jedná se o úměrnost signálu detektoru k energii dopadající částice.
Velikost výstupního signálu je závislá na proudu vzniklém v čítači a
tento proud je závislý na počtu ionizačních přeměn vedoucích ke
vzniku pulsu. Jestliže počet ionizačních přeměn bude úměrný energii
dopadajících částic, velikost výstupního napětí bude rovněž úměrná
energii dopadajících částic. Detektor bude proporcionální, pokud je
velikost výstupního napětí detektoru V úměrná energii E dopadajících
částic.
Rozlišení
Je to schopnost detektoru rozlišit částice různých energií. V
proporcionálně pracujícím detektoru způsobí částice o energii E
výstupní puls o napětí V. Prakticky budou tedy částice o stejné
energii produkovat výstupní pulsy o stejném napětí
Fotografický film
Fotografická detekce ionizujícího záření je založena na tom, že
ionizující záření, stejně jako viditelné světlo, vyvolává ve
fotografické emulzi (krystalky Agar v želatině) latentní obraz, který
lze zviditelnit chemickým vyvoláním. Ozářená místa emulze vykazují
po vyvolání zčernání, jehož intenzita je úměrná počtu částic, které na
emulzi působily. Používají se k detekci RTG záření, záření  a
neutronů. Neutrony, které sami na fotografickou emulzi nepůsobí, je
třeba převést na detekci ionizujících částic. Například překrytím
fotografické emulze kadmiovou fólií, v níž se pomalé neutrony
zachycují reakcí 113
Cd (n, ) 114
Cd a vzniklé fotony pak způsobují
zčernání emulze.
Fotografická detekce ionizujícího záření se používá v osobní
dozimetrii pracovníků s ionizujícím zářením. A v různých
radiografických metodách. Osobní filmový dozimetr obsahuje film
v papírovém obalu, který je uložen v plastikové kazetě. Na vnitřních
stěnách kazety, jsou upevněny měděné a olověné proužky, které
umožňují přibližně určit energii záření tím, že různě absorbují záření
dopadající na film. Dozimetr je připevněn na pracovním oděvu a
nepřetržitě registruje záření, obvykle po dobu jednoho měsíce. Po
vyvolání filmu se dávka záření určí z intenzity zčernání filmu.
Obrázek: Osobní filmový dozimetr
Autoradiografické metody jsou významné tím, že poskytují
informace o rozložení radioaktivity ve zkoumaném objektu. To je
velmi užitečné v biologických studiích, kde se zjišťuje rozložení
radioaktivních látek v živočišných orgánech, částech rostlin a
buněčných strukturách. Zkoumaný radioaktivní objekt se na určitou
dobu přiloží na film, který se pak vyvolá.
Fotografická detekce ionizujícího záření se také používá
v průmyslové radiografii a v lékařské rentgenové diagnostice.
Plynové ionizační detektory
Všechny detektory mají za základ nádobu s tenkým, málo
absorbujícím vstupním okénkem a dvěma elektrodami uvnitř.
Detektor je plněn vzácnými plyny (argon, xenon). Po určité době
budou vzniklé iontové páry rekombinovat a přejdou zpět do
základního stavu. V případě, že je na elektrody vloženo určité napětí,
budou elektrony přitahovány k anodě a ionty ke katodě a sníží se tím
rozdíl potenciálů. Velikost vzniklého napěťového impulsu záleží na
napětí mezi elektrodami.
Závislost počtu elektronů vzniklých v komoře působením
ionizujícího záření na napětí mezi elektrodami lze vyjádřit graficky.
Je-li hodnota U menší než U1 bude část elektronů a iontů
rekombinovat ještě před zachycením na elektrodách. V oblasti napětí
U1-U2 dopadnou všechny elektrony na anodu a ionty na katodu - jejich
počet závisí pouze na počtu absorbovaných částic. V oblasti, kde je
napětí mezi elektrodami vyšší než U2, budou mít volné elektrony
dostatečnou energii, aby na cestě k anodě ionizovaly další atomy
plynu a probíhá tzv. lavinová ionizace. Koeficient plynového zesílení
(A) udává kolikrát více párů dopadlo na elektrody než vzniklo
účinkem ionizujícího záření.
Ionizační komora:
Ionizační komora pracuje v oblasti U1-U2 (A = 1), ionizační proud
je úměrný energii ionizujícího záření. Napětí nutné k dosažení
nasyceného proudu závisí na intenzitě záření. Citlivost komory závisí
na vlnové délce a stejně tak i absorpce záření v plynu. K plnění se
používá těžkých vzácných plynů (Ar, Kr).
Proporcionální a Geiger-Műllerův detektor:
Jedná se o detektory pracující v oblasti U3-U4. Počet vzniklých párů
elektron-iont je úměrný energii ionizujícího záření. Pokud je
koeficient plynového zesílení konstantní je elektrický napěťový
impuls na výstupu úměrný absorbované energii ionizujícího záření a
detektor dovoluje rozlišit ionizující záření s různými energiemi.
Vznik lavin elektronů je v proporcionálním detektoru lokální
záležitostí - vznikají v té části, kde bylo ionizující záření pohlceno.
Vyhasnutí lavin proběhne aniž by se rozšířili do celého objemu.
Plynové zesílení tohoto Geiger-Műllerova detektoru je kolem 107
.
Obrázek: Geiger-Műllerův detektor
Luminiscenční detektory
Fluorescenční stínítka:
Při ozáření některých látek ionizujícím zářením může dojít k
uvolnění elektronů z valenčního pásu a přechodu do pásu
vodivostního a při zpětném přechodu může vzniknout viditelné záření.
Tento jev se pak využívá k visuelní detekci ionizujícího záření. Jako
fluoreskujících látek se používá wolframan vápenatý, křemičitan
zinečnatý nebo sirník zinečnatý. Ačkoliv existuje závislost mezi
intenzitou fluorescence a intenzitou dopadajícího svazku, používá se
fluorescenčních stínítek hlavně při justaci přístrojů.
Scintilační detektory:
V scintilačních detektorech je převod ionizujícího záření na
elektrický impuls dvojstupňový proces. Prvním krokem je vznik
záblesku (emise světla) na vhodném krystalu a druhým krokem je
uvolňování elektronů na fotonásobiči a jejich detekce a převod na
elektrický impuls.
Ionizující záření, dopadající na uzemněný scintilační krystal
detektoru, uvolní elektron, který při pohybu krystalem přivede do
excitovaného stavu desítky atomů. Zpětný přechod do základního
stavu je doprovázen emisí světla, jehož vlnová délka nemusí nutně
ležet ve viditelné oblasti, ale musí být vhodná k uvolňování elektronů
z fotokatody.
Scintilačním krystalem emitovaný foton dopadne na světlocitlivou
katodu a uvolní z ní určitý počet (n) fotoelektronů. Tyto dopadají na
nejbližší dynodu (parabolická elektroda) a každý z nich vyprodukuje
jistý počet R sekundárních elektronů. Na druhou dynodu dopadá již
nR elektronů, na třetí nR2
elektronů atd. Při počtu dynod m vzroste
počet primárních elektronů na nRm
, kde Rm
je koeficient zesílení
fotonásobiče. Mezi jednotlivými dynodami je održováno napětí 100-
200 V a na výstupu z fotonásobiče je impuls napětí přímo úměrný
energii absorbovaného ionizujícího záření. V běžných detektorech je
počet dynod 8-15, a koeficient zesílení je 107
-108
.
Obrázek: Fotonásobič
Jako scintilačního krystalu se nejčastěji používá krystal NaI
aktivovaný 1% Tl. Thalium vytváří v pásové struktuře krtystalu
hladinu nečistot, tzv. fluorescenční centra. Pro nízkoenergetická RTG
záření (3-20 keV) není tento krystal vhodný a alternativně se používají
monokrystaly YAlO3 aktivované Ce (YAP:Ce). Tento krystal může
být v tenčí destičce a je mnohem stabilnější. Podstatný je i rozdíl v
délce scintilačních záblesků - u NaI je to 230 ns, u YAP je to pouze 27
ns. Maximální intenzita fluorescenčního pásu NaI je na vlnové délce
410 nm, u krystalu YAP 350 nm. Fotokatoda v scintilačních
detektorech je zpravidla antimon-cesiová.
Obrázek: Scintilační krystal z NaI dotovaný thaliem
Polovodičové detektory
V těchto detektorech je jednostupňová detekce ionizujícího záření
prováděna pevnou látkou, ve které dokáže dopadající kvantum
generovat dvojici nábojů a ty jsou schopny rychlého pohybu k
elektrodám, kde vyvolají elektrický impuls. Tato pevná látka je
umístěna mezi dvěma elektrodami pod vysokým napětím. Je to vlastně
typ ionizační komory, která je místo plynem vyplněna krystalem.
Použitý krystal musí mít v zásadě tyto vlastnosti:
ˇ vysoký odpor, který zajišťuje sběr nábojů polem vysokého napětí a
snižuje šum ze zbytkových proudů
ˇ dovoluje prodloužit dobu životnosti vzniklých nábojů
ˇ umožňuje vysokou pohyblivost nábojů
ˇ má malou šířku zakázané zóny (předpoklad dobrého energetického
rozlišení)
ˇ velkou absorpční schopnost
Těmto podmínkám vyhovují polovodičové materiály jako křemík a
germanium. Tyto materiály jsou zpravidla driftované lithiem, které
napomáhá k záchytu dopadajících fotonů. Jejich stabilitu je však nutno
zajistit teplotami kapalného dusíku.
Si(Li) detektor je tvořen monokrystalem p-typu křemíku tloušťky
několik mm, který je pod napětím 300-1000 V. Vysoká koncentrace
Li atomů na jeho okrajích tvoří oblast n-typu, kdy z jedné strany je
kontakt zlatý a z druhé strany je tzv. Schootkyho bariéra (p-i-n dioda).
Při vstupu fotonu dojde ke vzniku mraku elektronových párů, jejichž
počet je přímo úměrný energii dopadajícího kvanta. Elektrony jsou
pak směrovány ven z krystalu díky rozdílu potenciálů na čítací obvod.
Na rozdíl od jiných typů detektorů, neexistuje zde žádné vnitřní
zesílení, takže výstupní signál je velmi slabý.
Výhodou těchto detektorů je možnost připojení na vícekanálový
analyzér, vysoká účinnost ve sběru pulsů a velké úhly při sběru dat.
