Energetyka jądrowa – czynniki zagrożenia
E
NERGETYKA JĄDROWA
–
CZYNNIKI ZAGROŻENIA
1. Wstęp.
Energia jądrowa z coraz to większym rozmachem wkracza w życie gospodarcze wielu
krajów świata, konkurując w wytwarzaniu energii elektrycznej z węglem, ropą naftową i
gazem ziemnym.
Szybki rozwój energetyki jądrowej głownie uzależniony jest od wielkości i jakości
zasobów paliwa jądrowego.
Rozwój energetyki jądrowej w świecie - zapoczątkowany uruchomieniem w ZSRR w
1954 roku pierwszej elektrowni jądrowej o mocy elektrycznej 5 MW - postępuje
nieprzerwanie do dzisiaj.
Rozwój energetyki jądrowej jest dla każdego kraju procesem złożonym, trudnym i
kapitałochłonnym, wymagającym rozwoju szeregu dziedzin stanowiących podstawę i bazę
dla budowy elektrowni jądrowych. Rozwój ten odbywa się w każdym wypadku w sposób
sterowany i ściśle kontrolowany przez rządy zainteresowanych krajów. Rozwój energetyki
jądrowej jest również procesem angażującym znaczne środki materialne oraz liczne kadry
specjalistów. Przeznaczenie tak znacznych środków na elektrownie jądrowe jest w większości
krajów uzasadnione:
-
ograniczeniami w swobodnym dysponowaniu i wyborze paliw energetycznych stałych,
płynnych lub gazowych i koniecznością sięgania dla zrównoważenia bilansu energetycznego
po relatywnie tańsze importowane paliwo jądrowe;
-
opłacalnością energii elektrycznej i cieplnej wytwarzanej w elektrowniach jądrowych w
stosunku do energii wytwarzanej w źródłach konwencjonalnych
-
względami ochrony środowiska, gdyż w normalnych warunkach eksploatacji, przy
stosowanych zabezpieczeniach, elektrownie jądrowe nie powodują zanieczyszczenia
środowiska.
Od wielu lat rozwijają się intensywne badania w dziedzinie atomistyki, ochrony
radiologicznej, energetyki jądrowej i w wielu innych dyscyplinach naukowych, które
tworzyły podstawy dla przyszłych wdrożeń. Badania te cechowały się jednak najczęściej
podejściem wąsko specjalistycznym, stosunkowo słabym powiązaniem różnych dyscyplin
zajmujących się problemami rozwoju energetyki jądrowej do praktyki. Zachodzi bezwzględna
potrzeba wzajemnego powiązania oraz ścisłej współpracy nie tylko dyscyplin technicznych,
ale także wielu innych dziedzin wiedzy, badających warunki jej rozwoju:
-
przyrodnicze;
-
ekologiczne;
-
przestrzenne;
-
ekonomiczne;
-
społeczne;
-
prawne i inne.
Energetyka jądrowa stała się więc istotnym składnikiem zaspokajania potrzeb
energetycznych świata i koniecznym warunkiem dalszego jego rozwoju gospodarczego.
2. Zagrożenie radiologiczne w otoczeniu EJ.
2.1. Główne drogi narażenia człowieka.
Izotopy promieniotwórcze wydzielane z EJ mogą oddziaływać na organizm człowieka
wieloma drogami. Najważniejsze z nich to:
1. Promieniowanie bezpośrednie - zwykle pomijalnie małe ze względu na grube osłony
układów zawierających substancje promieniotwórcze.
2. Uwalnianie izotopów promieniotwórczych do atmosfery. Obłok promieniotwórczy
oddziałuje na człowieka bezpośrednio promieniowaniem beta i gamma, naraża go na
przyswajanie izotopów głównie przez płuca, ale także przez skórę, i powoduje powstawanie
na ziemi i na roślinach osadów promieniotwórczych. Izotopy promieniotwórcze są
wchłaniane przez rośliny, a po ich zebraniu i spożyciu przenikają z pożywieniem do orga-
nizmu człowieka.
3. Uwalnianie izotopów promieniotwórczych zawartych w odpadach ciekłych. Skażenie
promieniotwórcze wody powoduje zagrożenie osób przebywających w wodzie lub na brzegu,
a co najważniejsze izotopy promieniotwórcze wchłaniane są przez organizmy żyjące w
wodzie i przyswajane przez człowieka przy spożywaniu ryb i innego pożywienia pochodzenia
wodnego. Ponadto, woda użyta do nawadniania pól i do celów pitnych powoduje skażenie
plonów i mleka, a w razie wypicia jej przez człowieka bezpośrednie osadzanie nuklidów
promieniotwórczych w organizmie ludzkim.
