Radioekologie 1 1. Obecné pojmy 1.1. Symbolika A ZXN běžný zkrácený zápis: A X A – nukleonové číslo (A=Z+N) Z – protonové číslo N – neutronové číslo Zvláštní symbolika: D – deuterium – 2 H T – tritum – 3 H 1.2. Pojmy nuklid(y) – soubor identckýcc atomů, jejiccž jádra tedy mají identcké složení, stejné A i Z isotopy – soubor atomů, které mají stejné protonové (Z) ale různé neutronové N (tm 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 2 1.4. Energie J x eV definice eV: je to energie kterou elektron získá při průccodu potenciálovým spádem 1V E = Q.ΔU po vyčíslení: E = Q.ΔU = 1,602.10-19 .1 = 1,602.10-19 J = 1 eV Příklady: Energie fotonu viditelnéco záření. λ = 550 nm = 5,5.10-7 m; c = 6,63.10-34 J s; c = 2,997.108 m s-1 E = c.ν = c.c/λ = 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 3 2. Radioaktiita 2.1. Hmotnostní podmínka Základní cmotnostní podmínka radioaktvity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC) Energie uvolněná při radioaktvní přeměně: Epřeměny = Ekin(Y) + Ekin(ČÁSTIC) + Eγ 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 teoretcká 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 Obj101 = 1,9927.10-26 - 2,0091.10-26 = -1.6407.10-28 kg Ei = 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 radioaktiních přeměn A) Přeměna βn → p+ + e+ υe A ZX→ A Z+1Y+ β- + υe 14 C → 14 N + β- + υe 4 měříme e- 210 Pb → 210 Bi + β- + υe Energie se rozdělí mezi jádro (málo), elektron a υe nácodně, spektrum je proto spojité, část vznikajícícc jader může být excitovaná. Příklad: 3 H, 14 C, 32 P, 35 S B) Přeměna β+ p+ → n + e+ + υe A ZX→ A Z-1Y + β+ + υe 22 Na → 22 Ne + β+ + υe měříme e+ a γ, viz níže Plat stejné energetcké zásady jako u β- přeměny (spojité spektrum apod.). Čistý β+ rozpad je vzácný, většinou probícá spolu s elektronovým záccytem (EZ). Měří se pomocí anicilačnícc fotonů a ionizačnícc účinků e+ : e+ + e→ 2 γ, E = 2 me c2 = 1,02 MeV t. j. 0,51 MeV na jedno kvantum γ Příklad: 22 Na C) Elektronoiý záchyt (EZ) p+ + e→ n + υe A ZX + e→ A Z-1X + υe 7 Be + e→ 7 Li + υe Po EZ doccází k následným dějům pomocí kterýcc se tato radioaktvita měří: zaplňování vakancí ve slupkácc K či L → emise RTG fotonů či Augerovýcc elektronů (elektrony vyražené RTG zářením z vyššícc slupek elektronovéco obalu, mají diskrétní energii, Eaug = ERTG – Evaz.). Měří se RTG fotony. Použit v medicíně: 13 N, 15 O, 11 C 5 D) Přeměna α A ZX → A-4 Z-2X + 4 2He(α) 226 Ra → 222 Rn + α měříme α Alfa částce je velice stabilní, a proto je její emise výcodná, zvláš u těžšícc prvků. Na rozdíl od spektra β je spektrum α čarové ale stejně jako při β rozpadu vzniká část jader excitovaná. E) Samoiolné štěpení (SŠ) Je-li splněna cmotnostní podmínka, rozštěpí se jádro těžší na dvě lecká plus dva až tři neutrony. Existuje ale i štěpení bez emise neutronů. 6 2.3. Kinetka radioaktiních přeměn - za dostatečně krátký časový interval se přemění vždy stálá část z přítomnéco počtu (N) atomů radioaktvníco nuklidu (radionuklidu) (dN/N)/dt = λ λ [s-1 ] – přeměnová konstanta Příklad: λ = 1.10-3 s-1 – z přítomnéco počtu RN se přemění každou sekundu 1/1000 atomů 7 Rycclost přeměny závisí na: - výccozím a konečném stavu jádra - vlnové funkci obou jader - na parametrecc slabé, silné a elektromagnetcké interakce nezávisí na: - tlaku, teplotě, koncentraci, ccemické formě Aktvita: rycclost přeměny radioaktvníco nuklidu A = dN/dt A = λ·N - závisí na počtu radioaktvnícc atomů v radioaktvní látce - rozměr s-1 - jednotka 1 becquerel (Bq), násobné kBq, MBq, GBq apod. - měrná aktvita: vztaženo na m, V, c apod. Časová změna aktvity: -dN/dt = λ·N  N = N0·e–λt  A = A0·e–λt 8 - aktvita RN klesá s časem exponenciálně, rycclost poklesu je dána konstantou λ. Poločas přeměny: A = A0/2  A0/2 = A0·e –λt 1/2 = e–λt ln(1/2) = -λ·t -ln2 = -λ·t t = ln2/λ T1/2 = ln2/λ Měření poločasu rozpadu z úbytku aktvity lze jen u krátkodobě žijícícc radionuklidů. Jinak se poločas rozpadu počítá z aktvity radionuklidu o známé cmotnost (měrné aktviy). Aktvita radionuklidu o cmotnost m: N = n·NA N = (m·NA)/Ar A = (λ·m·NA)/Ar Pak z λ spočítáme T1/2, popřípadě se znalost λ spočítáme m. Příklad využit vztacu A = A0·e –λt : - uclíková metoda 14 N (n, p) 14 C - 14 C se běcem minut až codin oxidují na CO2 9 - rozdělení mezi rostliny, organismy, oceány - rovnováca 15,3 přeměny za minutu v 1g C živé cmoty - po smrt konec rovnovácy, citlivost asi do 50 000 roků (T1/2 = 5,7 tsíc roků) - měří se dřevo, uclíky, textl, kůže - moderní metoda: urycclovačová cmotnostní 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 Cdostávají do prostoru s Ar, vzniká 14 C3+ a vstupují do cmotnostníco spektrometru. - stejná metoda se používá ke stanovení obsacu př.: 10 Be (mořské sedimenty, polární led), 36 Cl a 129 I (podzemní vody), 27 Al (mořské sedimenty). 2.4. Přírodní RN Přirozeně se iyskytující radioaktiní priky: přírodní X umělé (není mezi nimi rozdílu) 1. T1/2 > 108 let, vznikly při syntéze prvků ve vesmíru 10 2. T1/2 < 108 let, vznikají jako produkty přeměny mateřskýcc nuklidů z radioaktvnícc řad a jadernými reakcemi v zemské atmosféře působením kosmickéco záření (3 H, 14 C, 10 Be aj.) 11 3. Ionizující záření 3.1. Vlastnost ionizujícího záření Energie záření (γ, β, α apod.) keV – MeV, ionizační energie atomů a molekul < 25 eV proto ionizující záření. a) → M → M+ + eb) → M → M* Rycclost asi 10-16 – 10-15 s, poměr a) a b) 1:2, elektrony způsobují další sekundární ionizaci a excitaci. Excitace je mnoconásobná a do vysokýcc excitačnícc stavů (na rozdíl od UV) Pojmy a veličiny: ionizující záření, jaderné záření (pouze při radioaktvnícc přeměnácc), radioaktvní záření (nesprávné, záření není radioaktvní {kromě n}) Absorpce záření – postupné odevzdávání energie až do stavu kdy už není sccopno dále ionizovat Dosah záření – tlouš ka vrstvy, která úplně absorbuje záření 12 Absorpční křiiky: Dáika záření – energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná od všecc primárně i sekundárně ionizujícícc částc) malému objemu látky D = dε/dm Rozměr je J.kg-1 , jednotkou Gray (Gy), 1 Gy = energie 1 J absorbovaná v 1 kg látky. 13 Rozsac dávek: 10-6 – 10-2 Gy při monitorování dávek v životním prostředí, 10-4 – 1 Gy při monitorování dávek u profesionálnícc pracovníků se zářením, 10-1 – 102 Gy v léčebném použit záření, 10-1 – 104 Gy v radiobiologii a 102 – 105 Gy v radiační ccemii a teccnologii. Dáikoiý příkon – rycclost s jakou je látce energie sdělována, rozměr W kg-1 , jednotka Gy·s-1 D = dD/dt Lineární přenos energie – používá se při posuzování biologickýcc účinků IZ a udává rozložení sdělené energie podél drácy částce, rozměr J·m-1 , běžně keV·μm-1 L = dE/dx (tzv Braggova křivka) 14 3.2. Zdroje IZ 1. aparaturní – záření vzniká jen běcem provozu zařízení 2. radionuklidové – emitují záření nepřetržitě Zdroje γ a RTG záření: γ: 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 β záření, urycclovače elektronů Zdroje elektronů: 90 Sr/90 Y, 3 H, 147 Pm ; urycclovače elektronů Zdroje pozitronů: 22 Na, 68 Ge Zdroje těžkých kladných částc: α: 210 Po, 226 Ra, 238 Pu, 239 Pu, 241 Am, urycclovače částc Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (α, n), (γ, n) a samovolném štěpení (226 Ra(γ, n)Be – „rabe“, 239 Pu(α, n)Be – „pube“, 15 241 Am(α, n)Be – „ambe“, neutronový generátor (3 H (d, n) 4 He), jaderný reaktor 3.3. Detekce IZ - IZ není vnímatelné lidskými smysly - registruje se na základě dějů, které vyvolává při absorpci ve vcodné látce - důsledky těccto dějů se většinou elektronicky převádějí na pozorovatelné signály - elektronický způsob detekce vyžaduje zařízení sestávající z několika část - část citlivá na záření se nazývá detektor záření (energie záření se mění na elektrické či optcké signály, které se dále zpracovávají (zesílení, integrace) - zpracované signály se přivádějí na registrační jednotku (pulsní zobrazují se přímo impulsy, či integrální režim - počet impulsů za čas (tzv. dozimetry – udávají dávkový příkon př. μGy cod-1 )) - většina detektorů neměří IZ se 100% účinnost, pro četnost R plat: R = η·A (η – účinnost < 1; A – aktvita v Bq) - zařízení, které rozlišuje energii záření podle výšky impulsů – spektrometr záření - relatvní ccyba měření vzorku je tm menší, čím větší počet impulsů zaznamenáme K detekci ionizujícíco záření se běžně užívají tyto sekundární projevy absorpce: 16  fotografické účinky  ionizace plynů  luminiscence  sccopnost zvyšovat elektrickou vodivost některýcc materiálů  změna struktury materiálu Podle toco lze rozdělit detektory ionizujícíco záření do pět základnícc skupin: 1. fotografický film 2. ionizační komora, proporcionální detektory, Geiger-Műllerovy detektory 3. fuorescenční stnítka, scintlační detektory, termoluminiscenční detektory 4. polovodičové detektory 5. stopové detektory částc Důležitými ccarakteristkami všecc typů detektorů jsou:  účinnost  linearita  energetcká proporcionalita  rozlišení Účinnost Účinnost detektoru popisuje možnost detektoru zaznamenávat různé drucy záření o různýcc energiícc, která na něco dopadají. Ideální je stav, kdy počet částc dopadajícícc na snímač je roven počtu impulsů registrovanýcc detektorem. Linearita 17 Proces konverze jednotlivýcc částc na elektrické pulsy je extrémně rycclý - řádově několik mikrosekund. Pokud je vysoký tok částc, může se stát, že částce přiccázející do detektoru není zaznamenána, protože detektor ještě zpracovává částci předccázející. Doba potřebná pro registraci částce (přeměnu na elektrický puls) se označuje jako mrtvá doba detektoru (). Část částc, které mocou být náležitě zpracovány, je popsána linearitou detektoru. Jednotlivá částce s energií E, která vstoupí do detektoru, produkuje elektrický puls V, takže částce, které dopadají na detektor v počtu I částc za sekundu vyvolají vznik napě ovýcc 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: Rt = Rm / (1- ·Rm) Průměrná mrtvá doba činí:  200 s u Geiger-Műllerova detektoru  0,23 s u scintlačníco detektoru s krystalem NaI (Tl)  0,027 s u scintlačníco detektoru s krystalem YAP (Ce)  0,001 s u polovodičovýcc detektorů Energetcká proporcionalita Jedná se o úměrnost signálu detektoru k energii dopadající částce. Velikost výstupníco signálu je závislá na proudu vzniklém v čítači a tento proud je závislý na počtu ionizačnícc přeměn vedoucícc ke vzniku pulsu. Jestliže počet ionizačnícc přeměn bude úměrný energii dopadajícícc částc, velikost výstupníco napět bude rovněž úměrná energii dopadajícícc částc. Detektor bude proporcionální, pokud je velikost výstupníco napět detektoru V úměrná energii E dopadajícícc částc. 18 Rozlišení Je to sccopnost detektoru rozlišit částce různýcc energií. V proporcionálně pracujícím detektoru způsobí částce o energii E výstupní puls o napět V. Praktcky budou tedy částce o stejné energii produkovat výstupní pulsy o stejném napět Jednotliié druhy detektorů IZ Fotografický film Fotografická detekce ionizujícíco záření je založena na tom, že ionizující záření, stejně jako viditelné světlo, vyvolává ve fotografické emulzi (krystalky Agar v želatně) latentní obraz, který lze zviditelnit ccemickým vyvoláním. Ozářená místa emulze vykazují po vyvolání zčernání, jecož intenzita je úměrná počtu částc, které na emulzi působily. Používají se k detekci RTG záření, záření γ a neutronů. Neutrony, které sami na fotografickou emulzi nepůsobí, je třeba převést na detekci ionizujícícc částc. Například překrytm fotografické emulze kadmiovou fólií, v níž se pomalé neutrony zaccycují reakcí 113 Cd (n, γ) 114 Cd a vzniklé fotony pak způsobují zčernání emulze. Fotografická detekce ionizujícíco záření se používá v osobní dozimetrii pracovníků s ionizujícím zářením. A v různýcc radiografických metodách. Osobní filmový dozimetr obsacuje film v papírovém obalu, který je uložen v plastkové kazetě. Na vnitřnícc stěnácc kazety, jsou upevněny měděné a olověné proužky, které umožňují přibližně určit energii záření tm, že různě absorbují záření dopadající na film. Dozimetr je připevněn na pracovním oděvu a nepřetržitě registruje záření, obvykle po dobu jednoco měsíce. Po vyvolání filmu se dávka záření určí z intenzity zčernání filmu. 19 Ruka ženy W. Röntgena, exponováno 22. 12. 1885 Osobní flmový dozimetr 20 Autoradiografické metody jsou významné tm, že poskytují informace o rozložení radioaktvity ve zkoumaném objektu. To je velmi užitečné v biologickýcc studiícc, kde se zjiš uje rozložení radioaktvnícc látek v živočišnýcc orgánecc, částecc rostlin a buněčnýcc strukturácc. Zkoumaný radioaktvní objekt se na určitou dobu přiloží na film, který se pak vyvolá. Autoradiogram zmrazeného řezu krysou pořízený 6h po injekci roztoku Na2 35 SO4 Autoradiogram řezu ledvinou krysy, ukazující lokalizaci receptorů endothelinu Fotografická detekce ionizujícíco záření se také používá v průmyslové radiografii a v lékařské rentgenové diagnostce. Plynoié ionizační detektory 21 Všeccny 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 základníco stavu. V případě, že je na elektrody vloženo určité napět, budou elektrony přitacovány k anodě a ionty ke katodě a sníží se tm rozdíl potenciálů. Velikost vznikléco napě ovéco impulsu záleží na napět mezi elektrodami. Závislost počtu elektronů vzniklýcc v komoře působením ionizujícíco záření na napět mezi elektrodami lze vyjádřit graficky. Je-li codnota U menší než U1 bude část elektronů a iontů rekombinovat ještě před zaccycením na elektrodácc. V oblast napět U 1 - U2 dopadnou všeccny elektrony na anodu a ionty na katodu - jejicc počet závisí pouze na počtu absorbovanýcc částc. V oblast, kde je napět mezi elektrodami vyšší než U2, budou mít volné elektrony dostatečnou energii, aby na cestě k anodě ionizovaly další atomy plynu a probícá tzv. lavinová ionizace. Koeficient plynovéco zesílení (A) udává, kolikrát více párů dopadlo na elektrody, než vzniklo účinkem ionizujícíco záření. Ionizační komora: Ionizační komora pracuje v oblast U1 - U2 (A = 1), ionizační proud je úměrný energii ionizujícíco záření. Napět nutné k dosažení nasycenéco proudu závisí na intenzitě záření. Citlivost komory závisí na vlnové délce a stejně tak i absorpce záření v plynu. K plnění se používá těžkýcc vzácnýcc plynů (Ar, Kr). Proporcionální a Geiger-Műllerův detektor: Jedná se o detektory pracující v oblast U3 - U4. Počet vzniklýcc párů elektron-iont je úměrný energii ionizujícíco záření. Pokud je koeficient plynovéco zesílení konstantní je elektrický napě ový impuls na výstupu úměrný absorbované energii ionizujícíco záření a detektor dovoluje rozlišit ionizující záření s různými energiemi. 22 Vznik lavin elektronů je v proporcionálním detektoru lokální záležitost vznikají v té část, kde bylo ionizující záření poclceno. Vycasnut lavin proběcne aniž by se rozšířili do celéco objemu. Plynové zesílení A tocoto Geiger-Műllerova detektoru je kolem 107 . Geiger-Műllerův detektor Luminiscenční detektory Fluorescenční stnítka: Při ozáření některýcc látek ionizujícím zářením může dojít k uvolnění elektronů z valenčníco pásu a přeccodu do pásu vodivostníco a při zpětném přeccodu může vzniknout viditelné záření. Tento jev se pak využívá k visuelní detekci ionizujícíco záření. Jako fuoreskujícícc látek se používá wolframan vápenatý, křemičitan zinečnatý nebo sirník zinečnatý. Ačkoliv existuje závislost mezi intenzitou fuorescence a intenzitou dopadajícíco svazku, používá se fuorescenčnícc stnítek clavně při justaci přístrojů. 23 Žena v bikinách v UV světle. Scintlační detektory: V scintlačnícc detektorecc je převod ionizujícíco záření na elektrický impuls dvojstupňový proces. Prvním krokem je vznik záblesku (emise světla) na vcodném krystalu a drucým krokem je uvolňování elektronů na fotonásobiči a jejicc detekce a převod na elektrický impuls. Ionizující záření, dopadající na uzemněný scintlační krystal detektoru, uvolní elektron, který při pocybu krystalem přivede do excitovanéco stavu desítky atomů. Zpětný přeccod do základníco stavu je doprovázen emisí světla, jecož vlnová délka nemusí nutně ležet ve viditelné oblast, ale musí být vcodná k uvolňování elektronů z fotokatody. 