Nevýhodou je dlouhá mrtvá doba.
Si(Li) krystaly pracují spolehlivě v oblasti asi 2-20 keV. V
krátkovlnné oblasti však ztrácejí na účinnosti a jsou nahrazovány
krystaly Ge(Li). Podmínkou je užití vysoce čistého germania, v
opačném případě se radikálně zvyšuje mobilita Li.
Problém chlazení kapalným dusíkem lze odstranit při použití
teluridu kadmia, který je schopen pracovat při pokojové teplotě, ale
jeho nevýhodou je poměrně vysoký šum.
Obrázek: Germaniové jádro Ge(Li) detektoru
Stopové detektory částic
Jsou látky v nichž těžká jádra či  záření vyvolávají mikroskopické
poruchy v jejich struktuře. Nejčastěji se používá slída, různá skla, či
organické polymery. Poruchy vznikají tím, že procházející částice
vytvářejí podél své dráhy v pevné látce vysoce ionizované atomy.
Tyto ionty se silně odpuzují a vzájemně vytlačují z původních poloh.,
čímž vzniká mikroskopická oblast s porušenou strukturou, tzv.
radiační stopa (válcový kanálek o průměru 1 ­ 10 nm). Lze je
zviditelnit chemickým leptáním, protože v místech poruch je ozářená
látka náchylnější k chemické korozi. Počet stop je přímo úměrný
počtu částic, které dopadly na detektor.
Stopové detektory se používají v dozimetrii  záření, zejména
k měření dávek záření způsobených radonem a jeho dceřinými
produkty. Lze je použít i k dozimetrii neutronů. Pro tento případ se
dozimetr překrývá fólií z uranu mírně obohaceného izotopem 235
U,
který se neutrony štěpí a štěpné fragmenty vyražené z fólie pak
vyvolávají poruchy v detektoru. Pokryje-li se detektor vrstvou boru,
lze neutrony registrovat prostřednictvím  částic vznikajících reakcí
10
B (n, ) 7
Li.
Stopové detektory se používají také k registraci těžkých iontů
v kosmickém záření a k měření dávek, kterým jsou vystaveny posádky
kosmických letů.
3.5.Biologické účinky IZ
Základní pojmy:
Dávka D: D = dE/dm [Gy]
Dávkový příkon : = D/t [Gy/s]D& D&
Ekvivalentní dávka HT: HT = wR * DTR [Sv]
Druh záření wR
fotony a elektrony všech energií 1
neutrony 10 keV 5
neutrony 10 ­ 100 keV 10
neutrony 0,1 ­ 2 MeV 20
neutrony 2 ­ 20 MeV 10
záření  20
Efektivní dávka Hf: Hf =  wT * HT [Sv]
Tkáň, orgán wT
gonády 0,20
červená kostní dřeň 0,12
tlusté střevo 0,12
plíce 0,12
žaludek 0,12
močový měchýř 0,05
mléčná žláza 0,05
játra 0,05
jícen 0,05
štítná žláza 0,05
kůže 0,01
povrchy kostí 0,01
Účinky IZ se projevují ve větší či menší míře u všech živých
organismů. Závažnost účinků závisí na dávce a druhu organismů.
Přímé účinky: změna biologicky důležité makromolekuly
(nukleových kyselin) přímým zásahem částicí IZ či sekundárními
částicemi
Nepřímé účinky: souvisí s radiolýzo vody (změny způsobené
radikály, peroxidem vodíku a hydratovaným elektronem (vysušené
enzymy vykazují menší poškození než roztoky enzymů)
Radiolýza vody: H2O+
+ H2O  OH + H+
aq
e-
+ nH2O  e-
aq
e-
aq  H + OH-
+ (n-1)H2O
H2O  H + OH
H + H  H2
OH + OH  H2O2
e-
aq + OH  OH-
HO2 + HO2 H2O2 + O2
Kyslíkový efekt: O2 + H  HO2
O2 + e-
aq  O2
-
Poškození na buněčné úrovni:
- změny ve struktuře a biosyntéze DNA
- chybná syntéza enzymů
- chybně syntetizované bílkoviny (chovají se cize a jsou toxické)
- změny v propustnosti buněčných membrán
- časem poruchy dělení, smrt buňky
Větší rozmnožovací schopnosti, malá diferencovanost = výraznější
poškození
Účinky IZ na lidský organismus
Nestochastické:
- projeví se po ozáření IZ během krátké doby
- je postiženo současně mnoho buněk
- nemohou se uplatnit všechny opravné procesy
- prahová dávka vyvolá poškození u 1 ­ 5% osob
Obr. 1
a) akutní nemoc z ozáření:
- jednorázové ozáření celého těla vysokými dávkami
- poškození krvetvorných orgánů, trávícího ústrojí a CNS
- ekvivalentní dávka 2 Sv
- projevuje se ve 3 fázích:
1) Nevolnost, skleslost, bolesti hlavy, zvracení, změny krevního
obrazu
2) Období latence ­ přechodné ustoupení příznaků, je tím kratší
čím větší byla absorbovaná dávka
3) Intenzivní rozvinutí počátečních příznaků + padání vlasů, vnitřní
krvácení, silná vnímavost vůči infekcím
- při ozáření ekvivalentní dávkou 6 Sv převládá hematologická forma
choroby (poškození krevní dřeně, krvetvorby, krvavé průjmy,
poruchy funkce střev)
- ozáření ekvivalentní dávkou 50 Sv: psychická dezorientace,
zmatenost, křeče, bezvědomí, smrt během hodin až dnů v důsledku
oběhového kolapsu, zástavy dýchání a poruch mozku
- pravděpodobnost úmrtí: 6 Sv 80%, 10 Sv 100%
- zlepšování stavu po 6 ­ 8 týdnech, uzdravení
- dlouhodobé následky (poruchy krvetvorby, poruchy funkce
pohlavních orgánů, neplodnost, zvýšená vnímavost k infekcím a
nádorovým onemocněním, trvalá slabost a únava)
b) lokální akutní poškození kůže:
- radiační dermatitida (zarudnutí až špatně hojitelné vředy)
- prahová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky)
c) poškození plodu:
- plod je nejcitlivější mezi 3. ­ 8. týdnem
- mikrocefalie (špatně vyvinutý mozek), oční defekty, rozštěp patra,
celkové zaostávání (mentální retardace, zakrslost)
- prahová dávka 0,05 Sv
d) poruchy plodnosti:
- přechodná aspermie (porucha v tvorbě spermií)
- prahová dávka 0,1-1 Sv, od 3Sv trvalá aspermie
- u žen dávka do 1,5 Sv bez odezvy, sterilita od cca 3 Sv
e) zákal oční čočky:
- dlouhá doba latence
- prahová dávka cca 1,5 Sv (výrazně závisí na frakcionaci dávky)
Stochastické:
- poškození malého počtu buněk (i jediné)
- projeví se po ozáření jednou či více podprahovými dávkami
- vznik nádorových onemocnění (l.d. 10 ­ 40 let), leukémie (l.d. 5 ­
20 let), genetické poškození další generace
- projeví se ve skupině náhodně
- pravděpodobnost vzniku poškození je tím menší, čím menší dávkou
byla skupina ozářena
- rostoucí dávka záření ovlivňuje pouze pravděpodobnost vzniku
poškození a nikoliv jeho závažnost
- lze odhalit jen sledováním velkého počtu osob
- 6400 osob v Hirošimě ozářeno ekvivalentní dávkou 1,2 Sv, za 25
let 11 případů leukémie navíc nad přirozený výskyt ve stejně velké
neozářené skupině
Díky opravným mechanismům je vznik poškození při malých dávkách
velmi málo pravděpodobný, přesto dosud převládá tzv. konzervativní
přístup:
- stochastické účinky ­ mutace jediné buňky
- závislost na dávce podprahová
- předpokládá sčítání dávek, ignoruje opravné procesy
Moderní přístup:
- buňka může poškození DNA opravit
- při ozáření dávkami pod 0,2 Gy nelze prokázat škodlivé účinky
(kromě ranného vývoje plodu)
- u lidí ozářených při bombardování atomovými bombami dávkami
menšími než 0,2 Gy zjištěna nižší úmrtnost na rakovinu a nebyl
pozorován vyšší výskyt leukémie
- britští radiologové s celoživotní dávkou 1-5 Gy, radiologitští
pracovníci 0,5 Gy: žádný výskyt rakoviny navíc
- 28 000 pracovníků britských loděnic ozářeno dávkou 0,005 mSv:
úmrtnost o 24% nižší
- kanadské ženy vyšetřované pomocí RTG na tuberkulózu, dávky
0,15 ­ 0,25 Gy: nižší úmrtnost na rakovinu
- Coloradská plošina, přirozené dávky záření 3x vyšší než USA
průměr: úmrtnost na rakovinu o 15% menší
Ochranný efekt:
- leukocyty ozářeny nejprve dávkou 0,02 Gy a pak 0,15 Gy ­
poloviční výskyt chromozových aberací než po samostatné dávce
0,15 Gy
Hormeze ­ stimulující účinky malých dávek IZ
- vyšší metabolická aktivita bakterií
- urychlení klíčení semen, vycházení, odnožování, růst, dřívější
květenství, dozrávání
- prodloužení života myší (celoživotně ozařovány 8h denně 1mGy)
- u lidí: léčivé účinky radioaktivních koupelí (Jáchymov)
- léčí se především: revmatismus, degenerativní změny obratlů, inf.
onemocnění nervového systému, poruchy vylučování k. močové,
poruchy při vylučování žluči játry apod.
Léčení pomocí IZ:
Teleterapie ­ dálkové ozařování především 60
Co (5*1013
­ 1015
Bq)
Kontaktní terapie ­ - zářič na povrchu těla (32
P či 90
Sr)
Brachyterapie ­ tělesnými dutinami se zářič zavede k nádoru
Endoterapie ­ vpravení radionuklidového zářiče do postižené tkáně
metabolickým procesem (štítná žláza Na131
I apod.)
