1.1 Radioaktivní odpady - obsah – –Trochu teorie - ionizující záření a radioaktivita –Radioaktivní odpady - druhy a kde vznikají, –Množství radioaktivních odpadů –Rizika spojená s nakládáním a ukládáním –Formy fixace radioaktivních odpadů a manipulovatelných obalů k jejich uložení. 1 Ionizující záření •Ionizující záření - při průchodu prostředím způsobuje jeho ionizaci, tj. vytvoří z původně elektricky neutrálních atomů kladné a záporné ionty (iontové páry). •Podle charakteru ionizace: –Přímo ionizující záření - nabité částice (elektrony, pozitrony, protony, částice alfa a beta ap.), které mají dostatečnou kinetickou energii k tomu, aby mohly vyvolat ionizaci. –Nepřímo ionizující záření - nenabité částice (fotony, neutrony ap.), které samy prostředí neionizují, ale při interakcích s prostředím uvolňují sekundární, přímo ionizující nabité částice. Ionizace prostředí je pak způsobena těmito sekundárními částicemi. •Zdroje ionizujícího záření mohou být radionuklidy (přirozené nebo umělé) nebo generátory (RTG lampa, urychlovače a pod). C:\Users\Skvorova\Desktop\Nový doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření schválený dne 15. 2007.png 2 Radioaktivita • •Atomy - tři druhy částic: protony, neutrony a elektrony. –Protony a neutrony tvoří jádro atomu, hmotnost atomu. –Elektrony obíhají kolem jádra po přibližně kruhových drahách v relativně značných vzdálenostech. •Lehká jádra (A < 20) se skládají z přibližně stejného počtu protonů a neutronů, •Těžká jádra - podíl neutronů se stále zvyšuje - nabité protony se navzájem elektrostaticky odpuzují - odpuzování je v jádrech s více než deseti protony tak silné, že ke stabilitě jádra je zapotřebí přebytku neutronů, které vytvářejí přitažlivé síly. Hranicí schopnosti neutronů udržet jádro stabilní je izotop bizmutu , který je nejtěžším stabilním nuklidem. Všechna těžší jádra jsou nestabilní a samovolně se rozpadají na jádra lehčí, která jsou stabilní nebo ke stabilní konfiguraci jádra vedou. Tento jev se nazývá přirozená radioaktivita 209Bi83 •Vedle přirozené radioaktivity existuje také radioaktivita umělá, kdy nestabilita atomového jádra je vyvolána uměle (obvykle jadernou reakcí). Umělá radioaktivita se řídí stejnými zákonitostmi jako přirozená radioaktivita. • 100px-Radioactive 3 • 4 Radioaktivní rozpad •Radioaktivní rozpad má tři významné vlastnosti: •Mění chemickou podstatu látky •Je nezávislý na vnějších podmínkách (tlak, teplota, vlhkost, horotvorné pochody ap.) •Je doprovázen emisí tří druhů záření a)alfa (jádra helia), b)beta (elektrony), c)gama (fotony) - které působí na hmotu (ionizace, fluorescence, černání fotografických vrstev ap.) 5 Radioaktivní rozpad - alfa •α-rozpad •Jádro emituje jádro helia (helion). Hmotnostní číslo prvku se zmenší o 4, atomové číslo se zmenší o 2. Prvek se posune o dvě místa vlevo v periodické soustavě 6 Radioaktivní rozpad - beta •β - rozpad s emisí elektronu (β-- rozpad) •Jádro emituje elektron. Vzhledem k tomu, že elektrony v jádře nejsou, předchází - rozpadu přeměna neutronu v jádře na proton, elektron a antineutrino. Hmotnostní číslo prvku se nezmění, atomové číslo se zvětší o jedničku. Prvek se posune o jedno místo vpravo v periodické soustavě • •β - rozpad s emisí pozitronu (β+- rozpad) •Jádro emituje pozitron, který vzniká přeměnou protonu v jádře na neutron, pozitron a neutrino. Hmotnostní číslo prvku se nezmění, atomové číslo se zmenší o jedničku. Prvek se posune o jedno místo vlevo v periodické soustavě. Tento typ rozpadu se vyskytuje převážně u umělých radionuklidů 7 Radioaktivní rozpad - gama •Atomové jádro přechází z energeticky vyšší úrovně na nižší úroveň, což je doprovázeno emisí γ -záření. •Hmotnostní ani atomové číslo se nemění. 