24 Scintlačním 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 nicc vyprodukuje jistý počet R sekundárnícc elektronů. Na drucou dynodu dopadá již nR elektronů, na třet nR2 elektronů atd. Při počtu dynod m vzroste počet primárnícc elektronů na nRm , kde Rm je koeficient zesílení fotonásobiče. Mezi jednotlivými dynodami je održováno napět 100 - 200 V a na výstupu z fotonásobiče je impuls napět přímo úměrný energii absorbovanéco ionizujícíco záření. V běžnýcc detektorecc je počet dynod 8 - 15, a koeficient zesílení je 107 - 108 . Fotonásobič Jako scintlačníco krystalu se nejčastěji používá krystal NaI aktvovaný 1% Tl. Tcalium vytváří v pásové struktuře krtystalu cladinu nečistot, tzv. fuorescenční centra. Pro nízkoenergetcká RTG záření (3 - 20 keV) není tento krystal vcodný a alternatvně se používají monokrystaly YAlO3 aktvované Ce (YAP:Ce). Tento krystal může být v tenčí destčce a je mnocem stabilnější. Podstatný je i rozdíl v délce scintlačnícc záblesků - u NaI je to 230 ns, u YAP je to pouze 27 ns. Maximální intenzita 25 fuorescenčníco pásu NaI je na vlnové délce 410 nm, u krystalu YAP 350 nm. Fotokatoda v scintlačnícc detektorecc je zpravidla antmon-cesiová. Scintlační krystal z NaI dotovaný thaliem Kapalný scintlátor je taková látka kapalnéco skupenství, která při interakci s ionizujícím zářením převádí část absorbované energie na světelné záblesky (scintlace), podobně jako výše popsané scintlátory pevnéco skupenství. 26 Poloiodičoié detektory V těccto detektorecc je jednostupňová detekce ionizujícíco záření prováděna pevnou látkou, ve které dokáže dopadající kvantum generovat dvojici nábojů, a ty jsou sccopny ryccléco pocybu k elektrodám, kde vyvolají elektrický impuls. Tato pevná látka je umístěna mezi dvěma elektrodami pod vysokým napětm. Je to vlastně typ ionizační komory, která je místo plynem vyplněna krystalem. Použitý krystal musí mít v zásadě tyto vlastnost:  vysoký odpor, který zajiš uje sběr nábojů polem vysokéco napět a snižuje šum ze zbytkovýcc proudů  dovoluje prodloužit dobu životnost vzniklýcc nábojů  umožňuje vysokou pocyblivost nábojů  má malou šířku zakázané zóny (předpoklad dobréco energetckéco rozlišení)  velkou absorpční sccopnost Těmto podmínkám vycovují polovodičové materiály jako křemík a germanium. Tyto materiály jsou zpravidla drifované litciem, které napomácá k záccytu dopadajícícc fotonů. Jejicc stabilitu je však nutno zajistt teplotami kapalnéco dusíku. Si(Li) detektor je tvořen monokrystalem p-typu křemíku tlouš ky několik mm, který je pod napětm 300 - 1000 V. Vysoká koncentrace Li atomů na jeco okrajícc tvoří oblast n-typu, kdy z jedné strany je kontakt zlatý a z drucé strany je tzv. Sccootkyco bariéra (p-i-n dioda). Při vstupu fotonu dojde ke vzniku mraku elektronovýcc párů, jejiccž počet je přímo úměrný energii dopadajícíco kvanta. Elektrony jsou pak směrovány ven z krystalu díky rozdílu potenciálů na čítací obvod. Na rozdíl od jinýcc typů detektorů, neexistuje zde žádné vnitřní zesílení, takže výstupní signál je velmi slabý. Výcodou těccto detektorů je možnost připojení na vícekanálový analyzér, vysoká účinnost ve sběru pulsů a velké úcly při sběru dat. Nevýcodou je dloucá mrtvá doba. 27 Si(Li) krystaly pracují spoleclivě v oblast asi 2 - 20 keV. V krátkovlnné oblast však ztrácejí na účinnost a jsou nacrazovány krystaly Ge(Li). Podmínkou je užit vysoce čistéco germania, v opačném případě se radikálně zvyšuje mobilita Li. Problém cclazení kapalným dusíkem lze odstranit při použit teluridu kadmia, který je sccopen pracovat při pokojové teplotě, ale jeco nevýcodou je poměrně vysoký šum. Germaniové jádro Ge(Li) detektoru Stopoié detektory částc 28 Jsou látky, v niccž těžká jádra či α záření vyvolávají mikroskopické poruccy v jejicc struktuře. Nejčastěji se používá slída, různá skla, či organické polymery. Poruccy vznikají tm, že proccázející částce vytvářejí podél své drácy v pevné látce vysoce ionizované atomy. Tyto ionty se silně odpuzují a vzájemně vytlačují z původnícc poloc., čímž vzniká mikroskopická oblast s porušenou strukturou, tzv. radiační stopa (válcový kanálek o průměru 1 – 10 nm). Lze je zviditelnit ccemickým leptáním, protože v místecc porucc je ozářená látka náccylnější k ccemické korozi. Počet stop je přímo úměrný počtu částc, které dopadly na detektor. Stopové detektory se používají v dozimetrii α záření, zejména k měření dávek záření způsobenýcc radonem a jeco dceřinými produkty. Lze je použít i k dozimetrii neutronů. Pro tento případ se dozimetr překrývá fólií z uranu mírně obocacenéco izotopem 235 U, který se neutrony štěpí a štěpné fragmenty vyražené z fólie pak vyvolávají poruccy v detektoru. Pokryje-li se detektor vrstvou boru, lze neutrony registrovat prostřednictvím α částc vznikajícícc reakcí 10 B (n, α) 7 Li. Stopové detektory se používají také k registraci těžkýcc iontů v kosmickém záření a k měření dávek, kterým jsou vystaveny posádky kosmickýcc letů. 29 3.4. Biologické účinky IZ Základní pojmy: Dávka D: D = dE/dm [Gy] (1 rad = 10mGy) Dávkový příkon D: D = D/t [Gy/s] Ekvivalentní dávka HT: HT = wR·DTR [Sv] (1 rem = 10 mSv) Druc záření wR fotony a elektrony všecc energií 1 neutrony 10 keV 5 neutrony 10 – 100 keV 10 neutrony 0,1 – 2 MeV 20 neutrony 2 – 20 MeV 10 záření α 20 30 Efektvní dávka E: E = S (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 měccýř 0,05 mléčná žláza 0,05 játra 0,05 jícen 0,05 šttná žláza 0,05 kůže 0,01 povrccy kost 0,01 ostatní orgány a tkáně 0,05 Účinky IZ se projevují ve větší či menší míře u všecc živýcc organismů. Závažnost účinků závisí na dávce a drucu organismů. Přímé účinky: změna biologicky důležité makromolekuly (nukleovýcc kyselin) přímým zásacem částcí IZ či sekundárními částcemi Nepřímé účinky: souvisí s radiolýzou vody (změny způsobené radikály, peroxidem vodíku a cydratovaným elektronem (vysušené enzymy vykazují menší poškození než roztoky enzymů) Radiolýza vody: H2O+ → ·OH + H+ aq e+ nH2O → e- aq eaq → ·H + OH+ (n-1)H2O H2O → ·H + ·OH 31 ·H + ·H → H2 ·OH + ·OH → H2O2 eaq + ·OH → OH·HO2 + ·HO2 → H2O2 + O2 Kyslíkový efekt: O2 + ·H → ·HO2 O2 + eaq → O2 Poškození na buněčné úrovni: - změny ve struktuře a biosyntéze DNA - ccybná syntéza enzymů - ccybně syntetzované bílkoviny (ccovají se cize a jsou toxické) - změny v propustnost buněčnýcc membrán - časem poruccy dělení, smrt buňky Větší rozmnožovací sccopnost, malá diferencovanost = výraznější poškození 32 Účinky IZ na lidský organismus 33 Nestochastcké (deterministcké): - projeví se po ozáření IZ běcem krátké doby - je postženo současně mnoco buněk - nemocou se uplatnit všeccny opravné procesy - pracová dávka vyvolá poškození u 1 – 5% osob - s rostoucí dávkou roste závažnost poškození - lze rozpoznat, že vznikly působením IZ - možnost vzniku těccto účinků popisuje ekvivalentní dávka a) akutní nemoc z ozáření: - jednorázové ozáření celéco těla vysokými dávkami - poškození krvetvornýcc orgánů, trávícíco ústrojí a CNS - pracová dávka 1 Gy - při ozáření celéco těla ekvivalentní dávkou 2 Si: 1) Nevolnost, skleslost, bolest clavy, zvracení, změny krevníco obrazu 2) Období latence – přeccodné ustoupení příznaků, je tm kratší čím větší byla absorbovaná dávka 3) Intenzivní rozvinut počátečnícc příznaků + padání vlasů, vnitřní krvácení, silná vnímavost vůči infekcím – zlepšování stavu po 6 – 8 týdnecc, uzdravení 34 - při ozáření ekvivalentní dávkou 6 Si převládá cematologická forma ccoroby (poškození krevní dřeně, krvetvorby, krvavé průjmy, poruccy funkce střev) - při ozáření ekvivalentní dávkou 10 Si a více převládá nervová forma ccoroby (psyccická dezorientace, zmatenost, křeče, bezvědomí, smrt běcem codin až dnů v důsledku oběcovéco kolapsu, zástavy dýccání a porucc mozku) - pravděpodobnost úmrt: 6 Sv 80%, 10 Sv 100% - dloucodobé následky (poruccy krvetvorby, poruccy funkce poclavnícc orgánů, neplodnost, zvýšená vnímavost k infekcím a nádorovým onemocněním, trvalá slabost a únava) b) lokální akutní poškození kůže: - radiační dermattda (zarudnut až špatně cojitelné vředy) - lokální akutní poškození kůže: radiační dermattda (stupeň 1 – 3, zarudnut až špatně cojitelné vředy) - pracová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky – pracová dávka roste až k 15 Sv) Obrázek: Radiační dermattda 1. stupeň 35 Obrázek: Radiační dermattda 2. stupeň c) poškození plodu: - 1. – 2. týden: „všeccno nebo nic“, plod buď přežije bez újmy, nebo dojde k potratu (pracová dávka 250 mSv) 36 - 3. – 8. týden: organogeneze - vznik malformací (pracová dávka 250 mSv) - 8. – 15. týden: mikrocefalie (špatně vyvinutý mozek), oční defekty, rozštěp patra, celkové zaostávání (mentální retardace, zakrslost) (pracová dávka 100 mSv) - v dalšícc týdnecc je plod stejně odolný jako matka d) poruccy plodnost: - přeccodná aspermie (porucca v tvorbě spermií) - pracová dávka 0,1 - 1 Sv, od 3 Sv trvalá aspermie - u žen dávka do 1,5 Sv bez odezvy, sterilita od cca 3 Sv e) zákal oční čočky: - dloucá doba latence - pracová dávka cca 1,5 Sv (výrazně závisí na frakcionaci dávky) Stochastcké (náhodné): - poškození maléco počtu buněk (i jediné) - projeví se po ozáření jednou či více podpracovými dávkami - vznik nádorovýcc onemocnění (latentní doba 10 – 40 let), leukémie (l. d. 5 – 20 let), genetcké poškození další generace - projeví se ve skupině nácodně - s rostoucí dávkou roste pravděpodobnost vzniku poškození ne jeco závažnost - nelze rozpoznat, že vznikly působením IZ - lze odcalit jen sledováním velkéco počtu osob - pravděpodobnost vzniku těccto účinků popisuje efektvní dávka - Příklad: 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 37 Díky opravným meccanismům je vznik poškození při malýcc dávkácc velmi málo pravděpodobný, přesto dosud převládá tzv. konzeriatiní přístup: - stoccastcké účinky – mutace jediné buňky - závislost na dávce podpracová - předpokládá sčítání dávek, ignoruje opravné procesy Moderní přístup: - buňka může poškození DNA opravit (imunitní systém, buněčná smrt) - při ozáření dávkami pod 0,2 Gy nelze prokázat škodlivé účinky (kromě ranéco vývoje plodu, ze studií iypracoianých mezinárodními odborníky UNSCEAR (United Natons Scientfic Commimee on the Effects of Atomic Radiaton) iyplýiá, že nelze prokázat riziko izniku dodatečných případů rakoiiny až do hodnot 200 mSi/rok) Příklady epidemiologických studií: - u lidí ozářenýcc při bombardování atomovými bombami dávkami menšími než 0,2 Gy zjištěna nižší úmrtnost na rakovinu a nebyl pozorován vyšší výskyt leukémie - britšt radiologové s celoživotní dávkou 1 - 5 Gy, radiologitšt pracovníci 0,5 Gy: žádný výskyt rakoviny navíc - 28 000 pracovníků britskýcc loděnic ozářeno dávkou 5 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: 38 - leukocyty ozářeny nejprve dávkou 0,02 Gy a pak 0,15 Gy – poloviční výskyt ccromozovýcc aberací než po samostatné dávce 0,15 Gy Hormeze – příznivá aktvace, povzbuzení fyziologickýcc funkcí malou, netoxickou dávkou látky, která je ve vyšší dávce škodlivá, stmulující účinky malýcc dávek IZ - vyšší metabolická aktvita bakterií - urycclení klíčení semen, vyccázení, odnožování, růst, dřívější květenství, dozrávání - prodloužení života myší (celoživotně ozařovány 8 c denně 1 mGy) - u lidí: léčivé účinky radioaktvnícc koupelí (Jáccymov) - léčí se především: revmatsmus, degeneratvní změny obratlů, inf. onemocnění nervovéco systému, poruccy vylučování k. močové, poruccy při vylučování žluči játry apod. - riziko vzniku plicní rakoviny u osob vystavenýcc mírným dávkám radonu (0 - 150 Bq/m3 ), klesalo pod codnotu jedna, tedy radon snižoval riziko vzniku rakoviny plic (Worcester Polyteccnic Insttute, OSEL) Koeficient rizika úmrt na stochastcké účinky: obyvatelstvo 0,05 Sv-1 pracovníci se zářením 0,04 Sv-1 39 Reklamní pauza Na základě žádost ministerstva zdravotnictví a ministerstva veřejnýcc prací se roku 1927 vytvořila ve spolupráci se Státními lázněmi Jáccymov a Kolínskou Lučební a.s. firma RADIUMCHEMA. Předmětem její činnost byla distribuce emanovanýcc radioaktvnícc vod a zpracování radioaktvnícc zbytků z jáccymovskýcc lázní na výrobu kompresů a náplast. Vážení radioaktvnícc preparátů v kolínské Radiumccemě: 40 (0,1 mg Ra = 3,7 MBq) 41 Muzeum radioaktvnícc výrobků Konec reklamní pauzy Léčení pomocí IZ: Teleterapie – dálkové ozařování především 60 Co (5.1013 – 1015 Bq) Kontaktní terapie – β- zářič na povrccu těla (32 P či 90 Sr) Braccyterapie – tělesnými dutnami se zářič zavede k nádoru 42 Endoterapie – vpravení radionuklidovéco zářiče do postžené tkáně metabolickým procesem (šttná žláza Na131 I apod.) Radioimunoterapie – RN je vázán na protlátku, selektvně se váže na spec. antgeny a receptory v nádorovýcc buňkácc Velikost dávek – cca 60 Gy (frakcionace po 2 Gy) Nevýcoda γ ozařování – ozařuje se i zdravá tkáň (různé směry ozařování) Současné trendy: - ozařování urycclenými protony (vysoký lin. přenos energie na konci drácy, 180 MeV dosac 15cm), v Japonsku 12 C6+ - ozařování svazkem zápornýcc pionů (nestabilní částce (doba života 2,6.10-8 s), vznikají při ozařování terče protony o E > 500 MeV), po zpomalení dojde k zaccycení v jádře a uvolnění 140 MeV = roztříštění jádra - bórová terapie 10 B(n, α)7 Li Rentgenoiá diagnostka Radioisotopoiá diagnostka Druh iyšetření Ef. dáika [mSv] Snímek plic 0,05 Páteř 1,8 Břicco 3 - 8 Urografie 2,1 Mamografie 0,5 Angiografie 3 - 9 CT clava 1,1 CT tělo 9,2 Druh iyšetření Ef. dáika [mSv] Statcká scintgrafie ledvin 1,5 Dynamická scintgrafie ledvin 2,2 Dynamická ccolescintgrafie 2,3 Scintgrafie skeletu 3,4 Perfúzní scintgrafie plic 1,2 Scintgrafie šttné žlázy 2,2 Scintgrafie perfuze myokardu 7,5 Přibližná radiační zátěž pro nejčastější metody rentgenové a radioisotopové diagnostky Radiodiagnostka: 43 Účinky IZ na cmyz: - 100x odolnější než obratlovci, smrtelné dávky 103 – 104 Gy - nižšími dávkami lze cmyz sterilizovat - radiační cubení cmyzu: potemník v obilí, při 100 Gy doccází ke sterilizaci samečka ale k přímému usmrcení je třeba 5000 Gy - occrana starýcc dřevěnýcc uměleckýcc předmětů (výcoda prot ccemické sterilizaci) - cubení cmyzu ve volné přírodě: vypouštění sterilizovanýcc samečků (nezanáší se do přírody insektcidy) Účinky IZ na mikroorganismy: - jsou velmi odolné, smrtelné dávky 103 – 104 Gy - radiační sterilizace: obvazový materiál, ccirurgické potřeby, injekční stříkačky, jecly, umělé srdeční cclopně, apod.) - radiační ozáření potravin: dávka 30 – 70 kGy, potraviny jsou vakuované a zmrazené (masné výrobky) – potlačení vzniku zapáccajícícc produktů radiolýzy - jednotlivé země povolují ozařování různýcc druců potravin - nepovoluje se ozařovat čerstvé maso, ovoce a zeleninu 44 Účinky IZ na rostliny: - pozorovaný účinek závisí na objemu ccromozomů (objem jádra připadajícím na jeden ccromozom), na rycclost růstu rostliny, na frakcionaci dávky záření - jednorázové ozáření: odolnější pomaleji rostoucí rostliny - ccronické ozařování: odolnější ryccleji rostoucí rostliny - jecličnaté dřeviny: zpomalení růstu při 0,01 – 0,1 Gy/den - ostatní rostliny: zpomalení růstu při 1 - 100 Gy/den - radiační šlecctění: ozáření semen 100 – 1000 Gy, vznik mutací, část užitečnýcc (odrůda obilí s většími výnosy a odolnější vůči ccorobám apod.) LD50 i Gy pro RTG a γ záření: Ostatní účinky IZ: - odstraňování statcké elektřiny (ionizace vzduccu α zářením 210 Po či 241 Am) - ionizační clásiče kouře (241 Am o malé aktvitě + ionizační detektor záření, kouř mění ionizační proud) - radionuklidové baterie využívají tepelnýcc účinků IZ (absorpce α a β záření v látce), tepelnou energii převádí na elektrickou (238 PuO2 v kardiostmulátorecc (g) či družicícc (kg), poločas 86 let, použit asi 20 let, nevzniká γ: 238 Pu  234 U + α) 45 - radionuklidové světelné zdroje jsou založeny na emisi viditelnéco světla při absorpci IZ v některýcc látkácc (kdysi 226 Ra a ZnS), dnes β zářiče 3 H, 85 Kr, 147 Pm, signalizační lampy, číselníky codinek a měřící přístroje apod. - barvení skel: ozařování dávkami 1 kGy, vytvářejí se poruccy absorbující viditelné světlo, trvanlivost desítky let (měření dávek), zkracuje se za vyššícc teplot 3.5. Ochrana před IZ Základní princip radiační occrany spočívá v zeslabení dávky záření na codnotu, při níž je riziko ocrožení života, zdraví a životníco prostředí sníženo na společensky přijatelnou míru. Princip ALARA (as low as reasonably accievable) - smyslem je, aby při provozování zdrojů záření velikost individuálnícc dávek, počet ozářenýcc osob a pravděpodobnost ozáření byly tak nízké, jak lze rozumně dosácnout při respektování cospodářskýcc a společenskýcc cledisek. X - náklady na occranu 46 Y - náklady (škody) ze zdravotní újmy v důsledku ozáření Occrana je optmalizována, pokud celkové náklady pro společnost (X+Y) jsou minimální. „Hodnota zdravotní újmy“ Y je v ČR je současně stanoven (vycl. č. 307/2002 Sb., § 17 odst. 3) pro různé způsoby ozáření:  0,5 mil. Kč/Sv pro radiační činnost, kdy průměrná efektvní dávka u jednotlivce nepřesácne jednu desetnu příslušnýcc limitů ozáření,  1 mil. Kč/Sv pro radiační činnost, kdy průměrná efektvní dávka u jednotlivce přesácne jednu desetnu, ale nikoliv tři desetny příslušnýcc limitů ozáření,  2,5 mil. Kč/Sv pro radiační činnost, kdy průměrná efektvní dávka u jednotlivce přesácne tři desetny příslušnýcc limitů ozáření,  1 mil. Kč/Sv pro lékařské ozáření,  0,5 mil. Kč/Sv pro ozáření z přírodnícc zdrojů ionizujícíco záření, které nejsou záměrně využívány,  2,5 mil. Kč/Sv pro cavarijní ozáření. Metody occrany před IZ: a) udržováním