Radioimunoterapie ­ RN je vázán na protilátku, selektivně se váže na
spec. antigeny a receptory v nádorových buňkách
Velikost dávek ­ cca 60 Gy (frakcionace po 2 Gy)
Nevýhoda  ozařování ­ ozařuje se i zdravá tkáň (různé směry
ozařování)
Současné trendy:
- ozařování urychlenými protony (vysoký lin. přenos energie na
konci dráhy, 180 MeV dosah 15cm), v Japonsku 12
C6+
- ozařování svazkem záporných pionů (nestabilní částice (doba
života 2,6.10-8
s), vznikají při ozařování terče protony o E > 500
MeV), po zpomalení dojde k zachycení v jádře a uvolnění 140
MeV = roztříštění jádra
- bórová terapie 10
B(n, )7
Li
Účinky IZ na hmyz:
- 100x odolnější než obratlovci, smrtelné dávky 103
­ 104
Gy
- nižšími dávkami lze hmyz sterilizovat
- radiační hubení hmyzu: potemník v obilí, při 100 Gy dochází ke
sterilizaci samečka ale k přímému usmrcení je třeba 5000 Gy
- ochrana starých dřevěných uměleckých předmětů (výhoda proti
chemické sterilizaci)
- hubení hmyzu ve volné přírodě: vypouštění sterilizovaných
samečků (nezanáší se do přírody insekticidy)
Účinky IZ na mikroorganismy:
- jsou velmi odolné, smrtelné dávky 103
­ 104
Gy
- radiační sterilizace: obvazový materiál, chirurgické potřeby,
injekční stříkačky, jehly, umělé srdeční chlopně, apod)
- radiační ozáření potravin: dávka 30 ­ 70 kGy, potraviny jsou
vakuované a zmrazené (masné výrobky) ­ potlačení vzniku
zapáchajících produktů radiolýzy
- jednotlivé země povolují ozařování různých druhů potravin
- nepovoluje se ozařovat čerstvé maso, ovoce a zeleninu
Účinky IZ na rostliny:
- pozorovaný účinek závisí na objemu chromozomů (objem jádra
připadajícím na jeden chromozom), na rychlosti růstu rostliny, na
frakcionaci dávky záření
- jednorázové ozáření: odolnější pomaleji rostoucí rostliny
- chronické ozařování: odolnější rychleji rostoucí rostliny
- jehličnaté dřeviny: zpomalení růstu při 0,01 ­ 0,1 Gy/den
- ostatní rostliny: zpomalení růstu při 1-100 Gy/den
- radiační šlechtění: ozáření semen 100 ­ 1000 Gy, vznik mutací,
část užitečných (odrůda obilí s většími výnosy a odolnější vůči
chorobám apod.)
LD50 v Gy pro RTG a  záření:
Ostatní účinky IZ:
- odstraňování statické elektřiny (ionizace vzduchu  zářením 210
Po
či 241
Am)
- ionizační hlásiče kouře (241
Am o malé aktivitě + ionizační detektor
záření, kouř mění ionizační proud)
- radionuklidové baterie využívají tepelných účinků IZ (absorpce  a
 záření v látce), tepelnou energii převádí na elektrickou (238
PuO2
v kardiostimulátorech (g) či družicích (kg), poločas 86 let, použití
asi 20 let, nevzniká : 238
Pu  234
U + )
- radionuklidové světelné zdroje jsou založeny na emisi viditelného
světla při absorpci IZ v některých látkách (kdysi 226
Ra a ZnS), dnes
 zářiče 3
H, 85
Kr, 147
Pm, signalizační lampy, číselníky hodinek a
měřící přístroje apod.
- barvení skel: ozařování dávkami 1 kGy, vytvářejí se poruchy
absorbující viditelné světlo, trvanlivost desítky let (měření dávek),
zkracuje se za vyšších teplot
4. Radioaktivita a IZ v životním prostředí
Ozáření člověka z přírodních a umělých zdrojů ionizujícího záření:
http://www.suro.cz/cz/rms/svz/ter/index.html
Působení radioaktivních nuklidů v životním prostředí na člověka:
Efektivní poločasy a kritické orgány pro některé radioaktivní nuklidy:
Tef = T1/2 * Tb / (T1/2 + Tb)
4.1.Kosmické záření a kosmogenní RN
Primární složka kosmického záření ­ 85% protonů,  12,5 %,
elektrony, těžší jádra od Li po Fe (rozlišuje se galaktická a solární),
intenzita ­ 10 000 na cm-2
. s-1
, energie ­ 109
­ 1020
eV
Sekundární složka kosmického záření ­ protony, neutrony, piony,
lehká jádra (2
H, 3
H) a fotony (až 10 MeV), jaderné reakce ­ vznik
kosmogenních radionuklidů
Na povrch dopadá:
- tvrdá složka KZ, miony až 600MeV, protony do 400 MeV, piony ­
proniká až 1km pod zem
- měkká složka KZ, elektrony, pozitrony, fotony, protony s nízkou
energií, lze odstínit cca 10 cm olova
Intenzita KZ závisí na zeměpisné šířce a nadmořské výšce:
Průměrná roční ekvivalentní dávka z KZ: 380 Sv
Průměrná ekvivalentní dávka za 600 letových hodin (n a  sekundární
složky):
10 km ­ 4mSv
12km ­ 7,5 mSv
Posádky orbitálních stanic (primární KZ, záření z Van Allenových
pásů): 100 ­ 500 Sv/den (6,5 Sv/den z přír. zdrojů)
Při meziplanetárních letech je riziko menší (nejsou tam Van Allenovy
pásy), nebezpečná těžká jádra wR = 10-15 (Apollo 11 podivné
záblesky ­ těžké částice v očích)
Kosmogenní RN:
- vznikají jadernými reakcemi v atmosféře
- nejvýznamnější je 14
N(n, p)14
C
- v atmosféře se 14
C rychle oxiduje na 14
CO2, dostává se do rostlin a
živočichů (A = 2,5 kBq v lidském těle)
- tritium vzniká např. reakcí 14
N(n, t)12
C, oxiduje se na H3
HO,
aktivita u pólu 5 Bq/l, na rovníku 0,06Bq/l, zde asi 0,6 Bq/l
4.2. Přírodní RN s dlouhým poločasem
rozpadu
- zemská kůra obsahuje asi 30 RN
- významné jsou pouze 232
Th a 238
U a jejich produkty přeměny a 40
K
40
K:
- zastoupení v K 0,012 %
- průměrná měrná aktivita v horninách 313 Bq/kg
- aktivita v zemské kůře je větší než všech přírodních radionuklidů
dohromady
- podílí se na zevním i vnitřním ozáření lidského organismu (součást
těla 22 ­ 76 kBq/70kg, horniny, stavební materiály)
- aktivita v potravinách 20 ­ 240 Bq/kg
U a Th:
- 1kg zemské kůry průměrně obsahuje 6mg U (70 Bq/kg) a 12 mg Th
(50 Bq/kg)
- Th je v horninách pevně vázán ale U se oxiduje na UO2
2+
a luhuje
se vodou (5.10-7
­ 3.10-5
g/l)
- důležitý je i 226
Ra (je v rovnováze s 238
U),  rozpadem vzniká 222
Rn
(riziko rakoviny plic), 226
Ra se po požití ukládá v kostech (homolog
Ca) a ozařuje krvetvornou tkáň, Ra se z hornin luhuje vodou (3.10-
14
­ 2.10-13
g/l)
- Jáchymovské prameny obsahují velmi mnoho Ra (0,7 ­ 18,5
MBq/m3
), používají se k léčebným účelům
Z 230 Sv (průměrná dávka z vnitřního ozáření) připadá 200 Sv na
40
K, 5 Sv na 226
Ra, zbytek připadá na další produkty přeměny 238
U a
232
Th.
Spalování uhlí:
- průměrná měrná aktivita uhlí 70 Bq/kg
- v popílku cca 550 Bq/kg
- pro kritickou skupinu obyvatel 10-50 Sv/rok (1-5 % dávky
z přírodních RN)
4.3. Radon
Vzniká přeměnou 232
Th, 235
U a 238
U, významný je jen 222
Rn (T1/2 = 3,8
dne) vznikající přeměnou 238
U
Zdrojem radonu je především půda (40 Bq/kg). Ten pak dále
difunduje z půdy ven (do domů, dolů, do atmosféry)
Do domů vniká nasáváním půdního vzduchu, především v zimě.
Stavební materiály produkují minimum radonu. Vyjímka: domy Start
postavené z tvárnic ze škváry z uhelných elektráren, uhlí obsahovalo
uran (1 - 4 kBq/kg).
Radonový program ­ měření radonu v 95 000 domech v letech 1991 ­
1996
A (Bq/m3
) 200-300 300-600 600-1000 >1000
počet domů 6020 6152 1592 580
V současnosti měření pozemků před stavbou a stanovení radonového
indexu (dříve radonové riziko). Závisí nejen na množství uranu
v podloží ale i na propustnosti půd.
Průměrná hodnota v domech: 40 Bq/m3.
Ve volném prostoru: 10 Bq/m3.
Zdrojem radonu může být i voda ve které je rozpustný, uvolňuje se až
při vyšších teplotách (koupelny!).
Méně významné zdroje:
- spalování fosilních paliv
- zemní plyn (většinou ale vymře dřív než se dostane ke spotřebiteli)
Riziko radonu:
- riziko nepředstavuje radon (vydechuje se) ale produkty přeměny
(218
Po, 214
Pb, 214
Bi a 214
Po), jsou to  a  zářiče.
- adsorbují se na aerosoly a ty se pak usazují v plicích a ozařují plicní
epitel (kouření snižuje riziko plynoucí z ozáření plic radonem),
ovšem u kuřáků působí vliv kouření a radonu synergicky
- u nižších dávek neodpovídá riziko bezprahovému modelu ale
uplatňuje se hormeze ovšem v menší míře než u vnějšího ozáření
- rakovina plic způsobená kouřením 80 % případů; radonem 10-15 %
případů
Směrné hodnoty pro provedení zásahů (dříve přispíval stát,
v současnosti na vlastní náklady):
Ekvivalentní objemová aktivita
radonu (Bq/m3
)
Přiměřený typ zásahu
200 ­ 300 jednoduchá opatření: zvýšení
přirozeného větrání, případně
zavedení nucené ventilace
300 ­ 600 složitější opatření: středně
nákladné stavební úpravy, nucená
ventilace
600 ­ 2000 zásadní stavební úpravy objektu
> 2000 vyloučení pobytu osob
4.4. Jaderné elektrárny
Množství RN vypouštěných z JE se uvádí jako celková aktivita, měrná
aktivita (Bq/MW, Bq/m3
)
Radioaktivita převážně v chladící vodě (tlakovodní reaktory):
- jod, cesium, vzácné plyny ­ únik mikrotrhlinami z palivových tyčí
- tritium ­ vzniká ve vodě reakcemi: 2
H(n, )3
H a 10
B(n, 2)3
H (1010
­ 1011
Bq/m3
)
- 51
Cr, 54
Mn, 59
Fe, 58
Co a 60
Co ­ nejvýznamnější RN pocházející
z konstrukčních materiálů reaktoru a vznikající reakcemi (n, ) tzv.
korozivní produkty
Chladicí voda se filtruje a vede přes iontoměniče. Uvolňují se izotopy
vzácných plynů a přes vymírací nádrž se postupně dostávají do
atmosféry (85
Kr (10%) T1/2 = 11 let a 133
Xe (90%) T1/2 = 5 dnů).
