praca magisterska wa c 7960


0x08 graphic

ENERGIA JĄDROWA

Energia jądrowa

Już więcej niż 2000 lat temu mówiono o atomach. Demokryt, jeden z największych uczonych starożytnej Grecji, przyjmował, że wszelka materia składa się z najmniejszych, niepodzielnych dalej cząstek, które nazwał atomami. Był on zdumiewająco bliski prawdy. Wielu innych greckich filozofów i uczonych zajmowało się wtedy materią i kosmosem. Z dużą dokładnością wyznaczo no obwód Ziemi, znano odległość od Ziemi do Księżyca i wiedziano, że nasza planeta kręci się dookoła Słońca. Prawie wszystkie zdobycze poznawcze tego okresu dziwnym trafem popadły w zapomnienie. W kolejnych wiekach ludzie znacznie bardziej interesowali się imperiami, wojnami, katedrami i procesami czarownic. Dopiero koło roku 1800 podjęto ponownie prastarą ideę atomu. Wnioskowano, że muszą istnieć różne rodzaje atomów, by dało się wyjaśnić różnorodność wystepujących w naturze substancji i zjawisk. W 1803 r. angielski nauczyciel John Dalton odkrył, że istnieją substancje, składające się wyłącznie z jednego rodzaju atomów. Nazywano je pierwiastkami chemicznymi. Należą do nich złoto, żelazo, tlen. Czyste żelazo składa się wyłącznie z atomów żelaza, czyste złoto tylko z atomów złota. Atom żelaza jest najmniejszą możliwą cząstką żelaza. Można go wprawdzie rozbić, ale powstałe wtedy składniki nie są już żelazem. Podobnie ma się sprawa ze złotem i wszystkimi pozostałymi pierwiastkami chemicznymi. Stąd w wielu książkach chemicznych znajdujemy następujące wyjaśnienie pojęcia "atom": "Atom jest to najmniejszy składnik pierwiastka chemicznego, który bez utraty właściwości typowych dla danego pierwiastka nie da się dalej podzielić". Atomy mają różne masy. Najlżejszy jest atom wodoru, atomy żelaza są cięższe, a ważne dla naszych rozważań atomy uranu mają jeszcze większą masę. Atomy w porównaniu z przedmiotami codziennego użytku są znikomo małe. Gdyby człowiek miał rozmiary atomu, wtedy 100 milionów ludzi zmieściłoby się wygodnie na główce od szpilki. Z całej pięciomiliardowej ludności zamieszkującej współcześnie Ziemię można by w tym przypadku utworzyć szereg o długości ok. 50 cm.

W 1913 r. wielki duński fizyk Niels Bohr opublikował swój słynny model atomu wodoru, który jeszcze dziś jest bardzo bliski rzeczywistości. Według niego, atom jest zbudowany podobnie do pomniejszonego układu słonecznego. W układzie słonecznym planety takie, jak Merkury, Wenus, Ziemia czy Mars krążą w dużej odległości wokół obarczonego dużą masą Słońca. Podobnie jest w atomie. W jego centrum znajduje się jądro atomu, małe rozmiarami, ale o dużej masie. Wokół jądra krążą w "olbrzymich" odległościach znikomo małe i lekkie cząstki - elektrony. Jądro jest naładowane elektrycznie dodatnio, elektrony zaś ujemnie. Są one utrzymywane na swych torach siłami elektrostatycznego przyciągania jądra, podobnie jak planety związane są ze Słońcem siłami grawitacyjnymi. Jak małe są jądra atomowe ilustruje następujący przykład. Kropla wody składa się z ok. 6 x 1021 czyli 6 000 000 000 000 000 000 000 atomów. Choć atom jest mały, to jego jądro jest jeszcze znacznie mniejsze. Wypełnia ono zaledwie 1/1 000 000 000 000 objętości atomu. Gdyby jądro atomu było wielkości wiśni i leżało na środku stadionu piłkarskiego, wtedy tory elektronów przebiegałyby w górnych rejonach widowni. Choć jądro zajmuje zaledwie bilionową część objętości atomu, to jest w nim skoncentrowana prawie cała jego masa. Materia jądrowa jest niesłychanie mocno zagęszczona. Gdyby stworzyć opisane wyżej jądro wielkości wiśni, ważyłoby ono ok. 30 milionów ton i oczywiście nie pozostałoby na boisku lecz zagłębiłoby się w ziemię.

Jądra atomowe składają się z dwóch rodzajów cząstek - protonów i neutronów. Obydwie cząstki mają prawie równe masy i są około 2000 razy cięższe od elektronów. Proton posiada ładunek dodatni równy liczbowo ujemnemu ładunkowi elektronu, neutron - zgodnie z nazwą - jest neutralny, czyli pozbawiony ładunku elektrycznego. Wartość ładunku elektrycznego protonu czy elektronu nazywamy ładunkiem elementarnym. Protony i neutrony są często określane wspólną nazwą nukleonów i same składają się z jeszcze drobniejszych cząstek, zwanych kwarkami.

Liczba protonów w jądrze decyduje do jakiego pierwiastka dane jądro należy. Przykładowo atom wodoru ma w jądrze jeden proton, atom helu - dwa, atom węgla sześć, a atom uranu aż 92. Jeśli jądro atomu ma 6 dodatnich protonów, to jest ono okrążane przez 6 ujemnych elektronów, dzięki czemu cały atom jest elektrycznie obojętny. Jeśli taki atom utraci jeden elektron, wtedy sześciu protonom przeciwstawia się pięć elektronów. Atom posiada więc ładunek +1. Takie naładowane atomy nazywamy jonami.

Wszystkie atomy tego samego pierwiastka mają taką samą liczbę protonów i elektronów, mogą jednak różnić się między sobą liczbą neutronów. Najlżejszy najprostszy pierwiastek- wodór istnieje w trzech różnych odmianach, z O, 1 lub 2 neutronami w jądrach. Normalny wodór ma w jądrze jeden proton i ani jednego neutronu. Inny rodzaj wodoru, deuter, ma w jądrze proton i neutron, a jądro trylu zawiera prócz charakterystycznego dla wodoru pojedynczego protonu aż dwa neutrony. Powyższe trzy odmiany wodoru nazywamy izotopami pierwiastka wodoru. Ogólnie określa się atomy pierwiastka o identycznej liczbie protonów, ale różnej liczbie neutronów, jako izotopy danego pierwiastka. Dla przykładu uran występuje w przyrodzie w odmianach, które zawierają 234, 235 lub 238 nukleonów. Wiemy już, że wszystkie jądra uranu mają 92 protony. Stąd trzy izotopy uranu mają odpowiednio 142 (234-92), 143 i 146 neutronów w swoich jądrach atomowych. Oznaczamy je jako U-234, U-235 i U-238. Sumaryczna ilość nukleonów danego izotopu nazywana jest często liczbą masową, zaś liczba protonów - liczbą porządkową. U-235 ma więc liczbę masową 235 oraz liczbę porządkową 92, izotop wodoru deuter ma liczbę masową 2 i liczbę porządkową 1.

Jak wiadomo, dwa dodatnie ładunki odpychają się wzajemnie. Podobnie jest z dwoma ładunkami ujemnymi, podczas gdy ładunek dodatni przyciąga ładunek ujemny. W taki to sposób elektrony utrzymywane są w ruchu wokół dodatnich jąder. Wiemy jednak, ze jądra atomowe składają się z neutronów i dodatnich protonów. Jądra te powinny się właściwie natychmiast rozpaść, gdyż ładunki dodatnie się wzajemnie odpychają. Jak to jest możliwe, by w jądrze atomu węgla sześć dodatnich protonów pozostało razem w tak ciasnej przestrzeni? Bierze się to stąd, że między składnikami jądra atomowego działają inne, znacznie większe siły, tzw. siły jądrowe, ale tylko wtedy, gdy nukleony są bardzo blisko siebie.

Nie wszystkie jądra atomowe są tak niezmienne jak jądro atomu węgla. Wiele jąder rozpada się nagle, wyrzucając przy tym mniejsze z siebie cząstki. Zjawisko to nazywamy promieniotwórczością. Odkrył ją francuski fizyk Henri Becquerel, a badali małżonkowie Piotr i Maria Curie. Przez długi czas nikt właściwie dokładnie nie wiedział, na czym promieniotwórczość polega. Wprawdzie znajdywano wiele pierwiastków wysyłających tajemnicze promieniowanie, które np. zaczerniało płyty fotograficzne, ale długie lata musiały minąć, nim prawdziwa natura tego promieniowania została naukowo zbadana. Dziś wiemy, że istnieją trzy rodzaje radioaktywnego promieniowania: promieniowanie y. (alfa), składające się z jąder helu, promieniowanie /? (beta), złożone z elektronów oraz promieniowanie 7 (gamma) - pozbawione masy kwanty promieniowania, z jakimi spotykamy się także przy świetle czy promieniach Roentgena. Kwanty 7 są znacznie bogatsze w energię niż promieniowanie świetlne czy Roentgena.

Jądra atomowe, szczególnie te bardzo duże i ciężkie, są często nietrwałe i rozpadają się, podobnie jak rozpadłaby się się duża budowla, której ściany nośne byłyby zbyt wątłe. Jądro radu może np. wyrzucić z siebie cząstkę złożoną z dwóch protonów i dwóch neutronów, zwaną cząstką alfa. Po akcie emisji w jądrze brak teraz dwóch protonów, nie jest to więc już jądro radu. Przemieniło się ono w jądro innego pierwiastka, w tym przypadku w jądro radonu. Inne jądra rozpadają się przez wyrzucenie z siebie elektronu, czyli cząstki beta. Cząstka ta powstaje z przemiany neutronu w proton oraz elektron, który następnie zostaje wyemitowany z jądra. Jądro zawiera teraz o jeden proton więcej, zatem i tu mamy do czynienia z przemianą pierwiastka. Jądro powstałe po przemianie najczęściej też nie jest trwałe i rozpada się dalej. W ten sposób powstają szeregi promieniotwórcze, kończące się ostatecznie pierwiastkiem trwałym. Uran przykładowo po 13 przemianach pośrednich przekształca się w ołów.