patřičné vzdálenost od zdroje záření ~ 1/r2 (důležité u γ záření) b) odstněním záření (všude kromě α záření, u β stačí 1-2 cm skla, plexiskla, u γ olovo, železobeton, beton s barytem (BaSO4 – těživec), pozitrony se stní jako γ, stejně se stní γ při reakci pomalýcc neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př. parafnem) c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí 3.6. Ochrana před IZ i ČR – legislatia 47 Zákon 18/1997 Sb., o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícíco záření (atomoiý zákon), ve znění pozdějšícc předpisů, upravuje způsob využívání jaderné energie a ionizujícíco záření a podmínky vykonávání činnost souvisejícícc s využíváním jaderné energie a činnost vedoucícc k ozáření, systém occrany osob a životníco prostředí před nežádoucími účinky ionizujícíco záření, povinnost při přípravě a provádění zásaců vedoucícc ke snížení přírodníco ozáření a ozáření v důsledku radiačnícc necod, zvláštní požadavky pro zajištění občanskoprávní odpovědnost za škody v případě jadernýcc škod, podmínky zajištění bezpečnéco nakládání s radioaktvními odpady, výkon státní správy a dozoru při využívání jaderné energie, při činnostecc vedoucícc k ozáření a nad jadernými položkami. Vyhláška 307/2002 Sb., ve znění pozdějšícc předpisů, Státníco úřadu pro jadernou bezpečnost o radiační occraně, která je jedním z prováděcícc předpisů atomovéco zákona. Prováděcí předpis je právní předpis určený k upřesnění obsacu právní normy obsažené v zákoně. Aktuální znění obou dokumentů najdete na stránkácc Státníco úřadu pro jadernou bezpečnost . V následujícím textu zmíníme některé důležité skutečnost uvedené ve vyclášce 307/2002 Sb., ve znění pozdějšícc předpisů. § 1 Předmět úpraiy (1) Tato vycláška v souladu s právem Evropskýcc společenství upravuje a) podrobnost ke způsobu a rozsacu zajištění radiační occrany při práci na pracovištcc, kde se vykonávají radiační činnost, včetně podrobnost pro vymezování, označování a oznamování nebo sccvalování sledovanýcc nebo kontrolovanýcc pásem na těccto pracovištcc, d) zproš ovací úrovně, uvolňovací úrovně, limity ozáření, optmalizační meze, mezní codnoty obsacu přírodnícc radionuklidů ve stavebnícc materiálecc a vodácc a nejvyšší přípustné úrovně radioaktvní kontaminace potravin, 48 e) podrobnost ke klasifikaci zdrojů ionizujícíco záření a kategorizaci radiačnícc pracovníků a pracoviš , kde se vykonávají radiační činnost, g) rozsac a způsob nakládání se zdroji ionizujícíco záření, nakládání s radioaktvními odpady a uvádění radionuklidů do životníco prostředí, k nimž je třeba povolení, a upravuje podrobnost pro zajištění radiační occrany při těccto radiačnícc činnostecc, j) vymezuje veličiny, parametry a skutečnost důležité z clediska radiační occrany, stanoví rozsac jejicc sledování, měření, codnocení, ověřování, zaznamenávání, evidence a způsob předávání údajů Státnímu úřadu pro jadernou bezpečnost (dále jen "Úřad"). § 2 Základní pojmy Pro účely této vyclášky se rozumí c) běžným proiozem – provoz zdroje ionizujícíco záření za podmínek stanovenýcc v povolení k jeco provozu nebo k nakládání s ním a ve sccválené dokumentaci, d) generátorem záření – zařízení nebo přístroj vysílající ionizující záření, jecož součást pracují při rozdílu potenciálu vyšším než 5 kV, zejména rentgenová zařízení a urycclovače částc, c) kosmickým zářením – ionizující záření kosmickéco původu, i) lékařským dohledem – sledování zdravotní způsobilost a vývoje zdravotníco stavu u pracovníků kategorie A z cledisek případnýcc vlivů ionizujícíco záření na jejicc zdraví j) monitoroiáním – cílené měření veličin ccarakterizujícícc ozáření, pole záření nebo radionuklidy a codnocení výsledků těccto měření pro účely usměrňování ozáření, m) osobními dáikami – soucrnné označení pro veličiny ccarakterizující míru zevníco i vnitřníco ozáření jednotlivé osoby, zejména efektvní dávku, úvazek efektvní dávky a ekvivalentní dávky v jednotlivýcc orgánecc nebo tkánícc; osobní dávky se měří osobními dozimetry, n) oteiřeným radionuklidoiým zářičem – radionuklidový zářič, který není uzavřeným radionuklidovým zářičem, o) pracoiištěm s oteiřenými zářiči – pracoviště, kde je nakládáno s otevřenými radionuklidovými zářiči, 49 p) pracoiním místem – část pracoviště jednoznačně ccarakterizovaná svými occrannými (izolačními, ventlačními a stnicími) vlastnostmi, vymezená prostorově nebo teccnologicky (pracovní stůl, aplikační nebo vyšetřovací box, digestoř, cermetzovaná podtlaková skříň ap.), kde mocou být prováděny samostatné práce se zdroji ionizujícíco záření; v jedné místnost může být více pracovnícc míst, pokud každé tvoří z clediska organizace práce samostatný celek, s) přírodním zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícíco záření pozemskéco nebo kosmickéco původu, t) radioaktiní kontaminací – znečištění jakécokoli materiálu či jeco povrccu, prostředí nebo osoby radioaktvní látkou; pokud jde o lidské tělo, zacrnuje jak zevní kontaminaci kůže, tak vnitřní kontaminaci bez ocledu na cestu příjmu, x) radionuklidem – druc atomů, které mají stejný počet protonů, stejný počet neutronů, stejný energetcký stav a které podlécají samovolné změně ve složení nebo stavu atomovýcc jader, y) radionuklidoiým zářičem – zdroj ionizujícíco záření obsacující radioaktvní látky, kde součet podílů aktvit radionuklidů a zproš ovacícc úrovní aktvit (zproš ovací úrovně jsou uvedeny v příloze vyclášky a pro některé radionuklidy i na konci této kapitoly) pro tyto radionuklidy je větší než 1 a současně součet podílů cmotnostnícc aktvit radionuklidů a zproš ovacícc úrovní cmotnostnícc aktvit pro tyto radionuklidy je větší než 1, cc) umělým zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícíco záření jiný než přírodní zdroj ionizujícíco záření, dd) uzaiřeným radionuklidoiým zářičem – radionuklidový zářič, jecož úprava, například zapouzdřením nebo occranným překryvem, zabezpečuje zkouškami ověřenou těsnost a vylučuje tak, za předvídatelnýcc podmínek použit a opotřebování, únik radionuklidů ze zářiče, ee) initřním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením z radionuklidů vyskytujícícc se v těle této osoby, zpravidla jako důsledek příjmu radionuklidů požitm nebo vdeccnutm, gg) iýpust – kapalná nebo plynná látka vypouštěná do životníco prostředí, která obsacuje radionuklidy v množství nepřevyšujícím 50 uvolňovací úrovně nebo vypouštěná do životníco prostředí za podmínek uvedenýcc v povolení k uvádění radionuklidů do životníco prostředí, cc) zeiním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením ze zdrojů ionizujícíco záření, které se naccázejí mimo ni, ii) zneškodňoiáním radioaktiních odpadů – umístění radioaktvnícc odpadů na úložiště nebo na určité místo bez úmyslu je znovu použít; zneškodňování zacrnuje rovněž oprávněné uvolnění radioaktvníco odpadu přímo do životníco prostředí a jeco následný rozptyl, ll) neiyužíianým zdrojem – zdroj ionizujícíco záření, který se již k činnost, pro niž bylo Úřadem vydáno povolení podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona, nevyužívá a jecož další využit k této činnost se nepředpokládá. § 3 Veličiny radiační ochrany Pro účely této vyclášky se veličinami radiační occrany rozumí a) ekiiialentní dáika HT, což je součin radiačníco vácovéco faktoru wR uvedenéco v tabulce č. 1 přílocy č. 5 a střední absorbované dávky DTR v orgánu nebo tkáni T pro ionizující záření R, nebo součet takovýcc součinů, jestliže pole ionizujícíco záření je složeno z více druců nebo energií, b) efektiní dáika E, což je součet součinů tkáňovýcc vácovýcc faktorů wT uvedenýcc v tabulce č. 2 přílocy č. 5 a ekvivalentní dávky HT v ozářenýcc tkánícc nebo orgánecc T, Tabulka č. 1 a č. 2 přílohy č. 5 iyhlášky 307/2002 Sb. Tabulka č. 1 Radiační iáhoié faktory Tabulka č. 2. Tkáňoié iáhoié faktory Typ záření a příp. energie Radiační vácový faktor wR Tkáň, orgán Tkáňový vácový faktor wT fotony 1 Gonády 0,20 elektrony, miony 1 Červená kostní dřeň 0,12 neutrony, méně než 10 keV 5 Tlusté střevo 0,12 neutrony, 10keV až 100 keV 10 Plíce 0,12 neutrony, 100 keV až 2 MeV 20 Žaludek 0,12 neutrony, 2 MeV až 20 MeV 10 Močový měccýř 0,05 neutrony, více než 20 MeV 5 Mléčná žláza 0,05 protony, více než 2 MeV, 5 Játra 0,05 (mimo odražené ) Jícen 0,05 51 částce alfa, těžká jádra, 20 Šttná žláza 0,05 štěpné fagmenty Kůže 0,01 Povrccy kost 0,01 Ostatní orgány a tkáně 0,05 c) kolektiní efektiní, popř. ekiiialentní dáika S, což je součet efektvnícc, popř. ekvivalentnícc dávek všecc jednotlivců v určité skupině, d) úiazek efektiní dáiky E(τ), popř. ekiiialentní dáiky HT(τ), což je časový integrál příkonu efektvní dávky, popř. ekvivalentní dávky po dobu τ od příjmu radionuklidu; není-li uvedeno jinak, činí tato doba 50 roků pro příjem radionuklidů u dospělýcc a období do 70 let věku pro příjem radionuklidů u dět; obdobně je definován také úvazek kolektvní efektvní, popř. ekvivalentní dávky, e) dáikoiý ekiiialent H, což je součin absorbované dávky v uvažovaném bodě tkáně a jakostníco činitele Q uvedenéco v tabulce č. 3 přílocy č. 5 vyjadřujícíco rozdílnou biologickou účinnost různýcc druců záření, Lineární přenos energie L [keV/µm] Jakostní činitel Q(L) méně než 10 1 10 až 100 0,32.L-2,2 více než 100 300.L- 0,5 f) osobní dáikoiý ekiiialent Hp(d), což je dávkový ekvivalent v daném bodě pod povrccem těla v cloubce tkáně d, i) příjem, což je aktvita radionuklidu přijatá do lidskéco organizmu z prostředí, obvykle požitm nebo vdeccnutm, § 4 Kritéria pro klasifikaci zdrojů (1) Zdroje ionizujícíco záření se podle vzestupnéco ocrožení zdraví a životníco prostředí ionizujícím zářením klasifikují jako neiýznamné, drobné, jednoduché, iýznamné a ielmi iýznamné, a to na základě a) příkonu dávkovéco ekvivalentu, b) teccnické úpravy a způsobu provedení, c) aktvity a cmotnostní aktvity radionuklidovýcc zářičů, zpravidla ve vztacu ke zproš ovacím úrovním, 52 d) možnost úniku radionuklidů z radionuklidovýcc zářičů, e) možnost vzniku radioaktvnícc odpadů a náročnost jejicc zneškodnění, f) typickéco způsobu nakládání a související míry možnéco ozáření, g) potenciálníco ocrožení plynoucíco z předvídatelnýcc porucc a odccylek od běžnéco provozu, neoprávněnéco použit, nebo nesprávnéco použit, c) rizika vzniku radiační necody nebo cavárie, závažnost následků takové událost a možnost zásaců. Tabulka č. 1 přílohy č. 1 Zprošťoiací úroině aktiity a hmotnostní aktiity některých radionuklidů Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + v prvním sloupci této tabulky, se codnoty zproš ovacícc úrovní aktvity a cmotnostní aktvity vztacují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale reprezentují také tyto radionuklidy v rovnováze s produkty radioaktvní přeměny. Nuklid Aktiita [Bq] Hmotnostní aktiita [kBq/kg] 3 H 109 106 14 C 107 104 22 Na 106 10 32 P 105 103 33 P 108 105 35 S 108 105 40 K 106 102 60 Co 105 10 90 Sr+ 104 102 137 Cs+ 104 10 238 U+ 104 10 239 Pu 104 1 § 6 Neiýznamné zdroje 53 Nevýznamným zdrojem ionizujícíco záření je a) elektrické zařízení emitující ionizující záření, avšak neobsacující komponenty pracující s rozdílem napět převyšujícím 5 kV, b) katodová trubice určená k zobrazování nebo jakékoli jiné elektrické zařízení pracující při rozdílu potenciálů nepřevyšujícím 30 kV, u něcož příkon dávkovéco ekvivalentu na kterémkoli přístupném místě ve vzdálenost 0,1 m od povrccu zařízení je menší než 1 µSv/c, c) radioaktvní látka, u níž součet podílů aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní aktvity není větší než 1 nebo součet podílů cmotnostnícc aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní cmotnostní aktvity není větší než 1, d) uzavřený radionuklidový zářič, u něcož součet podílů aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní aktvity nebo součet podílů cmotnostnícc aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní cmotnostní aktvity není větší než 10, § 7 Drobné zdroje Drobným zdrojem ionizujícíco záření je a) generátor záření, který není nevýznamným zdrojem, konstruovaný tak, že příkon dávkovéco ekvivalentu na kterémkoli přístupném místě ve vzdálenost 0,1 m od povrccu zařízení je menší než 1 µSv/c s výjimkou míst určenýcc za běžnýcc pracovnícc podmínek k manipulaci a obsluze zařízení výcradně rukama, kde může příkon dávkovéco ekvivalentu dosacovat až 250 µSv/c, b) uzavřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným zdrojem, u něcož součet podílů aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní aktvity nebo součet podílů cmotnostnícc aktvit radionuklidů a příslušnýcc zproš ovacícc úrovní cmotnostní aktvity je menší než 100 v případě dloucodobýcc alfa zářičů, včetně alfa-neutronovýcc zdrojů, a menší než 1000 v ostatnícc případecc, d) otevřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným zdrojem, u něcož součet podílů aktvit nebo cmotnostnícc aktvit jednotlivýcc 54 radionuklidů a codnot aktvit nebo cmotnostnícc aktvit těccto radionuklidů uvedenýcc v tabulce č. 1 přílocy č. 1 je menší než 10, e) ionizační clásiče požáru, u niccž je součet aktvit zářičů větší než desetnásobek příslušné zproš ovací úrovně aktvity, naccázející se současně v jedné budově a v držbě jedné osoby. § 8 Jednoduché zdroje Jednoduccými zdroji ionizujícíco záření jsou všeccny zdroje ionizujícíco záření, které nejsou nevýznamnými, drobnými, významnými ani velmi významnými zdroji ionizujícíco záření. § 9 Významné zdroje Významným zdrojem ionizujícíco záření je a) generátor záření určený k radioterapii nebo radiodiagnostce v cumánní medicíně, kromě kostnícc densitometrů, kabinovýcc rentgenovýcc zařízení a zubnícc rentgenovýcc zařízení, c) zdroj ionizujícíco záření určený k radioterapii protony, neutrony a jinými těžkými částcemi, e) radionuklidový ozařovač pro ozařování potravin a surovin nebo jiný stacionární průmyslový ozařovač, u kterýcc s ocledem na obsac radionuklidů, na dávkový příkon a s ocledem na typický způsob nakládání s nimi, související míru možnéco ozáření a potenciální riziko plynoucí z předvídatelnýcc porucc a odccylek od běžnéco provozu bylo toto zařazení potvrzeno v rámci typovéco sccvalování podle § 23 zákona nebo v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji ionizujícíco záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona, f) mobilní defektoskop s uzavřenými radionuklidovými zářiči. § 10 Velmi iýznamné zdroje Velmi významným zdrojem ionizujícíco záření je jaderný reaktor. § 11 Kritéria pro kategorizaci pracoiišť 55 (1) Pracoviště, kde se vykonávají radiační činnost, se kromě pracoviš , kde se používají výcradně nevýznamné nebo typově sccválené drobné zdroje ionizujícíco záření, kategorizují vzestupně podle ocrožení zdraví a životníco prostředí ionizujícím zářením na pracoviště I., II., III. a IV. kategorie na základě a) klasifikace zdrojů ionizujícíco záření, o niccž se předpokládá, že se s nimi bude na pracovišt nakládat, b) očekávanéco běžnéco provozu pracoviště a související míry možnéco ozáření pracovníků a obyvatelstva, c) zaměření radiační činnost a náročnost na zajištění radiační occrany a jakost při této činnost, d) vybavení a zajištění pracoviště pro bezpečnou práci se zdroji ionizujícíco záření, zejména occrannými pomůckami, izolačními a stnicími zařízeními, provedením ventlace a kanalizace, e) možnost radioaktvní kontaminace pracoviště nebo jeco okolí radionuklidy, f) možnost vzniku radioaktvnícc odpadů a náročnost jejicc zneškodnění, g) potenciálníco ocrožení plynoucíco z předvídatelnýcc porucc a odccylek od běžnéco provozu, c) rizika vzniku radiační necody nebo cavárie, závažnost následků takové událost a možnost zásaců. § 12 Pracoiiště I. kategorie Pracovištěm I. kategorie je a) pracoviště s drobnými typově nesccválenými zdroji ionizujícíco záření, c) pracoviště s veterinárním, zubním nebo kabinovým rentgenovým zařízením, e) pracoviště s teccnickým rentgenovým zařízením, na němž ccarakter radiační činnost nevyžaduje vymezení kontrolovanéco pásma, f) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud vybavení izolačními a ventlačními zařízeními a úroveň provedení kanalizace splňuje 56 příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1 přílocy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji ionizujícíco záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona. Tabulka č. 1 přílohy č. 4 Kategorie pracoiiště s oteiřenými zářiči Základní požadaiky na iybaiení pracoiiště ientlačními a izolačními zařízeními a na úroieň proiedení kanalizace I. Jako běžná ccemická laboratoř, tj. stěny a strop s omyvatelným a neporézním povrccem, podlaca pokryta odolnou dobře čisttelnou podlacovinou (např. PVC), pracovní povrccy z lecce čisttelnéco materiálu (např. laminát nebo nerez), celistvé a bezešvé, odpadní jímka z lecce čisttelnéco materiálu, může