8 Radioaktivní rozpad •Přirozené radioaktivní prvky můžeme rozdělit na prvky, jejichž rozpadové produkty jsou také radioaktivní a dále se rozpadají (ty vytvářejí radioaktivní rozpadové řady) a na prvky, jejichž produkty rozpadu jsou stabilní (samostatné radioaktivní prvky) •Tři přírodní rozpadové řady –Uranová –Aktiniová –Thoriová •Pro radioaktivní rozpad je charakteristický poločas rozpadu –doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu atomů radionuklidu 9 Poločas rozpadu • 10 Druhy radioaktivních odpadů • •Přechodné •Nízko a středněaktivní odpady krátkodobé institucionální –nemocnice, výzkum, zemědělství, průmysl apod. •Nízko a středněaktivní odpady krátkodobé z provozu JE –ochranné oděvy, chladící voda apod •Nízko a středněaktivní odpady dlouhodobé –zářiče-medicína, výzkum •Vysokoaktivní odpady dlouhodobé –S obsahem dlouhodobých radionuklidů •Vyhořelé jaderné palivo • 11 Radioaktivní odpady a jejich dělení •Co jsou odpady • ► vznikají při všech lidských činnostech - vše pro co není využití nebo co je neekonomické dále využívat • ► nebezpečné odpady – jedy, hořlaviny, výbušniny… radioaktivní odpady • •Druhy odpadů podle místa vzniku • ► institucionální • ► energetické • •Podle aktivity • ► nízkoaktivní • ► středněaktivní • ► vysokoaktivní • •Podle doby, po kterou je musíme izolovat (závislost na poločasu přeměny) • • ► přechodné (do 5 let) • ► krátkodobé (poločas rozpadu/přeměny 30 – 50 let = izolace 300 – 500 let) • ► dlouhodobé ( desetitisíce až statisíce let) • •Podle skupenství • ► pevné, ► kapalné, ► plynné • 12 Přechodné odpady •Přechodné odpady jsou odpady, jejichž aktivita po určité době skladování (maximálně 5 let) nepřekročí úroveň, jež umožňuje jejich uvolnění do životního prostředí. Jde o velmi různorodé materiály zahrnující papír, plasty, kovy, textil či kov, které vznikají v menším množství například při pravidelných odstávkách elektráren a údržbě kontaminovaných zařízení. •Tyto typy odpadů, které pocházejí zpravidla z kontrolovaných pásem jaderných elektráren Dukovany a Temelín, se pečlivě shromažďují a třídí na odpady: •1) Uvolnitelné okamžitě do životního prostředí. •2) Uvolnitelné do životního prostředí po určité době skladování 13 Nízko a středně aktivní odpady •Nízko a středně aktivní odpady se dělí na odpady •krátkodobé, tj. odpady, které obsahují převážně radionuklidy s poločasem přeměny do 30 let (včetně Cs-137) a u nichž je omezena hmotnostní aktivita dlouhodobých alfa zářičů (v jednotlivém obalovém souboru maximálně 4000 kBq/kg a střední hodnotě 400 kBq/kg v celkovém objemu odpadů vyprodukovaných za kalendářní rok), a na •dlouhodobé odpady, kterými jsou ty odpady, které nepatří do podskupiny krátkodobých radioaktivních odpadů •Nízko a středně aktivní odpady krátkodobé je možno zneškodnit jejich uložením do povrchových či přípovrchových úložišť. •Nízko a střední aktivní odpady dlouhodobé bude třeba po skladování