Nikt nie jest w stanie przewidzieć, kiedy określone jądro atomowe ulegnie rozpadowi. Rozpad określonego jądra radu może nastąpić np. za sekundę, jutro lub za 10 000 lat. Jedno jednak można z całą pewnością przepowiedzieć: ze 100000 jąder radu dokładnie po 1620 latach 50 000, czyli 50% ulegnie rozpadowi. Minie nawet 4,5 miliarda lat, nim połowa jąder bryły uranu U-238 ulegnie rozpadowi. Czas, po którym połowa jąder danego izotopu promieniotwórczego ulegnie rozpadowi, przyjęto nazywać okresem połowicznego zaniku. Jak wyżej podano, okres połowicznego zaniku ura-nu-238 wynosi 4,5 miliarda lat. Dla polonu jest on znacznie krótszy i wynosi ok. 138 dni, zaś dla fransu zaledwie 21 minut. Po upływie czasu równego dwom okresom połowicznego zaniku istnieje jeszcze tylko 1/2x1/2 = 1/4 pierwotnej liczby jąder, a po 10 okresach połowicznego zaniku pozostaje ich 1/2 x 1/2 x x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x 1/2 x x 1 /2 x 1 /2 = 1/1024. Z jednego kg radu przetrwa po 10 x 1620 latach zaledwie 0,98 g.

Przez aktywność materiału promieniotwórczego rozumiemy liczbę jąder atomowych, które ulegają rozpadowi w czasie 1 sekundy. Jednostką aktywności jest bekerel (Bq), nazwana tak na cześć wspomnianego odkrywcy promieniotwórczości, Becquerela. Jeśli dla przykładu w określonej substancji rozpadają się 403 jądra na sekundę, to jej aktywność wynosi 403 Bq. Wcześniej używaną jednostką był curie (Ci): 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq. Promieniowanie, występujące podczas przemian jądrowych, stanowi strumień energii całkowicie lub częściowo absorbowany, czyli pochłaniany przez materię. Ilość energii, wchłoniętej przez każdy kg napromieniowanej materii nazywamy dawką. Jej jednostką jest gray (Gy): 1 Gy = = 1 dżul/kg = 1 J/kg. Wcześniej używano jednostki rad (rd): 1 rd = 10'2 Gy = = 1/100 Gy. Choć dawka wielkości 1/100 Gy odpowiada wzrostowi temperatury ciała ludzkiego zaledwie o 0,0001 °C, to jednak u istot żywych może ona spowodować znaczne uszkodzenia radiacyjne. Wchłonięta w krótkim czasie może doprowadzić do zniszczenia ważnych dla życia komórek w naszym ciele. Biologiczne działanie promieniowania zależy nie tylko do energii pochłoniętej na każdy kg wagi ciała. 1 Gy promieniowania a jest, przykładowo, 20 razy bardziej niebezpieczny niż 1 Gy promieniowania beta lub gama. Dlatego wprowadzono tzw. dawkę równoważną, która uwzględnia zróżnicowane zagrożenie poszczególnego promieniowania dla organizmów żywych. Jednostką dawki równoważnej jest sievert (Sv). Do 1985 r. używano także jednostki rem równej 10-2 Sv. Spotykamy się z nią często w starszych książkach o energii jądrowej. 20 Sv promieniowania a odpowiada jednemu Gy promieniowania alfa, ale dwudziestu Gy promieniowania beta lub gama.

Dotąd poznaliśmy jedynie takie jądra atomowe, które rozpadają się samorzutnie. W roku 1938 dwaj niemieccy naukowcy Otto Hahn i Fritz Strassmann dokonali podniecającego odkrycia. Ostrzeliwując neutronami jądra atomowe uranu stwierdzili oni, że niektóre z tych jąder zostały rozszczepione na dwie prawie równe części. Nie wnikajmy w szczegóły; ważne, że w tym przypadku nie było samorzutnego rozpadu radioaktywnych jąder, natomiast neutrony, jak małe pociski przenikając w większe jądra rozbiły je.

Neutrony nadają się dobrze jako pociski dla przemiany lub rozszczepiania jąder, gdyż są one elektrycznie obojętne. Dodatni proton nie jest do tego celu przydatny, byłby bowiem przez także dodatnie jądro odpychany i odchylany. Elektrony są z reguły za lekkie, by wywrzeć wpływ na ciężkie jądro i są ponadto odpychane przez powłokę elektronową atomu. Elektrycznie obojętny neutron nie posiada żadnej z tych wad. Nie jest on spychany ze swej drogi i ma wystarczającą masę, by rozszczepiać jądra atomowe. Szybko zwrócono uwagę na fakt, że powolne neutrony z reguły znacznie częś ciej wnikają do jądra niż prędkie. Kiedyś pewien fizyk skomentował to żartem, że neutrony prędkie najczęściej mijają jądro pędem "nawet dobrze mu się nie przyglądając". Natomiast powolne albo termiczne neutrony przebywają znacznie dłużej w pobliżu jądra i mają więcej czasu, by na nie oddziaływać. Jak na nasze wyobrażenia są one i tak jeszcze bardzo szybkie, ich prędkość wynosi ok. 2,2 km/s. Za pomocą neutronów można nie tylko rozszczepiać jądra, ale także je przemieniać. Zachodzi to wtedy, gdy pocisk neutronowy zostanie pochłonięty przez jądro.

Naturalny uran zawiera trzy izotopy U-234, U-235 i U-238. Z każdego 1000 atomów uranu 993 ma jądra U-238, 7 zaś jądra U-235. Izotopu U-234 ze względu na znikomą zawartość w naturalnym uranie możemy w ogóle nie brać pod uwagę. Powolne neutrony rozszczepiają jedynie jądra U-235. W wyniku tego powstaje najpierw jądro przejściowe U-236. Nie jest ono jednak trwałe i rozpada się na kilka fragmentów, np. jądro baru-144, jądro kryptonu-90 oraz dwa nowe neutrony, l tu dochodzimy do odkrycia, które poprzez bomby atomowe i reaktory jądrowe odmieniło świat: powstałe podczas rozszczepienia odłamki mają mniejszą masę niż ostrzeliwane jądro wraz z pociskiem. Stwierdzamy więc ubytek masy, który zgodnie ze wzorem Einsteina E = mc2 odnajduje się w postaci potężnej porcji energii, tzw. energii jądrowej. Można też tak powiedzieć, że energia wiązania, która zespalała duże jądro, została częściowo uwolniona i umożliwiła teraz częściom rozpadu poruszać się z olbrzymią prędkością. Zderzenia z częściami rozpadu wywołują intensywne drgania sąsiednich atomów. W taki to sposób energia ruchu produktów rozpadu zamienia się w ciepło. Podsumujmy. Podczas rozszczepiania jąder uwalniana jest duża ilość energii. Z jednego grama U-235 można uzyskać 23 000 kWh. Często wynikiem rozszczepienia jądra jest pojawienie się trzech nowych neutronów. Przejściowe jądro U-236 może się rozpaść na jądro baru-144, jądro kryptonu-89 oraz trzy neutrony. Nowo powstałe, lżejsze jądra atomowe z zasady same są radioaktywne i wysyłają niebezpieczne promieniowanie. Natkniemy się na nie ponownie przy omawianiu podstawowego problemu elektrowni jądrowych, jakim jest usuwanie odpadów radioaktywnych. Aby rozszczepić jądro U-238, powinniśmy dysponować neutronami bardzo prędkimi. Powolne wnikają wprawdzie do tego jądra, ale zostają tam pochłonięte tworząc U-239. Ten ostatni podczas stanu przejściowego przemienia się w pluton-239, który już może być rozszczepiany powolnymi neutronami.

W dużej bryle U-235 lub plutonu po krótkim ostrzale neutronami odbyłby się następujący proces. Gdzieś w dowolnym miejscu następuje rozszczepienie pierwszego jądra. Wyrzuca ono z siebie 2 lub 3 neutrony. Niech te neutrony w naszym przykładzie rozbijają 2 dalsze jądra, z których przeciętnie uwolni się 5 neutronów. Jeśli cztery z nich trafią na jądra sąsiadów i je rozszczepią, wytworzy się 8 do 12 nowych neutronów. Te ostatnie - uwzględniając nawet pewne straty - rozbijają dalsze jądra, przy czym każdorazowo wydzielana jest olbrzymia energia. Gdy w kolejnym etapie powstanie okrągło 20 nowych neutronów, a te także trafią w jądra, to widać, że w ułamku sekundy liczba rozbitych jąder, a tym samym ilość wydzielanej energii, będzie wzrastać lawinowo. Proces ten nazywamy reakcją łańcuchową. Przedstawiona tu niekontrolowana reakcja łańcuchowa znajduje zastosowanie w bombie atomowej. Dla jej zapoczątkowania konieczna jest określona minimalna masa paliwa jądrowego, zwana masą krytyczną. Dla uranu-235 wynosi ona ok. 23 kg, co odpowiada kuli o średnicy 13 cm. Gdy ilość paliwa jądrowego jest mniejsza od masy krytycznej, tracimy zbyt wiele neutronów, które opuszczą bryłę uranu, nim zdążą trafić na jakieś jądro. Na szczęście reakcja łańcuchowa może przebiegać także w sposób kontrolowany, gdy dopuszczamy jedynie określoną ilość rozszczepień na sekundę. Tak właśnie dzieje się w reaktorach jądrowych, czemu poświęcony będzie następny rozdział.

W naturalnym uranie reakcja łańcuchowa nie może się samoistnie rozwinąć. Składa się ona bowiem w ponad 99% z U-238. Te dwa lub trzy neutrony, które powstają podczas rozszczepienia jądra, są z jednej strony najczęściej za prędkie, by rozbić jedno z nielicznych jąder U-235, a z drugiej strony są za wolne dla rozszczepienia jąder U-238. Zostają one jedynie przez nie wchłonięte. Pojedyncze rozszczepienie jądra nie może więc bez specjalnych zabiegów spowodować reakcji łańcuchowej. Aby do niej doprowadzić, można obrać dwie drogi: 1. należy podwyższyć zawartość U-235, by uzyskać więcej materiału rozszczepialnego; 2. uzyskane podczas rozszczepienia neutrony należy spowolnić. Na przykład, aby otrzymać paliwo użyteczne w typowej elektrowni jądrowej w RFN, należy zawartość U-235 podwyższyć z 0,7% do 3%. Proces taki nazywamy wzbogacaniem.

Samo wzbogacenie paliwa do 3% jeszcze nie wystarcza, gdyż neutrony powstałe podczas rozszczepienia są za szybkie. Zostałyby one pochłonięte przez jądra obecnego w znacznym stężeniu U-238 nie powodując ich rozszczepienia, a obok większości jąder U-235 potrzebujemy bowiem powolnych neutronów. Na szczęście istnieją materiały, które mogą neutrony wyhamowywać. Nazywamy je moderatorami. Węgiel dobrze się do tego nadaje. Jeśli umieścić go w postaci grafitu między bryłami czy blokami uranowymi, to zahamuje on przechodzące przezeń neutrony do tego stopnia, że przy ponownym spotkaniu z jądrem U-235 mogą już spowodować jego rozszczepienie. Także woda i beryl są dobrymi moderatorami.

