1
Radioekologie
2
Obsah
1. OBECNÉ POJMY ........................................................................3
1.1. SYMBOLIKA.................................................................................3
1.2. POJMY .......................................................................................3
1.3. HMOTNOST ATOMU .....................................................................3
1.4. ENERGIE.....................................................................................4
2. RADIOAKTIVITA ........................................................................5
2.1. HMOTNOSTNÍ PODMÍNKA ..............................................................5
2.2. DRUHY RADIOAKTIVNÍCH PŘEMĚN ...................................................5
2.3. KINETIKA RADIOAKTIVNÍCH PŘEMĚN.................................................8
2.4. PŘÍRODNÍ RN............................................................................11
3. IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ ..................................................................13
3.1. VLASTNOSTI IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ .................................................13
3.2. ZDROJE IZ.................................................................................16
3.3. DETEKCE IZ...............................................................................17
3.4. BIOLOGICKÉ ÚČINKY IZ ................................................................31
3.5. OCHRANA PŘED IZ .....................................................................47
3.6. OCHRANA PŘED IZ V ČR – LEGISLATIVA ..........................................49
4. RADIOAKTIVITA A IZ V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ .........................67
4.1. KOSMICKÉ ZÁŘENÍ A KOSMOGENNÍ RN...........................................70
4.2. PŘÍRODNÍ RN S DLOUHÝM POLOČASEM ROZPADU ............................73
4.3. RADON ....................................................................................75
4.4. JADERNÉ ELEKTRÁRNY A JEJICH BUDOUCNOST ..................................82
4.5. HAVÁRIE JADERNÝCH REAKTORŮ .................................................112
4.6. NEHODY PŘI PRÁCI S RADIOAKTIVNÍMI LÁTKAMI .............................127
4.7. POKUSNÉ JADERNÉ A TERMONUKLEÁRNÍ VÝBUCHY..........................148
4.8. UMĚLÉ ZDROJE IZ.....................................................................159
4.9. RADIOAKTIVNÍ ODPADY .............................................................159
3
1. Obecné pojmy
1.1. Symbolika
NA
Z X běžný zkrácený zápis: A
X
A – nukleonové číslo (A=Z+N)
Z – protonové číslo
N – neutronové číslo
Zvláštní symbolika: D – deuterium – 2
H
T – tritium – 3
H
1.2. Pojmy
nuklid(y) – soubor identických atomů, jejichž jádra tedy mají identické
složení, stejné A i Z
isotopy – soubor atomů, které mají stejné protonové (Z) ale různé
neutronové N (tím pádem i A) číslo
isobary – nuklidy, které mají stejné nukleonové (A) ale různé
protonové číslo
radio – značí, že jádro je nestabilní a samovolně se rozpadá
Příklady: Isobary: 40
Ar, 40
K, 40
Ca.
1.3. Hmotnost atomu
kg x u definice u: u = 1/12 m(12
C)
po vyčíslení: u = 0,012 /(12.6,022.1023
) = 1,6606.10-27
kg = 1 u
4
1.4. Energie
J x eV definice eV: je to energie kterou elektron získá při průchodu
potenciálovým spádem 1V E = Q.ΔU
po vyčíslení: E = Q.ΔU = 1,602.10-19
.1 = 1,602.10-19
J = 1 eV
Příklady: Energie fotonu viditelného záření.