být přímo napojena na kanalizaci. II. Jako dobře vybavená ccemická laboratoř, tj. kromě požadavků na pracoviště kategorie I navíc utěsněné spoje mezi podlacou, stěnami, stropem a pracovními povrccy, digestoř, kanalizace zpravidla napojena na samostatnou záccytnou nádrž. III. Jako velmi dobře vybavená ccemická laboratoř, tj. kromě požadavků na pracoviště kategorie II navíc vybavení podtlakovými skříněmi a kanalizací napojenou na samostatnou záccytnou nádrž. § 13 Pracoiiště II. kategorie Pracovištěm II. kategorie je a) pracoviště s jednoduccým zdrojem ionizujícíco záření, které není pracovištěm I. kategorie, g) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud vybavení izolačními a ventlačními zařízeními a úroveň provedení kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1 přílocy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji ionizujícíco záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona, § 14 Pracoiiště III. kategorie Pracovištěm III. kategorie je b) pracoviště se zařízením obsacujícím uzavřený radionuklidový zářič určené k radioterapii, včetně braccyterapie, klasifikovaným jako významný zdroj, c) uznaný sklad, 57 d) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud vybavení izolačními a ventlačními zařízeními a úroveň provedení kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1 přílocy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji ionizujícíco záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona, e) pracoviště se stacionárním průmyslovým ozařovačem určeným k ozařování potravin a surovin, předmětů běžnéco užívání nebo jinýcc materiálů, f) pracoviště pro těžbu a zpracování uranové rudy zacrnující těžbu, úpravu, nakládání s koncentrátem, provoz dekontaminačnícc stanic, scromažďování produktů cornické činnost na odvalecc a v kalovýcc polícc. § 15 Pracoiiště IV. kategorie Pracovištěm IV. kategorie je a) jaderné zařízení ve smyslu § 2 písm. c) bod 1 zákona, b) úložiště radioaktvnícc odpadů ve smyslu § 2 písm. u) zákona, c) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, které s ocledem na vysoké aktvity zpracovávané současně na jednom pracovním místě, na typický způsob provozu pracoviště a související míru možnéco ozáření a potenciální riziko plynoucí z předvídatelnýcc odccylek od běžnéco provozu, z necod nebo cavárií nelze zařadit do nižší kategorie, d) sklad vycořeléco nebo ozářenéco jadernéco paliva. § 16 Kategorizace radiačních pracoiníků (1) Pro účely monitorování a lékařskéco docledu se radiační pracovníci podle ocrožení zdraví ionizujícím zářením zařazují do kategorie A nebo B na základě očekávanéco ozáření za běžnéco provozu a při předvídatelnýcc poruccácc a odccylkácc od běžnéco provozu, s výjimkou ozáření v důsledku radiační necody nebo cavárie. (2) Pracovníky kategorie A jsou radiační pracovníci, kteří by mocli obdržet efektvní dávku vyšší než 6 mSv ročně nebo ekvivalentní dávku 58 vyšší než tři desetny limitu ozáření pro oční čočku, kůži a končetny stanovenéco v § 20 odst. 1 písm. c) až e); ostatní radiační pracovníci jsou pracovníky kategorie B. § 19 Obecné limity (1) Obecné limity jsou a) pro součet efektvnícc dávek ze zevníco ozáření a úvazků efektvnícc dávek z vnitřníco ozáření codnota 1 mSi za kalendářní rok nebo za podmínek stanovenýcc v povolení k provozu pracoviště III. nebo IV. kategorie výjimečně codnota 5 mSv za dobu 5 za sebou jdoucícc kalendářnícc roků, b) pro ekvivalentní dávku i oční čočce codnota 15 mSi za kalendářní rok, c) pro průměrnou ekvivalentní dávku i 1 cm2 kůže codnota 50 mSi za kalendářní rok. § 20 Limity pro radiační pracoiníky (1) Limity pro radiační pracovníky jsou a) pro součet efektvnícc dávek ze zevníco ozáření a úvazků efektvnícc dávek z vnitřníco ozáření codnota 100 mSi za 5 za sebou jdoucích kalendářních roků, b) pro součet efektvnícc dávek ze zevníco ozáření a úvazků efektvnícc dávek z vnitřníco ozáření codnota 50 mSi za kalendářní rok, c) pro ekvivalentní dávku i oční čočce codnota 150 mSi za kalendářní rok, d) pro průměrnou ekvivalentní dávku i 1 cm2 kůže hodnota 500 mSi za kalendářní rok, e) pro ekvivalentní dávku na ruce od prstů až po předlokt a na nocy od ccodidel až po kotníky codnota 500 mSv za kalendářní rok. § 23 Omezoiání ozáření ie ziláštních případech 59 (2) Ozáření plodu u těcotnýcc žen pracujícícc na pracovištcc I. až IV. kategorie se neprodleně poté, co žena těcotenství oznámí zaměstnavateli, omezí úpravou podmínek práce tak, aby bylo nepravděpodobné, že součet efektvnícc dávek ze zevníco ozáření a úvazků efektvnícc dávek z vnitřníco ozáření plodu alespoň po zbývající dobu těcotenství překročí 1 mSv. § 26 Informoiání a přípraia pracoiníků (1) Osoba, která provozuje pracoviště, kde je vymezeno sledované pásmo, (dále jen "provozovatel sledovanéco pásma") a držitel povolení, který provozuje pracoviště, kde je vymezeno kontrolované pásmo, (dále jen "provozovatel kontrolovanéco pásma") musí prokazatelně předem informovat radiační pracovníky, kteří mají pracovat v těccto pásmecc, a osoby používající v těccto pásmecc zdroje ionizujícíco záření po dobu jejicc specializované přípravy na výkon povolání a) o ccarakteru a rozsacu možnéco ocrožení zdraví, o rizicícc spojenýcc s jejicc prací a o případné zdravotní újmě s tm spojené, b) o obecnýcc postupecc radiační occrany a opatřenícc, která musí být přijata, zejména o těcc, která odpovídají provozním a pracovním podmínkám vztacujícím se jak k dané činnost obecně, tak i k jednotlivým pracovištm a pracím, na které mocou být přiděleni, c) o důležitost plnit požadavky occrany zdraví i teccnické a administratvní požadavky k zajištění radiační occrany, d) a v případě žen také o významu včasnéco oznámení těcotenství z důvodu rizik ozáření pro nenarozené dítě a radioaktvní kontaminace kojence v případě vnitřní kontaminace radionuklidy. § 27 Soustainý dohled nad radiační ochranou (1) Soustavný docled nad radiační occranou podle § 18 odst. 1 písm. i) zákona musí být zajištěn v rozsacu odpovídajícím zdrojům ionizujícíco záření, s nimiž se na pracovišt nakládá, způsobu nakládání s nimi, související míře možnéco ozáření, včetně ozáření plynoucíco z předvídatelnýcc porucc a odccylek od běžnéco provozu a s uvážením 60 rizika vzniku radiační necody nebo cavárie. Soustavný docled nad radiační occranou se zajiš uje osobami s přímou odpoiědnost za zajištění radiační ochrany a dohlížejícími osobami. § 29 Sledoiané pásmo (1) Sledované pásmo se vymezuje všude tam, kde se očekává, že efektvní dávka by mocla být vyšší než 1 mSv ročně nebo ekvivalentní dávka by mocla být vyšší než jedna desetna limitu ozáření pro oční čočku, kůži a končetny stanovenéco v § 20 odst. 1 písm. c) až e). (2) Sledované pásmo se zpravidla vymezuje na všecc pracovištcc I. až IV. kategorie. Sledované pásmo se nevymezuje, pokud by jeco rozsac nepřesácl vymezení kontrolovanéco pásma. (3) Sledované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená. Na vccodecc nebo ocraničení se sledované pásmo označuje upozorněním "Sledované pásmo se zdroji ionizujícíco záření" (viz konec této kapitoly), případně i znakem radiačníco nebezpečí a údaji o ccarakteru zdrojů a rizik s nimi spojenýcc. SLEDOVANÉ PÁSMO SE ZDROJI IZ § 30 Kontroloiané pásmo (1) Kontrolované pásmo se vymezuje všude tam, kde by efektvní dávka mocla být vyšší než 6 mSv ročně nebo kde by ekvivalentní dávka mocla být vyšší než tři desetny limitu ozáření pro oční čočku, kůži a končetny stanovenéco v § 20 odst. 1 písm. c) až e). (2) Kontrolované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená, a s takovým 61 zajištěním, aby do ní nemocly vstoupit nepovolané osoby. Na vccodecc nebo ocraničení se kontrolované pásmo označuje znakem radiačníco nebezpečí a upozorněním "Kontrolované pásmo se zdroji ionizujícíco záření, vstup nepovolaným osobám zakázán", případně i údaji o ccarakteru zdrojů a rizik s nimi spojenýcc. 62 Výpočet maximální možné zpracoiáiané aktiity na pracoiišt dané kategorie Koeficienty iybaienost pracoiního místa Vybaiení pracoiního místa izolujícími a ientlačními zařízeními Kategorie pracoiiště s oteiřenými zářiči I. II. III. Podtlaková cermetzovaná skříň s rukavicemi nebo manipulátory 10 10 1 Částečně cermetzovaná podtlaková skříň 10 1 0,1 Uzavřený eluční, či podobný systém 1 1 0,1 Radioccemická digestoř, skříň s laminárním prouděním 1 1 0,1 Volná plocca anebo pracovní stůl v místnost se sestupným laminárním prouděním 0,1 0,1 0,01 Běžná ccemická digestoř 0,1 0,01 0,001 Skříň bez ventlace (occranný štt, stan ap.) 0,1 0,01 0,001 Volná plocca, pracovní stůl 0,01 0,001 0,0001 Maximální aktiity na pracoiním místě Kategorie pracoiiště s oteiřenými zářiči Maximální aktiita na jednom standardně iybaieném pracoiním místě i záiislost na charakteristce materiálů a práci s nimi normální za mokra těkaié kapaliny potenciálně prašné I. 60 Sv/cinc. 3000 Sv/cinc. 1 Sv/cinc. 3 Sv/cinc. II. 600 Sv/cinc. 30000 Sv/cinc. 150 Sv/cinc. 600 Sv/cinc. III. 8000 Sv/cinc. 30000 Sv/cinc. 1600 Sv/cinc. 8000 Sv/cinc. Konierzní faktory hinh. pro příjem radioaktiních aerosolů (upraieno, dle tabulky č. 4 přílohy č. 3 iyhlášky 307/2002 Sb.) Například pro nejvyšší aktvitu roztoku obsacující 137 Cs na jednom pracovním místě, který zpracováváme na běžném pracovním stole 63 Nuklid hinh. [Si/Bq] Nuklid hinh. [Si/Bq] 22 Na 1,5 x 10-9 90 Sr 2,7 x 10-8 32 P 3,2 x 10-9 137 Cs 5,5 x 10-9 33 P 1,4 x 10-9 232 Th 3,5 x 10-5 35 S 1,3 x 10-9 238 U 5,5 x 10-7 60 Co 2,0 x 10-8 239 Pu 4,0 x 10-5 v laboratoři I. kategorie (koeficient vybavenost 0,01) plat 0,01 x 3000/ (5,5 x 10-9 ) = 5,5 x 109 Bq tedy 5,5 GBq. Příklady maximální aktvity roztoků dalšícc, na pracovištcc Masarykovy univerzity běžnýcc nuklidů, které lze současně zpracovávat na jednotlivýcc pracovnícc místecc v laboratoři I. kategorie jsou: Radionuklid Pracoiní místo Maximální aktiita Radionuklid Pracoiní místo Maximální aktiita 3 H laboratorní stůl 244 GBq 32 P laboratorní stůl 9,38 GBq digestoř 2,44 TBq digestoř 93,8 GBq 14 C laboratorní stůl 17,2 MBq 33 P laboratorní stůl 21,4 GBq digestoř 172 MBq digestoř 214 GBq 35 S laboratorní stůl 23,1 GBq 137 Cs laboratorní stůl 5,5 GBq digestoř 231 GBq digestoř 55 GBq Rozdělení radionuklidů do tříd podle radiotoxicity a potenciálního ohrožení zeiním ozářením Radionuklidy jsou podle toxicity zařazeny do čtyř tříd, v závislost na nejvyšším přípustném ročním příjmu incalací. Rozdělení vybranýcc radionuklidů do tříd ukazuje tabulka (viz níže). Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + se codnoty uvolňovacícc úrovní vztacují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale reprezentují také tyto radionuklidy v rovnováze s jejicc produkty radioaktvní přeměny. Třída Radiotoxicita Radionuklidy 1 vysoká 22 Na, 60 Co, 137 Cs+, 235 U+, 239 Pu, 241 Am 2 vyšší střední 11 C, 90 Sr, 232 Tc, 238 U+ 3 nižší střední 14 C, 32 P, 36 Cl, 99m Tc 4 nízká 3 H, 33 P, 35 S 64 4. Radioaktiita a IZ i žiiotním prostředí Ozáření člověka z přírodnícc a umělýcc zdrojů ionizujícíco záření: - celkem 3,1 mSv/rok (v ČR) - nácorní plošiny Iránu až 250 mSv/rok - písečné pláže v Brazílii až 400 mSv/rok - aktuální data zde 65 Působení radioaktvnícc nuklidů v životním prostředí na člověka: 66 Efektvní poločasy a kritcké orgány pro některé radioaktvní nuklidy: Tef = T1/2 · Tb/(T1/2 + Tb) 67 Průměrné měsíční hodnoty objemové aktvity 137 Cs, 7 Be a 210 Pb ve vzdušném aerosolu naměřené v lokalitě SÚRO Praha 4.1. Kosmické záření a kosmogenní RN Primární složka kosmickéco záření – 85% protonů, α 12,5 %, elektrony, těžší jádra od Li po Fe (rozlišuje se galaktcká a solární), intenzita – 10 000 na cm-2 ·s-1 , energie – 109 – 1020 eV Sekundární složka kosmickéco záření – protony, neutrony, piony, miony, lecká jádra (2 H, 3 H) a fotony (až 10 MeV), jaderné reakce – vznik kosmogennícc radionuklidů Na povrcc 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 odstnit cca 10 cm olova 68 Intenzita KZ závisí na zeměpisné šířce a nadmořské výšce: 69 Průměrná roční ekvivalentní dávka z KZ: 380 μSv Průměrná ekvivalentní dávka za 600 letovýcc codin (n a γ sekundární složky): 10 km – 4 mSv 12km – 7,5 mSv Posádky orbitálnícc stanic (primární KZ, záření z Van Allenovýcc pásů): 100 – 500 μSv/den (6,5 μSv/den z přír. zdrojů) Při meziplanetárnícc letecc je riziko menší (nejsou tam Van Allenovy pásy), nebezpečná těžká jádra wR = 10 - 15 (Apollo 11 podivné záblesky – těžké částce v očícc) 70 Efektivní dávky během cestování letadlem Let Doba trvání letu (h) Efektivní dávka (µSv) San Francisco to Washington, DC 12 60 Atlanta to Chicago 4 20 Dallas/Ft. to Chicago 4 20 Boston to Los Angeles 10 50 Chicago to Honolulu 18 90 New York to Las Vegas 10 50 Efektivní dávky (přibližné) obdržené astronauty při misích Apollo 71 Číslo mise Datum startu Druh orbitu Trvání mise (h) Dávka mSv VII Aug. 1968 Earth orbital 260 1,20 VIII Dec. 1968 Circumlunar 147 1,85 IX Feb. 1969 Earth orbital 241 2,10 X May 1969 Circumlunar 192 4,70 XI July 1969 Lunar landing 182 2,00 XII Nov. 1969 Lunar landing 236 2,00 XIV Jan. 1971 Lunar landing 286 5,00 XV July 1971 Lunar landing 286 5,00 Kosmogenní RN: - vznikají jadernými reakcemi v atmosféře - nejvýznamnější je 14 N(n, p)14 C - v atmosféře se 14 C ryccle oxiduje na 14 CO2, dostává se do rostlin a živočicců (A = 2,5 kBq v lidském těle) - tritum vzniká např. reakcí 14 N(n, t)12 C, oxiduje se na H3 HO, aktvita u pólu 5 Bq/l, na rovníku 0,06 Bq/l, v ČR asi 0,6 Bq/l 4.2. Přírodní RN s dlouhým poločasem rozpadu 72 - zemská kůra obsacuje asi 30 RN - významné jsou pouze 232 Tc a 238 U a jejicc produkty přeměny a 40 K 40 K: - zastoupení v K 0,012 % - průměrná měrná aktvita v corninácc 313 Bq/kg - aktvita v zemské kůře je větší než všecc přírodnícc radionuklidů docromady - podílí se na zevním i vnitřním ozáření lidskéco organismu (součást těla 22 – 76 kBq/70kg, corniny, stavební materiály) - aktvita v potravinácc 20 – 240 Bq/kg U a Tc: - 1 kg zemské kůry průměrně obsacuje 6 mg U (70 Bq/kg) a 12 mg Tc (50 Bq/kg) - Tc je v corninácc pevně vázán, ale U se oxiduje na UO2 2+ a lucuje se vodou (5·10-7 – 3·10-5 g/l) - důležité je i 226 Ra (je v rovnováze s 238 U), α rozpadem vzniká 222 Rn (riziko rakoviny plic), 226 Ra se po požit ukládá v kostecc (comolog Ca) a ozařuje krvetvornou tkáň, Ra se z cornin lucuje vodou (3·10-14 – 2·10-13 g/l) - Jáccymovské prameny obsacují velmi mnoco Ra (0,7 – 18,5 MBq/m3 ), používají se k léčebným účelům 73 Z 230 μSv/rok (průměrná dávka z vnitřníco ozáření) připadá 200 μSv na 40 K, 5 μSv na 226 Ra, zbytek připadá na další produkty přeměny 238 U a 232 Tc. Spalování uclí: - průměrná měrná aktvita uclí 70 Bq/kg - v popílku cca 550 Bq/kg - pro kritckou skupinu obyvatel 10 - 50 μSv/rok (1 - 5 % dávky z přírodnícc RN) (JE – 8 μSv/rok) 4.3. Radon Vzniká přeměnou 232 Tc, 235 U a 238 U, významný je jen 222 Rn (T1/2 = 3,8 dne) vznikající přeměnou 238 U 74 Zdrojem radonu je především půda (40 Bq/kg). Ten pak dále difunduje z půdy ven (do domů, dolů, do atmosféry) Do domů vniká nasáváním půdníco vzduccu, především v zimě. 75 76 77 Stavební materiály produkují minimum radonu. Vyjímka: domy Start postavené z tvárnic ze škváry z ucelnýcc elektráren, uclí obsacovalo uran (1 - 4 kBq/kg). Radonový program – měření radonu v 95 000 domecc v letecc 1991 – 1996 A (Bq/m3 ) 200-300 300-600 600-1000 >1000 počet domů 6020 6152 1592 580 V současnost měření pozemků před stavbou (dříve radonové riziko). Závisí nejen na množství uranu v podloží ale i na propustnost půd. Průměrná codnota v domecc: 40 Bq/m3 . Ve volném prostoru: 10 Bq/m3 . Zdrojem radonu může být i voda, ve které je rozpustný, uvolňuje se až při vyššícc teplotácc (koupelny!). Méně významné zdroje: - spalování fosilnícc paliv 78 - zemní plyn (většinou ale vymře dřív, než se dostane ke spotřebiteli) Riziko radonu: - riziko nepředstavuje radon (vydeccuje se) ale produkty přeměny (218 Po, 214 Pb, 214 Bi a 214 Po), jsou to α a β zářiče. - adsorbují se na aerosoly a ty se pak usazují v plicícc a ozařují plicní epitel (kouření snižuje riziko plynoucí z ozáření plic radonem), ovšem u kuřáků působí vliv kouření a radonu synergicky - u nižšícc dávek neodpovídá riziko bezpracovému modelu, ale uplatňuje se cormeze ovšem v menší míře než u vnějšíco ozáření - rakovina plic způsobená kouřením 80 % případů; radonem 10 - 15 % případů 79 Výskyt rakoviny plic způsobený produkty přeměny radonu Měrná aktvita produktů přeměny [Bq·m-3 ] Roční ekviv. dávka [mSv] Celoživotní dávka [mSv] Počet případů rakoviny plic za rok ve skupině 106 osob 15 0,915 55 16,5 50 3,05 183 55 75 4,58 275 82 100 6,10 366 110 200 12,20 732 220 400 24,40 1454 439 Průměrné měrné aktvity radonu v obytnýcc budovácc země A [Bq·m-3 ] Německo 40 Finsko 64 Velká Británie 28 - Cornwall 390 - Devon 150 Švédsko 67 Holandsko 26 Švýcarsko 60 - jicovýccodní Alpy 255 - centrální Alpy 174 Česká republika 58 USA 65 Kanada 17 Austrálie 15 Směrné codnoty pro provedení zásaců (dříve přispíval stát, v současnost na vlastní náklady): Ekvivalentní objemová aktvita radonu [Bq/m3 ] Přiměřený typ zásacu 80 200 – 300 jednoduccá opatření: zvýšení přirozenéco větrání, případně zavedení nucené ventlace 300 – 600 složitější opatření: středně nákladné stavební úpravy, nucená ventlace 600 – 2000 zásadní stavební úpravy objektu > 2000 vyloučení pobytu osob Odkazy k zamyšlení: Radon 1 Radon 2 4.4. Umělé zdroje IZ - největší podíl na ozáření z umělýcc zdrojů má používání ionizujícíco záření a radioaktvnícc látek v lékařství (cca 85 %) - RTG plic 1 - 10 mGy, zubní snímek 10 mGy, panoramatcký snímek ccrupu až 300 mGy (záleží na metodě) - vážné ocrožení představovaly v 50. – 60. letecc nadzemní zkoušky jadernýcc zbraní - v roce 1963 testy zakázány od té doby aktvita RN klesá - dalším zdrojem jsou radionuklidové zářiče γ (60 Co a 137 Cs), při neodborné likvidaci zemřelo 19 lidí (5 necod) - dalším malým umělým zdrojem IZ jsou necody družic obsacující Pu (v roce 1964 scořela družice v atmosféře a rozptýlilo se 6,3.1014 Bq 238 Pu (dávka 0,4 μSv z incalace)) - TV zdroje RTG 15 – 25 keV, 5 cm od obrazovky 5 μGy/cod - cavárie jadernýcc elektráren 81 4.5. Jaderné elektrárny a jejich budoucnost Počet reaktorů v provozu k 18. 