Istnieje jeszcze inna metoda uzyskiwania energii jądrowej. W wysokiej temperaturze i przy bardzo dużym ciśnieniu może dojść do połączenia jąder deuteru z trytem. Powstaje wtedy jądro helu oraz neutron. Obydwie nowo utworzone cząstki mają w sumie nieco mniejszą masę niż dwa jądra wyjściowe. Utracona masa przekształca się w sposób opisany wcześniej w olbrzymią ilość energii. Taki proces nazywamy syntezą jądrową. Wszystkie gwiazdy, nasze Słońce, ale także bomba wodorowa uzyskują swoją energię na tej drodze.

We wnętrzu Słońca - upraszczając - zachodzi następujący proces. Przy temperaturze 15 milionów stopni i niewyobrażalnym ciśnieniu 20 miliardów megapaskali tworzy się z każdych czterech jąder wodoru jedno jądro helu. To ostatnie jest nieco lżejsze niż jego 4 składniki wyjściowe. Ubyło masy, została ona zamieniona w duże ilości energii. W każdej sekundzie Słońce zużywa 564 miliony ton wodoru, by z niego otrzymać 560 milionów ton helu. Pozostałe 4 miliony ton, czyli 0,7% paliwa, zamienia się w energię słoneczną. Moc całkowita Słońca wynosi 383 000 000 000 000 000 000 000, czyli 3,83 x 1023 kW; metr kwadratowy Słońca wypromieniowuje 62 900 kW. Odpowiada to w przybliżeniu mocy 62 000 radiatorów elektrycznych, względnie 1 miliona żarówek.

Elektrownie atomowe

0x08 graphic

Rozwój techniki w drugiej połowie XIX wieku i powstanie ogromnej ilości urządzeń elektrycznych wymusił rozwój elektrowni, których zadaniem jest dostarczać prąd elektryczny do poszczególnych odbiorców. Elektrownie mogą pobierać energię potrzebną do wytworzenia prądu z różnych źródeł. Mogą być to elektrownie cieplne, które ciepło 0x08 graphic
wytworzone podczas spalania paliw kopalnych zamieniają na energię prądu; mogą być wiatrowe, słoneczne, geotermalne itd. W latach czterdziestych w związku z powstaniem pierwszych reaktorów powstał nowy typ elektrowni - elektrownie jądrowe. W elektrowni jądrowej enegię uzyskujemy nie ze spalania paliw kopalnych, lecz z rozszczepiania jąder atomowych. Kocioł zostaje tu zastąpiony reaktorem jądrowym, czyli urządzeniem, w którym wytwarzana jest energia jądrowa. W reaktorze przebiega kontrolowana reakcja łańcuchowa, podczas której rozszczepiane jest tyle jąder, ile potrzeba do wytworzenia energii elektrycznej.

W reaktorze wodnym wrzącym zamieniamy wodę w parę za pomocą energii jądrowej. Następuje to w zbiorniku ciśnieniowym reaktora. Para pod ciśnieniem około 7MPa napędza turbinę, która dostarcza generatorowi energii potrzebną do wytworzenia prądu. We wspomnianym zbiorniku ciśnieniowym reaktora, który w omawianym przykładzie posiada ścianki o grubości 16 cm, znajduje się rdzeń reaktora, przez który przepływa woda doprowadzana do wrzenia. Rdzeń reaktora składa się z około 800 elementów paliwowych. Każdy element paliwowy znajduje się w blaszanym pojemniku, do którego woda dostaje sie przez otwór w spodzie. Woda wypełnia pojemnik i styka się z 64 prętami paliwowymi, czyli prętami wykonanymi np. z rozszczepialnego uranu. Pręty składają się zazwyczaj ze wzbogaconego uranu w postaci dwutlenku uranu (UO2). Podczas rozszczepiania jąder uranu wydziela się duża ilość energii, którą w formie ciepła odbiera woda chłodząca (chłodziwo). Woda służy też jednocześnie jako moderator (hamuje więc do tego stopnia prędkie neutrony, powstałe podczas każdego rozszczepienia jądra, że same mogą powodować dalsze rozszczepienia). Gdyby wszystkie powstałe w tej reakcji neutrony przyczyniały się do dalszego rozszczepiania, reaktor wyszedłby spod kontroli i wytwarzałby za dużo energii - stałby się wybuchającą bombą atomową. Aby temu zapobiec, każdy reaktor zawiera takie materiały, jak bor lub kadm, które absorbują (pochłaniają) neutrony, w takim stopniu, aby reakcja nie wymknęła się spod kontroli, ale też by nie "zgasła". Neutrony pochłaniane są przez wspomniane materiały, które tworzą pręty sterujące, które są wsuwane do reaktora mniej lub bardzej głęboko - w zależności od potrzeb. Bardziej wysunięte to mniejsze pochłanianie i większa ilość rozszczepień. Mniej wysunięte to spowolniona reakcja. Wsuwaniem i wysuwaniem prętów łatwo można kontrolować reakcję, a w razie potrzeby zadusić. Pręty, ze względu na znaczną szybkość reakcji jądrowych i konieczność jeszcze szybszego reagowania, posiadają sterowanie automatyczne. Podczas pierwszego uruchomienia reaktora trzeba dostarczyć neutronów z zewnętrznego źródła. Po chwilowym zatrzymaniu reakcji nie jest to konieczne. Elementy paliwowe dostarczają wtedy dostatecznej ilości neutrnów, aby uruchomić reakcję jądrową przez wysunięcie prętów sterujących.

W reaktorze wodnym ciśnieniowym woda stykająca się z rdzeniem reaktora nie gotuje się. Unie możliwia jej to ogromne ciśnienie - rzędu 15 MPa. Woda ta krąży w obiegu pierwotnym i w odpowiedniej wytwornicy pary ogrzewa wodę obiegu wtórnego, a zatem nie styka się z nią bezpośrednio. Woda obiegu pierwotnego schładza się przy tym z 330C do 290C. Podczas gdy woda obiegu wtórnego wrze i wytworzoną parą napędza turbinę i generator, to woda obiegu pierwotnego, ciągle w stanie ciekłym, jest pompowana do rdzenia, gdzie ponownie ogrzewa się do 330C. Odpowiedni regulator ciśnienia zapewni stałe ciśnienie tej wody. Typowy reaktor wodny ciśnieniowy o mocy 1300 MW ma rdzeń zawierający około 200 elementów paliwowych po 300 prętów paliwowych każdy. Sterowanie reaktorem odbywa się z jednej strony przez zmianę stężenia roztworu boru (pochłaniającego neutrony) w wodzie obiegu pierwotnego, z drugiej strony zaś przez pręty regulacyjne, zawierające kadm, które, jak już poprzednio jest wspomniane, można wsuwać i wysuwać. Woda także jest tu spowalniaczem. Gdy reaktor nadmiermie się nagrzewa, to gęstość wody maleje. Tym samym prędkie neutrony są słabiej wyhamowywane, liczba rozszczepień dostarczających energii maleje i cały układ się ochładza. Reaktor taki, podobnie jak i wrzący, nosi nazwę lekkiego ponieważ stosuje się w nim "zwykłą" wodę, a nie "ciężką".

Jądra U-238 mogą wchłaniać neutrony, przemieniając się przy tym w jądra plutonu, które można łatwo rozszczepić i wykorzystać do produkcji energii. Reaktor powielając wykorzystuje tą własność. Jako materiał rozszczepialny jest w nim stosowany Pu-239, który podczas rozpadu produkuje 2 lub 3 neutrony. Jeden z nich jest potrzebny do podtrzymania reakcji łańcuchowej, podczas gdy pozostałe są przekazywane do jąder U-238, które przemieniają się w Pu-239. Tak powstaje nowe paliwo. Reaktor wytwarza w ten sposób nowe paliwo. W optymalnym przypadku może wytworzyć nawet więcej paliwa niż sam zużył. Ten proces zachodzi także w innnych typach reaktorów, ale w marginalnych ilościach. Zasoby U-238 są znaczne, więc powszechnie uważa się, że w przyszłości takie reaktory odegrają duża role w wytwarzaniu energii. Technika ta, dzięki wykorzystywaniu nierozszczepialnego U-238, jest sześćdziesięciokrotnie bardziej wydajna od tradycyjnej uranowej. Przemiana U-238 w Pu przebiega lepiej z neutronami prędkimi niż wolnymi. W reaktorze prędkim powielającym wykorzystuje się właśnie te prędkie neutrony do procesu powielania. Przy małej zawartości plutonu proces przebiegiałby ze zbyt małą wydajnością, stąd w owych reakcjach elementy paliwowe zajmują 20-30% plutonu i 70-80 % U-238. Jest prawie 10-krotnie więcej materiału rozszczepialnego niż we wcześniejszych typach reaktorów, więc istnieje wiele niebezpieczeństw i trudności technicznych związanych z budową i eksploatacją takich siłowni. Reaktor składa się z elementów paliwowych, w których wytwarzana jest energia oraz z elementów powielających, gdzie powstaje nowe paliwo. Z powodu obecności dużej ilości materiału rozszczepialnego wytwarzanie ciepła w elementach paliwowych jest bardziej intensywne. Dlatego ochładza się taki reaktor ciekłym sodem, który dobrze przewodzi ciepło, ale w przeciwieństwie do wody słabo hamuje neutrony. Są więc one ciągle prędkie. Obieg pierwotny ciekłego sodu ogrzewa ciekły sód w obiegu wtórnym. Ten doprowadza do wrzenia, a wytworzona para napędza urządzenia produkujące prąd.

Reaktor taki zużywa jako surowiec energetyczny obok uranu także tor-232, który w trakcie pracy reaktora pochłania neutrony i przemienia się z rozszczepialny U-233. Stosowane paliwo ma postać drobnych granulek, które następnie zasklepia się w kulach grafitowych wielkości piłki tenisowej. Grafit służy jako moderator hamujący neutrony. Wytworzone w reaktorze ciepło podgrzewa gaz - na przykład obojętny chemicznie hel - do około 900C. Gaz ten z kolei odparowywuje wodę, która napędza turbinę. Reaktor taki posiada wysoką sprawność.