λ = 550 nm = 5,5.10-7
m; h = 6,63.10-34
J s; c = 2,997.108
m s-1
E = h.ν = h.c / λ = 6,63.10-34
.2,997.108
/ 5,5.10-7
= 3,6.10-19
J = 3,6.10-19
/ 1,602.10-19
= 2,3 eV
Ekvivalentní energie 1 u:
m = u = 1,6606.10-27
kg; c = 2,997.108
m s-1
E = m c2
= 1,6606.10-27
(2,997.108
)2
= 1,492.10-10
J = 1,492.10-10
/
1,602.10-19
= 931,3 MeV
5
2. Radioaktivita
2.1. Hmotnostní podmínka
Základní hmotnostní podmínka radioaktivity:
M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)
Energie uvolněná při radioaktivní přeměně:
Epřeměny = Ekin(Y) + Ekin(ČÁSTIC) + Eγ
Příklad:
12
C (6 p, 6 n), m(p) = 1,6726.10-27
kg; m(n) = 1,6750.10-27
kg; m(e) =
9,1095.10-31
kg; c = 2.997.108
m s-1
; u = 1,6606.10-27
kg
teoretická m(12
C) = 6 m(p) + 6 m(n) + 6 m(e) = 2,0091.10-26
kg
skutečná m(12
C) = 12 u = 1,9927.10-26
kg
 = 1,9927.10-26
- 2,0091.10-26
= -1.6407.10-28
kg
Ev = 1.6407.10-28
.(2.997.108
)2
= 1,4736.10-11
J = 1,4736.10-11
/
1,602.10-19
= 92 MeV
 = 9,2.107
/ 12 = 7,7 MeV
Zajímavost: Při vzniku 12g (1 mol) 12
C z p a n, by se uvolnilo
1,4736.10-11
.6,022.1023
= 8,9 TJ, rozštěpením 12g uranu se uvolní asi
1 TJ.
2.2. Druhy radioaktivních přeměn
A) Přeměna βn
→ p + e + υe XA
Z → YA
1Z + β- + υe
14
C → 14
N + β- + υe
6
měříme e 210
Pb → 210
Bi + β- + υe
Energie se rozdělí mezi jádro (málo), elektron a υe náhodně,
spektrum je proto spojité, část vznikajících jader může být excitovaná.
Příklad: 3
H, 14
C, 32
P, 35
S
B) Přeměna β+
p → n + e+
+ υe XA
Z → YA
1Z + β+ + υe
22
Na → 22
Ne + β+ + υe
měříme e+
Platí stejné energetické zásady jako u β- přeměny (spojité spektrum
apod.).
Čistý β+ rozpad je vzácný, většinou probíhá spolu s elektronovým
záchytem (EZ). Měří se pomocí anihilačních fotonů a ionizačních
účinků e+
:
e+
+ e→
2 γ, E = 2 me c2
= 1,02 MeV t. j. 0,51 MeV na jedno kvantum
γ
Příklad: 22
Na
C) Elektronový záchyt (EZ)
p + e → n + υe XA
Z + e→
YA
1Z + υe
7
Be + e→
7
Li + υe
Po EZ dochází k následným dějům pomocí kterých se tato
radioaktivita měří: zaplňování vakancí ve slupkách K či L → emise RTG
fotonů či Augerových elektronů (elektrony vyražené RTG zářením
z vyšších slupek elektronového obalu, mají diskrétní energii, Eaug =
ERTG – Evaz.). Měří se RTG fotony.
7
Použití v medicíně: 13
N, 15
O, 11
C
D) Přeměna α
XA
Z → Y4A
2Z

 + He4
2 (α) 226
Ra → 222
Rn + α
měříme α
Alfa částice je velice stabilní, a proto je její emise výhodná, zvlášť u
těžších prvků. Na rozdíl od spektra β je spektrum α spojité ale stejně
jako při β rozpadu vzniká část jader excitovaná.
E) Samovolné štěpení (SŠ)
Je-li splněna hmotnostní podmínka, rozštěpí se jádro těžší na dvě
lehká plus dva až tři neutrony. Existuje ale i štěpení bez emise
neutronů.