Odpadní voda kromě stop korozivních produktů obsahuje i tritium.
Stejné výpustě produkují i závody na přepracovávání jaderného paliva.
Současný průměrný obsah 85
Kr je 1 ­ 2 Bq/m3
.
Mezinárodní doporučení: Ekolektivní < 40mSv/MW (pro kritickou
skupinu obyvatel, ve skutečnosti cca 1%)
Uhelná elektrárna: na 1GW za rok 3 milióny tun uhlí vyprodukuje 7
miliónů tun CO2, 120 000 tun SO2, 20 000 tun oxidů dusíku a 750 000
tun popílku
Jaderná elektrárna: na 1GW za rok 30 tun paliva (snadná doprava),
cca 1% množství CO2 z uhelných elektráren.
Obsah izotopů jodu (indikátor netěsnosti pokrytí palivových elementů)
v plynných výpustech ve větracích komínech z elektrárny Dukovany:
Limitní a skutečná aktivita plynných výpustí z jaderné elektrárny
Dukovany v roce 1997:
4.5.Havárie jaderných reaktorů
- v minulosti řada nehod a havárií
- pouze u třech (4) uniklo větší množství radioaktivních látek mimo
elektrárnu
MAAE přijala v roce 1991 mezinárodní stupnici pro hodnocení
jaderných nehod. Stupnice má sloužit především k rychlému
informování veřejnosti o závažnosti nehod:
0. Událost pod stupnicí (Below scale)
Situace, při kterých nebyly překročeny provozní limity.
1. Odchylka (Anomaly)
Funkční, nebo provozní odchylky. Nepředstavují riziko, ale odhalují
nedostatky bezpečnostních opatření.
2. Porucha (Incident)
Technické poruchy, nebo odchylky, které neovlivňují přímo chod a
bezpečnost elektrárny, ale mohou vést k následnému přehodnocení
bezpečnostních opatření.
Mihama-2, jaderná elektrárna, Japonsko, 1991
Pickering A-B, jaderná elektrárna, Kanada, 2003
3. Vážná porucha (Serious accident)
Únik radioaktivních látek mimo elektrárnu nad povolené limity.
Individuální dávka pro obyvatele v blízkosti elektrárny je řádově 0,1
mSv. Personál je nadměrně ozářen (přes 50 mSv).
Vandellos, jaderná elektrárna, Španělsko, 1989
Davis Besse-1, jaderná elektrárna, USA, 2002
Paks, jaderná elektrárna, Maďarsko, 2002
4. Havárie s účinky v jaderném záření (Accident mainly in
instalation)
Malý únik radioaktivity mimo elektrárnu, individuální dávka pro
obyvatele je řádově 1 mSv. Aktivní zóna reaktoru je částečně
poškozena. Ozáření pracovníků elektrárny může vést k okamžitým
zdravotním následkům (řádově Sv, nemoc z ozáření).
Jaslovské Bohunice, ČSSR, 1972
Windscale Pile, Přepracovatelský závod, Velká Británie, 1973
Saint Laurent, jaderná elektrárna, Francie, 1980
Tokaimura, závod na výrobu paliva, Japonsko, 1999
5. Havárie s účinky na okolí (Accident with off-site risks)
Únik radioaktivity (100 až 1000 TBq 131
I, nebo jiných, podobně
biologicky účinných izotopů ) mimo elektrárnu. Velká část zóny
reaktoru poškozena tavením. Evakuace blízkého obyvatelstva.
Windscale, Velká Británie, 1957
Three Miles Island, USA, 1979
6. Závažná havárie (Serious accident)
Únik radioaktivity (1000 až 10 000 TBq jódu, nebo jiných, biologicky
podobně účinných látek) mimo elektrárnu. K omezení účinků je třeba
provést místní havarijní plán.
Kyštym, Přepracovatelský závod, SSSR, 1957
7. Velká havárie (Major accident)
Únik radioaktivních látek mimo elektrárnu je větší než 10 000 TBq
různých izotopů. Možnost okamžitých zdravotních následků.
Dlouhodobé následky pro životní prostředí.
Černobyl, SSSR, 1986
Jaslovské Bohunice (4), ČSSR, 1972:
- do reaktoru byl zaveden palivový článek, ucpaný silikagelem
(zabraňoval zvlhnutí článku)
- ucpaným palivovým článkem nemohl proudit chladící plyn a téměř
nechlazené těleso se začalo tavit
- vysoká teplota způsobila poškození nádoby s tlakovou vodou, ta se
dostala do primárního okruhu a způsobila rychlou erozi povlaků
palivových článků a tím i uvolnění radioaktivních látek
- radioaktivita zamořila i sekundární okruh, všechny radioaktivní
látky však zůstaly uvnitř elektrárny, nikdo z obsluhy nebyl zraněn,
ani ohrožen.
Windscale (5), Velká Británie, 1957
- grafitový reaktor, chlazený vzduchem
- sloužil výhradně k produkci plutonia pro vojenské účely
- ráno 8. října došlo vinou nepozornosti obsluhy k přehřátí několika
palivových článků
- následovalo vznícení povlaků z hořčíkové slitiny
- požár se podařilo uhasit za čtyři dny
- uvolněné radioaktivní látky (133
Xe, 85
Kr, 131m
Xe, 131
I, 132
Te, 137
Cs,
89
Sr, 106
Ru, 144
Ce)se přes komín rozptýlily nad Anglii, Wales a
severní Evropu
- uniklo 13 500 TBq radioaktivních látek, největší dávkový příkon
40Gy/h 1,5 km od reaktoru po směru větru
- rychlý zásah zdravotnických organizací zabránil rozšíření 131I (T1/2
= 8 dnů)
- na území o rozloze 520 km2
v okolí Windscale byl vyhlášen zákaz
spotřeby mléka, který byl odvolán po 44 dnech
- dávky obyvatelstvu v nejbližším okolí se pohybovaly mezi 5 a 60
mSv
- provoz elektrárny už nebyl obnoven
- ve své době havárie nevzbudila prakticky žádnou pozornost,
přestože její dopad na obyvatele byl oproti nehodě v Three Mile
Island mnohem větší
http://www.suro.cz/cz/rms/svz/ter/index.html
Three Miles Island (5), USA, 1979
- blok 2 jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem o tepelném
výkonu 2772 MW byl necelý rok starý
- havárii zahájil výpadek jednoho ze dvou
parogenerátorů elektrárny
- po havarijním odstavení reaktoru začal pomalý únik chladící vody z
chladícího okruhu
- příčinou byl zaseknutý ventil, únik nebyl včas odhalen
- ztráta veškerého chladiva vedla k tavení aktivní zóny
- plné odstranění následků havárie trvalo týden, neboť se v horní
části reaktoru vytvořila obtížně odstranitelná bublina, obsahující
vodík, která bránila bezpečnému ochlazování aktivní zóny
- únik radioaktivity mimo elektrárnu byl velice nízký a nevyžadoval
žádná zvláštní opatření (133
Xe, 131
I), v blízkém okolí elektrárny byla
maximální dávka 1mGy
- přesto však byla nehoda zařazena do třídy 5, vzhledem k silnému
poškození elektrárny a vysokému zamoření aktivní zóny, reaktor
byl natrvalo vyřazen z provozu
- účinek na veřejnost byl ale mnohem větší než v případě Windscale,
americká média totiž o nehodě obšírně informovala
(senzacechtivost reportérů, panika, dopravní kolaps)
- celosvětové přehodnocení koncepce jaderné bezpečnosti, revize
stavu mnoha reaktorů
Kyštym (6), Přepracovatelský závod, SSSR, 1957
- znečištění tisíců čtverečních kilometrů na Středním Uralu v Rusku,
způsobila patrně stovky lidských ztrát
- veškeré zprávy o ní však byly zamlčeny
- Čeljabinsk-40, závodu na produkci plutonia, asi 16 kilometrů
východně od průmyslového města Kyštym na jižním břehu jezera
Kyzyl-taš
- vědci byli pod silným nátlakem, aby vyrobili dostatek plutonia,
které by umožňovalo provedení zkoušky první sovětské bomby
před Stalinovými sedmdesátinami v prosinci 1949, (bomba byla
nakonec přivedena k explozi v srpnu toho roku)
- k nehodě téměř jistě došlo koncem prosince 1957 či začátkem ledna
1958, protože 9. ledna 1958 radio Moskva věnovalo značnou část
vysílacího času informacím o nemoci z ozáření a detailnímu
seznamu preventivních opatření
- 100 km od Sverdlovska výstražná tabule u cesty varovala řidiče,
aby následujících třicet kilometrů nezastavovali a jeli maximální
rychlostí se zavřenými okénky (Profesor Leo Tumerman 1960)
- města z asi sto kilometrů dlouhého sektoru tvaru písmene L zmizela
= masový přesun obyvatelstva
- nejpravděpodobnější vysvětlení je běžná chemická exploze
způsobená nahromaděním plynů okolo horkého nukleárního
odpadu
Tehdejší stav:
1. Voda, používaná od roku 1950 k chlazení reaktorů, silně
kontaminovaná průtokem děravými palivovými tyčemi, byla
vypouštěna do řeky Teča a tak se kontaminace rozšiřovala;
2. Vegetaci v okolí 20 km okolo zařízení zničily kyselé deště. K
extrakci 239
Pu z ozářených palivových článků byla používána
kyselina dusičná a vzniklé oxidy dusíku, jod a xenon byly odváděny
ze zásobníků do atmosféry, kde z nich vznikaly nebezpečné a patrně
radioaktivní kyselé deště;
3. Sověti ukládali svůj nukleární odpad spíš v otevřených nádržích než
v uzavřených cisternách. Po odpaření tekutiny se tak dno nádrže
mohlo pokrýt vysoce radioaktivním prachem, který mohl být
rozptýlen silnějším větrem.