Procesy reakcji jądrowych przeprowadza się w tzw. reaktorach jądrowych. Paliwem do reaktorów jądrowych są pręty, ruru, blachy uranowe lub plutonowe (92233U, 92235U, 94239Pu). Paliwo jądrowe w takich reaktorach rozmieszczone jest w masie ciekłego (np. wody lub ciężkiej) wody lub stałego spowalniacza, tworząc rdzeń lub strefę aktywną reaktora. Gdy paliwo tworzy ze spowalniaczem niejednorodną masę, wtedy taki reaktor nazywamy niejednorodnym (heterogenicznym). Rdzeń otoczony jest warstwą materiału odbijającego neutrony - tzw. zwierciadłem lub neutronem. Jako zwierciadło może służyć grafit, woda, woda ciężka, BeO). Zadaniem zwieciadła jest zmniejszenie masy paliwa jądrowego do wartości mniejszej od masy krytycznej, która byłaby potrzebna w reaktorze bez zwierciadła. Osłona wykonana z betonu ma chronić obsługę przed szkodliwym promieniowaniem. Ciepło wytwarzane w reaktorze jest odprowadzane za pośrednictwem cieczy chłodzącej (ciało ogrzewane w reaktorze to chłodziwo). Aby zapobiec przedostawania się produktów rozszczepiania do chłodziwa pręty paliwowe są umieszczone w osłonie wykonananej z materiałów możliwie jak najmniej pochłaniającej neutrony (magnez, cyrkon i stopy). Chłodziwo oddaje ciepło w wymienniku ciepła innej łatwo wrzącej substancji. Chłodziwem może być woda, powietrze, dwutlenek węgla, oraz ciekłe metale (sód, rzadziej potas i ich stopy). Do pompowania ciekłych metali stosowane są pompy elektromagnetyczne, działające na zasadzie oddziaływania magnetycznego na ciekły metal, przez który płynie prąd elektryczny. Zaletą tych pomp jest to, że nie posiadają częściruchomych, podatnych na uszkodzenia. Do kierowania pracą reaktora służą pręty sterujące. Są one wykonane z metali o dużym przekroju czynnym ( silnie pochłaniające neutrony), np. kadmu, baru lub hafnu. Mogą być wsuwane do wnętzra reaktora lub wysuwane. Gdy pręty są wsunięte, to wówczas na wskutek silnego pochłaniania neutronów reakcja zostaje zahamowana. Im bardziej są wysunięte tym szybsza i gwałtowniejsza reakcja jądrowa. Reakcje jądrowe zachodzą bardzo szybko, więc potrzebna jest automatyczna regulacja wysunięcia prętów w zależności od liczby powstałych neutronów. W każdym reaktorze są kanały do wytwarzania izotopów promieniotwórczych. W reaktorach, których głównym zadaniem jest wytwarzanie energii jest to uboczny produkt, ale niektóre reaktory (np. polskie Świerk i Ewa), służą głównie do tego.

W tym przypadku rdzeń reaktora jest wypełniony roztworem wodnym jakiegoś pierwiastka, będącego paliwem jądrowym, np siarczanu uranylu UO2SO4, lub inną cieczą, a nawey proszkiem. Zaletami takiego reaktora uniknięcie trudnej i kosztownej produkcji prętów paliwowych i kłopotów związanych z wymianą prętów. We wszystkich tych reaktorach występują dwa obiehi, co ma chronić obsługę reaktora przed promieniowaniem: pierwotny-przechodzący przez reaktor i wtórny z turbiną parową

Do elektrowni jądrowych trzeba dostarczyć paliwa, ale i także usuwać z nich jego wypalone pozostałości. Zawarte w tych pozostałościach rozszczepialne jądra należy odzyskać, a nieużyteczne i nebezpieczne odpady usunąć. Ten cykl procesów tworzy tzm. obieg paliwowy. Zaczyna się on od wydobywania rud uranu i toru w kopalniach lub w odkrywkach. Ruda jest następnie poddawana obróbce, przemianom i wzbogacaniu, zanim posłuży do wykonania prętów paliwowych, które w końcu trzeba dowieźć do reaktora. Równie ważny jak opisany tu proces zaopatrywania w paliwo jest proces usuwania odpadów z elektrowni jądrowych. Jego początkiem jest wyjęcie wysłużonych elementów paliwowych, które najpierw są składowane w chłodzonym wodą basenie, następnie w składzie pośrednim, a na koniec trafiają do zakładu odzysku. Tam oddziela się odpady od materiałów nadających się do ponownego zastosowania. Z odzyskanego paliwa jądrowego wykonuje się nowe elementy paliwowe, zaś promieniotwórcze odpady opakowuje się i składuje w bezpiecznych podziemnych składowiskach, zwanych mogilnikami.

Wydobywanie uranu

0x08 graphic

Uran jest metalem ciężkim, który otrzymujemy z rud uranowych. Najbardziej znaną z nich jest smółka uranowa, składająca się w 95% z tlenku uranu i występująca nieraz w postaci wielotonowych bloków. Większość pozostałych rud zawiera niestety znacznie mniej uranu. Wydobycie staje się opłacalne, gdy tona rudy zawiera co najmniej kilka kg uranu. 0x08 graphic
Ruda wydobyta w kopalniach lub odkrywkach musi najpierw zostać poddana obróbce. Polega ona na łamaniu, mieleniu i wyługowaniu. W rezultacie otrzymujemy ostatecznie ponad 70-procentowy koncentrat uranowy, tzw. "yellow cake", czyli "żółte ciasto". Jest to produkt wyjściowy do dalszej obróbki.'

Otrzymywanie uranu wzbogaconego

Czysty uran naturalny jest dla elektrowni jądrowych nieprzydatny. jako że tylko w 0,7% składa się z rozszczepialnego U-235, a pozostałe 99,3% stanowi nieco cięższy, nierozszczepialny U-238. Obydwa izotopy uranu nie różnią się między sobą pod względem chemicznym, stąd do wzbogacania wykorzystuje się różnicę w ich ciężarze. 0x08 graphic
Najpierw przemienia się uran za pomocą fluoru w gaz, sześciofluorek uranu (UF6), zatem w związek uranu i fluoru. Do rozdzielenia obydwu izotopów uranu można teraz wykorzystać jedną z następujących metod, W metodzie kanalikowej przepuszcza się UF6 z dużą prędkością przez drobne kanaliki o kształtach półkolistych. Występująca tu siła odśrodkowa wypycha składową gazu zawierającą U-238 ku obrzeżom toru, co umożliwia oddzielenie jej od składowej gazu zawierającej lżejszy U-235. Oczywiście w ten sposób nie jest możliwe całkowite rozdzielenie obydwu izotopów. Jeśli jednak połączy się wiele opisanych tu układów w tzw. kaskadę, to otrzyma się w rezultacie gaz zawierający wystarczającą koncentrację atomów U-235. W metodzie dyfuzyjnej przepuszcza się gaz UF6 przez przegrody półprzepuszczalne. Lżejsza składowa z U-235 przechodzi (dyfunduje) przez pory przegród szybciej niż cięższa z U-238. Prowadzi to także do częściowego rozdziału składowych. W metodzie wirówkowej wiruje się gaz w bardzo szybkiej centryfudze. Siła odśrodkowa przyciska składową cięższą silniej do ściany, wobec czego koncentracja lżejszego U-235 w środkowej części wirówki wzrasta. Również i tu osiągamy rozdział U-235 i U-238, choć konieczne jest połączenie wielu układów szeregowo, by uzyskać pożądane wzbogacenie. Inne metody, w których osiągano by wymagane wzbogacenie w pojedynczym procesie, są jeszcze w stadium opracowań.

Budowa elementów paliwowych

0x08 graphic
Widzieliśmy już, że pręty paliwowe elektrowni jądrowych zawierają pastylki wykonane z dwutlenku uranu (UO2). Ten ostatni uzyskujemy ze wzbogaconego gazu UF6 i prasując nadajemy mu postać pastylek o grubości ok. 1,5 cm i średnicy ok. 1 cm. Podane tu wymiary - jak prawie wszystkie dane liczbowe w tej książce - mogą dla różnych elektrowni, a także w różnych państwach nieco się różnić, stanowią jednak typowe wartości przeciętne. Surowe wypraski ogrzewa się do 1700°C, co daje im konieczną spoistość i wytrzymałość. 0x08 graphic
Następnie poddaje się je obróbce mechanicznej z dokładnością do 1/10000 mm i wprowadza w rurki, zwane koszulkami. Dla lepszej wymiany ciepła w koszulki wprowadza się hel. Koszulki ponadto nigdy nie są całkowicie wypełnione pastylkami, gdyż w wyniku rozpadu promieniotwórczego powstają gazy wymagające odpowiedniej przestrzeni, tzw. przestrzeni gazu porozpadowego. Wypełnione i szczelnie zamknięte koszulki stanowią pręty paliwowe; wraz z prętami regulacyjnymi tworzą one elementy paliwowe, których konstrukcja może być bardzo różna, l tak w reaktorze wrzącym znajdujemy często 7x7 prętów paliwowych w wiązce paliwowej, w reaktorze wodnym ciśnieniowym 15x15 lub 20 x 20. Także położenie prętów regulacyjnych może się w różnych reaktorach zasadniczo zmieniać.

Transport wypalonych prętów paliwowych

Wiemy już, że podczas rozszczepienia jąder powstają w reaktorze lżejsze jądra atomowe o wysokiej radioaktywności, emitujące niebezpieczne promieniowanie. Wysłużony element paliwowy zawiera wielkie ilości takich niebezpiecznych dla życia materiałów, ale także resztki U-235 oraz plutonu. Jeśli nie brać pod uwagę materiałów konstrukcyjnych, to wypalone elementy paliwowe zawierają około 3% wysoko aktywnych produktów rozpadu jądrowego, 95% U-238, 0x08 graphic
1% U-235 i prawie 1% plutonu, powstałego w procesie powielania z U-238. Niezbędne są najostrzejsze przedsięwzięcia zabezpieczające, aby te materiały nigdy nie przedostały się do środowiska naturalnego. W Republice Federalnej Niemiec postępuje się wtedy następująco. Po wyjęciu z reaktora składa się elementy paliwowe najpierw na pewien czas do wypełnionego wodą basenu, położonego wewnątrz budynku reaktora. 0x08 graphic
Tu ich promieniotwórczość powoli maleje, zmniejsza się także wydzielanie ciepła. Następny krok to transport elementów paliwowych. Do tego celu skonstruowano specjalne pojemniki ze ściankami zewnętrznymi o grubości prawie 50 cm. Zapewniają one całkowite ekranowanie niebezpiecznych materiałów od otoczenia, nawet w przypadku katastrofy. Pojemniki takie muszą m.in. być odporne na upadek z wysokości 9 m na twarde podłoże oraz wytrzymać pożar trwający 30 minut. 0x08 graphic
Nawet upadek z wysokości 1,2 m na stalowe ostrze lub też zderzenie z odrzutowcem nie może im zaszkodzić. W takim zbiorniku o wadze do 120 ton mieści się najwyżej dziewięć elementów paliwowych. Pojemniki te służą do składowania pośredniego albo do transportowania do zakładu przerobu. Obecnie opuszcza niemieckie elektrownie jądrowe corocznie około 250 ton zużytego paliwa jądrowego, co stawia gigantyczne wymagania wobec wszystkich firm, zaangażowanych w procesie usuwania odpadów radioaktywnych.