8
2.3. Kinetika radioaktivních přeměn
- za dostatečně krátký časový interval se přemění vždy stálá část
z přítomného počtu (N) atomů radioaktivního nuklidu
(radionuklidu)
(dN / N) / dt = λ
λ *s-1
] – přeměnová konstanta
Příklad: λ = 1.10-3
s-1
– z přítomného počtu RN se přemění každou
sekundu 1 / 1000 atomů
9
Rychlost přeměny závisí na: - výchozím a konečném stavu jádra
- vlnové funkci obou jader
- na parametrech slabé, silné a
elektromagnetické interakce
nezávisí na: - tlaku, teplotě, koncentraci,
chemické formě
Aktivita: rychlost přeměny radioaktivního nuklidu
A = dN / dt A = λ N
- závisí na počtu radioaktivních atomů v radioaktivní látce
- rozměr s-1
- jednotka 1 becquerel (Bq), násobné kBq, MBq, GBq apod.
- měrná aktivita: vztaženo na m, V, c apod.
Časová změna aktivity:
-dN / dt = λ N  N = N0 e –λt
 A = A0 e –λt
10
- aktivita RN klesá s časem exponenciálně, rychlost poklesu je dána
konstantou λ.
Poločas přeměny: A = A0 / 2  A0 / 2 = A0 e –λt
1 / 2 = e –λt
ln (1 / 2) = - λ t
- ln 2 = - λ t
t = ln 2 / λ
T1/2 = ln 2 / λ
Měření poločasu rozpadu z úbytku aktivity lze jen u krátkodobě
žijících radionuklidů. Jinak se poločas rozpadu počítá z aktivity
radionuklidu o známé hmotnosti (měrné aktiviy).
Aktivita radionuklidu o hmotnosti m: N = n NA
N = (m NA) / Ar
A = (λ m NA) / Ar
Pak z λ spočítáme T1/2, popřípadě se znalosti λ spočítáme m.
Příklad využití vztahu A = A0 e –λt
:
- uhlíková metoda 14
N (n, p) 14
C
- 14
C se během minut až hodin oxidují na CO2
- rozdělení mezi rostliny, organismy, oceány
- rovnováha 15,3 přeměny za minutu v 1g C živé hmoty
11
- po smrti konec rovnováhy, citlivost asi do 50 000 roků (T1/2 = 5,7
tisíc roků)
- měří se dřevo, uhlíky, textil, kůže
- moderní metoda: urychlovačová hmotnostní spektrometrie,
použitelná až do 100 000 roků
- stačí i 0,05 mg vzorku, ve vakuu se vzorek bombarduje ionty Cs+
za
vzniku 14
C(izobarický
14
N záporné ionty netvoří) poté se ionty 14
Cdostávají
do prostoru s Ar, vzniká 14
C3+
a vstupují do hmotnostního
spektrometru.
- stejná metoda se používá ke stanovení obsahu př.: 10
Be (mořské
sedimenty, polární led), 36
Cl a 129
I (podzemní vody), 27
Al (mořské
sedimenty).
2.4. Přírodní RN
Přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky: přírodní X umělé (není
mezi nimi rozdílu)
1. T1/2 > 108
let, vznikly při syntéze prvků ve vesmíru
12
2. T1/2 < 108
let, vznikají jako produkty přeměny mateřských nuklidů z
radioaktivních řad a jadernými reakcemi v zemské atmosféře
působením kosmického záření (3
H, 14
C, 10
Be aj.)
13
3. Ionizující záření
3.1. Vlastnosti ionizujícího záření
Energie záření (γ, β, α apod.) keV – MeV, ionizační energie atomů a
molekul < 25 eV proto ionizující záření.
a) → M → M+
+ eb)
→ M → M*
Rychlost asi 10-16
– 10-15
s, poměr a) a b) 1:2, elektrony způsobují další
sekundární ionizaci a excitaci. Excitace je mnohonásobná a do
vysokých excitačních stavů (na rozdíl od UV)
Pojmy a veličiny: ionizující záření, jaderné záření (pouze při
radioaktivních přeměnách), radioaktivní záření (nesprávné, záření
není radioaktivní {kromě n})
Absorpce záření – postupné odevzdávání energie až do stavu kdy už
není schopno dále ionizovat
Dosah záření – tloušťka vrstvy, která úplně absorbuje záření
14
Absorpční křivky:
Dávka záření – energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná
od všech primárně i sekundárně ionizujících částic) malému objemu
látky
D = dε / dm
15
Rozměr je J.kg-1
, jednotkou Gray (Gy), 1 Gy = energie 1 J absorbovaná
v 1 kg látky.