Do tej groźnej listy należy jeszcze dodać narażenia wynikające z przewozu paliwa
napromieniowanego i jego przerobu w cyklu paliwowym.
2.2. Dyfuzja izotopów promieniotwórczych do atmosfery.
Przebieg dyfuzji gazów uwalnianych do atmosfery zależy głównie od szybkości
wiatru i stabilności powietrza. Przy małych prędkościach wiatru tempo mieszania warstw
atmosfery zależy głównie od stosunku pionowego gradientu temperatury do gradientu
odpowiadającego adiabatycznemu chłodzeniu powietrza w miarę jego rozprężania przy
wzroście wysokości.
Rys. 1 Wpływ pionowego gradientu temperatury na zachowanie się smugi gazów.
Dla suchego powietrza gradient adiabatyczny temperatury wynosi ok. -1°C/100 m.
Gdy gradient rzeczywisty jest większy - jak pokazano na rys. 1a - wówczas różnica między
gęstością gazów usuwanych do atmosfery a gęstością powietrza wzrasta przy ruchu w górę,
co zwiększa siłę wyporu gazów. I odwrotnie, przy opadaniu sprężanie adiabatyczne gazów
nie powoduje ich ogrzewania dość szybko, by osiągnęły one temperaturę otaczającego je
powietrza, co powoduje przyspieszenie ruchu w dół. Tak więc, w warunkach dużego
ujemnego gradientu temperatury, wszystkie ruchy pionowe gazów są przyspieszane, co
prowadzi do dużej turbulencji smugi.
Gdy gradient temperatury maleje, wówczas smuga staje się bardziej stabilna (rys. 1b).
W przypadku gradientu dodatniego, smuga może przebyć kilkanaście kilometrów bez
wyraźnego rozcieńczenia (rys. 1c). Jeżeli gradient temperatury jest zmienny, to może powstać
albo smuga wznosząca się (rys. 1d) - najkorzystniejsza dla usuwania odpadów promienio-
twórczych, albo smuga zadymiająca (rys. 1e) - najgroźniejsza, ponieważ prowadzi ona do
skażenia powierzchni ziemi w znacznej odległości od źródła, pomimo że gazy
promieniotwórcze są wydzielane na znacznej wysokości.
Temperatury warstw atmosfery zmieniają się w cyklu dobowym w związku z pochłanianiem
ciepła promieniowania słonecznego przez ziemię, która w nocy ogrzewa dolne warstwy
atmosfery. W dzień często występuje smuga wijąca się, w nocy zaś powierzchnia ziemi
chłodzi się szybciej niż atmosfera i powstają warunki inwersji.
2.3. Zagrożenie radiologiczne wywołane chmurą promieniotwórczą
Podczas przejścia chmury promieniotwórczej występują dwa rodzaje zagrożenia dla
człowieka: promieniowanie bezpośrednie z chmury i zagrożenie od produktów
promieniotwórczych wchłanianych przy oddychaniu.
Przy oddychaniu główne niebezpieczeństwo stanowi wchłanianie jodów.
3. Zagrożenie Kryptonem i Trytem.
Wiele wskazuje na to, że w nadchodzących latach najpoważniejszymi substancjami
skażającymi pochodzenia jądrowego będą nie te, których odpady znamy obecnie, jak stront i
jod, lesz dwa mało znane gazy - krypton i tryt. Obydwa są emitowane w dużych ilościach
podczas przerobu paliwa czy produkcji energii i są uwalniane do powietrza, co ma wpływ na
atmosferę całego globu. Każdy z nich może stać się pierwszym nuklidem, który obejmie
kontrola międzynarodowa, ponieważ ich uwalnianie do atmosfery jest znacznie tańsze od
niszczenia i dlatego producenci tych gazów wybierają drogę „mniejszych kosztów”. Z
atmosfery dostają się one do wód, a tym samym do wody pitnej. Ulegają one też
rozpuszczeniu w płynach ustrojowych. Krypton jest gazem stałym o dziewięcioletnim okresie
połowicznego zaniku; tryt, którego okres połowicznego zaniku wynosi 12 lat, jest odmianą
wodoru o jądrze trzykrotnie cięższym niż zwykły wodór.