Składowanie elementów paliwowych

0x08 graphic
W elektrowni jądrowej wymienia się co roku prawie trzecią część elementów paliwowych na nowe. W dużej elektrowni jądrowej o mocy 1300 MW opuszcza reaktor rok w rok ok. 30 t uranu. Ten materiał jest wprawdzie skażony groźnymi dla życia produktami rozpadu promieniotwórczego, jednak z drugiej strony zawiera cenne, możliwe do odzyskania materiały rozszczepialne. Stąd usuwanie i obróbka wysłużonych elementów paliwowych jest niezmiernie istotnym czynikiem zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska naturalnego, jak i opłacalności przedsięwzięcia. Postępuje się następująco. 0x08 graphic
Po trwającej około roku obecności elementów paliwowych w basenie z wodą w elektrowni jądrowej przenosi się je na tzw. składowiska pośrednie. Elementy paliwowe pozostają w tym czasie wewnątrz pojemników transportowych, zapewniających całkowicie bezpieczne składowanie i chroniących od promieniowania radioaktywnego. Następnie poddaje się pręty paliwowe przeróbce. Nadające się do wykorzystania paliwo zostaje odzyskane i przekazane do produkcji nowych elementów paliwowych. Niebezpieczne produkty rozpadu radioaktywnego są oddzielane i na zawsze składowane w mogilnikach. Istnieje oczywiście możliwość złożenia wypalonych elementów paliwowych w mogilnikach bez żadnej obróbki i odzysku.

Zakłady przerobu paliwa jądrowego

Zakładem przerobu paliwa jądrowego nazywamy taki zakład, w którym przeprowadza się rozdział poszczególnych składników wypalonych elementów paliwowych. W szczególności należy oddzielić odpady radioaktywne i odzyskać paliwo jądrowe, czyli uran i pluton. Pręty paliwowe zawierają bowiem obok jąder U-235, które nie uległy rozszczepieniu, także pluton-239, powstały w procesie powielenia i nadający się jako paliwo jądrowe. Po odpowiednim leżakowaniu w basenie elektrowni oraz w składowisku pośrednim pręty paliwowe przewozi się w ich pojemnikach transportowych do zakładu przerobu. Są one stale jeszcze wysoce promieniotwórcze, więc od personelu technicznego muszą je oddzielać grube mury betonowe lub szyby ze szkła ołowiowego, a proces przerobu musi być w pełni zautomatyzowany. Pręty paliwowe są najpierw rozdrabniane, a następnie rozpuszczane w kwasie azotowym. Uran, pluton oraz produkty rozpadu rozpuszczają się prawie całkowicie, pozostają natomiast rozdrobnione koszulki prętów paliwowych, które po zabetonowaniu składa się w bezpiecznym miejscu. W następstwie szeregu chemicznych procesów następuje rozdział uranu, plutonu i pozostałych produktów rozpadu. Uran i pluton, po oczyszczeniu, trafiają do fabryki produkującej pręty paliwowe, natomiast odpady radioaktywne są pakowane i przygotowywane do składowania w mogilniku.

Dalsza droga odpadów promieniotwórczych

0x08 graphic
Odpady pochodzące z urządzeń atomowych pracujących w instytutach badawczych, elektrowniach jądrowych czy zakładach przerobu wykazują różne stopnie zagrożenia. Słabo aktywne odpady w postaci stałej lub ciekłej są najpierw na drodze stężania, ściskania lub spalania redukowane do możliwie najmniejszej objętości. Następnie zostają zacementowane w beczkach. Średnio aktywne odpady, na przykład rozdrobnione koszulki prętów paliwowych, zacementowuje się także w beczkach. Szczególna ostrożność wymagana jest przy odpadach wysoko aktywnych. Są nimi przede wszystkim rozpuszczone w kwasie azotowym produkty rozpadu. Dają one 99% promieniowania wszystkich odpadów promieniotwórczych! Dla tych niebezpiecznych dla życia substancji opracowano specjalny proces zeszkliwiania. Te wysoko aktywne roztwory najpierw się zagęszcza i chemicznie przetwarza. Następnie w temperaturze 1150°C stapia się je z proszkiem szklanym, tworząc z nich nierozłączny składnik szkliwa, którym wypełnia się grubościenne beczki ze stali nierdzewnej. W zakładzie przerobu przypada na każdą tonę uranu około 130 l wysoko aktywnego odpadu w postaci bloku szkliwa, 5 beczek po 400 l odpadu średnio aktywnego raz 15 beczek słabo aktywnego. Te odpady trzeba zmagazynować w sposób bezpieczny "po wsze czasy", czyli bez ograniczeń czasowych, gdyż nawet po wielu pokoleniach będą one nadal stanowić duże zagrożenie.

Bezpieczne składowanie odpadów promieniotwórczych

0x08 graphic
Najlepszym sposobem bezpiecznego składowania odpadów promieniotwórczych na całe tysiąclecia jest złożenie tych niebezpiecznych materiałów w podziemnych pokładach solnych. Beczki z odpadami słabo aktywnymi umieszcza się w komorach wydrążonych w soli kamiennej i przekłada warstwami soli. Po wypełnieniu komory następuje jej uszczelnienie. Przy odpadach średnio aktywnych, przechowywanych także w beczkach, wymagana jest już większa ostrożność. Dla nich przeznaczona jest specjalna komora w pokładzie soli, niedostępna dla ludzi a kontrolowana kamerami telewizyjnymi. Wyrzuca się do niej beczki z zabetonowanymi odpadami. A oto jak składuje się odpady wysoko aktywne w pokładach solnych. Znajdujące się w beczkach ze stali nierdzewnej zeszkliwione odpady umieszcza się na głębokości 1000 m w otworach wiertniczych, które następnie są czopowane. Pokłady soli kamiennej nadają się szczególnie dobrze jako mogilniki. Sól w pokładach jest według obecnego stanu naszej wiedzy absolutnie szczelna, więc żadne zanieczyszczenie promieniotwórcze nie przedostanie się do środowiska, np. do wód gruntowych. Pokład solny w okolicach Gorleben (RFN) ma długość 15 km, szerokość 4 km i leży od 3000 m do 300 m pod powierzchnią ziemi. Przez 100 milionów lat pokład ten praktycznie są nie zmienił, można więc oczekiwać, że i w przyszłości pozostanie stabilny.

Czarnobyl

Czernobyl, miasto w północnej części Ukrainy, na północ od Kijowa, przy ujściu Prypeci do Zbiornika Kijowskiego, przy granicy z Białorusią. 14 tys. mieszkańców (1986), po awarii w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej ludność ewakuowano.

Historia: wzmiankowane 1193, wchodziło w skład Księstwa Kijowskiego. Od XIV w. należało do Litwy, 1569 wcielone do Korony, własność królewska. W XVI w. rozwijało się jako centrum handlowe, położone przy szlakach wodnych. Od 1566 należało do rotmistrza królewskiego i starosty orszańskiego Filona Kmity, zw. Czarnobylskim, następnie do rodu Sapiehów, od poł. XVIII w. do Chodkiewiczów. Podupadło w XVII w. podczas powstania B. Chmielnickiego. Od 1793 pod zaborem rosyjskim. 1922-1991 w Ukraińskiej SRR. Prawa miejskie 1941. Od 1991 w granicach niepodległej Ukrainy.

Czarnobyl jest często nazywany "największą katastrofą spowodowaną przez człowieka". Określenie to jest słuszne, jeżeli chodzi o powszechny lęk, jakiego w okresie pokoju nigdy jeszcze nie doświadczyliśmy. Jednak pod innymi względami ta katastrofa była daleka od "największej". Na przykład, emisja jodu-131 z czarnobylskiego reaktora była 180 razy mniejsza niż z wybuchów jądrowych przeprowadzonych w rekordowym 1962 roku, a liczba zgonów (41) i ciężkich obrażeń (203) blednie wobec innych katastrof w XX wieku. Warto zwrócić uwagę, że w czterech najsławniejszych katastrofach zapisanych trwale w pamięci społecznej (Windscale, Seveso, Three Mile Island i Czarnobyl) żniwo śmierci było najmniejsze.

Czarnobyl był z pewnością największą w historii katastrofą psychologiczną, która swym zasięgiem wielokrotnie przekroczyła nawet sławny strach przed końcem świata w czasie Pierwszego Millenium. W przeciwieństwie do irracjonalnych zachowań społecznych w latach, kiedy - jak pisze Słowacki -

Nadchodził wielki ów Rok Tysiącowy
Który narody jak gwiazdy odmienia,

lęk czarnobylski nie ograniczył się do krajów chrześcijańskich, lecz rozszedł się po całym świecie i opanował niemal każdego: publiczność, media, polityków, uczonych, a nawet profesjonalistów ochrony radiologicznej.

Ten współczesny strach nie był krótki, jak sprzed wieków. Po dziesięciu latach nadal wpływa na emocje, decyzje a nawet zdrowie wielkiej liczby ludzi. Jednym z czynników napędzającym czarnobylskie lęki, a nawet ogólnie radiofobię, jest - paradoksalnie - doskonałość współczesnej ochrony radiologicznej i systemów monitoringu promieniowania.

Budowa sarkofagu zamykającego stopiony reaktor RBMK-1000 w Czarnobylu

W roku 1986 wszyscy wierzyli, że nawet najmniejsza dawka promieniowania, bliska zerowej, powoduje powstawanie nowotworów. Paradygmat ten jest administracyjnym założeniem przyjętym w roku 1959 dla ochrony radiologicznej stosunkowo małej grupy ludzi zawodowo narażonych na promieniowanie jonizujące. Założenie to jest najważniejszym źródłem czarnobylskich obaw i ich trwałości. Obecnie jest ono poddawane krytyce, nagromadzono bowiem wiele danych epidemiologicznych i eksperymentalnych wskazujących na jego fałszywość. Hipotetyczne uratowanie jednego życia ludzkiego przez wprowadzenie do amerykańskiej energetyki jądrowej przepisów opartych na tym paradygmacie kosztuje 2.5 mld dolarów. Natomiast koszt szczepień ochronnych przeciw dyfterii, krztuścowi i odrze naprawdę ratujących życie wynosi w Trzecim Świecie 50-100 dolarów na osobę. Ale na takie szczepienia chronicznie brakuje pieniędzy.

Okazuje się, że małe dawki promieniowania, podobne do naturalnych, i większe niż czarnobylskie dawki w Polsce, przedłużają życie, poprawiają odporność na choroby zakaźne i zmniejszają śmiertelność nowotworową. Stwierdzono to m.in. wśród tej części ludności Hiroszimy i Nagasaki, która została napromieniona małymi dawkami w czasie ataku atomowego. Występowanie zjawiska dobroczynnych skutków małych dawek promieniowania potwierdził UNSCEAR - Komitet Naukowy Narodów Zjednoczonych ds. Skutków Promieniowania Atomowego, największy międzynarodowy autorytet w dziedzinie badań radiacyjnych. Przejdźmy wreszcie do przebiegu pierwszych dni w Polsce po katastrofie w Czarnobylu.