Rozsah dávek: 10-6
– 10-2
Gy při monitorování dávek v životním
prostředí, 10-4
– 1 Gy při monitorování dávek u profesionálních
pracovníků se zářením, 10-1
– 102
Gy v léčebném použití záření, 10-1
–
104
Gy v radiobiologii a 102
– 105
Gy v radiační chemii a technologii.
Dávkový příkon – rychlost s jakou je látce energie sdělována, rozměr
W kg-1
, jednotka Gy s-1
̇ = dD / dt
Lineární přenos energie – používá se při posuzování biologických
účinků IZ a udává rozložení sdělené energie podél dráhy částice,
rozměr J m-1
, běžně keV μm-1
L = dE / dx
(tzv Braggova křivka)
16
3.2. Zdroje IZ
1. aparaturní – záření vzniká jen během provozu zařízení
2. radionuklidové – emitují záření nepřetržitě
Zdroje γ a RTG záření: γ: 241
Am, 109
Cd, 57
Co, 55
Fe, 60
Co, 137
Cs, 192
Ir; RTG:
RTG lampy, 109
Cd, radionuklidy generující brzdné záření při absorpci β
záření, urychlovače elektronů
Zdroje elektronů: 90
Sr / 90
Y, 3
H, 147
Pm ; urychlovače elektronů
Zdroje pozitronů: 22
Na, 68
Ge
Zdroje těžkých kladných částic: α: 210
Po, 226
Ra, 238
Pu, 239
Pu, 241
Am,
urychlovače částic
Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (α, n), (γ,
n) a samovolném štěpení (226
Ra(γ, n)Be – „rabe“, 239
Pu(α, n)Be –
17
„pube“, 241
Am(α, n)Be – „ambe“, neutronový generátor (3
H (d, n) 4
He),
jaderný reaktor
3.3. Detekce IZ
- IZ není vnímatelné lidskými smysly
- registruje se na základě dějů, které vyvolává při absorpci ve
vhodné látce
- důsledky těchto dějů se většinou elektronicky převádějí na
pozorovatelné signály
- elektronický způsob detekce vyžaduje zařízení sestávající
z několika částí
- část citlivá na záření se nazývá detektor záření (energie záření se
mění na elektrické či optické signály, které se dále zpracovávají
(zesílení, integrace)
- zpracované signály se přivádějí na registrační jednotku (pulsní zobrazují
se přímo impulsy, či integrální režim - počet impulsů za
čas (tzv. dozimetry – udávají dávkový příkon př. μGy hod-1
))
- většina detektorů neměří IZ se 100% účinností, pro četnost R platí:
R = η A (η – účinnost < 1; A – aktivita v Bq)
- zařízení, které rozlišuje energii záření podle výšky impulsů –
spektrometr záření
- relativní chyba měření vzorku je tím menší, čím větší počet
impulsů zaznamenáme
K detekci ionizujícího záření se běžně užívají tyto sekundární projevy
absorpce:
18
 fotografické účinky
 ionizace plynů
 luminiscence
 schopnost zvyšovat elektrickou vodivost některých materiálů
 změna struktury materiálu
Podle toho lze rozdělit detektory ionizujícího záření do pěti
základních skupin:
1. fotografický film
2. ionizační komora, proporcionální detektory, Geiger-Műllerovy
detektory
3. fluorescenční stínítka, scintilační detektory, termoluminiscenční
detektory
4. polovodičové detektory
5. stopové detektory částic
Důležitými charakteristikami všech typů detektorů jsou:
 účinnost
 linearita
 energetická proporcionalita
 rozlišení
Účinnost
Účinnost detektoru popisuje možnosti detektoru zaznamenávat
různé druhy záření o různých energiích, která na něho dopadají.