Tryt może stać się bardziej groźny niż krypton, gdyż jego cząsteczka jest tak mała, że
trudno nad nim panować. Wydostaje się on ze zbiorników wykonanych z aluminium i stali
nierdzewnej na drodze dyfundowana przez metal, przechodzi też przez większość zastawek i
uszczelnień.
4. Promieniowanie jonizujące.
4.1. Promieniowanie
.
Jest to strumień cząstek
, (identycznych z jądrami atomu helu
4
2
He), a więc jest to
promieniowanie kospulkuralne. Wywołuje bardzo silną jonizację ośrodka i jest to jonizacja
bezpośrednia, tzn. taka, która zachodzi w wyniku bezpośrednich zderzeń z atomami lub
cząsteczkami.
Może być bardzo szkodliwe w przypadku wchłonięcia substancji promieniotwórcvzej
wysyłającej to promieniowanie, gdyż tkanka może zostać poważnie uszkodzona, a nawet
zniszczona w obszarze oddziaływania promieniowania.
4.2. Promieniowanie
.
Promieniowanie
jest promieniowaniem korpuskularnym o ciągłym widmie
energetycznym. Cząstki
to elektrony (
-
) i pozytony (
+
) pochądzące z jąder atomowych.
Promieniowanie
, odobnie jak promieniowanie
, wywołuje jonizację bezpośrednią .
Borąc jednak pod uwagę promieniowanie
i
o tej samej energii stwierdzimy , że cząstki
jako mniejsze i posiadające mniejszy ładunek elektryczny wywołują jonizację znacznie
mniejszą, ale zasięg jest znacznie większy.
4.3. Promieniowanie
i X.
Promieniowanie
jest promieniowaniem elektromagnetycznym wytwarzanym przez
wzbudzone jądra atomów powstałych w wyniku przemiany promieniotwórczej. Nie
występuje nigdy samodzielnie, lecz może towarzyszyć emisji promieniowania
lub
ja w
przypadku rozpadu
60
Co.
Promieniowanie X i
jest bardzo przenikliwe i może przedostawać się nawet przez
grube warstwy betonu. Oba rodzaje promieniowania wywołują jonizację pośrednią, tzn.
poprzez przekazywanie energii elektronom, które dzięki temu mogą wywołać jonizację
ośrodka.
Promieniowanie X różni się od promieniowania
swoim pochodzeniem. Powstaje
poza jądrem w wyniku hamowania elektronów.
Przy oddziaływaniu promieniowania
i X z materią następuje przekazywanie energii
elektronom i zachodzą niżej wymienione zjawiska:
- zjawisko fotoelektryczne;
- zjawisko Comptona;
- tworzenie par.
5. Narażenie na promieniowanie i dawki promieniowania jonizującego.
5.1. Napromieniowanie i skażenie
Wszyscy jesteśmy stale poddani działaniu promieniowania jonizującego z naturalnych
i sztucznych źródeł znajdujących się w naszym otoczeniu. Jesteśmy więc narażeni na
promieniowanie.
Mówimy o narażeniu zewnętrznym, gdy źródło znajduje się poza organizmem i
narażeniu wewnętrznym, gdy źródło jest wewnątrz organizmu.
O osobach, które zostały poddane działaniu promieniowania mówimy, że zostały
napromieniowane.
Często myli się dwa pojęcia: napromieniowanie i skażenie promieniotwórcze. Co to
jest napromieniowanie już wiemy, a natomiast skażeniem promieniotwórczym nazywamy
obecność rozproszonej substancji promieniotwórczej w jakimkolwiek miejscu poza źródłem
promieniowania.
Ze względu na miejsce występowania rozróżniamy:
- skażenia środowiska naturalnego, a więc powietrza, gleby, wód, organizmów zwierzęcych
i roślinnych;
- skażenia środowiska pracy – powierzchni podłóg, ścian mebli;
- skażenia odzieży roboczej i osobistej;
- skażenia osobiste ludzi.
Skażenia powierzchni dzielimy na:
- niezwiązane, które dadzą się usunąć za pomocą prostych środków
- związane, których nie możemy usunąć bez zniszczenia lub uszkodzenia odkażonej
powierzchni.
Skażenia osobiste dzielimy na:
- zewnętrzne – występujące na zewnętrznych powierzchniach ciała;
- wewnętrzne – powstające wskutek przedostania się substancji promieniotwórczej do
wnętrza organizmu.
5.2. Ocena narażenia. Dawki promieniowania jonizującego.
Do oceny narażenia służy pojęcie dawki promieniowania jonizującego i mocy dawki.