1. 2013 Počet reaktorů které se staví k 18.1.2013 82 Podíl jaderné energii k celkové vyrobené energii, rok 2012 Rozdělení reaktorů podle stáří, 10.1.2013 83 Zdroj. Počet reaktorů celkem: 437 Počet stavěnýcc reaktorů: 68 84 (parní - PE, plynové a paroplynové - PPE, jaderné - JE, vodní - VE, přečerpávací vodní - PVE, alternatvní - AE, závodní - ZE, fotovoltaická FVE a větrné elektrárny VTE) Zdroj. Množství RN vypouštěnýcc z JE se uvádí jako celková aktvita, měrná aktvita (Bq/MW, Bq/m3 ) Radioaktvita převážně v ccladící vodě (tlakovodní reaktory): - jod, cesium, izácné plyny – únik mikrotrclinami z palivovýcc tyčí - tritum – vzniká ve vodě reakcemi: 2 H(n, γ)3 H a 10 B(n, 2α)3 H (1010 – 1011 Bq/m3 ) 85 - 51 Cr, 54 Mn, 59 Fe, 58 Co a 60 Co – nejvýznamnější RN poccázející z konstrukčnícc materiálů reaktoru a vznikající reakcemi (n, γ) tzv. korozivní produkty Ccladicí voda se filtruje a vede přes iontoměniče. Uvolňují se izotopy vzácnýcc 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). Průměrné měsíční hodnoty objemové aktvity 85 Kr v ovzduší v Praze. Zdroj. Odpadní voda kromě stop korozivnícc produktů obsacuje i tritum. Stejné výpustě produkují i závody na přepracovávání jadernéco paliva. Současný průměrný obsac 85 Kr ve vzduccu je 1 – 2 Bq/m3 (β zářič o střední energii β). Mezinárodní doporučení: Ekolektvní < 40mSv/MW (pro kritckou skupinu obyvatel, ve skutečnost cca 1%), Kritická skupina obyvatel – modelová skupina fyzických osob, která představuje ty jednotlivce z obyvatelstva, kteří jsou z daného zdroje a danou cestou ozáření nejvíce ozařováni. 86 Uhelná elektrárna: na 1 GW za rok spotřebuje 3 milióny tun uclí vyprodukuje 7 miliónů tun CO2, 120 000 tun SO2, 20 000 tun oxidů dusíku a 750 000 tun popílku Jaderná elektrárna: na 1 GW za rok spotřebuje 30 tun paliva (snadná doprava), cca 1 % množství CO2 z ucelnýcc elektráren, jednotky až desítky tun ra odpadu. Obsac izotopů jodu (indikátor netěsnost pokryt palivovýcc elementů) v plynnýcc výpustecc ve větracícc komínecc z elektrárny Dukovany: Limitní a skutečná aktvita plynnýcc výpust z jaderné elektrárny Dukovany v roce 1997: 87 Energy Source Death Rate (deaths/TWh) Coal – world aierage 161 (26% of world energy, 50% of electricity) Coal – China 278 Coal – USA 15 Oil 36 (36% of world energy) Natural Gas 4 (21% of world energy) Biofuel/Biomass 12 Peat 12 Solar (roofop) 0.44 (less than 0.1% of world energy) Wind 0.15 (less than 1% of world energy) Hydro 0.10 (europe death rate, 2.2% of world energy) Hydro - world incl. Banqiao) 1.4 (about 2500 TWh/yr and 171,000 Banqiao dead) Nuclear 0.04 (5.9% of world energy) Zdroj. Eiropa: 88 Reakce probíhající i běžných jaderných elektrárnách Lise Meitner, O. R. Frisch. "Disintegraton of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reacton", Nature, 1939 Vol. 143, Number 3615, 239–240. Meitnerová v roce 1944 nedostala NC, místo toco O. Hacn a také E. Fermi, v roce 1997 byl pojmenován 109. prvek jako Meitnerium (Mt) (nejd. poločas má 278 Mt asi 30 min). Neexcitované jádro 236 U se rozpadá: 236 U → 232 Th + α (T1/2 = 23 Myr) Největší problémy současnýcc jadernýcc elektráren 1. Obocacování U o 235 U z 0,7 % na cca 5 % 2. Malé množství vysoce aktvníco odpadu (ucelné elektrárny velké množství nízkoaktvníco odpadu) 89 Ad 1 Ruda se louží kyselinou dusičnou: U3O8 + 8HNO3 → 3UO2(NO3)2 + 2NO2 + 4H2O Dusičnan uranylu se poté převádí na ucličitan uranylo-sodný: UO2(NO3)2 + 3Na2CO3 → Na4UO2(CO3)3 + 2NaNO3 Dále se připraví cclorid uranylu a provádí se čištění na iontoměničícc apod. Na4UO2(CO3)3 + 6HCl → UO2Cl2 + 4NaCl + 3H2O + 3CO2 Vyčištěný cclorid uranylu se poté převede na finální prodejný produkt, který je evidován a sledován MAAE. 2UO2Cl2 + 6NH4OH → (NH4)2U2O7 + 4NH4Cl + 3H2O Vlastní obohacoiání: Diuranan amonný se tepelně rozloží na oxid, ze kteréco se postupně připraví fuorid uranový. UF6 vaří při 56,5 °C, F má jen izotop 19! - neruší při separaci. 90 (NH4)2U2O7 → UO2 + H2O + N2 UO3(s) + H2(g) → UO2(s) + H2O(g) UO2(s) + 4HF(g) → UF4(s) + 4H2O(g) UF4(s) + F2(g) → UF6(g) Pomocí difuze byl připraven U a následně Pu pro Trinity - 1. jaderná bomba odpálena v Alamogordu v Novém Mexiku 16. června 1945 91 The Trinity explosion, 0.016 seconds afer detonaton. The freball is about 200 meters wide. Po separaci izotopů se nakonec přes nerozpustný diuranan amonný připraví oxid uraničitý – palivo do reaktorů. UF6 + 2H2O → UO2F2 + 4HF UO2F2 + 4HF + 7NH4OH → 1/2(NH4)2U2O7 + 6NH4F + 11/2H2O (NH4)2U2O7 → UO2 + H2O + N2 Ad 2 iiz kapitola 3.13 Množiié reaktory a noié druhy jaderného paliia • vyrobí více štěpitelnéco paliva, než sám spotřebuje • uvolní se 50 – 60 x více energie • spaluje mnocem dostupnější 238 U a 232 Tc RN 232 Th 235 U 238 U T1/2 [Gyr] 13,9 0,7 4,5 92 Množstií [%] 1 · 10−3 3 · 10−4 (0,7 %) 3 · 10−4 (99,3 %) Při vzniku Země 235 U 23 % a 238 U 77 %. 238 U (n, γ) → 239 U (β, 23 min.) → 239 Np (β, 2,4 d.) → 239 Pu 232 Th (n, γ) → 233 Th (β, 22 min.) → 233 Pa (β, 27 d.) → 233 U Masové použit výcledově za cca 20 - 50 let. Výhody prot klasickým reaktorům: • 233 U má větší účinný průřez pro reakci (n, f) než 235 U a 239 Pu • o 50 % méně radioaktvníco odpadu (o nižší aktvitě) • 232 Tc 3x větší zastoupení v zemské kůře • MR má velký význam jako „žrout“ jadernéco odpadu Množiiý poměr: • množství novýcc štěpitelnýcc atomů/počet rozštěpenýcc atomů • v současnost od 0,7 – 1,2 (teoretcky až 1,8) Typy množiiých reaktorů: • FBR (fast breeder reactor) • TBR (termal breeder reactor) ad FBR: • základem je palivo z Pu • dále se doplňuje jen palivo s přírodníco či dokonce occuzenéco U • případně i Tc Typy FBR: 93 • GFR (gas-cooled fast reactor) • SFR (sodium-cooled fast reactor) • LFR (lead-cooled fast reactor Chladiio: CO2 či He - neabsorbují n, a tudíž primární okruc není radioaktvní! Pracoiní charakteristka: teploty (1600 °C i výše) funguje to na bázi Braytonova cyklu, vcodné k produkci H2 Neiýhody: malá tepelná kapacita He V proiozu: THTR-300 Německo, Peacc Botom a Fort St. Vrain US, HTTR Japonsko, HTR-10 Čína 94 Paliio: SFR-MOX (20% transuranic ox. and 80% uranium oxide) Pracoiní charakteristka: teplota 550 °C, obložení reaktoru s MgO, problematcký je sodík, který z vodou prudce reaguje, běžný výkon 500 – 1500 MW, je navržen na zpracování vysokoaktvníco odpadu, plutonia a dalšícc aktnoidů. 95 Paliio: kovové či nitridy (U2N3 či nitridy aktnoidů) Pracoiní charakteristka: ccladivo Pb či eutektkum Pb-Bi, přirozená cirkulace ccladiva, výkon 300 – 1200 MW, pracovní teplota 550 °C výcledově i 800 °C (od 830 °C možná termoccemická produkce H2) V proiozu: OK-550, BM-40A Rusko, OK-550, BM-40A – reaktory v ruskýcc ponorkácc projekt „Alfa class“ ad TBR: • základem je palivo z obocacenéco U či MOX • MOX (mixed oxid fuel – směs oxidů Pu a U (occuzený i přírodní) • dále už se jen přidáva Tc 96 Typy TBR: • AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) • LFR (Liquid Fluoride Reactor) AHWR: • vývoj především v Indii (velké zásoby Tc) • palivo - PuO2-TcO2 moderátor amorfní C a těžká voda LFR: • primární ccladivo, moderátor a palivo roztavená sůl (UF4) • palivo se stává kritckým v jádře s uclíkovým moderátorem • lepší tepelná výměna - zmenšení aktvníco jádra • snadná separace štěpnýcc produktů Material Total Neutron Capture Relatie to Graphite (per unit iolume) Moderatng Rato Heaiy Water 0,2 11449 Light Water 75 246 Graphite 1 863 Sodium 47 2 UO2 3,6 0,1 2LiF–BeF2 8 60 LiF–BeF2–ZrF4 (65–30–5) 8 54 NaF–BeF2 (57–43) 28 15 LiF–NaF–BeF2 (31–31–38) 20 22 LiF–ZrF4 (51–49) 9 29 NaF–ZrF4 (59.5–40.5) 24 10 LiF-NaF–ZrF4 (26–37–37) 20 13 KF–ZrF4 (58–42) 67 3 97 RbF–ZrF4 (58–42) 14 13 LiF–KF (50–50) 97 2 LiF–RbF (44–56) 19 9 LiF–NaF–KF (47–11–42) 90 2 LiF–NaF–RbF (42–6–52) 20 8 Další typy množiiých reaktorů: ADTT (Accelerator Driien Transmutaton Technologies) • neutrony se generují pomocí urycclenýcc p (0,8 - 1,5 GeV) • na jeden p připadá při tříštění terče až 50 n • podkritcké množství paliva (vyloučena možnost cavárie) • spaluje Tc, Pu – poccázející např. ze zbraní • spaluje aktuální jaderný odpad (nový odpad vymře za cca 100 let) aktuální problémy • cclazení terčíku • přeccod protonů z vakua urycclovače do corkéco terčíku • vyšší investční náročnost 98 Schéma ADTT Termonukleární elektrárny Nejlepší termonukleární reaktor je Slunce. Slučoiání X štěpení 99 H + H → D + e+ + νe D + H → 3 He + γ 3 He + 3 He → 4 He + 2H  pozitrony anicilují  vysoce energetcké fotony „měknou“  foton let ven 1 Myr  teplota v jádru cca 15 MK  v našem těle, 7·1014 neutrin/s  za život 2 – 3 neutrina v těle zaniknou  odnáší 4 % energie 100 Ve Slunci je teplota relatvně nízká, p neprojdou přes energetckou bariéru, ale tunelují skrz ni (termonukleární doutnání). Na Zemi je nejlepším TN reaktorem TOKAMAK тороидальная камера с магнитными катушками  Navrcl Andrei Saccarov a Igor Tamm v ústavu I. V. Kurčatova v Moskvě v r. 1950. Nutná teplota až 150 MK. 101  zásoby D „nevyčerpatelné“  1 D na 6500 H  α ocřívá palivo  γ a n výroba elektřiny Produkce T: 6 Li + n → 4 He + T „Litcium z jedné baterie pro notebook a voda v jedné vaně vody stačí zásobit průměrnéco Evropana po dobu 30t let!“ …anebo iodíkoiá bomba 102 103 Царь, 57 Mt, 30. 10. 1961, Новая Земля Princip TOKAMAKu:  plazma je udržováno uprostřed toroidu magnetckým polem  plazma tvoří sekundární vinut transformátoru  plazma je ocříváno indukčním proudem Poc = R·I2 Sccéma TN elektrárny: 104 Výhody jaderné fúze  reaktor je vnitřně bezpečný  minimální množství radioaktvnícc materiálů (několik kilogramů trita)  zásoby paliva (deuterium + litcium) vystačí na tsíce let  palivo je rovnoměrně rozděleno po celé zeměkouli  náklady na dopravu paliva jsou minimální  deuterium se snadno připraví opakovanou elektrolýzou vody  produkt fúzní reakce - zcela přátelský k životnímu prostředí  fúzní elektrárna neprodukuje skleníkové plyny  zbytková radioaktvita – relatvně ryccle zmizí 105 Fyzikální a technologické problémy  udržení a ocřev plazmatu  obrovský teplotní gradient 200 000 000 °C/m  obrovská tepelná a neutronová zátěž vnitřní stěny reaktoru  neutrony se musí využít na 100 %  s rostoucí teplotou klesá ohmický odpor a tedy i ohmický příkon! Dodáiání energie plazmě 106 Projet KSTAR (Daejeon, Jižní Korea). 107 Tokamak à Confguraton Variable (TCV): inner view, with the graphite-claded torus. Courtesy of CRPP-EPFL, Associaton Suisse-Euratom TOKAMAKy i Eiropě 108 JET (Joint European Torus) Staiba 1975 – 1983, Proioz do 2014 109 TOKAMAKy i Česku CASTOR (Czecc Academy of Sciences TORus) Objem 80 litrů, do konce roku 2006 byl v provozu v Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd České republiky, postavený koncem 50. let 20. stolet v Kurčatovově ústavu v Moskvě a převezený do Československa v roce 1977. COMPASS (COMPact ASSembly) V roce 2004 byl zdarma nabídnut anglickou agenturou pro atomovou energii UKAEA. V ČR od roku 2008. Parametr CASTOR COMPASS-D MAST JET ITER Hlavní poloměr R 0,4 m 0,56 m 0,85 m 2,96 m 6,2 m Vedlejší poloměr a 0,085 m 0,23 až 0,38 m 0,65 m 1,25 m 2 m Objem plazmatu 0,08 m3 0,5 m3 7 m3 50 m3 873 m3 Proud 25 kA 400 kA 2 MA 5 MA 15 MA Doba udržení 50 ms 2 s 5 s 20 s 400 s Magnetcké pole 1,5 T 2,1 T 0,6 T 3,5 T 5,3 T CASTOR TOKAMAK ITER 110 ITER - Internatonal Tcermonuclear Experimental Reactor, též latnsky cesta.  2. nejdražší projekt v cistorii lidstva  celkový rozpočet projektu je 10 mld. € (polovinu ucradí EU)  zbytek ostatní účastnické státy: USA, Rusko, Čína, Japonsko, Jižní Korea, Indie  výkon cca 500 MW Programoiý cíl  prokázat vědecké a teccnologické využit fúzní energie pro mírové účely, tak aby bylo možno zkonstruovat elektrárnu v letecc 2030- 2050. Technické cíle  prokázat vysoký energetcký zisk (Q = 10) po dobu 400 sek při použit palivové směsi DT  prokázat energetcký zisk (Q = 5) v dloucýcc pulsecc delšícc než 1000 sek.  testovat důležité teccnologie v reaktorovýcc podmínkácc  testovat jednotlivé komponenty při vysokýcc neutronovýcc tocícc  demonstrovat bezpečnost fúze a její kompatbilitu s životním prostředím 111 Sroinání parametrů TOKAMAKů Časoiý plán projektu ITER 112 ITER ve francouzském Cadaracce, celý nový komplex je jen počítačem doplněná vize. 113 Stránky projektu Video 1 Video 2 Video 3 Projekt HiPER  HiPER (Higc Power laser Energy Researcc facility), v současnost se intenzivně rozbícá  britský „fúzní“ projekt, měl by za dvacet let zásobovat veřejné rozvodné sítě  dokončení do roku 2030 Didcot v crabství Oxfordscire, kde se již dnes vypíná šest mocutnýcc ccladícícc věží jaderné elektrárny  projekt HiPER uvažuje s fúzní reakcí těžkýcc vodíkovýcc izotopů řízenou pomocí vysoce energetckýcc laserovýcc paprsků Stránky projektu 114 4.6. Haiárie jaderných reaktorů - v minulost řada necod a cavárií - pouze u čtyřecc (5) uniklo větší množství radioaktvnícc látek mimo elektrárnu MAAE přijala v roce 1991 mezinárodní stupnici pro codnocení jadernýcc necod. Stupnice má sloužit především k rycclému informování veřejnost o závažnost necod: 0. Událost pod stupnicí (Below scale) Situace, při kterýcc nebyly překročeny provozní limity. 1. Odchylka (Anomaly) Funkční, nebo provozní odccylky. Nepředstavují riziko, ale odcalují nedostatky bezpečnostnícc opatření. 2. Porucha (Incident) Teccnické poruccy, nebo odccylky, které neovlivňují přímo ccod a bezpečnost elektrárny, ale mocou vést k následnému přecodnocení bezpečnostnícc opatření. Micama-2, jaderná elektrárna, Japonsko, 1991 Pickering A-B, jaderná elektrárna, Kanada, 2003 3. Vážná porucha (Serious accident) Únik radioaktvnícc látek mimo elektrárnu nad povolené limity. Individuální dávka pro obyvatele v blízkost 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 115 4. Haiárie s účinky i jaderném záření (Accident mainly in installaton) Malý únik radioaktvity mimo elektrárnu, individuální dávka pro obyvatele je řádově 1 mSv. Aktvní zóna reaktoru je částečně poškozena. Ozáření pracovníků elektrárny může vést k okamžitým zdravotním následkům (řádově Sv, nemoc z ozáření). J Jaslovské Bocunice, ČSSR, 1972 Windscale Pile, Přepracovatelský závod, Velká Británie, 1973 Saint Laurent, jaderná elektrárna, Francie, 1980 Tokaimura, závod na výrobu paliva, Japonsko, 1999 5. Haiárie s účinky na okolí (Accident with off-site risks) Únik radioaktvity (100 až 1000 TBq 131 I, nebo jinýcc, podobně biologicky účinnýcc izotopů) mimo elektrárnu. Velká část zóny reaktoru poškozena tavením. Evakuace blízkéco obyvatelstva. Windscale, Velká Británie, 1957 Tcree Miles Island, USA, 1979 6. Záiažná haiárie (Serious accident) Únik radioaktvity (1000 až 10 000 TBq jódu, nebo jinýcc, biologicky podobně účinnýcc látek) mimo elektrárnu. K omezení účinků je třeba provést místní cavarijní plán. Kyštym, Přepracovatelský závod, SSSR, 1957 7. Velká haiárie (Major accident) 116 Únik radioaktvnícc látek mimo elektrárnu je větší než 10 000 TBq různýcc izotopů. Možnost okamžitýcc zdravotnícc následků. Dloucodobé následky pro životní prostředí. Černobyl, SSSR, 1986 Fukuscima, Japonsko, 2011 (5?) Jaslovské Bocunice (4), ČSSR, 1972: - do reaktoru byl zaveden palivový článek, ucpaný silikagelem (zabraňoval zvlcnut článku) - ucpaným palivovým článkem nemocl proudit ccladící plyn a téměř nechlazené těleso se začalo taiit - vysoká teplota způsobila poškození nádoby s tlakovou vodou, ta se dostala do primárníco okrucu a způsobila rycclou erozi povlaků palivovýcc článků a tm i uvolnění radioaktvnícc látek - radioaktvita zamořila i sekundární okruc, všeccny radioaktvní látky však zůstaly uinitř elektrárny, nikdo z obslucy nebyl zraněn, ani ocrožen. Tokaimura (4), Japonsko, 1999: 117 - necoda se stala 30. 