Ideální je stav, kdy počet částic dopadajících na snímač je roven počtu
impulsů registrovaných detektorem.
Linearita
19
Proces konverze jednotlivých částic na elektrické pulsy je extrémně
rychlý - řádově několik mikrosekund. Pokud je vysoký tok částic,
může se stát, že částice přicházející do detektoru není zaznamenána,
protože detektor ještě zpracovává částici předcházející. Doba
potřebná pro registraci částice (přeměnu na elektrický puls) se
označuje jako mrtvá doba detektoru (). Část částic, které mohou být
náležitě zpracovány, je popsána linearitou detektoru. Jednotlivá
částice s energií E, která vstoupí do detektoru, produkuje elektrický
puls V, takže částice, které dopadají na detektor v počtu I částic za
sekundu vyvolají vznik napěťových pulsů v počtu R pulsů za sekundu.
Detektor považujeme za lineární, dokud trvá přímá úměra mezi R a I.
Jelikož je detektor po určitou dobu  "mrtvý", bude měřené
množství pulsů Rm vždy nižší než skutečné množství pulsů Rt:
Průměrná mrtvá doba činí:
 200 s u Geiger-Műllerova detektoru
 0,23 s u scintilačního detektoru s krystalem NaI (Tl)
 0,027 s u scintilačního detektoru s krystalem YAP (Ce)
 0,001 s u polovodičových detektorů
Energetická proporcionalita
Jedná se o úměrnost signálu detektoru k energii dopadající částice.
Velikost výstupního signálu je závislá na proudu vzniklém v čítači a
tento proud je závislý na počtu ionizačních přeměn vedoucích ke
vzniku pulsu. Jestliže počet ionizačních přeměn bude úměrný energii
dopadajících částic, velikost výstupního napětí bude rovněž úměrná
energii dopadajících částic. Detektor bude proporcionální, pokud je
velikost výstupního napětí detektoru V úměrná energii E dopadajících
částic.


m
m
t
R1
R
R
20
Rozlišení
Je to schopnost detektoru rozlišit částice různých energií. V
proporcionálně pracujícím detektoru způsobí částice o energii E
výstupní puls o napětí V. Prakticky budou tedy částice o stejné energii
produkovat výstupní pulsy o stejném napětí
Jednotlivé druhy detektorů IZ
Fotografický film
Fotografická detekce ionizujícího záření je založena na tom, že
ionizující záření, stejně jako viditelné světlo, vyvolává ve fotografické
emulzi (krystalky Agar v želatině) latentní obraz, který lze zviditelnit
chemickým vyvoláním. Ozářená místa emulze vykazují po vyvolání
zčernání, jehož intenzita je úměrná počtu částic, které na emulzi
působily. Používají se k detekci RTG záření, záření γ a neutronů.
Neutrony, které sami na fotografickou emulzi nepůsobí, je třeba
převést na detekci ionizujících částic. Například překrytím
fotografické emulze kadmiovou fólií, v níž se pomalé neutrony
zachycují reakcí 113
Cd (n, γ) 114
Cd a vzniklé fotony pak způsobují
zčernání emulze.
Fotografická detekce ionizujícího záření se používá v osobní
dozimetrii pracovníků s ionizujícím zářením. A v různých
radiografických metodách. Osobní filmový dozimetr obsahuje film
v papírovém obalu, který je uložen v plastikové kazetě. Na vnitřních
stěnách kazety, jsou upevněny měděné a olověné proužky, které
umožňují přibližně určit energii záření tím, že různě absorbují záření
dopadající na film. Dozimetr je připevněn na pracovním oděvu a
nepřetržitě registruje záření, obvykle po dobu jednoho měsíce. Po
vyvolání filmu se dávka záření určí z intenzity zčernání filmu.