Pod pojęcie dawki wchodzą trzy pojęcia:
- dawka ekspozycyjna;
- dawka pochłonięta;
- równoważnik dawki.
Dwa pierwsze wiążą się z fizycznym oddziaływaniem promieniowania z materią,
trzeci uwzględnia również jego oddziaływanie na organizmy żywe.
Dawka ekspozycyjna jest miarą jonizacji, jaka zachodzi w powietrzu pod wpływem
promieniowania elektromagnetycznego X lub
.
Jednostką dawki ekspozycyjnej w układzie SI jest kulomb na kilogram (C/kg).
W tej chwili pojęcie dawki ekspozycyjnej wychodzi z użycia. Coraz częściej używa
się bardziej uniwersalnego pojęcia dawki pochłoniętej.
Dawka pochłonięta jest miarą pochłaniania promieniowania przez różne materiały.
W układzie SI jednostką dawki pochłoniętej jest grej (Gy)
Dawka pochłonięta jest najbardziej uniwersalnym z trzech pojęć, o których mówimy,
gdyż ma sens dla każdego rodzaju promieniowania jonizującego i dla każdego ośrodka, w
którym to promieniowanie rozchodzi się.
Dawka ekspozycyjna i dawka pochłonięta przedstawiają tylko opis zjawisk
fizycznych.
Oprócz pojęcia dawki używa się również pojęcie moc dawki (zmiana dawki w
jednostce czasu).
Jednostką mocy dawki ekspozycyjnej jest amper na kilogram (A/kg).
Jednostką mocy dawki pochłoniętej jest grej na sekundę (Gy/s).
Jak już wspomniano, wymienione powyżej wielkości są bardzo przydatne przy
określaniu wielkości napromieniowania i ewentualnych jego skutków fizycznych. Są także
podstawą do przewidywania skutków biologicznych, Skutek biologiczny zależy przede
wszystkim od wielkości napromieniowania, czyli dawki pochłoniętej, ale decyduje o nim
również:
- rodzaj promieniowania;
- narząd lub rodzaj tkanki;
- wielkość napromieniowanego obszaru ciała;
- wiek i ogólna kondycja napromieniowana osobnika;
- czas, w jakim dawka została pochłonięta (moc dawki).
Dawka promieni
wywołuje znacznie większy skutek biologiczny (pomimo małej
przenikliwości) niż taka sama dawka promieni X i
.
Przy narażeniu zewnętrznym większą uwagę zwraca się na promieniowanie bardziej
przenikliwe, tj. X i
oraz neutrony. Przy skażeniu wewnętrznym należy zwrócić uwagę
przede wszystkim na promieniowanie o dużej zdolności do jonizacji, np. cząstki
, gdyż to
właśnie ono powoduje największe szkody. Ponadto w przypadku skażenia wewnętrznego
różne izotopy promieniotwórcze mogą przechodzić do różnych tkanek i narządów. Dlatego
też pojęcie dawki pochłoniętej czy też mocy dawki nie pozwala na ocenę skutków
napromieniowania żywego organizmu biologicznego. Do tego celu służy tzw. współczynnik
jakości promieniowania.
Znając współczynnik jakości promieniowania możemy także otrzymać równoważnik
dawki.
Równoważnik dawki jest to dawka pochłonięta w danej tkance lub narządzie z
uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania
jonizującego.
Szkodliwe następstwa promieniowania zależą także od tego, czy napromieniowaniu
poddane zostało całe ciało, czy konkretne narządy, stąd przy przewidywaniu skutków
biologicznych musimy także uwzględnić tzw. współczynniki tkanki.
Siwert (Sv) jest obowiązującą w układzie SI jednostką równoważnika dawki.
Wiele izotopów promieniotwórczych, o długim okresie półrozpadu, pozostaje w
organizmie człowieka przez całe życie. W związku z tym ważny jest nie tylko okres
półrozpadu, ale także szybkość, z jaką dany izotop promieniotwórczy jest wydalany z
organizmu, czyli tzw. biologiczny okres połowicznego wydalania.
5.3. Biologiczne skutki napromieniowania.
Dawka Sv Skutek biologiczny
0,25 Objawy kliniczne nie występują. Czasami mogą wystąpić niewielkie zmiany we krwi.
0,5
Objawy kliniczne nie występują. Niewielkie zmiany we krwi obwodowej; bardzo małe
prawdopodobieństwo wystąpienia skutków późnych.