- v šedesátých letech bylo do oblasti dopraveno "komando smrti"
tvořené vězni, kteří na kontaminovanou plochu rozprostřeli na tři
stopy vysokou vrstvu písku a hlíny
- tato zpustošená krajina, ohrazená a přejmenovaná na "Čeljabinský
celosvazový radiologický manévrovací a cvičný prostor", byla pak
používána jako cvičný prostor pro tankové oddíly
- v prosinci 1988 došlo také k prvnímu oficiálnímu sovětskému
doznání o nehodě v Kyštymu
Černobyl (7), SSSR, 1986
- ukrajinská Černobylská elektrárna s vodou chlazenými reaktory
typu RBMK (grafitový moderátor) o tepelném výkonu 3200 MW
(elektrický 950 MW)
- 25. dubna, 1986 bylo zahájeno plánované odstavení 4. bloku
elektrárny
- před odstavením měl být proveden experiment který měl ověřit, zda
bude elektrický generátor (poháněný turbínou) schopen dodávat
proud po rychlém uzavření přívodu páry a při svém setrvačném
doběhu ještě zhruba 40 vteřin napájet čerpadla havarijního chlazení
Průběh experimentu
13:05:00
Výkon reaktoru byl snížen na polovinu a byl odstaven turbogenerátor.
Krátce poté byl odpojen systém havarijního chlazení, aby nezačal
fungovat během experimentu.
23:10:00
Při snižování výkonu došlo k neobvyklé události. Chybou operátora
výkon prudce klesl na 30 MW. Reaktor je v tomto režimu značně
nestabilní a operátoři měli v tomto okamžiku experiment ukončit a
reaktor definitivně odstavit. Rozhodli se však v experimentu
pokračovat.
01:23:04
Reaktor byl stále nestabilní, operátoři se pokusili stabilizovat jej a
zvýšit výkon, což se jim nepodařilo ani za použití regulačních tyčí.
01:23:20
Byl zablokován havarijní signál, který by po uzavření přívodu páry na
turbínu automaticky odstavil reaktor. Pak operátoři odstavili přívod
páry.
01:23:40
Operátoři dali signál k havarijnímu odstavení reaktoru, ale účinek byl
příliš pomalý na to, co se v reaktoru dělo
01:23:44
V části reaktoru došlo k ,,akutnímu neutronovému energetickému
šoku". Během čtyř sekund stoupl výkon čtvrtého bloku stonásobně.
Část paliva rozložila a vypařila chladicí vodu. Výbuch (1) páry roztrhl
tisícitunový příklop čtvrtého bloku. Žhnoucí trosky padaly na okolní
budovy a založily přes třicet požárů. Další voda reagovala s do
červena rozpáleným grafitovým jádrem reaktoru o hmotnosti 1 700
tun, při čemž vznikal plynný vodík, který během sekundy detonoval (2)
a vymrštil radioaktivní odpad a radionuklidy do výše přes 1,5
kilometru do ovzduší.
02:20:00
Požár byl lokalizován a za 3 hodiny později uhašen za cenu životů
hasičů hasičů a pracovníků elektrárny, kteří utrpěli většinou těžké
popáleniny z ozáření (31).
- po deseti dnech velkého úsilí se podařilo dostat jádro reaktoru zpět
pod kontrolu
- helikoptéry shodily na otevřené jádro reaktoru více než 5 000 tun
olova, bóru a jiných materiálů
- z reaktoru uniklo od okamžiku výbuchu do 6. května 1986 asi 4%
radioaktivních látek přítomných v reaktoru (2.1019
Bq)
- nejvíce kontaminováno bylo nejbližší okolí elektrárny
- 30 000 km2
> 185 kBq/m2
- 200 000 osob se podílelo na likvidaci havárie, průměrná dávka 100
mSv
- z 237 osob se u 134 projevila akutní nemoc z ozáření, 28 zemřelo
do 3 měsíců (26 radiační poškození kůže a poškození sliznic
dýchacího ústrojí (tzv. horké částice, lokálně až 100 Gy), 2
zahynuly při explozi, 1 na infarkt
- během dalších měsíců zemřelo ještě 14 osob ale souvislost z havárií
nebyla prokázána
- osoby které přežily vysoké ozáření trpí řadou potíží včetně
psychických poruch
- ke konci roku 1995 800 případů rakoviny štítné žlázy navíc (3
smrtelné), očekáváno objevování případů ještě několik desetiletí
- podle konzervativního modelu odhadnuto že mezi 7,2 mil. obyvatel
bude 470 smrtelných případů leukémie navíc (norm. 25 000), 6600
výskytů rakoviny za 85 let (norm. 870 000)
- u 200 000 osob 200 případů leukémie navíc (norm. 800), zatím
nepozorováno
- obyvatelé však nebyli včas a správně informováni o rozsahu a
následcích výbuchu, evakuace začala až několik hodin po výbuchu
- nejbližší okolí elektrárny je uzavřenou zónou dodnes
- dnes již radioaktivita v okolí elektrárny poklesla a tak se někteří
důchodci vracejí do svých domů
- protože foukal severní vítr (naštěstí pro Kyjev), radioaktivní mrak
se vydal do Běloruska
- zasáhl celých 75 % jeho území
- dodnes je zamořeno 25% běloruského území
- v ČR průměrná dávka za 1. rok cca 0,3 mSv
- následující rok vzrostla koncentrace 137
Cs v potravinách, pak rychle
klesala
- u hub 1985 1kBq 137
Cs na 1kg sušiny, 1986 40 kBq na 1 kg sušiny
4.6.Nehody při práci s radioaktivními látkami
Nehoda 1.
- Harry K. Daghlian Jr. (1921-1945) student fyziky na Pudue
University
- do Los Alamos přišel na podzim v r. 1943 a pomáhal zde s instalací
cyklotronu, na jaře 1944 se stal členem skupiny provozující malý
výzkumný varný reaktor v Los Alamos, později přešel do "Critical
Assembly Group" (chování Pu a 235
U v blízkosti kritického stavu a
testovala konstrukci plutoniové nálože pro pokusný výbuch Trinity
v Alamogordo)
- Daghlian prováděl experimenty s koulí plutonia (6.2 kg)
obklopenou cihličkami karbidu wolframu: účelem experimentu
bylo zjistit praktické uspořádání vnitřku plutoniové bomby
- ráno 21. srpna 1945 sestavil kolem plutoniové koule krychli z
karbidových cihliček o hraně 38 cm: toto uspořádání vede ke
kritickému stavu ještě před dokončením šesté vrstvy cihliček
- odpoledne jiné uspořádání, tentokrát měla krychle hranu 31 cm a
uspořádání se blížilo kritickému stavu při dokončení páte vrstvy
cihliček
- stále nevyřešen úspěšný kritický design obklopující plutoniovou
kouli
- večer (21:30) se Daghlian vrátil do laboratoře, přestože provádění
nebezpečných pokusů po pracovní době a o samotě bylo proti
předpisům
- v laboratoři: vojín Robert J. Hemmerly (četl noviny)
- strážnému Daghlian připadal trochu nervózní, úkolem strážného ale
bylo hlídat plutonium
- Daghlian vyndal plutoniovou kouli z trezoru a začal kolem ni stavět
krychli z cihliček karbidu
- řídil se hlasitým tikáním přístrojů (Geiger-Müller)
- dokončil asi polovinu pátě vrstvy a téměř přiložil další cihličku
doprostřed vrstvy, přesahující nyní vrchol plutoniové koule, když
ho prudký vzrůst tikání Geigeru upozornil, ze se systém blíží
kritickému stavu
- rychle ucuknul, a těžká karbidová cihlička mu vypadla z ruky a
trefila se přímo doprostřed nedokončené krychle s plutoniem uvnitř
- Daghlian reflexivně smetl cihlu na zem
- ucítil v pravé ruce mírné svrbění, když ji vnořil do modré záře
obklopující plutoniovou kouli
- modré světlo zhaslo, bylo 21:55 večer
- Hemmerly seděl u stolu vzdáleného asi 3,7 m od místa nehody,
otočený zády, náhlý přechod tikání Geigeru na soustavné vrčení,
modrý záblesk a bouchnutí těžké cihličky smetené na podlahu
upoutaly jeho pozornost - otočil se a viděl, jak Daghlian stojí nad
experimentem, celý bezradný
- Daghlian pak demontoval havarovaný experiment do stabilnějšího
uspořádání a informoval Hemmerlyho o vzniklé situaci
- Daghlian byl odvezen do nemocnice
- Hemmerly informoval svého nadřízeného o havárii a byl také
hospitalizován
- plutoniová koule přežila havárii bez poškození, žádný radioaktivní
materiál se nerozptýlil po laboratoři, laboratoř měla tlusté stěny
(1,5 m zdiva), které ochránily ostatní lidi v budově před radiací
- Hemmerly byl v nemocnici na pozorování jen dva dny: krátkodobě
zvýšený počet leukocytů
- strávil několik týdnů v rekonvalescenci, neprojevily se u něj žádné
příznaky nemoci z ozáření, po 2 měsících se vrátil do služby
- efektivní dávka činila cca 0,32 Sv, během následujících 4 let se mu
narodily dvě zdravé děti, kromě nadváhy a mírné hypertenze byl
celkem zdráv, zemřel ve věku 62 let na leukémii
- efektivní dávka u Daghliana činila přibližně 5,9 Sv, distribuce byla
velmi nerovnoměrná - nejvíce ozářeny byly jeho ruce a horní
polovina těla, levá ruka byla ozářena ekvivalentní dávkou přibližně
50 - 150 Sv, pravá ruka - která shodila karbidovou cihličku a
přerušila tak řetězovou reakci - obdržela ekvivalentní dávku 200 -
400 Sv
- pravá ruka začala okamžitě otékat a byla necitlivá na dotyk
- prudká a neustávající nevolnost, záchvaty dávení a zvracení se
dostavily 90 minut po nehodě
- nevolnost přetrvávala více než dva dny, během nichž zvracení
vystřídalo prudké neustávající škytání
- po dvou dnech se vrátila chuť k jídlu, avšak brzy se dostavily další
vážné příznaky
- 2. dne po nehodě se na prsteníku pravé ruky objevil malý puchýřek
a nehtová lůžka nabrala šedomodrý odstín - příznak špatného
krevního oběhu
- během následujícího dne se na pravé ruce vyvinulo množství
puchýřů na dlani, hřbetu ruky a mezi prsty, puchýře se rychle
zvětšovaly a bolestivě se nadouvaly tekutinou
- kůže na levé ruce a na břiše také začala postupně rudnout
- pro úlevu bolesti lékaři otevřeli puchýře, odstranili odumřelou tkáň
na pravé ruce a provedli paravertebrální blokádu na pravé straně
- odstraňování nekrotické tkáně a otvírání puchýřů se opakovalo
každé 3-4 dny, rány byly zakryty gázou napuštěnou vazelínou
- pacient dostával morfin, kodein a také velké dávky penicilinu
- postupně se jeho celá pravá ruka pokryla puchýři a její barva se
změnila na zlověstně modro-purpurovou už během čtvrtého dne
- léky proti bolesti neměly dostatečný účinek, postižené ruce byly
proto chlazeny ledem
- rozsah ozáření začal být zjevný s pokračujícím zrudnutím kůže,
které postupně pokrylo obě paže, krk a přední část trupu,
následovalo loupání vrstev pokožky (desquamace) na postižených
místech
- 10. den po nehodě Daghlian pocítil nevolnost a bolesti břicha při
jídle, břicho bylo oteklé a citlivé na pohmat
- prudké břišní křeče se zhoršovaly, avšak po několika dnech náhle
pominuly, od dvanáctého dne až do smrti však pacient trpěl
konstantním průjmem
- 15. den obdržel pacient krevní transfůzi, pacient byl bledý, jeho
kůže byla studená a zvlhlá, ačkoli jeho teplota (v konečníku) byla
40,6 °C, tep byl velmi rychlý a povrchní (250 tepu/min,
tachykardie), krevní tlak poklesnul na 70/50
- podávání léků ani další léčba nepomáhaly, epizoda trvala do
následujícího dne, kdy se stav upravil sám od sebe
- další transfůze a intravenózní tekutiny již nebyly podávány, z
obavy, že by mohly navodit další srdeční epizodu, navíc kvůli
desquamaci (odlupování kůže) byly cévy na rukou a krku
nepoužitelné pro intravenózní aplikace
- ošetřování pacienta se zaměřovalo pouze na tišení příznaků (morfin,
kodeinu, penicilin, chinidinu, podávání vitamínu (B1) a dietní
strava), chlazení popálenin ledem, odstraňování puchýřů a
odumřelé tkáně a zavádění trubic do střev
- několik dní před smrtí pacient začal blouznit a poslední den upadl
do bezvědomí
- jeho vzezření se drasticky změnilo díky postupujícímu hubnutí,
které začalo šestého dne a pokračovalo stále rychlejším tempem,
úplně ztratil kůži na břiše a spodní polovině hrudníku, chlupy na
ramenou, vousy ve tváři a vlasy na spáncích
- Daghlian zemřel 15 září 16:30, 25 dnů po nehodě
- úmrtní list uvádí jako příčinu smrti "rozsáhle popáleniny horních
končetin a trupu"
Nehoda 2.