O godzinie 1:23 w nocy, 26 kwietnia 1986 roku, reaktor w Czarnobylu zaczął się topić. Przyczyną był błąd człowieka i wady konstrukcyjne reaktora tego typu. Tamtej fatalnej nocy pracownicy elektrowni przeprowadzali doświadczenie, które miało polegać na stopniowym zmniejszaniu mocy reaktora. Aby się powiodło, wyłączono większość automatycznych systemów zabezpieczeń. Reaktory typu czarnobylskiego RBMK-1000 mają jednak tę wielką wadę, że są niestabilne, gdy pracują z małą mocą. W pewnym momencie reakcja zachodząca w reaktorze wymknęła się spod kontroli, a na włączenie systemów zabezpieczających było już za późno. Ilość wytwarzanej energii była tak duża, że zaczęły się palić pewne elementy konstrukcyjne reaktora. I tutaj dały o sobie znać wady konstrukcyjne. Wewnątrz reaktora znajdowało się 1500 ton łatwo palnego grafitu. I to on wywołał pożar i wybuch chemiczny.
Wtedy w Polsce nie istniała energetyka jądrowa ani żadne plany na wypadek takiej katastrofy. Nikt nie spodziewał się wówczas, aby awaria w cywilnym zakładzie jądrowym w jakimś kraju europejskim wymagała działań władz polskich dla ochrony ludności. Nawiasem mówiąc, jak się wiele lat później okazało, w żadnym z tych państw nie istniały plany przeciwdziałania skutkom podobnych katastrof. Lokalne plany awaryjne dla reaktorów w Świerku oraz plany obrony cywilnej na wypadek wojny jądrowej okazały się zupełnie nieprzydatne w sytuacji katastrofy czarnobylskiej.

Mieliśmy jednak dobrze zorganizowaną i wyszkoloną Służbę Pomiarów Skażeń Promieniotwórczych (SPSP), czyli krajowy system monitoringu radiacyjnego, koordynowaną przez Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej (CLOR) w Warszawie. W jej skład wchodziło wtedy około 140 placówek pomiarowych rozmieszczonych mniej więcej równomiernie w całej Polsce. W CLOR były dwie stacje poboru wielkich mas powietrza do mierzenia śladowych zawartości pyłów promieniotwórczych w atmosferze, unikalne w Europie, umożliwiające szybką analizę składu izotopowego skażeń i określenie ich źródła. CLOR był jedyną w Europie placówką, która miała możliwość mierzenia skażeń przestrzeni powietrznej państwa, na wszystkich wysokościach troposferycznych i w dolnej stratosferze.

System SPSP stworzono z myślą o obronie cywilnej w przypadku ataku jądrowego. Jednak spełnił on dobrze swe najważniejsze zadanie: wcześnie wykrył i zidentyfikował zagrożenie czarnobylskie. Wykorzystaliśmy doświadczenie zdobyte w ciągu wielu lat monitorowania skażeń po próbach jądrowych, a także w czasie ćwiczeń i prac badawczych nad wojną jądrową prowadzonych przez Państwową Agencję Atomistyki i CLOR. Niedostatkiem SPSP był brak bezpośredniej łączności z centralnym ośrodkiem władzy politycznej i administracyjnej, która powinna podjąć szybkie decyzje dotyczące milionów ludzi w całym kraju.

Wojskowy system wykrywania skażeń promieniotwórczych, podobnie jak we wszystkich innych krajach, był dostosowany do znacznie większych poziomów radiacji po ataku jądrowym. Przyrządy radiometryczne służb wojskowych okazały się w sytuacji katastrofy czarnobylskiej zbyt mało czułe. Podczas nocnego spotkania 29 kwietnia w Komitecie Centralnym PZPR, szef Obrony Cywilnej Kraju, wiceminister obrony narodowej gen. Tadeusz Tuczapski stwierdził, że nie ma żadnych skażeń, bo gdyby były, to Obrona Cywilna by je wykryła. Jednak nie wykryła ani w Polsce, ani nigdzie w Europie. W ciągu następnych kilku tygodni Obrona Cywilna przedstawiała specjalnie powołanej Komisji Rządowej wyniki swoich pomiarów. Różniły się one całkowicie od wyników monitoringu SPSP i nie były wiarygodne. Z tego powodu nie zostały opublikowane w Raporcie Komisji Rządowej, wydanym w czerwcu 1986 roku.

Pierwsza fala skażonego powietrza dotarła nad Polskę prawdopodobnie około północy 27/28 kwietnia, a wykryto ją w kilka godzin później. W samym Czarnobylu, emisja z płonącego reaktora uległa już wtedy znacznemu zmniejszeniu. Emisja malała dalej aż do 3 maja, kiedy to zaczął się jej ponowny gwałtowny wzrost. Ta druga emisja, większa niż 27 kwietnia, nastąpiła wskutek przebicia się stopionego rdzenia reaktora do znajdujących się poniżej pomieszczeń wypełnionych wodą. Chmura z tej drugiej wielkiej emisji szczęśliwie ominęła Polskę i skierowała się na południe Europy. 1 maja w Polsce zaczął się gwałtowny spadek skażeń powietrza, lecz nie gruntu, paszy, mleka itd. O tym co działo się w czarnobylskim reaktorze, jakie były fluktuacje emisji radioizotopów (np. gwałtowny jej wzrost 3 maja) i lokalne kierunki rozchodzenia się, ani polskie władze ani specjaliści nie otrzymali ze Związku Radzieckiego żadnych informacji, tak więc wszystkie decyzje ochronne podejmowaliśmy na podstawie danych z naszej własnej sieci monitoringu. Pomimo obowiązujących od 1984 roku w krajach RWPG ustaleń Związek Radziecki nie zawiadomił polskich władz "w możliwie krótkim czasie" o katastrofie i jej przebiegu, co opóźniło nasze przygotowania ochronne o około półtora dnia.

O godz. 7:00, 28 kwietnia, placówka SPSP w Mikołajkach stwierdziła kilkakrotny wzrost mocy dawki promieniowania gamma i około siedmiusetkrotny wzrost ogólnej radioaktywności beta w powietrzu. Wiadomość o tym przekazano telefonicznie do CLOR o godz. 9:00. W tym samym czasie podobny wzrost mocy dawki promieniowania gamma - ponad 20 mR/h (mR/h = mikrorentgeny na godzinę, nieformalna obecnie jednostka mocy dawki promieniowania gamma) i silne skażenie powierzchni gruntu stwierdzono przed budynkiem CLOR. Wktrótce potem zaczęły docierać do CLOR z innych stacji SPSP meldunki o gwałtownym wzroście radioaktywności powietrza. O godz. 10:00 CLOR wprowadził alarmowy system pracy w dwudziestu czterech, a od 29 kwietnia we wszystkich placówkach SPSP.

W ciągu następnych dwóch godzin wpłynęło wiele raportów z sieci placówek SPSP, które wskazywały, że chmura radioaktywnego powietrza przesuwa się nad Polską od wschodu i pokrywa jej północno-wschodni obszar. W południe w Warszawie stężenie cezu-137 w powietrzu wynosiło 3300 mBq/m3 (Bq jest jednostką aktywności substancji promieniotwórczej wynoszącą jeden rozpad atomu na sekundę), tj. ponad 80 000 razy więcej niż średnio w poprzednim roku, stężenie jodu-131 około 100 000 mBq/m3 (przed awarią jod-131 był niewykrywalny), a moc dawki promieniowania gamma wynosiła około 30 mR/h.

Około godz. 12:00 przedstawiono sytuację Mieczysławowi Sowińskiemu, prezesowi PAA. W rozmowie tej podano, że niedługo będzie wiadomo, czy przyczyną skażenia jest wybuch broni jądrowej czy też awaria reaktora i nalegano, by o tak wielkim skażeniu kraju natychmiast poinformować rząd. Prezes stwierdził: Mierzcie dalej i informujcie mnie o wynikach.

Między godz. 10:10 - 13:15 zebrano w CLOR na filtrze pył promieniotwórczy z około 700 m3 powietrza. Analiza spektrometryczna wykazała, że jego skład izotopowy jest typowy dla procesów reaktorowych, a nie wybuchu jądrowego. Mimo licznych usiłowań, nie udało się skomunikować z prezesem PAA, więc około godz. 17:00 informację o zagrożeniu radiacyjnym kraju przekazałem sekretarzowi naukowemu PAN, prof. Janowi Kaczmarkowi, który zobowiązał się natychmiast zawiadomić premiera.

W godzinach popołudniowych stworzono w CLOR ad hoc grupę operacyjną, która analizowała sytuację i przygotowywała zalecenia ochronne. Niektóre meldunki zawierały nieprawdopodobe wyniki, np. instytuty w Świerku stwierdziły moce dawki gamma sięgające 2500 a nawet 10 000 mR/h. Po ich sprawdzeniu wykryto błędy w metodyce pomiaru i kalibracji przyrządów. Jednak zanim to wykonano, te zastraszające informacje wpływały na postępowanie specjalistów w CLOR, a także trafiły do publicznej wiadomości w Polsce i za granicą. Większość pomiarów mocy dawki wskazywała jednak, że nie ma bezpośredniego zagrożenia życia i zdrowia ludności od zewnętrznego promieniowania gamma, nawet jeżeli utrzyma się ono przez wiele miesięcy na poziomie bliskim obecnemu (ok. 30 mR/h). Była to bowiem moc dawki tylko nieco większa od poziomu naturalnego w Polsce i mniejsza niż w wielu innych krajach mających skały i gleby bogatsze w uran, tor i rad. Natomiast pomiary stężeń radionuklidów w powietrzu i analiza ich składu izotopowego wskazywały, że izotopy promieniotwórczego jodu, a zwłaszcza jod-131, wchłonięte do organizmu z powietrzem i żywnością, mogą ulec tak znacznej koncentracji w tarczycy dzieci, że staną się zagrożeniem ich zdrowia, powodując zwiększenie ryzyka powstania nowotworów złośliwych tego ważnego organu. Zawartość innych radioizotopów, np. cezu-137, była znacznie niższa.