1-2
Niewielkie objawy kliniczne, u 5-10% osób wymioty w ciągu kilku godzin od napromieniowania;
okresowe zmiany we krwi z opóźnioną odnową; duże prawdopodobieństwo wystąpienia skutków
późnych; większość objawów ustępuje po kilku tygodniach.
2-3
Ciężkie objawy kliniczne, wymioty u wszystkich osób w ciągu 2 godzin, poważne zmiany we krwi,
utrata włosów po ok. 2 tygodniach. Częste następstwa późne. Dawka śmiertelna dla ok. 25%
napromieniowanych osób.
3-5
Dawka śmiertelna dla 50% napromieniowanych. Ciężkie objawy kliniczne z pełnym rozwojem
choroby popromiennej i wyraźnym uszkodzeniem czynności krwiotwórczych szpiku.
5-7
Przeżywa 0-20% osób. Objawy ciężkiego uszkodzenia szpiku. Śmierć następuje w ciągu kilku do
kilkudziesięciu dni.
10-30
Uszkodzenia układu pokarmowego z objawami krwotocznymi, odwodnienie organizmu. Zejście
śmiertelne w ciągu kilku do kilkunastu dni.
50
Zespół ośrodkowo-mózgowy, zaburzenia świadomości, oddychania i krążenia. Śmierć następuje w
okresie od kilkunastu godzin do 3 dni.
Na czym polega szkodliwe działanie promieniowania jonizującego na organizmy
żywe i jaki jest jego mechanizm?
Jonizacja zachodząca we wnętrzu komórki może doprowadzić do bezpośredniego
uszkodzenia kwasów nukleinowych w jądrze komórkowym, a co za tym idzie, do
rozregulowania podstawowych funkcji komórki. Pamiętajmy jednak, że komórki zarówno te
najprostsze, jak i komórki organizmów wyższych wyposażone są w układy naprawcze, które
pozwalają na usunięcie uszkodzonych fragmentów DNA. Jeśli jednak uszkodzenia te są
bardzo duże, to mechanizm ten nie zadziała prawidłowo i nie zdoła usunąć wszystkich
uszkodzeń.
Poza tym w płynach wewnątrzkomórkowych wskutek jonizacji zachodzą inne
niekorzystne zmiany, takie jak: powstanie tzw. tlenu aktywnego (H
2
O
2
), tworzenie się
wolnych rodników i inne.
Pod wpływem promieniowania jonizującego zachodzą także mutacje organizmów.
6. Przegląd reaktorów energetycznych.
Z dużej liczby różnego typu reaktorów jądrowych należy wyróżnić kilka typów
reaktorów energetycznych, które zostały już sprawdzone w wieloletniej eksploatacji,
wykazując pełną dojrzałość techniczną i konkurencyjność ekonomiczną wobec elektrowni na
paliwach konwencjonalnych. Znalazły one szerokie zastosowanie w elektrowniach
zawodowych. Tę grupę reaktorów energetycznych nazwano reaktorami „komercjalnymi".
Druga grupa reaktorów to reaktory „rozwojowe", znajdujące się w fazie prób, badań i
udoskonaleń. Część z nich osiągnęła stadium instalacji pilotowych, a niektóre - stadium
elektrowni demonstracyjnych. Chociaż niektóre z reaktorów tej grupy pracują już po
kilkanaście lat, często nie można wydać ostatecznej opinii o ekonomice ich pracy, ani też
przewidzieć jakie rozwiązania techniczne będą ostatecznie przyjęte.
Trzecią wreszcie grupę reaktorów stanowią reaktory, których budowy i dalszego
rozwoju zaniechano z różnych przyczyn - technicznych lub ekonomicznych - oraz reaktory,
nad którymi wprawdzie prowadzone są w dalszym ciągu badania, ale ich rozwój jest mało
zaawansowany lub też perspektywy ich przyszłego zastosowania są przedmiotem
kontrowersyjnych opinii.
Do pierwszej grupy należą reaktory wodne kilku typów. Przede wszystkim będą to
najliczniej obecnie reprezentowane w elektrowniach zawodowych ciśnieniowe reaktory
wodne, znane powszechnie pod nazwą PWR (Pressurized Water Reactor), a w wersji
radzieckiej - pod nazwą WWER (Wodno-Wodjanoj Energeticzeskij Reaktor). Następnie
reaktory z wrzącą wodą BWR (Boiling Water Reactor) oraz reaktory z ciężką wodą (zwane
reaktorami ciężkowodnymi) HWR (Heavy Water Reactor), wśród których do
najważniejszych należą reaktory typu CANDU (CANadian Deuterium Uranium reactor).