- Louis P. Slotin (1910-1946) vystudoval chemii a fyziku na
University of Manitoba v Kanadě
- pokračoval ve studiu biochemie na King's College v Londýně
- od r. 1937 byl asistentem na University v Chicagu a věnoval se
práci s cyklotronem, která po příchodu Fermiho do Chicaga
nakonec vedla k Slotinově účasti na Projektu Manhattan
- během války Slotin pracoval v Oak Ridge, kde se zabýval
experimenty s prvním výkonným jaderným reaktorem, postaveným
pro výrobu plutonia
- koncem roku 1944 přijel do Los Alamos a pracoval zde se štěpným
materiálem
- byl schopný, nebojácný při práci s radiací, v Chicagu před válkou
Slotin se svými kolegy postavili cyklotron vlastníma rukama,
včetně letováni obvodu osciloskopu ze základních součástek, a
dokonce pokládání kabelu a betonování základu v suterénu budovy
- na svém cyklotronu Slotin mimo jiné také vyráběl malá množství
14
C a jeho spolupracovníci krmili tímto značeným uhlíkem pokusná
zvířata - holuby (pro radiobiologické pokusy se používala pouze
játra pokusných zvířat), Slotin byl jediný z celé skupiny, který ty
radioaktivní holuby jedl (z finanančních důvodů?), občas to v práci
nabízel ostatním :-)
Slotin rád šokoval své kolegy:
Při jednom experimentu na grafitovém reaktoru v Oak Ridge
bylo zapotřebí provést změnu uspořádání experimentu. Jenže celé
experimentální zařízení bylo ponořeno v nádrži s vodou pod
reaktorem; voda sloužila jako moderátor zpomalující neutrony.
Přerušení experimentu mělo trvat nejméně celý víkend - naplánována
byla odstávka reaktoru a vypumpování nádrže. V pondělí se Slotinův
šéf ke své hrůze dozvěděl, že Slotin už ten experiment předělal ­ s
reaktorem za chodu. Slotin se ponořil do nádrže a experiment
bleskově upravil pod hladinou - spočítal si totiž, že největší dávka z
reaktoru pochází z gama záření a dostatečně tlustá vrstva vody gama
záření odstíní. A když se trochu sníží výkon reaktoru, výsledný
neutronový tok v ozařovací nádrži pod reaktorem nebude až tak silný,
takže tam bude možné pod hladinou "chvilku vydržet".
- V Los Alamos byl Slotin jeden z nejdůležitějších lidí v "Critical
Assembly Group", (experimentálním zkoumáním uspořádání
štěpného materiálu uvnitř jaderné bomby).
- experimenty se štěpným materiálem se často úmyslně přivedly až
na samotný okraj rozjezdu lavinovité řetězové reakce ("lechtání
draka pod ocasem")
- budovu Omega stála daleko od Los Alamos, uvnitř kaňonu a
oddělená byla od města několika kaňony a náhorními plošinami
- spouštění kusu 235
U (v podobě hydridu uranu) skrz větší,
subkritický kus z téhož materiálu (krátkodobé překročení kritického
množství, měření radiace od štěpných produktů)
- odraz neutronů od materiálu obklopujících plutonium v těsně
podkritickém stavu
- Slotin: bravurní experimentátor, učil ostatní techniku zacházení se
štěpným materiálem, vše se dělá ručně (nedostatek času), provedl
stovky kritických experimentů, sestavil vnitřek 1. atomové bomby
(Trinity, Alamogordo, Nové Mexiko), podílel se na stavbě bomby
svržené na Nagasaki
Slotin montuje první atomovou bombu Trinity:
- první vážná nehoda v budově Omega 21. srpna 1945 způsobila smrt
studenta Harry K. Daghliana, Slotin svému příteli dělal společnost
v nemocnici, po Daghlianově smrti Enrico Fermi varoval
Slotina: "Pokud si budeš takhle zahrávat, do roka bude po tobě!"
- 21.5.1946 - po konferenci, vzal Luis Slotin ostatní šéfy z Los
Alamos na exkurzi laboratoří, návštěvníci si prohlédli laboratoře a
zase odešli, jen Alan Graves ­ nástupce, který měl po Slotinovi
převzít jeho skupinu - řekl, že ještě nikdy neviděl kritický experiment
- S. A. Kline, student fyziky, se chtěl také podívat, ve stejné době ve
speciální tlustostěnné, stíněné laboratoři v budově Omega, pracovalo
dalších pět fyziků
- všichni se zájmem pozorovali, jak se Slotin chystá předvést pokus
(systém se přivede až na samotnou hranici rozjezdu lavinovité štěpné
reakce, ale nenechá se překročit kritickou mez)
Experimentální uspořádání:
Malá koule z plutonia o hmotnosti 6,2 kg (velikost tenisového
míčku) byla z půlky zapuštěna v podstavci z berylia. Za současného
ozařování slabým zdrojem neutronů se na odkrytou horní půlku
plutoniového míčku zvolna spouští poklop z berylia - ve tvaru duté
polokoule. Množství plutonia a tloušťka berylia byly zvoleny tak, aby
došlo k překročení kritického stavu v okamžiku, kdyby poklop téměř
dosednul na plutoniovou kouli zapuštěnou v beryliovém podstavci ­
tomu se zabránilo ponecháním volné štěrbiny mezi beryliovým
podstavcem a poklopem. Velikost štěrbiny určovala vzdálenost
systému od kritického stavu. Na experiment byla použita stejná koule
plutonia, s níž měl nehodu Daghlian.
Fotografie znázorňující rekonstrukci experimentu po havárii:
- bezpečnější provedení: poklop upevněn ve stojanu a podstavec s
plutoniem se opatrně přibližuje zvedákem
- nebezpečné (jednodušší) provedení: podstavec stojí na stole, Slotin
drží poklop v ruce ­ palec zasunutý v otvoru v horní části poklopu -
opírá beryliový poklop hranou o podstavec a opatrně ze strany
přiklápí
- o nebezpečnosti takového postupu se vědělo ­ proto byly vyvinuty
jednoduché stavěcí zarážky s nastavitelnou tloušťkou, které se
dávaly mezi podstavec a poklop
- Slotin však zarážky odstranil a ve štěrbině mezi poklopem a
podstavcem držel zastrčený konec šroubováku
Průběh experimentu:
Alvin Graves se zaujetím pozoroval, jak Slotin opatrným
pootáčením ploché hrany vsunutého šroubováku zvolna zmenšuje
štěrbinu mezi nyní přiklopeným poklopem a podstavcem - každá
změna pozice se projevila odpovídajícím zesílením intenzity tikání
Geigeru. Alvin Graves se ještě naklonil blíž, aby na to lépe viděl.
Slotin tento experiment v minulosti již provedl mnohokrát a byl si s
sebou jistý.
Pomalým otáčením šroubováku měnil velikost štěrbiny,
poslouchal tikání Geigeru a zároveň podával výklad sedmi lidem ve
svém okolí ­ mnohem větší publikum, než obvykle míval při
experimentech.
Beryliový poklop se mu náhle smeknul z hrany šroubováku a
zaklapnul se - a plutonium bylo kompletně obklopené reflektorem.
Vzplálo oslnivě modrobílé světlo a vlna horkého vzduchu se převalila
místností. Slotin, který stál nejblíže, ve stejnou chvíli ucítil pachuť na
jazyku a bolest v ruce držící beryliový poklop.