10. 1999 ve městě Tokai v prefektuře Ibaraki, v závodě na přepracovávání jadernéco paliva, - incident se stal 3 (nezkušeným) dělníkům připravujícím malé množství paliva pro rycclý množivý reaktor (uran obocacený na 18,8 %), - v 10:35 v objemu asi 40 litrů v tanku s dusičnanem uranylu došlo při množství 16 kg U k dosažení kritckého množstií (přilévali menší množství roztoku do tanku z kbelíků, ne dávkovacími pumpami, nezkušení dělníci), kritcké množství succéco dusičnanu je 46 kg, - teccnik nacnutý nad nádrž náhle zahlédl modrý záblesk (Čerenkovovo záření) a ozval se detektor radiace, - dva dělníci dále od nádrže pocítli icned bolest, nevolnost, potže s dýccáním a další symptomy, - dělník u tanku ztratl vědomí několik minut poté v dekontaminační místnost a začal zvracet, - k explozi nedošlo, ale do okolí se uiolnily štěpné produkty, - štěpná reakce probíhala 20 hodin (voda jako moderátor se postupně vyvařovala), - 27 dělníků bylo ozářeno při likvidaci cavárie – přidáiání kyseliny borité k roztoku v tanku, - za 5 codin poté bylo 161 lidí z 35 domů v okrucu 350 m evakuováno, za dva dny se vrátli domů, - dle Greenpeace naměřili 3. 11. dávkový příkon 0,54 μSv/c (5x víc jak pozadí!! ! :-)), - 3 dělníci obdrželi 3, 10 a 17 Sv (dva s nejvyššími dávkami zemřeli), - ostatní dělníci obdrželi dávky v rozmezí 5 – 25 mSv. 118 Windscale (5), Velká Británie, 1957 - grafitový reaktor, cclazený vzduccem - sloužil výcradně k produkci plutonia pro vojenské účely - ráno 8. října došlo vinou nepozornost obslucy k přehřát několika paliioiých článků - následovalo iznícení poilaků z hořčíkoié slitny - požár se podařilo ucasit za čtyři dny - uvolněné radioaktvní 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 radioaktvnícc látek, největší dávkový příkon 40μGy/h (cca 1 mGy/den) 1,5 km od reaktoru po směru iětru - rychlý zásah zdraiotnických organizací zabránil rozšíření 131 I (T1/2 = 8 dnů) 119 - na území o rozloze 520 km2 v okolí Windscale byl vyclášen zákaz spotřeby mléka, který byl odvolán po 44 dnecc - dávky obyvatelstvu v nejbližším okolí se pocybovaly mezi 5 a 60 mSi - provoz elektrárny už nebyl obnoven - ve své době cavárie nevzbudila praktcky žádnou pozornost, přestože její dopad na obyvatele byl oprot necodě v Tcree Mile Island mnocem větší Tcree Miles Island (5), USA, 1979 - blok 2 jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem o tepelném výkonu 2772 MW byl necelý rok starý - cavárii zacájil iýpadek jednoho ze diou parogenerátorů elektrárny - po cavarijním odstavení reaktoru začal pomalý únik chladící iody z ccladícíco okrucu - příčinou byl zaseknutý ventl, únik nebyl ičas odhalen - ztráta veškeréco ccladiva vedla k taiení aktiní zóny 120 - plné odstranění následků cavárie trvalo týden, nebo se v corní část reaktoru vytvořila obtžně odstranitelná bublina, obsacující vodík, která bránila bezpečnému occlazování aktvní zóny - únik radioaktvity mimo elektrárnu byl velice nízký a neiyžadoial žádná ziláštní opatření (133 Xe, 131 I), v blízkém okolí elektrárny byla maximální dáika 1 mGy - přesto však byla necoda zařazena do třídy 5, vzcledem k silnému poškození elektrárny a vysokému zamoření aktvní zóny, reaktor byl natrvalo vyřazen z provozu - účinek na ieřejnost byl ale mnohem iětší než v případě Windscale, americká média totž o necodě obšírně informovala (senzacecctvost reportérů, panika, dopravní kolaps) – obdoba současné Fukušimy - celosvětové přehodnocení koncepce jaderné bezpečnost, reiize staiu mnoha reaktorů Kyštym (6), Přepracovatelský závod, SSSR, 1957 - znečištění tsíců čtverečnícc kilometrů na Středním Uralu v Rusku, způsobila patrně stoiky lidských ztrát - ieškeré zpráiy o ní však byly zamlčeny - Čeljabinsk-40, závodu na produkci plutonia, asi 16 kilometrů výccodně od průmyslovéco města Kyštym na jižním břecu jezera Kyzyl-taš - vědci byli pod silným nátlakem, aby vyrobili dostatek plutonia, které by umožňovalo provedení zkoušky priní soiětské bomby před Stalinovými sedmdesátnami v prosinci 1949, (bomba byla nakonec přivedena k explozi v srpnu toco roku) - k necodě téměř jistě došlo koncem prosince 1957 či začátkem ledna 1958, protože 9. ledna 1958 radio Moskva věnovalo značnou část vysílacíco času informacím o nemoci z ozáření a detailnímu seznamu preventvnícc opatření - 100 km od Sverdlovska výstražná tabule u cesty varovala řidiče, aby následujícícc třicet kilometrů nezastavovali a jeli maximální rycclost se zavřenými okénky (Profesor Leo Tumerman 1960) 121 - města z asi sto kilometrů dloucéco sektoru tvaru písmene L zmizela = masový přesun obyvatelstva - nejpravděpodobnější vysvětlení je běžná chemická exploze způsobená nahromaděním plynů okolo horkého nukleárního odpadu Tehdejší stai: 1. Voda, používaná od roku 1950 k cclazení reaktorů, silně kontaminovaná průtokem děravými palivovými tyčemi, byla iypouštěna do řeky Teča; 2. Vegetaci v okolí 20 km okolo zařízení zničily kyselé deště. K extrakci 239 Pu z ozářenýcc palivovýcc článků byla používána kyselina dusičná a vzniklé oxidy dusíku, kde z nicc vznikaly nebezpečné a patrně radioaktiní kyselé deště, jod a xenon byly odváděny ze zásobníků do atmosféry; 3. Sovět ukládali svůj nukleární odpad spíše v otevřenýcc nádržícc než v uzavřenýcc cisternácc. Po odpaření tekutny se tak dno nádrže moclo 122 pokrýt iysoce radioaktiním prachem, který mocl být rozptýlen silnějším větrem. - v šedesátýcc letecc bylo do oblast dopraveno "komando smrt" tvořené vězni, kteří na kontaminovanou ploccu rozprostřeli metr vysokou vrstvu písku a clíny - tato zpustošená krajina, ocrazená a přejmenovaná na "Čeljabinský celosvazový radiologický manévrovací a cvičný prostor", byla pak používána jako ciičný prostor pro tankoié oddíly - v prosinci 1988 došlo také k prinímu oficiálnímu soiětskému doznání o necodě v Kyštymu Černobyl (7), SSSR, 1986 123 - ukrajinská Černobylská elektrárna s vodou cclazenými reaktory typu RBMK (grafitový moderátor) o tepelném výkonu 3200 MW (elektrický 950 MW) - 25. dubna, 1986 bylo zacájeno plánoiané odstaiení 4. bloku elektrárny - před odstavením měl být proveden experiment, který měl ověřit, zda bude elektrický generátor (pocáněný turbínou) schopen dodáiat proud po rychlém uzaiření příiodu páry a při svém setriačném doběhu ještě zhruba 40 iteřin napájet čerpadla haiarijního chlazení 124 Průběh experimentu 13:05:00 Výkon reaktoru byl snížen na polovinu a byl odstaven turbogenerátor. Krátce poté byl odpojen systém cavarijníco cclazení, aby nezačal fungovat běcem experimentu. 23:10:00 Při snižování výkonu došlo k neobvyklé událost. Chybou operátora iýkon prudce klesl na 30 MW. Reaktor je v tomto režimu značně nestabilní (navíc bylo palivo staré – na konci své životnost) a operátoři měli v tomto okamžiku experiment ukončit a reaktor definitvně odstavit. Rozcodli 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 použit regulačnícc tyčí. 01:23:20 Byl zablokován cavarijní signál, který by po uzavření přívodu páry na turbínu automatcky odstavil reaktor. Pak operátoři odstavili přívod páry – pokračovali tedy v plánovaném experimentu. 01:23:40 Operátoři dali signál k cavarijnímu odstavení reaktoru. 01:23:44 V část reaktoru došlo k „akutnímu neutronovému šoku“. Běcem čtyř sekund stoupl výkon čtvrtéco bloku stonásobně. Část paliva rozložila a iypařila chladicí iodu. Výbucc (1) páry roztrcl tsícitunový příklop čtvrtéco bloku. Žcnoucí trosky padaly na okolní budovy a založily přes třicet požárů. Další voda reagovala s dočervena rozpáleným grafitovým jádrem reaktoru o cmotnost 1 700 tun, při čemž vznikal plynný iodík, 125 který běcem sekundy detonoval (2) a vymrštl radioaktvní odpad a radionuklidy do iýše přes 1,5 kilometru do oizduší. 02:20:00 Požár byl lokalizován a za 3 codiny později ucašen za cenu životů casičů a pracovníků elektrárny, kteří utrpěli většinou těžké popáleniny z ozáření. - po deset dnecc velkéco úsilí se podařilo dostat jádro reaktoru zpět pod kontrolu - celikoptéry scodily na otevřené jádro reaktoru více než 5 000 tun olova, bóru a jinýcc materiálů - z reaktoru uniklo od okamžiku výbuccu do 6. května 1986 asi 4% radioaktvnícc látek přítomnýcc v reaktoru (2.1019 Bq) - nejvíce kontaminováno bylo nejbližší okolí elektrárny - 30 000 km2 > 185 kBq/m2 - 200 000 osob se podílelo na likvidaci cavárie, průměrná dávka 100 mSv - z 237 osob se u 134 projevila akutní nemoc z ozáření, 28 zemřelo do 3 měsíců (radiační poškození kůže a poškození sliznic dýccacíco ústrojí (tzv. corké částce, lokálně až 100 Gy), 2 zacynuly při explozi, 1 na infarkt - běcem dalšícc měsíců zemřelo ještě 14 osob, ale souvislost z cavárií nebyla prokázána - osoby, které přežily vysoké ozáření, trpí řadou potží včetně psyccickýcc porucc - ke konci roku 1995 800 případů rakoviny šttné žlázy navíc, očekáváno objevování případů ještě několik desetlet - podle konzervatvníco modelu odcadnuto že mezi 7,2 mil. obyvatel bude 470 smrtelnýcc případů leukémie navíc (norm. 25 000), 6600 výskytů rakoviny za 85 let (norm. 870 000) - podle WHO zemřelo na následky ozáření cca 4 000 lidí. (28 vs. 4000 vs. miliony) - obyvatelé však nebyli včas a správně informováni o rozsacu a následcícc výbuccu, evakuace začala až několik codin po výbuccu - nejbližší okolí elektrárny je uzavřenou zónou dodnes 126 - dnes již radioaktvita v okolí elektrárny poklesla a tak se někteří důccodci vracejí do svýcc domovů - protože foukal vítr směrem na sever (naštěst pro Kyjev), radioaktvní mrak se vydal do Běloruska - zasácl celýcc 75 % jeco území - dodnes je zamořeno 25% běloruskéco území - v ČR průměrná dávka za 1. rok cca 0,3 mSv (přesto v důsledku nejasnýcc informací bylo provedeno nadprůměrně vysoké množství potratů) - následující rok vzrostla koncentrace 137 Cs v potravinácc, pak ryccle klesala - u cub 1985 1 kBq 137 Cs na 1 kg sušiny, 1986 40 kBq na 1 kg sušiny Průměrné roční hmotnostní aktvity 137 Cs ve vepřovém a hovězím mase a objemové aktvity 137 Cs v mléce od roku 1986 (vzorkování a měření SÚRO a RC SÚJB). Zdroj. 127 Vývoj obsahu 137 Cs u českého obyvatelstva po černobylské havárii (úvazek efektvní dávky činí 83nSv/Bq pro 137 Cs). Zdroj. 128 Pripja Video 1, Neviditelný pes Fukušima (7), Japonsko, 2011 Video Zemětřesení o síle 9,0 mag nastalo 11. 3. 2011 v 5:46:24 UT, na 38.322° s. š. a 142.369° v. d., 32.0 km pod povrccem. Po tomto zemětřesení zasácla pobřeží vlna tsunami. Poškozeny byly jaderné elektrárny Onagawa a Fukushima. Seznam zemětřesení z celéco světa o síle > 5,0 mag. 129 Zdroj: Internatonal Nuclear Safety Center, Poté co na pobřeží dorazila vlna tsunami, která zapříčinila iýpadek dodáiek elektrického proudu v celé oblast a tm pádem znemožnila cclazení reaktorů, které se začaly přecřívat. Doccázelo postupně až k poškozoiání paliioiých tyčí a úniku těkavějšícc produktů štěpení do primárníco okrucu. V důsledku vysokýcc teplot palivovýcc tyčí a ccemickým reakcím s corkým palivem (elektropozitvní kovy) doccázelo k tiorbě iodíku jeco pronikání do reaktorové budovy a jeco následným explozím, které poničily reaktorové budovy. Především u reaktoru 1 - 3 (z 6). 130 Došlo i k úniku těkavýcc štěpnýcc produktů do okolí (131 I a 137 Cs). Obyvatelstvo bylo včas evakuováno a vznikly 2 zóny (20 km a 30 km kolem elektrárny). Doporučené dávky jodu pro postžené obyvatelstvo: Noiorozenci 12,5 mg 1 m. - 3 r. 25 mg 3 - 13 r. 38 mg 13 - 40 r. 76 mg 40+ r. není třeba Zdroj: SÚJB 131 Sccematcký průřez typickým BWR kontejnmentem použitým v blocícc 1 až 5. DW succé prostory obklopující tlakové nádoby reaktoru (succá pára) WW Toroidální mokré prostory k zaccytávání páry. Přebytečná pára ze succýcc prostor vstupuje do mokréco bazénu skrz sestupné trubky. SF Bazén na vycořelé palivo. Zdroj: Wikipedia Rychlost chladnut elektrárny díky rozpadu krátkodobých radionuklidů. 132 Autor: Dušan Kobylka z Katedry jadernýcc reaktorů FJFI ČVUT, zdroj Zcruba za měsíc se podařilo elektrárnu z iětší část stabilizoiat a podařilo se zamezit úniku radionuklidů do ovzduší. Do moře byla ale často vypouštěna vysoceradioaktvní voda – odpadová, dekontaminační. Monitoroiání 23.3.2011 obsahu jódu a cesia i mořské iodě v blízkost (cca 30 km) jadernýcc elektráren Fukuscima 1 a 2. Objemové aktvity jódu a cesia jsou v jednotlivýcc monitorovacícc bodecc uvedeny na následujícím obrázku. Překročení limitu pro I-131 (40 Bq/l) bylo zjištěno v několika monitorovacícc bodecc, limit pro Cs-137 (90 Bq/l) nebyl překročen v žádném bodě. 133 Monitoroiání z 22.3.2011: 134 Monitoroiání 24.3.2011: 135 Monitoroiání z 28.3.2011: 136 137 Výrazně stouplo zamoření terénu především severozápadně a severně od JE Fukušima, a to až do cca 40 km. Uvádíme max. zjištěné codnoty s odkazem na lokalitu:  jarní cibulka a špenát, prefektura Ibaraki, 6100 Bq/kg I-131, 478 Bq/kg Cs-137 (vůbec nejvyšší codnoty kontaminace zjištěny ve špenátu, maxima z dosud odebranýcc vzorků – bez bližšíco udání lokality byly 14050 Bq/kg I-131 a 524 Bq/kg Cs-137.),  mléko, město Kawamata 1510 Bq/kg I-131; 18,4 Bq/kg Cs-137,  pitná voda, Toccigi, 77 Bq/l I-131, 1,6 Bq/l Cs-137; doposud prověřeno celkem 46 zdrojů pitné vody, z toco v 6 vzorcícc byl detekován I-131 (0,62 až 1,5 Bq/l), ve 2 vzorcícc Cs-137 (0,22 a 1,6 Bq/l). 138 Pro porovnání vnějšíco ozáření v místecc se zvýšeným dávkovým příkonem a vnitřníco ozáření z příjmu Cs-137 nebo I-131 potravinami příjem potraviny o aktvitě 100 Bq odpovídá přibližně dávce 1 mikroSv. Odkaz1, Odkaz 2. 4.7. Nehody při práci s radioaktiními látkami Nehoda 1. - (1921-1945) student fyziky na Pudue University - do Los Alamos přišel na podzim v r. 1943 (instalace cyklotronu, na jaře 1944 člen skupiny provozující malý výzkumný varný reaktor v Los Alamos, později přešel do "Critcal Assembly Group" (ccování Pu a 235 U v blízkost kritckéco stavu a testovala konstrukci plutoniové nálože pro pokusný výbucc Trinity v Alamogordo)) 139 - prováděl experimenty s koulí plutonia (6.2 kg - velikost tenisovéco míčku) obklopenou cicličkami karbidu wolframu: zjistt praktcké uspořádání vnitřku plutoniové bomby - ráno 21. srpna 1945 sestavil kolem plutoniové koule kryccli z karbidovýcc cicliček o craně 38 cm: toto uspořádání vede ke kritckému stavu ještě před dokončením šesté vrstvy cicliček - odpoledne jiné uspořádání, tentokrát měla kryccle cranu 31 cm a uspořádání se blížilo kritckému stavu při dokončení páté vrstvy cicliček - stále nevyřešen úspěšný kritcký design obklopující plutoniovou kouli - večer (21:30) se Dagclian vrátl do laboratoře, přestože provádění nebezpečnýcc pokusů po pracovní době a o samotě bylo prot předpisům - v laboratoři: vojín Robert J. Hemmerly (četl noviny) - strážnému Dagclian připadal troccu nervózní, úkolem strážnéco ale bylo clídat plutonium - Dagclian vyndal plutoniovou kouli z trezoru a začal kolem ní stavět kryccli z cicliček karbidu wolframu - řídil se clasitým tkáním přístrojů (Geiger-Müller) - dokončil asi polovinu páté vrstvy a téměř přiložil další cicličku doprostřed vrstvy, přesacující nyní vrccol plutoniové koule, když co prudký vzrůst tkání Geigeru upozornil, že se systém blíží kritckému stavu - ryccle ucuknul, a těžká karbidová ciclička mu vypadla z ruky a trefila se přímo doprostřed nedokončené kryccle s plutoniem uvnitř - Dagclian refexivně smetl ciclu na zem - ucítl v pravé ruce mírné svrbění, když ji vnořil do modré záře obklopující plutoniovou kouli (21:55) 140 - Hemmerly seděl u stolu vzdálenéco asi 3,7 m od místa necody, otočený zády, náclý přeccod tkání Geigeru na soustavné vrčení, modrý záblesk a bouccnut těžké cicličky smetené na podlacu upoutaly jeco pozornost - otočil se a viděl, jak Dagclian stojí celý bezradný nad experimentem, - Dagclian pak demontoval cavarovaný experiment do stabilnějšíco uspořádání a informoval Hemmerlyco o vzniklé situaci - Dagclian byl odvezen do nemocnice - Hemmerly informoval svéco nadřízenéco o cavárii a byl také cospitalizován 141 - plutoniová koule přežila cavárii bez poškození, žádný radioaktvní materiál se nerozptýlil po laboratoři, laboratoř měla tlusté stěny (1,5 m zdiva), které occránily 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 měsícícc se vrátl do služby - efektvní dávka činila cca 0,32 Sv, běcem následujícícc 4 let se mu narodily dvě zdravé dět, kromě nadvácy a mírné cypertenze byl celkem zdráv, zemřel ve věku 62 let na leukémii (celková dávka při působení v laboratoři?) - efektvní dávka u Dagcliana činila přibližně 5,9 Sv, distribuce velmi nerovnoměrná - nejvíce ozářeny byly jeco ruce a corní polovina těla, levá ruka přibližně 50 - 150 Sv, pravá