Zmieniający się kierunek wiatru roznosił radioaktywną chmurę w różne strony

Przeprowadzone w godzinach popołudniowych i wieczornych obliczenia wskazywały, że dawka promieniowania od radiojodów w tarczycy dzieci może przekroczyć 50 mSv (Sv jest jednostką dawki promieniowania pochłoniętego przez organizm uwzględniającą różnice biologiczne rożnych rodzajów promieniowania i warunków napromienienia), a więc poziom powyżej którego Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej zalecała blokowanie dostępu radiojodów do tarczycy jodem nieradioaktywnym. To zalecenie oparte było na wspomnianym już administracyjnym założeniu, że każda, nawet bliska zerowej dawka promieniowania jonizującego może wywołać nowotwory złośliwe. Nowe dane z Hiroshimy i Nagasaki wskazują jednak, że poniżej dawki 200 mSv nie zaobserwowano znaczącego wzrostu śmiertelności nowotworowej, a przy dawkach mniejszych od 100 mSv śmiertelność wskutek białaczek była w tych dwóch miastach niższa niż u mieszkańców nie napromienionych. Również w Szwecji wsród tysięcy osób, którym podawano jod-131 dla celów diagnostycznych (średnia dawka 500 mSv) stwierdzono mniejszą częstość zachorowań na raka tarczycy niż u ludzi, którzy z takiej diagnostyki nie korzystali.

Jednak wobec narastającego zagrożenia czarnobylskiego nie roztrząsano takich subtelności (przyszła na to pora dopiero teraz), lecz zastosowano się do zaleceń międzynarodowych i uznano, że najpilniejszą sprawą jest ochrona dzieci przed skażeniem jodem promieniotwórczym.

Około godz. 18:00 specjaliści w CLOR dowiedzieli się z radia BBC, że źródłem emisji radionuklidów jest awaria reaktora w Czarnobylu. Ta informacja umożliwiła nam tylko nieco bardziej realistyczne prognozowanie dalszego rozwoju sytuacji, bowiem to co działo się w samym Czarnobylu było ciągle okryte tajemnicą. Dziś wiemy, że wszelkie połączenia z Czarnobylem zostały wówczas odcięte przez KGB. Lakoniczne oświadczenie TASS informujące o awarii na Ukrainie, bez podania miejscowości i informacji potrzebnych do planowania działań ochronnych, dotarło do Warszawy późnym wieczorem.

O godz. 18:30 zwróciliśmy się do Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych współpracującego z CLOR z prośbą o codzienne pobieranie prób powietrza z wysokości 1, 3, 6, 9, 12 i 15 km wzdłuż północno-wschodniej części granicy. W następnych dniach wykonano 60 lotów, a zdobyte w ten sposób informacje wykorzystaliśmy do prognozy skażeń. W godzinach popołudniowych CLOR nawiązał kontakt ze specjalistami z innych krajów (Anglii, Francji, Finlandii, Szwecji), wymieniając informacje o skażeniach oraz planowanych przedsięwzięciach.

Do późnych godzin nocnych w CLOR pracowano nad propozycjami zaleceń ochronnych dla ludności Polski. O pomoc w przygotowaniu najważniejszego z nich, tj. użycia jodu nieradioaktywnego dla blokady tarczycy poproszono specjalistów z Ministerstwa Zdrowia oraz Szefostwa Służby Zdrowia MON.

29 kwietnia około godz. 1:00 w Komitecie Centralnym PZPR rozpoczęło się posiedzenie kilku członków Biura Politycznego, członków rządu i Komitetu Obrony Kraju. O godz. 4:00 do grupy tej zaproszono z CLOR prof. Zenona Bałtrukiewicza z Szefostwa Służby Zdrowia MON oraz prezesa PAA. Posiedzenie trwało do godz. 6:30 i przyjęto na nim główne kierunki ochrony ludności zaproponowane przez CLOR. Miała to być przede wszystkim ochrona dzieci przed wchłonięciem radiojodu. Ustalono, że dzieciom we wschodnich i północnych województwach należy podać nieradioaktywny jod, a także wstrzymać wypas bydła na łąkach i przejść na karmienie ich suchą paszą. Mleka od krów przebywających dotąd na pastwiskach nie należy kierować do sklepów, lecz przeznaczyć do przerobu. Dzieci i młodzież do lat 18 powinny konsumować mleko w proszku i skondensowane. Należy ograniczyć spożycie świeżych jarzyn oraz dokładnie je myć. Zakazano picia wody deszczowej i stopionego śniegu.

Prócz tego prof. Zenon Bałtrukiewicz zaproponował, by ze względu na możliwość napływu nad Polskę większych niż dotychczas skażeń przez kilka dni dzieci pozostawały w domu i nie chodziły do szkół. By zamykać okna, zmywać jezdnie i chodniki wodą oraz odwołać pochody 1-majowe. Okazało się później, że zalecenia te nie były potrzebne, bo radioaktywne skażenia miały niższy poziom niż prognozowano.

Tych dodatkowych zaleceń nie przyjęto. Zgodzono się, że zagrożenie od innych radioizotopów jest mniej istotne, toteż akcję przeciw nim należy rozpocząć w drugiej kolejności. Uczestnicy spotkania doszli do porozumienia, że o sytuacji i zaleceniach ochronnych należy poinformować społeczeństwo w porannych audycjach radiowych, a następnie w prasie i w telewizji. Rzecznik prasowy rządu Jerzy Urban rozpoczął pisanie komunikatu dla ludności.

Około godz. 6:00 sekretarz KC Marian Woźniak zatelefonował do swego odpowiednika w Moskwie, po czym stwierdził, że jego rozmówca nic nie wie o katastrofie w Czarnobylu. Wtedy nie wierzyliśmy w to, lecz dziś wiemy, że mogło to być prawdą.

Dla przygotowania akcji jodowej około godz. 6:00 zebrano w Ministerstwie Zdrowia grupę, która ustaliła (po raz pierwszy w świecie), że formą masowej profilaktyki jodowej będzie podanie tzw. płynu Lugola - wodnego roztworu jodku potasu i pierwiastkowego jodu oraz ustaliła jego dawki dla trzech grup wiekowych dzieci.

O godz. 6:30 do Komitetu Centralnego przybył gen. Wojciech Jaruzelski. Wkrótce, w ścisłym gronie członków Biura Politycznego i rządu, podjęto decyzję o stworzeniu tzw. Komisji Rządowej pod przewodnictwem wicepremiera Zbigniewa Szałajdy. Na zakończenie zebrania sekretarz KC Marian Woźniak oświadczył, że komunikatu dla społeczeństwa nie będzie. W Raporcie Komisji Rządowej nie ma wzmianki o tym nocnym posiedzeniu w Komitecie Centralnym, podczas którego podjęto wszystkie najważniejsze decyzje w sprawie działań ochronnych.

Pierwsze posiedzenie Komisji Rządowej rozpoczęło się o godz. 8:00 w Prezydium Rady Ministrów. Około godz. 11:00 Komisja oficjalnie zaleciła podjęcie akcji jodowej. Rozpoczęto ją w godzinach wieczornych i kontynuowano w nocy w jedenastu województwach północno-wschodnich. Akcja przebiegała niezwykle sprawnie. Podawanie płynu Lugola zorganizowano we wszystkich przedszkolach, szkołach, ośrodkach zdrowia i aptekach. Pomocy udzielili ochotnicy, którzy m.in. rozwozili roztwór jodu do małych wiosek. Około 75% populacji dzieci w 11 województwach przyjęło jod stabilny w ciągu pierwszych 24 godzin akcji. (Przed rozpoczęciem akcji, tj. 28 kwietnia wieczorem i 29 kwietnia rano, około 2% rodziców podało dzieciom jod w formie i dawkach nieustalonych).

Dla porównania warto dodać, że w Związku Radzieckim ograniczenia spożycia mleka wprowadzono dopiero 23 maja, a jod stabilny zaczęto podawać ludności około 25 maja. Z powodu trudności organizacyjnych objęto tą akcją tylko 1.6 mln dzieci.

Skażenia ogarnęły cały kraj. Przed południem utrzymywało się w Warszawie bardzo wysokie skażenie powietrza, które po południu i w nocy spadło blisko czterdziestokrotnie. Komisja Rządowa wprowadziła profilaktykę jodową na terenie całej Polski, biorąc pod uwagę przemieszczanie się skażeń, niepewność co do emisji z Czarnobyla oraz nastrój ludności.

Rozprzestrzenianie się chmury radioaktywnej

Na pozostałych terenach akcja przebiegała mniej sprawnie niż w województwach północno-wschodnich. Tam zaledwie 25% populacji dzieci otrzymało jod stabilny w ciągu pierwszych 24 godzin. W tych rejonach kraju akcję jodową w większości zakończono 2 maja, jednak w niektórych miejscowościach ciągnęła się ona jeszcze do 5 maja. Komisja Rządowa przewidując, że zabraknie mleka w proszku, poleciła ministrowi handlu wewnętrznego wprowadzenie 2 maja reglamentowanej jego sprzedaży dla dzieci do 12 miesiecy oraz dokonanie importu brakującej ilości.

Poczynając od 4 maja, w CLOR mierzono zawartość jodu-131 w tarczycach mieszkańców Warszawy i kilku województw. Łącznie zbadano około 1400 osób. Podobne badania prowadzono u kilkuset osób w Instytucie Energii Atomowej w Świerku, gdzie również badano zawartość cezu-137 i cezu-134 w całym ciele.

Od 6 maja dwie ekipy CLOR prowadziły zwiad radiacyjny w pobliżu wschodniej granicy kraju, korzystając z helikopterów MSW. Mierzono moc dawki promieniowania gamma, zbierano próby mleka, roślin i gleby, a także badano skażenie ludzi. Wykryto wtedy silne skażenia radiojodem tarczyc dzieci szkolnych w niektórych miejscowościach. Specjaliści CLOR zażądali od Komisji Rządowej, by skierować do tego rejonu samochodowe laboratorium CLOR, w celu dokładnego zbadania skażenia dzieci w rejonach przygranicznych. Przewodniczący Komisji zarządził przeprowadzenie tych badań przez CLOR, jednak zarówno prezes PAA, jak i minister zdrowia sabotowali to zarządzenie i w końcu nie dopuścili do jego realizacji. 31 maja dyżurny Ośrodka Dyspozycyjnego Służby Awaryjnej CLOR zapisał w raporcie nr 181/86, że został telefonicznie powiadomiony, aby na polecenie prezesa PAA wstrzymać wszelkie pomiary jodu-131 w tarczycy wykonywane w samym CLOR.

Pionowy rozkład cezu -134 i cezu -137 w atmosferze nad Polską w mBq/m3

Komisja Rządowa pracowała do 18 czerwca, analizując zmieniającą się sytuację, wprowadzając normy skażeń oraz modyfikując, a potem stopniowo ograniczając działania profilaktyczne. Na żądanie Komisji w pierwszych dniach maja sprowadzono z zagranicy 2000 ton mleka w proszku.