Slotin měl pravou ruku na experimentu a zareagoval okamžitě ­
vrhnul se směrem k podstavci, odtrhnul horní část reflektoru a odhodil
ho na podlahu; světlo zhaslo. Bylo 15:20. Slotin jen tiše
poznamenal: "That does it" - "A je to."
Fotografie po nehodě:
Po nehodě:
- červený graf zapisovaný ručičkou přístroje detekujícího neutrony
byl na maximu ­ mimo okraj papíru - a Geigery dál zlověstně tikaly:
prudký tok neuronů indukoval radioaktivitu v kovových
předmětech v místnosti
- účastníci nehody uháněli k východu z budovy, přivolali strážného
aby jim odemknul bránu, zazněl evakuační signál a účastníci
experimentu i ostatní lidé z budovy se rozprchli ven na silnici a za
hliněný val, někteří vyběhli na nedaleký kopec s vrcholem asi 305
m nad úrovní terénu
- Slotin neutíkal - nejprve se venku potýkal se záchvatem zvracení,
pak vyšel z budovy aby oznámil kolegům, že se můžou vrátit -
radiace klesla na přijatelnou hodnotu
- v laboratoři provedli rekonstrukci a nakreslili plánek, aby bylo
možné určit míru ozáření, plutoniová koule přežila nehodu bez
poškození
- Luis Slotin obdržel efektivní dávku cca 21 Sv, Alvin Graves, který
stál poblíž, obdržel efektivní dávku 3,6 Sv, expozice ostatních lidí
byla 2,5; 1,6; 1,1; 0,47 a 0,37 Sv (analýza izotopového složení
kovových předmětů jako jsou hodinky, mince, klíče ozářených
osob, Slotinovi se např. na jazyku udělal bolák ­ v okolí zlatého
zubu)
- Slotin utrpěl typické příznaky těžké nemoci z ozáření ­ výrazné
zhoršení krevního obrazu, prudce bolestivý otok rukou spojený s
rozsáhlými puchýři následovala sněť, kůže na ostatních částech těla
byla zrudlá a citlivá, po přechodném zlepšení se dostavil průjem,
těžké poškození ledvin, paralýza žaludku a střev a nakonec poruchy
všech ostatních životních funkcí, sedmý den po nehodě se dostavilo
blouznění a potom koma
- Luis Slotin zemřel v bezvědomí 9. den po nehodě podobným
způsobem jako Daghlian, ale rychleji; byl ozářen dávkou čtyřikrát
vyšší
Alvin Graves a Samuel Allan Kline přežili dávky radiace, které se v
té době považovaly za smrtelné - ale dlouho se potýkali s těžkými
následky ozáření. Graves zemřel v r.1965 na infarkt. Kline žil až do r.
2001. Tři z pěti dalších osob však zemřely během let na leukémii.
- byly zastaveny všechny kritické experimenty (do doby než byly
instalovány dálkově ovládané manipulátory)
Nehoda 3.
po půlnoci 30.9.1976, Hanford, továrna na výrobu 241
Am
- nejtěžší případ ozáření člověka pracujícího v jaderném zařízení v
americké historii
- 65letéý Harolda McCluskeyho sledoval chemické pochody při
tvorbě izotopů
- po několika hodinách této kritické směny zaslechl McCluskey
syčení a spatřil hustý dým uvnitř digestoře, v příštím okamžiku
došlo k silnému výbuchu a gumová maska na jeho obličeji byla
silou výbuchu stržena, stovky úlomků radioaktivního kovu,
olověného skla a gumy se mu zasekly do kůže, kyselina dusičná ho
dočasně oslepila, což mu ztěžovalo únik, během této doby vdechl
největší kdy zaznamenanou dávku americia
- maximální přípustné ozáření (vnitřní) americiem za celou dobu
lidského života je 2 kBq, McCluskey vdechl asi 11 MBq
- 9 dalších zaměstnanců, kteří byli ozářeni též, se po pár dnech
vrátilo do práce
- McCluskey byl převezen do Richmondu na Nouzové odmořovací
oddělení k dlouhodobé léčbě
- byl osprchován (voda ze sprchy obsahovala 100 MBq 241
Am)
- McCluskey strávil následujících 5 měsíců v železobetonové
izolační komoře v péči sester, které nosily respirátory a ochranné
oděvy
- po většinu této doby neviděl ani neslyšel
- dostával pokusné injekce DTPA (diethylene triamine pentaacetic
acid)
- léčba byla úspěšná a 14.2.1977 se McCluskey vrátil domů, protože
se podařilo jeho vnitřní kontaminaci snížit o 80 %
- McCluskey se rozhodl vládu zažalovat o 975 000 dolarů
odškodného, nakonec přijal 275 000 a plnou doživotní lékařskou
péči
- zbytek svého života strávil v ústraní v městečku Prosser
- zemřel 17. srpna 1987 (smrt nesouvisela z ozářením)
Nehoda 4.
1983, Mexiko
- tři pracovníci sběrny starého železa v mexickém městě Juárez
poblíž hranic Texasu ukradli z nemocničního skladu vyřazený
přístroj (3 tuny) na ozařování nádorů
- částí přístroje byla rotující hlavice s olověným krytem a 6010
kovovými kuličkami (1 mm ) 60
Co 2,6 MBq/kuličku
- po vhození přístroje na sběrný náklaďák se olověný kryt roztrhl a
kuličky se rozkutálely
- některé se přilepily na gumy okolo projíždějících aut, jiné na
podrážky kolemjdoucích, hráli si s nimi děti ze skladiště starého
kovu, přístroj byl zaslán dvěma mexickým slévárnám oceli, ty
přístroj roztavily a použily při výrobě 500 tun armovacích želez a
17 000 noh ke stolům, které byly v první řadě určeny pro vývoz
- nehoda byla odhalena pouze prapodivnou náhodou: 16. ledna
zabočil kamion s radioaktivními armovacími železy blízko Národní
laboratoře v Los Alamos (důležité středisko amerického výzkumu
jaderných zbraní) na špatnou odbočku, přitom přejel kolem
speciálního čidla na měření IZ (mělo předejít tomu, aby byl
vyvezen ze závodu radioaktivní materiál)
- do konce února se podařilo najít 94% všech noh od stolů; s
armovacími železy byl oproti tomu větší problém, protože již byly
částečně zabudovány do staveb
- železa musela být vytržena ze základů soukromých domů, státní
věznice, zdravotnického centra; základy pak musely být znovu
obnoveny
- v Mexiku nalezly přes 60 radioaktivních kuliček rozsypaných po
silnici
- nejméně 200 lidí obdrželo významné dávky ozáření mezi 0,01 až
0,5 Sv, jeden mexičan dostal do rukou dávku 100 Sv, tři muži, kteří
ukradli přístroj, a dva muži ze šrotového skladiště obdrželi
efektivní dávku cca 5 Sv. Nejméně 3 000 mexických pracovníků ze
dvou sléváren obdrželo dávky mezi 3 a 4,5 Sv
- většina obětí se po krátkodobém ozáření poměrně rychle zotavila
- Mexická vláda uzavřela šrotové skladiště a uložila zamořený šrot -
asi 2 000 až 6 000 tun radioaktivního kovu a kamion - do země na
speciálně upraveném místě mezi Juárezem a Chihuahuou
Nehoda 5.
1985, Goiania, Brazílie
- při likvidaci radiobiologické kliniky bylo v budově ponecháno
ozařovací zařízení se zdrojem 137
Cs (93 g 137
CsCl, 5.1013
Bq, ve
vzdálenosti 1 m byl dávkový příkon 4,5 Gy/hod)
- 2 muži odvezli zařízení domů, kde se pokusili rozebrat, porušili
ocelové pouzdro a chlorid cesný se částečně rozptýlil
- zařízení pak odvezli do sběrny, kde si majitel všiml že zařízení
modře světélkuje a tak pozval příbuzné a známe aby se na tento
úkaz podívali, někteří si odnesli kousky radioaktivního materiálu
domů
- po několika dnech se u některých lidí objevili problémy se
zažívacím traktem a byla zjištěna souvislost s ozářením
- 4 osoby zemřeli během několika týdnů po ozáření dávkou 4,5 ­ 6
Gy a u 249 osob se v různé míře projevily následky ozáření
- bylo nutné vyšetřit na ozáření a kontaminaci 119 000 osob, mnoho
osob evakuovat ze zamořených domů a provést nákladné a rozsáhlé
monitorovací, demoliční, odmořovací a likvidační práce
4.7. Pokusné jaderné a termonukleární
výbuchy
Jaderné testy USA:
- 1. výbuch atomové bomby: 16.7.1945 v 5:29:45 "Trinity"
- čtvrt hodiny po výbuchu se atomový mrak rozdělil na tři části
- největší část se pohybovala rychlostí asi 16 km/h ve výšce 14 ­ 17
km směrem na severovýchod
- v prvních dvou hodinách po explozi kleslo na zem jen malé
množství spadu, pak bylo spadem poměrně těžce zamořeno území o
rozloze asi 480 km2
- stopy radioaktivního zamoření byly zjištěny v Santa Fé, Las Vegas
a v Trinidadu v Coloradu, tedy ve vzdálenosti až 420 km od místa
výbuchu
- několik let po výbuchu tajně vnikaly do této oblasti obyvatelé, aby
nasbírali "Trinitit" ­ skelnou hmotu, která vznikla roztavením písku,
zahřátého při výbuchu na několik milionů stupňů Celsia, hmotu pak
prodávali turistům
- cca 50 km od epicentra se nachází vápencová vysočina, na které se
pásl dobytek z většiny sousedících rančů, tato vysočina měla ze
všech území vně zakázané oblasti největší radioaktivní zamoření
- na tomto dobytku byl také nejdříve pozorován účinek
radioaktivního spadu
- asi měsíc po explozi začínaly herefordské krávy ztrácet srst, brzy
jim sice zase narostla nová, ale nebyla již červenohnědá, nýbrž bílá
- krávy se proslavily jako ,,atomová telata" a byly vystavovány v El
Pasu a Alamogordu
- když vyšlo na základě vyšetřování najevo, že změna zbarvení srsti
byla způsobena radioaktivním spadem po výbuchu Trinity, bylo 75
krav nejvíc postižených ozářením odkoupeno za finanční
prostředky Projektu Manhattan a odvezeno do Los Alamos a Oak
Ridge
- ve výzkumných zařízeních byla provedena další vyšetření, ještě v
roce 1947 nebyly zjištěny žádné genetické změny nebo průkazné
mutace, mnoho krav přežilo a zplodilo zdravé potomstvo, další
byly zabity a snědeny
Operace Crossroads:
- dva atomové výbuchy o síle asi 23 kilotun, které byly provedeny v
létě 1946 v laguně ostrova Bikini
- test Able - atomová bomba byla svržena z letadla a explodovala ve
výšce 160 metrů
- test Baker - byla atomová bomba zavěšena pod středně velkou
výsadkovou lodí na asi 30 m dlouhém kabelu a odpálena pomocí
dálkového ovládání
- při každé explozi sloužilo jako cíl asi 80 námořních lodí bez
posádky
- operace Crossroads se zúčastnilo asi 42 000 lidí, 240 lodí (cílové a
zásobovací) a 160 letadel, na cílových lodích bylo umístěno asi 200
koz, 200 prasat a 5 000 krys, aby na nich mohly být zkoumány
účinky jaderných výbuchů
Test Able
Uskutečnil se 1.7.1946. Podle zprávy v příručce o radiologické
ochraně, která byla publikována po operaci Crossroads, došlo při
explozi k oslňujícímu světelnému záblesku, který trval několik
milióntin sekundy, a potom se z bublajících žhavých plynů utvořila
rychle rostoucí ohnivá koule. Z centra výbuchu se šířila rázová vlna,
která byla viditelná na vodě jako ohromné mihotavé světlo šířící se
všemi směry. Když ohnivá koule zmizela, vytvořil se velký bílý mrak
ve tvaru hřibu, který obsahoval kouř, štěpné produkty, nerozštěpené
částice a prach, a zvedl se do výšky 9 ­ 12 km
Test Baker
Po vyhodnocení škod způsobených výbuchem při pokusu Able byl
uskutečněn 25.7.1946 test Baker. Na rozdíl od prvního testu vystříkl
při výbuchu Bakeru z laguny do vzduchu velký gejzír vody. Příručka
o radiologické obraně publikovaná po Operaci Crossroads popisuje,
jak se po počátečním záblesku vytvořil obrovský vodní sloup o
průměru téměř 800 metrů a vysoký 1,5 ­ 1,8 km. Na jeho vrcholu se
rozpínal hřibovitý mrak plynů a vodní tříště. Když se sloup vody zřítil
zpět do laguny, rozšířila se všemi směry mohutná, asi 300 metrů
vysoká vlna z napěněné vody a bahna, která zalila cílové lodě. Úřední
zpráva odhadla, že by členové mužstva zdržující se na palubách lodí
vzdálených do 640 metrů od epicentra obdrželi smrtelnou dávku
záření za 30 až 60 sekund, ve vzdálenosti do 1 550 metrů za 7 minut a
ve vzdálenosti do 2 300 metrů za 3 hodiny.