21
Ruka ženy W. Röntgena, exponováno 22. 12. 1985
Osobní filmový dozimetr
22
Autoradiografické metody jsou významné tím, že poskytují
informace o rozložení radioaktivity ve zkoumaném objektu. To je
velmi užitečné v biologických studiích, kde se zjišťuje rozložení
radioaktivních látek v živočišných orgánech, částech rostlin a
buněčných strukturách. Zkoumaný radioaktivní objekt se na určitou
dobu přiloží na film, který se pak vyvolá.
Autoradiogram zmrazeného řezu krysou pořízený 6h po injekci roztoku Na2
35
SO4
Autoradiogram řezu ledvinou krysy, ukazující lokalizaci receptorů endothelinu
Fotografická detekce ionizujícího záření se také používá
v průmyslové radiografii a v lékařské rentgenové diagnostice.
Plynové ionizační detektory
23
Všechny detektory mají za základ nádobu s tenkým, málo
absorbujícím vstupním okénkem a dvěma elektrodami uvnitř.
Detektor je plněn vzácnými plyny (argon, xenon). Po určité době
budou vzniklé iontové páry rekombinovat a přejdou zpět do
základního stavu. V případě, že je na elektrody vloženo určité napětí,
budou elektrony přitahovány k anodě a ionty ke katodě a sníží se tím
rozdíl potenciálů. Velikost vzniklého napěťového impulsu záleží na
napětí mezi elektrodami.
Závislost počtu elektronů vzniklých v komoře působením
ionizujícího záření na napětí mezi elektrodami lze vyjádřit graficky. Jeli
hodnota U menší než U1 bude část elektronů a iontů rekombinovat
ještě před zachycením na elektrodách. V oblasti napětí U1-U2
dopadnou všechny elektrony na anodu a ionty na katodu - jejich
počet závisí pouze na počtu absorbovaných částic. V oblasti, kde je
napětí mezi elektrodami vyšší než U2, budou mít volné elektrony
dostatečnou energii, aby na cestě k anodě ionizovaly další atomy
plynu a probíhá tzv. lavinová ionizace. Koeficient plynového zesílení
(A) udává, kolikrát více párů dopadlo na elektrody, než vzniklo
účinkem ionizujícího záření.
Ionizační komora:
Ionizační komora pracuje v oblasti U1-U2 (A = 1), ionizační proud je
úměrný energii ionizujícího záření. Napětí nutné k dosažení
nasyceného proudu závisí na intenzitě záření. Citlivost komory závisí
na vlnové délce a stejně tak i absorpce záření v plynu. K plnění se
používá těžkých vzácných plynů (Ar, Kr).
Proporcionální a Geiger-Műllerův detektor:
Jedná se o detektory pracující v oblasti U3-U4. Počet vzniklých párů
elektron-iont je úměrný energii ionizujícího záření. Pokud je
koeficient plynového zesílení konstantní je elektrický napěťový
impuls na výstupu úměrný absorbované energii ionizujícího záření a
detektor dovoluje rozlišit ionizující záření s různými energiemi.
24
Vznik lavin elektronů je v proporcionálním detektoru lokální
záležitostí - vznikají v té části, kde bylo ionizující záření pohlceno.
Vyhasnutí lavin proběhne aniž by se rozšířili do celého objemu.
Plynové zesílení A tohoto Geiger-Műllerova detektoru je kolem 107
.
Geiger-Műllerův detektor
Luminiscenční detektory
Fluorescenční stínítka:
Při ozáření některých látek ionizujícím zářením může dojít k
uvolnění elektronů z valenčního pásu a přechodu do pásu
vodivostního a při zpětném přechodu může vzniknout viditelné záření.
Tento jev se pak využívá k visuelní detekci ionizujícího záření. Jako
fluoreskujících látek se používá wolframan vápenatý, křemičitan
zinečnatý nebo sirník zinečnatý. Ačkoliv existuje závislost mezi
intenzitou fluorescence a intenzitou dopadajícího svazku, používá se
fluorescenčních stínítek hlavně při justaci přístrojů.
25
Žena v bikinách v UV světle.