Do tej grupy należy też zaliczyć reaktory kanałowe RBMK (Reaktor Bolszo j Moszcznosti
Kanalnyj) opracowane i szeroko eksploatowane w energetyce radzieckiej oraz reaktory
chłodzone gazem GCR (Gas-Cooled Reactor) i AGR (Advanced Gas-cooled Reactor),
pracujące od lat w energetyce brytyjskiej i francuskiej. Reaktory PWR (WWER), BWR i
RBMK nieraz są określane wspólną nazwą reaktorów lekkowodnych LWR (Light Water
Reactor).
Do grupy drugiej należy zaliczyć reaktory prędkie różnego typu, jak: reaktor prędki
powielający chłodzony ciekłym metalem LMFBR (Liquid Metal Fast Breeder Reactor)
oraz reaktor prędki chłodzony gazem dysocjującym i reaktory wysokotemperaturowe chłodzo-
ne gazem HTGR (High Temperature Gas-cooled Reactor).
Do grupy trzeciej można zaliczyć reaktory z moderatorem organicznym OMR
(Organie Moderated Reactor), reaktory z rdzeniem jednorodnym, reaktory grafitowe
chłodzone ciekłym sodem, reaktory powielające chłodzone stopionymi solami MSBR (Molten
Salt Breeder Reactor), reaktory lekkowodne powielające LWBR (Light Water Breeder
Reactor), reaktory prędkie chłodzone gazem GCFR (Gas-Cooled Fast Reactor) i inne.
7. Awarie w elektrowniach jądrowych.
Zasadniczym zagrożeniem związanym z pracą reaktora jądrowego jest nagromadzenie
w jego paliwie radioaktywnych produktów rozszczepienia, które w razie wydostania się do
atmosfery mogłyby spowodować choroby dziesiątków tysięcy ludzi i konieczność ich
ewakuacji z terenów zagrożonych.
W reaktorze energetycznym nie może nastąpić wybuch jądrowy. Nie może rozwinąć
się tak szybko przebiegająca łańcuchowa reakcja rozszczepiania, jak to ma miejsce w bombie
atomowej. Przyczyną jest małe wzbogacenie paliwa jądrowego w rozszczepialny
235
U. W
naturalnym uranie jest go 0,7%, w paliwie jądrowym rzadko więcej niż 4%, natomiast w
bombie atomowej znacznie powyżej 90%. Żadne zmiany konfiguracji elementów paliwowych
w reaktorze, żadna akcja terrorystyczna, żadna katastrofa niszcząca budynek reaktora nie
może spowodować wybuchu jądrowego. Jest to po prostu sprzeczne z prawami fizyki.
Zdarzają się jednak awarie reaktorów energetycznych, z których najgroźniejsze
polegają na uszkodzeniu rdzenia reaktora, co może doprowadzić do wydostania się substancji
promieniotwórczych do otoczenia.
Do tej pory nastąpiły trzy awarie reaktorów jądrowych, które spowodowały znaczne
napromieniowanie ludności:
1. W siłowni Three Mile Island (USA - marzec 1979),
2. W reaktorze Windscale - obecnie Sellafield (Wielka Brytania - październik. 1957).
3. W elektrowni jądrowej w Czarnobylu (ZSRR - kwiecień 1986),
Tylko dwie awarie w elektrowniach jądrowych doprowadziły do zniszczenia rdzenia
reaktora. Nastąpiło to w Three Mile Island i w Czarnobylu.
Reaktor w Czarnobylu (RBMK) miał być w swym założeniu reaktorem nie tylko
energetycznym, ale również wytwarzać pluton dla celów wojskowych.
Porównanie obu awarii pokazuje, jak bezpieczna jest energetyka jądrowa oparta na
reaktorach PWR. Mimo że w obu przypadkach, wskutek uszkodzenia pierwotnego obiegu
chłodzenia, został stopiony rdzeń reaktora, w Three Mile Island reaktor typu PWR został
zniszczony, ale awaria nie zagroziła okolicznym mieszkańcom. Nie doszło do rozerwania
obudowy przez parę wodną, ani nie nastąpił wybuch wodoru, który wydzielił się w wyniku
reakcji z wodą cyrkonowych koszulek paliwa rozgrzanych do wysokiej temperatury, ale
uwolnione do atmosfery zostały gazy szlachetne (głównie
133
Xe) o aktywności około 370 PBq
i pewne ilości promieniotwórczego jodu (550 GBq
131
J). Trzech operatorów otrzymało dawki
w granicach 31-38 mSv, a 12 osób obsługi podwyższone dawki, ale nie przekraczające 10
mSv. Przeciętną dawkę indywidualną, otrzymaną przez ludność w promieniu 50 mil
oszacowano na 0,15
Sv, dawka maksymalna wynosiła zaś około 8,5
Sv.