- 1951 ­ 1958 bylo v USA na výzkumném území v Nevadě, 120 km
na severozápad od Las Vegas, provedeno přes sto nadzemních
atomových testů
- radioaktivní spad, vzniklý při testech, kontaminoval rozsáhlé okolí
výzkumného území
Test Bravo (1. termonukleární bomba)
,,Dovoluji si poznamenat, že všechny testy jsou prováděny cíleně a
testování se nikdy nevymklo kontrole."
Admirál Lewis Strauss, 30.3.1954
- 1.3.1954 v 6.45 byla odpálena první vodíková bomba s krycím
jménem "Bravo" na ostrově Bikini v malé výšce nad zemí.
Původně se očekávalo, že bude mít účinek jen 6 Mt, ale ve
skutečnosti měla účinek 15 Mt, Výbuch vytvořil kráter hluboký 74
metrů a 1 800 metrů v průměru a ohnivá koule rozrušila ohromné
množství korálového atolu; vysála jej a roznesla nad široké území,
kde se snesl ve formě radioaktivního spadu.
Britské jaderné testy:
- koncem čtyřicátých let se rozhodli britští politici, stimulováni
rostoucími obavami z atomové politiky Sovětského svazu a
monopolu atomových zbraní USA, vyvinout ve Velké Británii
vlastní atomovou zbraň
- jaderné testy byly provedeny v Austrálii
- v letech 1952 - 1958 bylo celkem provedeno 21 britských
jaderných testů, 12 z nich na pevnině nebo v její blízkosti a devět
na pokusném území na Vánočním ostrově
Francouzské jaderné testy:
- 1. pokus se uskutečnil 13. února 1960 pod krycím jménem
Gerboise Bleue, účinky výbuchu byl kromě rozsáhlého arsenálu
válečné výzbroje vystaven také celý zvěřinec a 150 alžírských
zajatců (podle údajů alžírské televize, o kterých informovala
francouzská tisková agentura - AFP - v Paříži 11.5.1985)
- v letech 1960 a 1961 následovaly tři další atmosférické pokusy a
potom byly pokusy přemístěny do podzemí
USA, SSSR a Velká Británie podepsaly v roce 1963 smlouvu o
částečném přerušení atomových pokusů. Tato smlouva zakazovala
jaderné pokusy v atmosféře. V té době se sovětský vládní předseda
Chruščov dohodl s Čínou, že Rusko bude podporovat čínský program
jaderných zbraní, pokud se k dohodě, která zakazuje jaderné pokusy,
Čína přidá. Krátce poté Chruščov od této nabídky odstoupil a Čína na
to reagovala tím, že k smlouvě o přerušení jaderných pokusů
nepřistoupila.
Čína:
16. října 1964 odpálila Čína v atmosféře atomovou bombu s trhací
silou 20 kt a stala se tak další atomovou velmocí.
17. června 1967 odpálila 3 Mt vodíkovou bombu.
Indie:
- asi 20 000 lidí se muselo přemístit z oblasti pouště Pakhran v
Rádžastánu a 18.5.1974 tam byla provedena exploze zařízení o síle
15 kt v hloubce 100 m pod zemí
- kódované poselství zaslané do Nového Dillí o úspěchu exploze
znělo: ,,Buddha se směje"
4.8. Umělé zdroje IZ
- největší podíl na ozáření z umělých zdrojů má používání
ionizujícího záření a radioaktivních látek v lékařství (cca 85 %)
- RTG plic 1-10 mGy, zubní snímek 10 mGy, panoramatický snímek
chrupu 300 mGy
- vážné ohrožení představovaly v 50. ­ 60. letech nadzemní zkoušky
jaderných zbraní
- v roce 1963 testy zakázány od té doby aktivita RN klesá
- dalším zdrojem jsou radionuklidové zářiče  (60
Co a 137
Cs), při
neodborné likvidaci zemřelo 19 lidí (5 nehod)
- dalším malým umělým zdrojem IZ jsou nehody družic obsahující
Pu (v roce 1964 shořela družice v atmosféře a rozptýlilo se 6,3.1014
Bq 238
Pu (dávka 0,4 Sv z inhalace))
- TV zdroje RTG 15 ­ 25 keV, 5 cm od obrazovky 5 Gy/hod
4.9. Radioaktivní odpady
- od ostatních odpadů se tyto odpady liší tím, že jsou radioaktivní
- vzniká při těžbě a zpracování uranových rud, výrobě jaderného
paliva, provozu jaderných reaktorů a elektráren, přepracovávání
vyhořelého jaderného paliva, likvidaci jaderných elektráren, při
výrobě a používání radioaktivních látek v různých odvětví lidské
činnosti
- většina radioaktivních odpadů se zpracovává a po jistou dobu
uchovává izolovaně od ŽP
Dělení odpadů (podle měrné aktivity a uvolňovaného tepla):
- nízko aktivní
ˇ krátkodobé
ˇ dlouhodobé
- středně aktivní
ˇ krátkodobé
ˇ dlouhodobé
- vysoce aktivní (2 kW/m3
)
Nízko a středněaktivní odpady: z JE ­ iontoměniče, filtry,materiály
z oprav a údržby, odpad z prádelen pracích oděvů, zamořené oděvy,
dekontaminační materiál; ze zdravotnictví ­ pokusná zvířata, injekční
stříkačky, nádobí, vata, chemikálie
Vysoko aktivní odpady: vyhořelé palivo, odpad ze závodů na
přepracovávání vyhořelého paliva (1% hmotnosti všech odpadů ale
90% aktivity odpadů, obsahuje dlouhodobé RN ­ nutno uložit po dobu
tisícovek let)
Úprava odpadů: zmenší se jejich objem a převedou se do stabilních
nerozpustných forem (cementování (mísení s cementem), bitumenace
(mísení s bitumenem ­ asfaltová živice), vitrifikace (vysušení a
vmísení do skloviny ­ vhodné pro vysoko aktivní odpady)
Ukládání odpadů:
- úložiště musí být zajištěno proti úniku radioaktivních látek do ŽP
- nízko a středně aktivní odpady se ukládají do povrchových či
mělkých podpovrchových úložišť (dno je mírně skloněné
s jílovitým terénem, vysypané pískem, voda se odvádí do
monitorované jímky, středně aktivní odpady jsou uloženy
v úložištích s betonovými jímkami, na podloží ze stabilních
krystalických hornin, drenáž ústí do monitorovaných jímek, po
zaplnění a uzavření by měla být garantována nepřístupnost po dobu
100 let
- vysoko aktivní odpady se ukládají do hlubinných úložišť, do dolů
či pod hladinu (v roce 1972 zakázáno), předtím se nacházejí
v meziskladu (mokrém ­ kontejnery v bazénu, suchém ­ kontejnery
ve vhodné budově)
- u nás kontejnery CASTOR (litinová válcová nádoba 4,1 m vysoká
o průměru 2,7 m a tloušťce stěn 37 cm, hmotnost 131 t, trojité víko
plněné heliem (sleduje se tlak), povrch je kvůli odvodu tepla
žebrován
-
- po 40 letech v meziskladu je aktivita dána především aktivitou
štěpných produktů 90
Sr, 137
Cs a transuranů, pokud se
nepřepracovává je uloženo do konečných úložišť
- po tisíci letech 90
Sr a 137
Cs zmizí a k aktivitě bude přispívat
především 243
Am, 240
Pu, 239
Pu a 99
Tc
- za 105
­ 106
let bude k aktivitě přispívat 229
Th a produkty jeho
přeměny, (229
Th vzniká z mateřského RN 237
Np (2,1.106
let))