Średnia dawka promieniowania na całe ciało, jaką Polacy otrzymali w ciągu pierwszego roku od czarnobylskich radioizotopów wynosiła (według oceny UNSCEAR) 0.27 mSv. Stanowiło to 11% rocznej naturalnej dawki promieniowania. W ciągu całego życia Polacy otrzymają średnio od opadu czarnobylskiego dawkę na całe ciało wynoszącą około 0.9 mSv, czyli około 0.5% dawki, jaką w tym samym czasie zostaną napromienieni ze źródeł naturalnych, wynoszącej 168 mSv. Około 74% tej dawki na całe ciało pochodziło od cezu-137, 20% od cezu-134, 1% od jodu-131 i około 5% od innych izotopów. Tak mała dawka na całe ciało od skażenia czarnobylskiego nie będzie mogła dać żadnych, ani szkodliwych ani dobroczynnych, zauważalnych zmian zdrowia ludności w naszym kraju.

Dawka promieniowania na tarczycę od jodu-131 była natomiast znacznie wyższa. W zachodnich, mało skażonych województwach, sięgała ona od około 2 do 30 mSv u dzieci w wieku 1 roku. We wschodnich, silniej skażonych rejonach, dawka ta sięgała niekiedy około 10-90 mSv. U niemal 5% dzieci (u których zastosowano profilaktykę jodową) maksymalne dawki wynosiły niemal 200 mSv. Profilaktyka jodowa zmniejszyła dawki na tarczycę dzieci średnio o blisko połowę. Tam gdzie akcję rozpoczęto wcześniej zmniejszenie dawki mogło być nawet pięciokrotne. Około 70-80% radiojodu w tarczycy dzieci pochodziło z pożywienia (głównie z mleka). Tylko 20-30% radiojodu przedostało się do tarczycy drogą oddechową. Maksymalne stężenia jodu-131 w mleku pojawiły się w większości rejonów po 5 maja. Zatem nawet późno zastosowana profilaktyka dała korzystny efekt.

Akcja jodowa ocaliła około 5 000 polskich dzieci od zachorowania na raka tarczycy

Gdyby w Polsce nie przeprowadzono profilaktyki jodowej to u około 5% dzieci, tj. około 500 000, dawka promieniowania na tarczycę od jodu-131 przekroczyłaby 1000 mSv. Zachorowalność na raka tarczycy po takich i większych dawkach wynosi na Białorusi około 1%. Jeżeli u nas byłaby podobna, to można sądzić, że w wyniku akcji jodowej ocaliliśmy około 5000 polskich dzieci od tej choroby. Zgodnie z danymi Kliniki Mayo w Rochester, Minnesota, przy wystąpieniu raka tarczycy u dzieci pełne wyleczenie osiąga się niemal w 100% przypadków. Jest to dobra prognoza dla 682 dzieci na Białorusi, Ukrainie i w Rosji, które zachorowały na raka tarczycy. Wiele z nich leczy się w krajach zachodnich.

W wyniku akcji jodowej 18.5 mln ludzi przyjęło blokującą dawkę płynu Lugola, w tym ponad 95% dzieci i młodzieży. Była to pierwsza w historii medycyny tak wielka akcja profilaktyczna dokonana w ciągu kilku dni. Rozpoczęto ją po około 13 godzinach od powziętej decyzji. Akcja ta dowodzi wysokiej sprawności organizacyjnej i zdolności do improwizacji Polaków. Dla porównania należy przypomnieć, że po katastrofie elektrowni w Three Mile Island koło Harrisburga, w Pensylwanii w 1979 roku, rząd amerykański zaczął dostarczać wyprodukowane ad hoc tabletki jodu okolicznym mieszkańcom w cztery dni po wypadku. Świadczy to o trudnościach logistycznych takiej akcji, które w dużej mierze wpłynęły na niepodjęcie jej w krajach europejskich, poza Polską, mimo że niektóre z nich były skażone w stopniu wyższym niż my. W Europie po prostu nie było wystarczającego zapasu tabletek jodowych dla zagrożonej ludności, ani szans na ich natychmiastowe wyprodukowanie i dystrybucję. Nasz sukces był wynikiem śmiałej decyzji oraz nowatorskiej idei, która zrodziła się w Ministerstwie Zdrowia: postanowiono użyć nie tabletek jodowych, których też nie mieliśmy, lecz przygotować w każdej aptece dobrze znany farmaceutom płyn Lugola. Zapasy jodu i jodku potasu niezbędnych do wyprodukowania go w aptekach znacznie przekraczały potrzeby.


Skażenie gleby cezem-137 w Polsce po katastrofie w Czarnobylu

Badania epidemiologiczne (największe jakie kiedykolwiek przeprowadzono w Polsce) wykonane przez zespół prof. Janusza Naumana z Akademii Medycznej w Warszawie, złożony z najwybitniejszych polskich endokrynologów i radiologów wykazały, że łagodne "zewnątrztarczycowe" objawy uboczne po podaniu płynu Lugola (mdłości, bóle głowy i swędzenie skóry) pojawiły się w około 5% przypadków. U bardzo małych dzieci niekiedy występowały wymioty, prawie zawsze u tych którym zamiast płynu Lugola podano roztwór jodyny. W żadnej grupie wiekowej nie zaobserwowano ubocznego "wewnątrztarczycowego" działania profilaktycznych dawek jodu. W badaniach tych, przeprowadzonych w latach 1989-1990, nie stwierdzono zwiększonego występowania nowotworów tarczycy.

Badania Instytutu Onkologii nie wykazały do roku 1995 wzrostu nowotworów tarczycy i białaczek. Ubocznym, bardzo ważnym rezultatem badań grupy prof. Naumana było stwierdzenie obecności wola endemicznego u mieszkańców znacznych obszarów Polski, wywołanego głębokim niedoborem jodu w naszej diecie. Niedobór zaczął się około 1980 roku, gdy zaprzestano jodowania soli kuchennej. W efekcie tych badań powrócono do jodowania żywności w Polsce, co powinno przyczynić się do poprawy zdrowia ludności.

Polityka informacyjna, którą władze stosowały w pierwszych dwóch dniach była błędna. 28 kwietnia nie było jej wcale, ponieważ rząd dowiedział się o skażeniach w Polsce zbyt późno. Ostatnie dzienniki radiowe i telewizyjne przekazały jedynie krótką informację agencyjną o wypadku w Czarnobylu. Na spotkaniu władz naczelnych w Komitecie Centralnym PZPR wczesnym rankiem 29 kwietnia postanowiono, by wstępne zalecenia dla ludności podać w rannych i przedpołudniowych dziennikach radiowych, a następnie w prasie i telewizji. Pod koniec tego spotkania zdecydowano jednak nie publikować takiego komunikatu. W prasie popołudniowej ukazała się jedynie bałamutna informacja, że 28 kwietnia nad północnymi regionami Polski przeszedł na dużej wysokości radioaktywny obłok, że utworzono Komisję Rządową i nikomu nic nie grozi.

29 kwietnia wraz przygotowano rzeczową informację o skażeniach kraju, która miała być pierwszym oficjalnym komunikatem Komisji. Tekst ten przyjęto, jednak później został całkowicie zmieniony przez Wydział Prasy KC oraz rzecznika prasowego rządu. W efekcie 30 kwietnia publiczność znowu dowiedziała się, że radioaktywny jod "lata" w obłoku gdzieś wysoko nad Polską. Ponadto podano kłamliwą informację, że nastąpiło jedynie podwyższenie stężenia aktywnego jodu w powietrzu (...), stwierdza się spadkową tendencję poziomu stężenia i że nie stwierdzono podwyższenia stężenia innych pierwiastków. Na posiedzeniu Komisji 30 kwietnia prof. Zenon Bałturkiewicz z dr. Żarnowieckim zaprotestowali przeciwko wypaczaniu ich tekstu. Ostatnie kłamstwo - o braku innych pierwiastków - było tak kompromitujące, że przewodniczący Komisji oświadczył, iż takie manipulowanie tekstami specjalistów nie powtórzy się już więcej.

Dawki promieniowania na całe ciało w pierwszym roku po katastrofie w Czarnobylu

Na tym samym posiedzeniu odbyła się dłuższa dyskusja nad polityką informacyjną. Prof. Zenoen Bałturkiewicz twierdził, że władze muszą dawać publiczności pełną informację o średnich, maksymalnych i minimalnych poziomach skażeń. Starał się przekonywać, że wzbudzi to zaufanie ludności do postępowania i zaleceń Komisji. Kontrargumentem rzecznika rządu - głównego przeciwnika tej koncepcji, było niebezpieczeństwo wywołania paniki. Trudno jednak byłoby ją wywołać wiadomościami o skażeniach dających dawki promieniowania, na całe ciało, dziesiątki tysięcy razy niższe od zagrażających życiu. To co skłoniło go do podania prawdziwej informacji, to sugestia, że Polska poniesie setki milionów dolarów strat na eksporcie żywności, jeżeli przestaniemy być wiarygodni w oczach zachodnich kontrahentów i konsumentów.

Po tej dyskusji informacje w prasie były zgodne z rzeczywistością. I tak np. "Express Wieczorny" 5 maja opublikował komunikat Komisji Rządowej wraz z tabliczką szczegółowych średnich wartości skażeń kraju. Tego rodzaju informacja była unikatem w prasie światowej i została potem uznana przez ekspertów amerykańskiej Food and Drug Administration za najbardziej przejrzystą i pożyteczną spośród wielu. Amerykański Sekretarz Stanu George Schulz stwierdził, że Polska potraktowała ten wypadek w sposób zdecydowanie odmienny od ZSRR. Polska informowała ludność, przekazując wszystkie informacje jakimi dysponowała. Prasa zachodnioniemiecka wyrażała podobne opinie: Polskie media zwróciły od początku na siebie uwagę obszerną i rzeczową informacją ("Tages Anzeiger" - 2.05.86); Polacy w sposób najbardziej otwarty poinformowali własną opinię publiczną i zagranicę o skutkach awarii ("Volksblatt Berlin" - 3.05.86).

Pod tym względem różniliśmy się np. od Francji, gdzie po dwóch tygodniach milczenia, władze podały informację, że sytuacja wróciła do normy. W Anglii pojawiały się raczej enigmatyczne wiadomości, np. że większe skażenia występują na północy niż na południu, a 12 maja minister środowiska twierdził: można pić wodę, która wtedy w południowej Szkocji czterokrotnie przekraczała normy na wypadek awarii.

W roku 1986 specjaliści zachodnioniemieccy mówili do nas: Podziwiamy waszą sprawność i szybkość. U nas nie byłoby to możliwe. Tak widziano działania polskich specjalistów i władz za granicą, lecz nie w Polsce, gdzie spotkały się z powszechną krytyką.