uložit do hlubinného úložiště radioaktivních odpadů 14 Vysokoaktivní odpady a vyhořelé jaderné palivo •Vysokoaktivními radioaktivními odpady jsou odpady, u kterých musí být při jejich skladování a ukládání zohledněno uvolňování tepla z rozpadu radionuklidů v nich obsažených • •Zvláštní kategorií je vyhořelé jaderné palivo, které není považováno za radioaktivní odpad, protože jaderné palivo i po použití v jaderném reaktoru obsahuje značné množství štěpitelného materiálu, zejména plutonium, které je možno použít pro přípravu tzv. směsného paliva s oxidy uranu a znovu využít v jaderných elektrárnách 15 16 Druhy a příklady RAO bscap001 VJP Nízkoaktivní Vysoceaktivní Odpady a radioaktivní odpady (1) •Ve světě vzniká ročně zhruba •700-800 miliónů tun nízko aktivních odpadů • •PROTI TOMU • •Za celou dobu existence jaderné éry – cca 65 let –okolo 200 000 tun vyhořelého jaderného paliva a –přibližně 90 000 tun vysoce aktivních odpadů 17 Odpady a radioaktivní odpady (2) –Jen v ČR ročně vznikne a musí se zneškodnit přibližně –cca 36 000 000 tun všech odpadů, –z toho 3 300 000 tun komunálního odpadu – –PROTI TOMU – –1 300 tun nízko a středně aktivních odpadů z provozu JE –a necelých 200 tun nízko a středně aktivních odpadů z ostatních zdrojů –95 tun vyhořelého jaderného paliva z JE – 18 Původci radioaktivních odpadů • V České republice máme přes 110 původců radioaktivních odpadů •nemocnice * kde se využívá ionizujícího záření k určení diagnózy či při léčbě nemocného (invazivní radiologie). Pro radiologii je charakteristické, že využívá rentgenového záření nebo ionizujícího záření z uzavřených zářičů. Obor, který ke stejnému účelu využívá otevřených zářičů, se nazývá nukleární medicína • - radiodiagnostika (zobrazovací a intervenční metody) a • - radioterapie (léčbu nádorovou i nenádorovou) • - radiační onkologie (obor, zabývající se léčbou nádorů pomocí ionizujícího záření) • * sterilizace lékařských a zdravotnických materiálů •průmysl – měřiče, hlásiče požáru, • Radiografie – aplikace záření při různých defektoskopických metodách určujících kvalitu materiálů a konstrukcí, např. mostních, plynovodů, ropovodů, svárů apod.prozařování ( touto metodou se zjišťují vnitřní vady svárů, dutin, odlitků… – záření projde výrobkem na film, kde vznikne obraz vad jako tmavší místo) •výzkum •ozařování určitých druhů potravin – např. koření, aby se zničily přítomné mikroorganismy •konzervační ozařovací pracoviště, využívající ionizujícího záření pro hubení dřevokazného hmyzu (červotoč, tesařík...) - Středočeské muzeu v Roztokách u Prahy 19 Rizika a s nimi spojené problémy při nakládání s RAO •Radiotoxicita již při velmi nízkých koncentracích •Radioaktivita nízkých koncentrací není snadno detekovatelná •Psychologický efekt – – –Vysoké požadavky na bezpečnost ukládání • 20 Formy fixace RAO pro uložení do úložišť •Nízko a středně aktivní RAO –Cementace –Bitumenace –Vitrifikace – 21 Formy fixace RAO pro uložení do úložišť •Vysokoaktivní odpady –Cementace – zalitím –Vitrifikace –Speciální keramické materiály – SINROC – syntetická hornina 22 Formy fixace RAO pro uložení do úložišť •Vyhořelé jaderné palivo –Ukládání ve speciálních úložných kontejnerech http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSHmjkm60KN1lR8MmN2uDhdkhQtTWFT2fixWUmdwKrz2bXui7w 23 Poznámky • 24