ruka 200 -400 Sv - pravá ruka začala okamžitě otékat a byla necitlivá na dotyk - prudká a neustávající nevolnost, záccvaty dávení a zvracení se dostavily 90 minut po necodě - nevolnost přetrvávala více než dva dny, běcem niccž zvracení vystřídalo prudké neustávající škytání - po dvou dnecc se vrátla ccu k jídlu, avšak brzy se dostavily další vážné příznaky - 2. dne po necodě se na prsteníku pravé ruky objevil malý puccýřek a nectová lůžka nabrala šedomodrý odstn - příznak špatnéco krevníco oběcu - 3. den se vyvinulo množství puccýřů na dlani, cřbetu ruky a mezi prsty, puccýře se ryccle zvětšovaly a bolestvě se nadouvaly tekutnou 142 - kůže na levé ruce a na břiše také začala postupně rudnout - pro úlevu bolest lékaři otevřeli puccýře, odstranili odumřelou tkáň na pravé ruce a provedli paravertebrální blokádu na pravé straně - odstraňování nekrotcké tkáně a otvírání puccýřů se opakovalo každé 3- 4 dny, rány byly zakryty gázou napuštěnou vazelínou - pacient dostával morfin, kodein a také velké dávky penicilinu - postupně se celá pravá ruka pokryla puccýři, barva se změnila na zlověstně modro-purpurovou (4. den) - léky prot bolest neměly dostatečný účinek, postžené ruce byly proto cclazeny ledem - rozsac ozáření začal být zjevný s pokračujícím zrudnutm kůže, které postupně pokrylo obě paže, krk a přední část trupu, následovalo loupání vrstev pokožky (desquamace) na postženýcc místecc - 10. den po necodě nevolnost a bolest břicca při jídle, břicco oteklé a citlivé na pocmat - prudké břišní křeče se zcoršovaly, avšak po několika dnecc nácle pominuly, od dvanáctéco dne až do smrt trpěl konstantním průjmem - 15. den obdržel krevní transfůzi, následky: byl bledý, jeco kůže byla studená a zvlclá, ačkoli jeco teplota (v konečníku) byla 40,6 °C, tep byl velmi rycclý a povrccní (250 tepu/min, taccykardie), krevní tlak poklesnul na 70/50 - podávání léků ani další léčba nepomácaly, epizoda trvala do následujícíco dne, kdy se stav upravil sám od sebe 143 - další transfůze a intravenózní tekutny již nebyly podávány, obava z další srdeční epizody, navíc kvůli desquamaci cévy na rukou a krku nepoužitelné - ošetřování pacienta: pouze tšení příznaků (morfin, kodein, penicilin, ccinidin, podávání vitamínu (B1) a dietní strava), cclazení popálenin ledem, odstraňování puccýřů a odumřelé tkáně a zavádění trubic do střev - několik dní před smrt pacient začal blouznit a poslední den upadl do bezvědomí - jeco vzezření se drastcky změnilo díky postupujícímu cubnut, které začalo šestéco dne a pokračovalo stále rycclejším tempem, úplně ztratl kůži na břiše a spodní polovině crudníku, cclupy na ramenou, vousy ve tváři a vlasy na spáncícc - Dagclian zemřel 15 září 16:30, 25 dnů po necodě - úmrtní list uvádí jako příčinu smrt "rozsácle popáleniny cornícc končetn a trupu" Nehoda 2. 144 - (1910-1946) vystudoval ccemii a fyziku na University of Manitoba v Kanadě, bioccemii na King’s College v Londýně - od r. 1937 asistentem na University v Ccicagu (práce s cyklotronem, poté s Fermim na Projektu Mancatan) - běcem války Slotn pracoval v Oak Ridge (reaktor na výrobu plutonia) - koncem roku 1944 v Los Alamos (práce se štěpným materiálem) - sccopný, nebojácný při práci s radiací, manuálně zručný - v Ccicagu před válkou Slotn se svými kolegy postavili cyklotron vlastníma rukama, včetně letováni obvodu osciloskopu ze základnícc součástek, a dokonce pokládání kabelu a betonování základu v suterénu budovy - na „svém“ cyklotronu Slotn mimo jiné také vyráběl malá množství 14 C a jeco spolupracovníci krmili tmto značeným uclíkem pokusná zvířata coluby (pro radiobiologické pokusy se používala pouze játra pokusnýcc zvířat), Slotn byl jediný z celé skupiny, který ty radioaktvní coluby jedl, občas to v práci nabízel ostatním :-) 145 Slotn rád šokoval své kolegy: Jednou v Oak Ridge bylo třeba provést změnu uspořádání experimentu. Problém: zařízení je ponořeno v nádrži s vodou (moderátor) pod reaktorem Klasické řešení: Týdenní odstávka, odstavení reaktoru, vypumpování vody, přeuspořádání experimentu, znovuzprovoznění reaktoru Slotnoio řešení: ponoření se do vody a rycclé přeuspořádání experimentu za ccodu reaktoru Slotnoio zdůiodnění: Většina dávky poccází od γ, které voda částečně odstní „A když se troccu sníží výkon reaktoru, výsledný neutronový tok v ozařovací nádrži pod reaktorem nebude až tak silný, takže tam bude možné pod cladinou ccvilku vydržet”. - Slotn jeden z nejdůležitějšícc lidí v ”Critcal Assembly Group” - experimenty se štěpným materiálem se často úmyslně přivedly až na samotný okraj rozjezdu lavinovité řetězové reakce (”lecctání draka pod ocasem”) - budovu Omega stála daleko od Los Alamos, uvnitř kaňonu a oddělená byla od města několika kaňony a nácorními plošinami Experimenty: - spouštění kusu 235 U (v podobě cydridu uranu) skrz větší, subkritcký kus z técož materiálu (krátkodobé překročení kritckéco množství, měření radiace od štěpnýcc produktů) - odraz neutronů od materiálu obklopujícícc plutonium v těsně podkritckém stavu (Dagclian) - Slotn: bravurní experimentátor, učil ostatní teccniku zaccázení se štěpným materiálem, vše se dělá ručně (nedostatek času), provedl stovky kritckýcc experimentů, sestavil vnitřek 1. atomové bomby (Trinity, Alamogordo, Nové Mexiko), podílel se na stavbě bomby svržené na Nagasaki Slotn montuje první atomovou bombu Trinity: 146 - první vážná necoda v budově Omega 21. srpna 1945 způsobila smrt studenta Harry K. Dagcliana, Slotn svému příteli dělal společnost v nemocnici, po Dagclianově smrt Enrico Fermi varoval Slotna: ”Pokud si budeš takcle zacrávat, do roka bude po tobě!” - 21. 5. 1946 - po konferenci, vzal Luis Slotn ostatní šéfy z Los Alamos na exkurzi laboratoří, návštěvníci si proclédli laboratoře a zase odešli, jen – nástupce, který měl po Slotnovi převzít jeco skupinu - řekl, že ještě nikdy neviděl kritcký experiment - S. A. Kline, student fyziky, se cctěl také podívat, ve stejné době ve speciální tlustostěnné, stněné laboratoři v budově Omega, pracovalo dalšícc pět fyziků - všiccni se zájmem pozorovali, jak se Slotn ccystá předvést pokus Experiment: Koule z plutonia (6,2 kg - Dagclianova) z půlky zapuštěna v podstavci z berylia. Za současnéco ozařování slabým zdrojem neutronů se na odkrytou corní půlku plutoniovéco míčku zvolna spoušt poklop z berylia ve tvaru duté polokoule. Množství plutonia a tlouš ka berylia byly zvoleny tak, aby došlo k překročení kritckéco stavu v okamžiku, kdyby poklop téměř dosednul na plutoniovou kouli zapuštěnou v beryliovém podstavci – tomu se zabránilo poneccáním volné štěrbiny mezi beryliovým podstavcem a poklopem. Velikost štěrbiny určovala vzdálenost systému od kritckéco stavu. 147 Fotografe 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, Slotn drží poklop v ruce – palec zasunutý v otvoru v corní část poklopu - opírá beryliový poklop cranou o podstavec a opatrně ze strany přiklápí - o nebezpečnost takovéco postupu se vědělo – proto byly vyvinuty jednoduccé stavěcí zarážky s nastavitelnou tlouš kou, dávaly mezi podstavec a poklop - Slotn však zarážky odstranil a ve štěrbině mezi poklopem a podstavcem držel zastrčený konec šroubováku Průběc experimentu: Slotn opatrným pootáčením ploccé crany vsunutéco šroubováku zvolna zmenšuje štěrbinu mezi nyní přiklopeným poklopem a podstavcem - každá 148 změna pozice se projevila odpovídajícím zesílením intenzity tkání Geigeru. Graves se naklání blíž, aby na to lépe viděl. Slotn tento experiment v minulost již provedl mnocokrát a byl si s sebou jistý. Pomalým otáčením šroubováku měnil velikost štěrbiny, poslouccal tkání Geigeru a zároveň podával výklad sedmi lidem ve svém okolí – mnocem větší publikum, než obvykle míval při experimentecc. Beryliový poklop se mu nácle smeknul z crany šroubováku a zaklapnul se - a plutonium bylo kompletně obklopené refektorem. Vzplálo oslnivě modrobílé světlo a vlna corkéco vzduccu se převalila místnost. Slotn ve stejnou ccvíli ucítl paccu na jazyku a bolest v ruce držící beryliový poklop. Slotn měl pravou ruku na experimentu a zareagoval okamžitě – odtrhnul horní část refektoru a odhodil ho na podlahu; světlo zcaslo. Fotografe po nehodě: Po necodě: - červený graf zapisovaný ručičkou přístroje detekujícíco neutrony byl na maximu – mimo okraj papíru - a Geigery dál zlověstně tkaly: prudký tok neuronů indukoval radioaktvitu v kovovýcc předmětecc v místnost - účastníci necody ucáněli k výccodu z budovy, přivolali strážnéco, aby jim odemknul bránu, zazněl eiakuační signál a účastníci experimentu i ostatní lidé z budovy se rozprccli ven na silnici a za cliněný val, někteří vyběcli na nedaleký kopec s vrccolem asi 305 m nad úrovní terénu 149 - Slotn se nejprve venku potýkal se záccvatem zvracení, pak vyšel z budovy, aby oznámil kolegům, že se můžou vrátt - radiace klesla na přijatelnou hodnotu - v laboratoři provedli rekonstrukci a nakreslili plánek, aby bylo možné určit míru ozáření, plutoniová koule přežila necodu bez poškození - Luis Slotn obdržel efektvní dávku cca 21 Sv, Alvin Graves, který stál poblíž, obdržel efektvní dávku 3,6 Sv, expozice ostatnícc lidí byla 2,5; 1,6; 1,1; 0,47 a 0,37 Sv (analýza izotopovéco složení kovovýcc předmětů jako jsou codinky, mince, klíče ozářenýcc osob, Slotnovi se např. na jazyku udělal bolák – v okolí zlatéco zubu) - Slotn utrpěl typické příznaky těžké nemoci z ozáření – výrazné zcoršení krevníco obrazu, prudce bolestvý otok rukou spojený s rozsáclými puccýři následovala sně , kůže na ostatnícc částecc těla byla zrudlá a citlivá, po přeccodném zlepšení se dostavil průjem, těžké poškození ledvin, paralýza žaludku a střev a nakonec poruccy všecc ostatnícc životnícc funkcí, sedmý den po necodě se dostavilo blouznění a potom koma 150 - Luis Slotn zemřel v bezvědomí 9. den po necodě podobným způsobem jako Dagclian, ale ryccleji; byl ozářen dávkou čtyřikrát vyšší Alvin Graves a Samuel Allan Kline, přežili dávky radiace, které se v té době považovaly za smrtelné - ale dlouco se potýkali s těžkými následky ozáření (sterilita, ztráta zraku). Graves zemřel v r.1965 na infarkt. Kline žil až do r. 2001. Tři z pět dalšícc osob však zemřely běcem let na leukémii. - byly zastaveny všeccny kritcké experimenty (do doby než byly instalovány dálkově ovládané manipulátory) Nehoda 3. po půlnoci 30. 9. 1976, Hanford, továrna na výrobu plutonia - nejtěžší případ ozáření člověka pracujícíco v jaderném zařízení v americké cistorii – „atomový muž“ - 65letý sledoval ccemické poccody při zpracovávání radiozotopů - po několika codinácc této kritcké směny zasleccl McCluskey syčení a spatřil custý dým uvnitř digestoře, v příštm okamžiku došlo k silnému výbuccu a gumová maska na jeco obličeji byla silou výbuccu stržena, stovky úlomků radioaktvníco kovu, olověnéco skla a gumy se mu zasekly do kůže, kyselina dusičná co dočasně oslepila, což mu ztěžovalo únik, běcem této doby vdeccl největší kdy zaznamenanou dávku 241 Am (vedlejší produkt při výrobě Pu) - maximální přípustná kontaminace (vnitřní) americiem za celou dobu lidskéco života je 2 kBq, McCluskey vdeccl asi 11 MBq - 9 dalšícc zaměstnanců, kteří byli kontaminováni též, se po pár dnecc vrátlo do práce - McCluskey byl převezen do Riccmondu na Nouzové odmořovací oddělení k dloucodobé léčbě - byl osprccován (voda ze sprccy obsacovala 100 MBq 241 Am) - McCluskey strávil následujícícc 5 měsíců v železobetonové izolační komoře v péči sester, které nosily respirátory a occranné oděvy - po většinu této doby neviděl ani neslyšel 151 - dostával pokusné injekce DTPA (dietcylenetriaminepentaacetc acid) - léčba byla úspěšná a 14.2.1977 se McCluskey vrátl domů, protože se podařilo jeco vnitřní kontaminaci snížit o 80 % - McCluskey se rozcodl vládu zažalovat o 975 000 dolarů odškodnéco, nakonec přijal 275 000 a plnou doživotní lékařskou péči - zbytek svéco života strávil v ústraní v městečku Prosser - zemřel 17. srpna 1987 na infarkt Nehoda 4. - tři pracovníci sběrny staréco železa v mexickém městě Juarez poblíž cranic Texasu ukradli z nemocničníco skladu vyřazený přístroj (3 tuny) na ozařování nádorů - část přístroje byla rotující clavice s olověným krytem a 6010 kovovými kuličkami (1 mm ø) 15 TBq 60 Co 2,5 GBq/kuličku - po vcození přístroje na sběrný náklaďák se olověný kryt roztrcl a kuličky se rozkutálely - některé se přilepily na gumy okolo projíždějících aut, jiné na podrážky kolemjdoucích, hráli si s nimi dět ze skladiště staréco kovu, přístroj byl zaslán dvěma mexickým slévárnám oceli, ty přístroj roztavily a použily při výrobě 500 tun armovacícc želez a 17 000 noc ke stolům, které byly v první řadě určeny pro vývoz - necoda byla odcalena pouze nácodou: 16. ledna zabočil kamion s radioaktvními armovacími železy blízko Národní laboratoře v Los 152 Alamos (důležité středisko americkéco výzkumu jadernýcc zbraní) na špatnou odbočku, přitom přejel kolem čidla na měření IZ (mělo předejít tomu, aby byl vyvezen ze závodu radioaktvní materiál) - do konce února se podařilo najít 94% všecc noc od stolů; s armovacími železy byl oprot tomu větší problém, protože již byly částečně zabudovány do staveb - železa musela být vytržena ze základů soukromýcc domů, státní věznice, zdravotnickéco centra; základy pak musely být znovu obnoveny (celkem 109 domů v Mexiku) - v Mexiku nalezly přes 60 radioaktvnícc kuliček rozsypanýcc po silnici - nejméně 200 lidí obdrželo dávky záření mezi 0,01 až 0,5 Sv, jeden mexičan dostal do rukou dávku 100 Sv, tři muži, kteří ukradli přístroj, a dva muži ze šrotovéco skladiště obdrželi efektvní dávku cca 4,5 Sv, nejméně 3 000 mexickýcc pracovníků ze dvou sléváren obdrželo významnější dávky - celkem zemřel 1 člověk a 4 významně postžení - Mexická vláda uzavřela šrotové skladiště a uložila zamořený šrot - asi 2 000 až 6 000 tun radioaktvníco kovu a kamion - do země na speciálně upraveném místě mezi Juárezem a Ccicuacuou Nehoda 5. - při likvidaci radiobiologické kliniky bylo v budově poneccáno ozařovací zařízení se zdrojem 137 Cs (93 g 137 CsCl, 50 TBq, ve vzdálenost 1 m byl dávkový příkon 3 Gy/cod) (na BÚ A3 100 TBq) - 2 muži odvezli zařízení domů, kde co částečně rozebrali - za několik dnů pak začali zvracet, přičítali to ale špatnému jídlu - pokusili se také rozebrat kapsli (5 x 5 cm) s CsCl, po rozbit ozařovacíco okénka je zaujalo tmavomodře světélkující CsCl, troccu vysypali a zkoušeli zapálit – mysleli si, že jde o střelný pracc - zařízení poté odvezli do sběrny, kde si majitel všiml, že zařízení modře světélkuje (cctěl z něj vyrobit prsten pro svou ženu) pak pozval příbuzné a známe, aby se na tento úkaz podívali 153 - jeden z účastníků si „onou zácadnou“ substancí udělal na břiccu modře světélkující kříž a označil tak i několik domácícc zvířat (několik jicc později zemřelo) - bratr majitele sběrny si CsCl odvezl domů, část vysypal doma na zem, kde si s ním crála jeco 6 letá dcera, kterou fascinovalo jeco modré světlo, část prášku také snědla (1 GBq, dávka 6 Gy) - první si nemocnost v okolí všimla žena majitele sběrny - vzala část CsCl a odvezla je do nemocnice, kde zjistli jeco vysokou aktvitu (lidé v autobuse kterým CsCl vezla, obdrželi max. dávku 0,3 Sv do nocou) Zemřelí: Jméno Věk Dáika [Gy] Poznámky Leide das Neves Ferreira 6 6,0 Zemřela měsíc po incidentu, pocřbena byla v olověné rakvi a zalita betonem Gabriela Maria Ferreira 38 5,5 Zemřela měsíc po incidentu, žena majitele sběrny Israel Baptsta dos Santos 22 4,5 Zemřel cca měsíc po incidentu, zaměstnanec majitele sběrny Admilson Alves de Souza 18 5,3 Zemřel cca 3 týdny po incidentu, zaměstnanec majitele sběrny Přežiiší: Jméno Věk Dáika [Gy] Poznámky Devair Alves Ferreira 36 7,0 Majitel sběrny Wagner Mota Pereira 19 Maria Gabriela Abreu 57 4,3 Matka Gabriely Geraldo Guilcerme da Silva 21 3,0 Ernesto Fabiano - 4,5 Kladivem rozbil kontejner s CsCl Edson Fabiano 42 5,3 Bratr Ernesta Roberto dos Santos Alves 22 6,0 Amputováno pravé předlokt měsíc po necodě Ivo Alves Ferreira 40 - Otec Leide, bratr majitele sběrny Kardec Sebastão dos Santos 30 Dávky 46 nejvíce ozářených lidí: 154 - u 249 osob se v různé míře projevily následky ozáření - bylo nutné vyšetřit 119 000 osob, mnoco osob evakuovat ze zamořenýcc domů a provést nákladné (CsCl je rozpustný) a rozsáclé monitorovací, demoliční, odmořovací a likvidační práce (např. moč zasaženýcc lidí byla zbavena Cs na ionexu a Cs poté uloženo na úložiště) 155 Nehoda 6. 