Zupełnie inny przebieg miała podobna awaria grafitowego reaktora RBMK w
Czarnobylu. Pożar 1500 t grafitu i wybuch chemiczny spowodowały wyrzucenie do
atmosfery ponad 1.9 EBq substancji promieniotwórczych. Skażenie radioaktywne dużych
terenów Ukrainy i Białorusi wymagało ewakuacji około 200 tys. mieszkańców, a skażenie
atmosfery można było wykryć we wszystkich krajach Europy.
Awaria w Czarnobylu była zdecydowanie najpoważniejszym wypadkiem tego typu,
powodując śmierć 31 pracowników, z czego 29 przypadków było wynikiem ostrej choroby
popromiennej. Nikt spośród ludności zamieszkałej w pobliżu nie był hospitalizowany w
wyniku wykrycia u niego takiej choroby Niektórzy ludzie, jak poinformował Związek
Radziecki, otrzymali jednak w przeciągu krótkiego czasu dawki dochodzące do 300 - 400
mSv przy średniej krajowej wynoszącej 0,36 mSv (w ciągu pierwszego roku po awarii).
Dawki indywidualne otrzymane przez ludność półkuli Północnej przez okres roku po
wystąpieniu awarii wahają się w granicach od ułamka milisiwerta do kilku milisiwertów.
Podczas awarii reaktora w Windscale do atmosfery przedostały się izotopy jodu (
131
J)
o łącznej aktywności 740 TBq, cezu (
137
Cs) - 44 TBq, rutenu (
106
Ru) - 12 TBq i ksenonu
(
133
Xe) o aktywności około 1,2 PBq.
W czasie awarii w Three Miles Island, gdzie straty przekroczyły miliard dolarów, lecz
nikt w okolicy nie otrzymał dawki większej niż od naturalnego tła promieniowania w ciągu
kwartału.
Tragiczna katastrofa w Czarnobylu nie mogłaby nastąpić, gdyby nie nieprawdo-
podobna nieodpowiedzialność i lekceważenie powszechnie przyjętych zasad bezpieczeństwa.
Typ tego reaktora nie należy również do najbezpieczniejszych. Zadaniem światowej
działalności w zakresie bezpieczeństwa jądrowego jest, aby była to jedyna, największa awaria
jądrowa w historii energetyki jądrowej.
8. Odpady promieniotwórcze.
Każdemu działaniu z użyciem substancji promieniotwórczych towarzyszy
powstawanie mniejszej lub większej ilości odpadów. Ale trzeba pamiętać, że te odpady są
promieniotwórcze, a więc wymagają specjalnego postępowania.
Odpady promieniotwórcze dzieli się według dwóch podstawowych kryteriów.
Ze względu na postać fizyczną dzielimy na:
- stałe;
- ciekłe;
- gazowe;
zaś ze względu na ich aktywność, przypadającą na jednostkę objętości na :
- niskoaktywne;
- średnioaktywne;
- wysokoaktywne.
Odpady promieniotwórcze, zawierające substancje promieniotwórcze, mogą stanowić
zagrożenie dla ludzi i środowiska.
Aby ograniczyć to ryzyko do minimum musimy je unieszkodliwić.
W przypadku izotopów krótkożyciowych metoda postępowania jest bardzo prosta.
Nazywamy ją „wygaszaniem” lub „schładzaniem”, a polega na przechowanie odpadów przez
czas dostatecznie długi, aby ich aktywność znacznie zmalała.
Odpady długożyciowe magazynuje się po nadaniu jej takiej formy, która zapewni
nieprzedostawanie się substancji promieniotwórczych do środowiska przez bardzo długi czas.
Dąży się przede wszystkim do zmniejszenia ich objętości. W przypadku odpadów
stałych osiąga się to przez prasowanie, a w przypadku odpadów ciekłych – zwykle przez
sorpcję na sorbentach nieorganicznych oraz przez zagęszczanie ich w instalacjach wyparnych.
Dopiero po zmniejszeniu objętości przygotowuje się odpady do bezpiecznego
przechowywania ich przez wiele lat. Sprasowane odpady stałe umieszcza się w
hermetycznych, specjalnych pojemnikach. Natomiast szlamy i koncentraty powyparne są
zestalane w asfalcie, żywicach, tworzywach sztucznych lub szkle i umieszczane w
hermetycznych beczkach.
Odpady przygotowane do ostatecznego skłądowaniaq przewozi się do specjalnie
wyznaczonych miejsc.
W polsce Centralna Składnica Odpadów Promieniotwórczych mieści się w Różanie.
Do ich skłądowania wykorzystuje się stare rosyjskie forty, suche fosy, w których układa się je
warstwami. Kontroluje się glebę i wodę. Dotychczas nie stwierdzono skażeń. Podane metody
dotyczą głonie odpadów nisko- i średnioaktywnych.
Odpady wysokoaktywne to głównie wypalone pręty paliwowe z reaktorów jądrowych
i odpady powstające podczas przerobu wypalonego paliwa.
Wypalone pręty paliwowe, nie przerobione, magazynuje się w specjalnych
wielowarstwowych pojemnikach, a te z kolei są przechowywane w specjalnych obiektach,
zwanych mogilnikami.
Składowisko odpadów promieniotwórczych w Różanie budzi wiele kontrowersji.
Niejednokrotnie uwypukla się potencjalne zagrożenia chorobami nowotworowymi okolicznej
ludności, wynikające z faktu takiej właśnie lokalizacji składowiska.
Badania wykazują jednak, że gmina Różan zaliczana jest do jednej z najzdrowszych
gmin w Polsce i posiada niskie wskaźniki umieralności.
9. Podsumowanie.
Można więc stwierdzić, że normalnie pracująca współczesna elektrownia jądrowa, nie
jest absolutnie uciążliwa dla otoczenia i pod względem skażeń środowiska o wiele
korzystniejsza niż elektrownia węglowa emitująca ogromne ilości tlenków siarki, tlenków
azotu i pyłów.
Nigdy nie można jednak lekceważyć niebezpieczeństwa ani zapominać o jego
istnieniu. Tak musi być przy pracy z promieniowaniem, podobnie jak z wysokim napięciem,
truciznami, materiałami wybuchowymi i w wielu innych sytuacjach we współczesnym
świecie, które mogą kryć w sobie potencjalne niebezpieczeństwo. Każda działalność ludzka
pociąga za sobą mniejsze lub większe ryzyko.
Swoiste dla konstruowania elektrowni jądrowej jest, że przy projektowaniu zakłada
się, iż może pęknąć rurociąg, wyłączyć się chłodzenie gorącego, silnie promieniotwórczego
paliwa reaktorowego, zabraknąć zasilania elektrycznego i że może się omylić operator.
Projektuje się więc i buduje zapasowe obiegi chłodzenia i pompy, rezerwowe źródła zasilania,
automatykę wyłączającą reaktor w sytuacjach nienormalnych. Jeżeli mimo wszystko reaktor
się stopi, a część promieniotwórczych produktów rozszczepienia odparuje, zostaną one
zamknięte w szczelnym budynku ciśnieniowym. Tak było w czasie awarii w Three Miles
Island, gdzie straty przekroczyły miliard dolarów, lecz nikt w okolicy nie otrzymał dawki
większej niż od naturalnego tła promieniowania w ciągu kwartału. Tragiczna katastrofa w
Czarnobylu nie mogłaby nastąpić, gdyby nie nieprawdopodobna nieodpowiedzialność i
lekceważenie powszechnie przyjętych zasad bezpieczeństwa. Typ tego reaktora nie należy
również do najbezpieczniejszych. Zadaniem światowej działalności w zakresie
bezpieczeństwa jądrowego jest, aby była to jedyna, największa awaria jądrowa w historii
energetyki jądrowej.
Literatura:
1. Celiński Z., Strupczewski A.: Podstawy energetyki jądrowej. Warszawa WNT 1984.
2. Biderman E.: Energetyka jądrowa. Człowiek. Środowisko. Poznań Uniwersytet im.
Adama Mickiewicza 1989.
3. Turski Ł. A.: Energetyczne dylematy. Wiedza i Życie nr 11 1998 str. 38-41
4. Hryniewicz A. Z.: Czy Polska potrzebuje energetyki jądrowej. Wiedza i Życie nr 11
1996.
5. Skłodowska A., Gostkowska B.: Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko.
Wydawnictwo Naukowe SCHOLAR Warszawa 1994.