1993, Ankara, Turecko - 3 nepoužívané zářiče s 60 Co byly zabaleny a připraveny na převoz do USA - balíky nebyly odeslány cned ale prot předpisům uloženy - časem byly dva z nicc odeslány do provozovny v Istanbulu, která byla prodána - v prosinci 1998 noví majitelé (bratři) si vzali balíky domů a začali rozebírat occranný kryt, pak zařízení odvezli do sběrny - za několik dnů se u obou objevilo zvracení, doktor nejprve konstatoval otravu jídlem, poté ale správně určil příznaky nemoci z ozáření - jeden zdroj se podařilo najít ve sběrně před roztavením, drucý se doposud nenašel - 18 osob bylo cospitalizováno, u 10 se projevily příznaky nemoci z ozáření Nehoda 7. únor 2000, Samut Prakarn, Tcajsko - nepoužívané zařízení obsacující 60 Co určené pro teleterapie bylo uskladněno ve špatně clídaném skladu určeném pro nová auta - dva místní sběrači odpadu zařízení vzali, rozebrali a prodali do sběrny - u všecc, kteří se naccázeli poblíž tocoto zdroje, se za čas vyskytla neiolnost a ziracení - u těcc, kteří se zařízení dotýkali, se objevili spáleniny (radiační dermattda) - u 10 lidí se projeiily příznaky nemoci z ozáření, 3 zemřeli - přibližně 1870 lidí žijícícc v okrucu 100 m bylo nadměrně ozářeno - 258 osob žijícícc v 50 m okrucu bylo dloucodobě sledováno, jestli se nevyskytnou dloucodobé účinky radiace Seznam išech radiačních nehod 156 Zajímaiá událost listopad 2000, Francie/Čína - při příccodu do práce dělník ve Francouzské jaderné elektrárně spustl alarm - jelikož kontaminace mocla poccázet z elektrárny, byl dělník podrobně vyšetřen - nakonec se ukázalo, že byly radioaktvní jen jeco codinky - vyšetřováním se ukázalo, že codinky poccází z Číny, kde v oceli roztavily kontejner s 60 Co používaný pro teleterapie - codinky se prodávaly po celém světě - nicméně žádné podobné codinky se už nepodařilo objevit Úmyslná otraia 2006, Londýn, Velká Británie Otrava (2) Alexandera Litviněnka poloniem za cca 30 milionu eur (na černém trcu), 1. 11. 2006 cospitalizován a za 3 týdny zemřel (jako první zemřel na otravu poloniem asistent M. C.-Sklodowské)) 157 4.8. Pokusné jaderné a termonukleární iýbuchy Typy jaderných testů: 158 1. atmosférické, 2. podzemní, 3. stratosférické, 4. podvodní Jaderné testy USA: - 1. výbucc atomové bomby: 16. 7. 1945 v 5:29:45 "Trinity" 21 kT TNT - čtvrt codiny po výbuccu se atomový mrak rozdělil na tři část - největší část se pocybovala rycclost asi 16 km/c ve výšce 14 – 17 km směrem na severovýccod - v prvnícc dvou codinácc po explozi kleslo na zem jen malé množství spadu, pak bylo spadem poměrně těžce zamořeno území o rozloze asi 480 km2 - stopy radioaktvníco zamoření byly zjištěny v Santa Fé, Las Vegas a v Trinidadu v Coloradu, tedy ve vzdálenost až 420 km od místa výbuccu - několik let po výbuccu tajně vnikali do této oblast obyvatelé, aby nasbírali "Trinitt" – skelnou cmotu, která vznikla roztavením písku, zacřátéco při výbuccu na několik milionů stupňů Celsia, cmotu pak prodávali turistům - cca 50 km od epicentra se naccází vápencová vysočina, na které se pásl dobytek z většiny sousedícícc rančů, tato vysočina měla ze všecc území vně zakázané oblast největší radioaktvní zamoření 159 - na tomto dobytku byl také nejdříve pozorován účinek radioaktvníco spadu - asi měsíc po explozi začínaly cerefordské krávy ztrácet srst, brzy jim sice zase narostla nová, ale nebyla již červenocnědá, 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 srst byla způsobena radioaktvním spadem po výbuccu Trinity, bylo 75 krav nejvíc postženýcc ozářením odkoupeno za finanční prostředky Projektu Mancatan a odvezeno do Los Alamos a Oak Ridge - ve výzkumnýcc zařízenícc byla provedena další vyšetření, ještě v roce 1947 nebyly zjištěny žádné genetcké změny nebo průkazné mutace, mnoco krav přežilo a zplodilo zdravé potomstvo, další byly zabity a snědeny. Video1, Video 2 Operace Crossroads: - dva atomové výbuccy (plánovány 3) 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 dloucém kabelu a odpálena pomocí dálkovéco ovládání - při každé explozi sloužilo jako cíl asi 80 námořnícc lodí bez posádky - operace Crossroads se zúčastnilo asi 42 000 lidí, 240 lodí (cílové a zásobovací) a 160 letadel, na cílovýcc lodícc bylo umístěno asi 200 koz, 200 prasat a 5 000 krys, aby na nicc mocly být zkoumány účinky jadernýcc výbucců Test Able 160 Uskutečnil se 1. 7. 1946. Podle zprávy v příručce o radiologické occraně, která byla publikována po operaci Crossroads, došlo při explozi k oslňujícímu světelnému záblesku, který trval několik milióntn sekundy, a potom se z bublajícícc žcavýcc plynů utvořila ryccle rostoucí ocnivá koule. Z centra výbuccu se šířila rázová vlna, která byla viditelná na vodě jako ocromné micotavé světlo šířící se všemi směry. Když ocnivá koule zmizela, vytvořil se velký bílý mrak ve tvaru cřibu, který obsacoval kouř, štěpné produkty, nerozštěpené částce a pracc, a zvedl se do výšky 9 – 12 km. Test Baker Po vycodnocení škod způsobenýcc výbuccem při pokusu Able byl uskutečněn 25. 7. 1946 test Baker. Na rozdíl od prvníco testu vystříkl při výbuccu Bakeru z laguny do vzduccu 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 jeco vrccolu se rozpínal cřibovitý mrak plynů a vodní tříště. Když se sloup vody zřítl zpět do laguny, rozšířila se všemi směry mocutná, asi 300 metrů vysoká vlna z napěněné vody a bacna, která zalila cílové lodě. Úřední zpráva odcadla, že by členové mužstva zdržující se na palubácc lodí vzdálenýcc do 640 metrů od epicentra obdrželi smrtelnou dávku záření za 30 až 60 sekund, ve vzdálenost do 1 550 metrů za 7 minut a ve vzdálenost do 2 300 metrů za 3 codiny. Video 1 - 1951 – 1958 bylo v USA na výzkumném území v Nevadě, 120 km na severozápad od Las Vegas, provedeno přes sto nadzemnícc atomovýcc testů - radioaktvní spad, vzniklý při testecc, kontaminoval rozsáclé okolí výzkumnéco území 1. 11. 1952 7:15 byla odpálena první vodíková bomba s krycím jménem "Ivy Mike" 161 Video 1 Před: Po: 162 Test Bravo – největší USA TN bomba „Dovoluji si poznamenat, že všeccny testy jsou prováděny cíleně a testování se nikdy nevymklo kontrole.“ Admirál Lewis Strauss, 30.3.1954 - 1. 3. 1954 v 6.45 byla odpálena 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 skutečnost měla účinek 15 Mt, Výbucc vytvořil kráter cluboký 74 metrů a 1 800 metrů v průměru a ocnivá koule rozrušila ocromné množství korálovéco atolu; vysála jej a roznesla nad široké území, kde se snesl ve formě radioaktvníco spadu (zasácl japonskou rybářskou loď). 163 Video1 Od roku 1945 – 1962 USA provedly 331 atmosférickýcc testů. 1 Rad = 0,01 Gy Soiětské jaderné testy: 164 1. atomová bomba 29.8.1949 30. října 1961 Monster bomb (Царь - Car) 57 Mt – zmenšená verze 100 Mt bomby, letecky dopravovatelná, největší kdy odpálená Video1 Britské jaderné testy: - koncem čtyřicátýcc let se rozcodli britšt politci, stmulováni rostoucími obavami z atomové politky Sovětskéco svazu a monopolu atomovýcc zbraní USA, vyvinout ve Velké Británii vlastní atomovou zbraň - jaderné testy byly provedeny v Austrálii - v letecc 1952 - 1958 bylo celkem provedeno 21 britskýcc jadernýcc testů, 12 z nicc na pevnině nebo v její blízkost a devět na pokusném území na Vánočním ostrově Francouzské jaderné testy: - 1. pokus se uskutečnil 13. února 1960 pod krycím jménem Gerboise Bleue, účinky výbuccu byl kromě rozsácléco arsenálu válečné výzbroje vystaven také celý zvěřinec a 150 alžírskýcc zajatců (podle údajů alžírské televize, o kterýcc informovala francouzská tsková agentura AFP - v Paříži 11. 5. 1985) - v letecc 1960 a 1961 následovaly tři další atmosférické pokusy a potom byly pokusy přemístěny do podzemí 5. 8. 1963 byla v Moskvě podepsána Smlouva o zákazu zkoušek jadernýcc zbraní v atmosféře (USA, SSSR a Velká Británie), na zemském povrccu a pod vodou (pod zemí zůstaly povoleny). V té době se sovětský vládní předseda Ccruščov docodl s Čínou, že Rusko bude podporovat čínský program jadernýcc zbraní, pokud se k docodě, která zakazuje jaderné pokusy, Čína přidá. Krátce poté Ccruščov od této nabídky odstoupil a Čína na to reagovala tm, že k smlouvě o přerušení jadernýcc pokusů nepřistoupila. 165 Čína: 16. října 1964 odpálila Čína v atmosféře atomovou bombu s trcací silou 20 kt a stala se tak další atomovou velmocí. 17. června 1967 odpálila 3 Mt vodíkovou bombu. Video1 Indie: - asi 20 000 lidí se muselo přemístt z oblast pouště Pakcran v Rádžastánu a 18. 5. 1974 tam byla provedena exploze zařízení o síle 15 kt (Smiling Buddca) v cloubce 100 m pod zemí - kódované poselství zaslané do Novéco Dillí o úspěccu exploze znělo: „Buddca se směje“ Shrnut: Podle smlouvy o nešíření jadernýcc zbraní (1. července 1968, v roce 1970 vstoupila v platnost, v současnost je smlouva podepsána 189 zeměmi) existuje 5 jadernýcc velmocí (vlastní jaderné zbraně): Spojené státy americké  první jaderný výbucc: 16. 7. 1945  první termonukleární výbucc: 1. 11. 1952  počet nukleárnícc clavic: > 10 000  počet testů jadernýcc zbraní: 1030 (24 společně s Velkou Británií) Soiětský siaz/Rusko  první jaderný výbucc: 29. 8. 1949  první termonukleární výbucc: 12. 8. 1953  počet nukleárnícc clavic: > 10 000  počet testů jadernýcc zbraní: 715 166 Velká Británie  první jaderný výbucc: 3. 10. 1952  první termonukleární výbucc: 15. 5. 1957  počet nukleárnícc clavic: 185  počet testů jadernýcc zbraní: 45 Francie  první jaderný výbucc: 13. 2. 1960  první termonukleární výbucc: 24. 8. 1968  počet nukleárnícc clavic: 350  počet testů jadernýcc zbraní: 210 Čína  první jaderný výbucc: 16. 10. 1964  první termonukleární výbucc: 17. 6. 1967  počet nukleárnícc clavic: 400  počet testů jadernýcc zbraní: 45 Navzdory smlouvě o nešíření jadernýcc zbraní provedly test jadernýcc zařízení další 3 státy: Indie  první jaderný výbucc: 18. 5. 1974  počet nukleárnícc clavic: > 60  počet testů jadernýcc zbraní: 3 Pákistán  první jaderný výbucc: 28. 5. 1998  počet testů jadernýcc zbraní: 2 Korejská lidoiě demokratcká republika  v roce 2003 odstoupila od smlouvy o nešíření jadernýcc zbraní  první jaderný výbucc 9. 10. 2006 (drucý 25. 5. 2009, třet 12.2.2013) 167 Státy podezřelé z vlastnictví jadernýcc zbraní: Izrael  počet nukleárnícc clavic: > 300  počet testů jadernýcc zbraní: 1?  není signatářem smlouvy o nešíření jadernýcc zbraní Irán  počet nukleárnícc clavic:?  je signatářem smlouvy o nešíření jadernýcc zbraní Státy, které vlastnily jaderné zbraně v minulost: Jihoafrická republika  počet nukleárnícc clavic: cca 6 (dobrovolně se jicc vzdala v roce 1993) Bělorusko, Ukrajina a Kazachstán  dobrovolně zničily jaderné zbraně "zděděné" po rozpadlém Sovětském svazu  celkový počet postavenýcc nukleárnícc zbraní >128 000 Časoiý přehled testoiání jaderných zbraní: 168 Testoiací lokace jednotliiých států: Video1 169 4.9. Radioaktiní odpady - od ostatnícc odpadů se tyto odpady liší tm, že jsou radioaktvní - vzniká při těžbě a zpracování uranovýcc rud, výrobě jadernéco paliva, provozu jadernýcc reaktorů a elektráren, přepracovávání vycořeléco jadernéco paliva, likvidaci jadernýcc elektráren, při výrobě a používání radioaktvnícc látek v různýcc odvětvícc lidské činnost - většina radioaktvnícc odpadů se zpracovává a po jistou dobu uccovává izolovaně od ŽP Dělení odpadů (podle měrné aktiity a uiolňoianého tepla): - nízko aktvní  krátkodobé  dloucodobé - středně aktvní  krátkodobé  dloucodobé - vysoce aktvní (2 kW/m3 ) Nízko a středněaktiní odpady: z JE – iontoměniče, filtry, materiály z oprav a údržby, odpad z prádelen pracícc oděvů, zamořené oděvy, dekontaminační materiál; ze zdraiotnictií – pokusná zvířata, injekční stříkačky, nádobí, vata, ccemikálie Vysoko aktiní odpady: vycořelé palivo, odpad ze závodů na přepracovávání vycořeléco paliva (1 % cmotnost všecc odpadů ale 90 % aktvity odpadů, obsacuje dloucodobé RN – nutno uložit po dobu tsícovek let) Úpraia odpadů: zmenší se jejicc objem a převedou se do stabilnícc nerozpustnýcc forem: - cementování (mísení s cementem) - bitumenace (mísení s bitumenem – asfaltová živice) 170 - vitrifikace (vysušení a vmísení do skloviny – vcodné pro vysoko aktvní odpady) Ukládání odpadů: - úložiště musí být zajištěno prot úniku radioaktvnícc látek do ŽP - nízko a středně aktvní odpady se ukládají do povrccovýcc či mělkýcc podpovrccovýcc úložiš (dno je mírně skloněné s jílovitým terénem, vysypané pískem, voda se odvádí do monitorované jímky, středně aktvní odpady jsou uloženy v úložištcc s betonovými jímkami, na podloží ze stabilnícc krystalickýcc cornin, drenáž úst do monitorovanýcc jímek, po zaplnění a uzavření by měla být garantována nepřístupnost po dobu 100 let - vysoko aktvní odpady se ukládají do clubinnýcc úložiš , do dolů či pod cladinu (v roce 1972 zakázáno), předtm se naccázejí v meziskladu (mokrém – kontejnery v bazénu, succém – kontejnery ve vcodné budově) V ČR - pro nakládání s nízko a středně aktvním jaderným odpadem se v ČR využívá teccnologie lisování a bitumenace, zaručuje produkt, který je v dloucodobém corizontu stabilní a odolný účinkům radiace, vyznačuje se nízkou loužitelnost a cca 2,5 násobnou redukcí objemu - upravené nízko a středně aktvní odpady jsou ukládány v ÚRAO v areálu JE Dukovany, od roku 2002 zde probícá ukládání jadernéco odpadu z obou českýcc elektráren - ke konci roku 2004 (po 20 letecc provozu JE Dukovany a po čtyřecc letecc provozu JE Temelín) bylo zaplněno celkem 9 z celkovéco počtu 112 jímek o celkové kapacitě 55 000 m3 - vysokoaktvní odpady se budou ukládat do clubinnýcc úložiš , v ČR se plánuje s uvedením do provozu clubinnéco úložiště kolem roku 2065, do té doby se odpad skladuje v areálecc JE - kontejnery CASTOR (litnová válcová nádoba 4,1 m vysoká o průměru 2,7 m a tlouš ce stěn 37 cm, cmotnost 131 t, trojité víko plněné celiem (sleduje se tlak), povrcc je kvůli odvodu tepla žebrován 171 Časoiý průběh aktiity jaderného odpadu: - po 40 letecc v meziskladu je aktvita dána především aktvitou štěpnýcc produktů 90 Sr, 137 Cs a transuranů, pokud se nepřepracovává, je uloženo do konečnýcc úložiš - po tsíci letecc 90 Sr a 137 Cs zmizí a k aktvitě bude přispívat především 243 Am, 240 Pu, 239 Pu a 99 Tc - za 105 – 106 let bude k aktvitě přispívat 229 Tc a produkty jeco přeměny, (229 Tc vzniká z mateřskéco RN 237 Np (2,1.106 let)) 172 Recyklace iyhořelého jaderného paliia: Používají se především extrakční metody PUREX (Plutonium and Uranium Recovery by EXtracton) • extrakce U a Pu z vodné do organické fáze • nejrozšířenější proces v průmyslu v současnost • získává se tak i Pu pro zbraně UREX (URanium EXtracton) • zmenšení objemu vycořeléco jadernéco • modifikace PUREXu, Pu se neextracuje 173 • odstraní se U a ten se následně přepracovává TRUEX (TRansUranic EXtracton) • získává se Am a Cm • snížení alfa aktvity odpadu, odstranění nejaktvnější část odpadu • na rozdíl od PUREXu a UREXu se nejedná o extrakční proces DIAMEX, SANEX, UNEX – iyiinutý i Rusku a ČR. ad PUREX • rozpouštění v HNO3 (7 M) UO2 + 4 HNO3 → UO2(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O • odfiltrování jemnýcc nerozpuštěnýcc částeček • extrakce do 30% TBP (tributylfosfát v petroleji) • extracuje se U a Pu • štěpné produkty zůstávají v HNO3 • následuje několik extrakcí za sebou • radiolýzou vzniká dibutylcydrogenfosfát (nižší efektvita extrakce) • je efektvní použít iontoměniče • reextrakce do 0,2 M HNO3, izolace, tepelný rozklad, redukce na UO2/PuO2 174 J.H. Burns, Inorganic Chemistry, 1983, 22, 1174 Komplex vzniklý při extrakci trietcylfosfátu a UO2(NO3)2 ad UREX Přídavek AHA (k. acetylcydroxamové, či k. fenylcydroxamové) βU(VI) > βU(IV) > βNp(IV) > βPu(IV) βPu(IV)/βU(VI) = 10-4 Silně se tedy sníží extrakce Pu do organické fáze L. Nuñez, G. F. Vandegrif, ARGONNE NATIONAL LABORATORY, Report from Marcc 2001 175 Starší postup separace Pu • po extrakci do TBP redukce PuIV na PuIII pomocí Fe(SO3NH2)2 • vyloučené Pu se oxiduje na PuIV a vysrážení jako Pu(C2O4)2 . 6 H2O • tepelným rozkladem vznik PuO2 Další starší metody Separace těkavých fuoridů • převedení na fuoridy fuorem a následná destlace • problém TcF6 (b. p. 55,3 °C) a UF6 (b. p. 56,5 °C) • selektvní redukce fuoridů Obdoba separace těkavých chloridů. 176 Country Reprocessing site Fuel type Procedure Reprocessing capacity tU/yr Operatng period 177 Belgium Mol LWR, MTR (Material test reactor) 80 1966-1974 Germany Karlsruhe, WAK LWR 35 1971-1990 France Marcoule, UP 1 Military 1200 1958-1997 France Marcoule, CEA APM FBR PUREX DIAMEX SANEX 6 1988 France La Hague, UP 2 LWR PUREX 900 1967-1974 France La Hague, UP 2-400 LWR PUREX 400 1976-1990 France La Hague, UP 2-800 LWR PUREX 800 1990 France La Hague, UP 3 LWR PUREX 800 1990 UK Windscale Magnox 1 000 1956-1962 UK Sellafield, B205 Magnox PUREX 1,500 1964 UK Dounreay FBR 8 1980 UK THORP LWR PUREX 1,200 1990 Italy Rotondella Thorium 5 1968 (shutdown) India Kalpakkam Military 100 1998 India Trombay Military PUREX 60 1965 India Tarapur CANDU 100 1982 Japan Tokaimura LWR 210 1977 Japan Rokkasho LWR 800 2005 Russia Mayak Plant B Military 400 1948-196? Russia Mayak Plant BB, RT-1LWR PUREX + Np separaton 400 1978 178 Russia Krasnojarsk, RT-2 WWER 1,500 under constructon USA, NY West Valley LWR 300 1966-1972 179