Scintilační detektory:
V scintilačních detektorech je převod ionizujícího záření na
elektrický impuls dvojstupňový proces. Prvním krokem je vznik
záblesku (emise světla) na vhodném krystalu a druhým krokem je
uvolňování elektronů na fotonásobiči a jejich detekce a převod na
elektrický impuls.
Ionizující záření, dopadající na uzemněný scintilační krystal
detektoru, uvolní elektron, který při pohybu krystalem přivede do
excitovaného stavu desítky atomů. Zpětný přechod do základního
stavu je doprovázen emisí světla, jehož vlnová délka nemusí nutně
26
ležet ve viditelné oblasti, ale musí být vhodná k uvolňování elektronů
z fotokatody.
Scintilačním krystalem emitovaný foton dopadne na světlocitlivou
katodu a uvolní z ní určitý počet (n) fotoelektronů. Tyto dopadají na
nejbližší dynodu (parabolická elektroda) a každý z nich vyprodukuje
jistý počet R sekundárních elektronů. Na druhou dynodu dopadá již
nR elektronů, na třetí nR2
elektronů atd. Při počtu dynod m vzroste
počet primárních elektronů na nRm
, kde Rm
je koeficient zesílení
fotonásobiče. Mezi jednotlivými dynodami je održováno napětí 100-
200 V a na výstupu z fotonásobiče je impuls napětí přímo úměrný
energii absorbovaného ionizujícího záření. V běžných detektorech je
počet dynod 8-15, a koeficient zesílení je 107
-108
.
Fotonásobič
Jako scintilačního krystalu se nejčastěji používá krystal NaI
aktivovaný 1% Tl. Thalium vytváří v pásové struktuře krtystalu hladinu
nečistot, tzv. fluorescenční centra. Pro nízkoenergetická RTG záření
(3-20 keV) není tento krystal vhodný a alternativně se používají
monokrystaly YAlO3 aktivované Ce (YAP:Ce). Tento krystal může být v
tenčí destičce a je mnohem stabilnější. Podstatný je i rozdíl v délce
27
scintilačních záblesků - u NaI je to 230 ns, u YAP je to pouze 27 ns.
Maximální intenzita fluorescenčního pásu NaI je na vlnové délce 410
nm, u krystalu YAP 350 nm. Fotokatoda v scintilačních detektorech je
zpravidla antimon-cesiová.
Scintilační krystal z NaI dotovaný thaliem
Kapalný scintilátor je taková látka kapalného skupenství, která
při interakci s ionizujícím zářením převádí část absorbované energie
na světelné záblesky (scintilace), podobně jako výše popsané
scintilátory pevného skupenství.
28
Polovodičové detektory
V těchto detektorech je jednostupňová detekce ionizujícího záření
prováděna pevnou látkou, ve které dokáže dopadající kvantum
generovat dvojici nábojů, a ty jsou schopny rychlého pohybu k
elektrodám, kde vyvolají elektrický impuls. Tato pevná látka je
umístěna mezi dvěma elektrodami pod vysokým napětím. Je to
vlastně typ ionizační komory, která je místo plynem vyplněna
krystalem. Použitý krystal musí mít v zásadě tyto vlastnosti:
 vysoký odpor, který zajišťuje sběr nábojů polem vysokého napětí a
snižuje šum ze zbytkových proudů
 dovoluje prodloužit dobu životnosti vzniklých nábojů
 umožňuje vysokou pohyblivost nábojů
 má malou šířku zakázané zóny (předpoklad dobrého energetického
rozlišení)
 velkou absorpční schopnost
Těmto podmínkám vyhovují polovodičové materiály jako křemík a
germanium. Tyto materiály jsou zpravidla driftované lithiem, které
napomáhá k záchytu dopadajících fotonů. Jejich stabilitu je však
nutno zajistit teplotami kapalného dusíku.
Si(Li) detektor je tvořen monokrystalem p-typu křemíku tloušťky
několik mm, který je pod napětím 300-1000 V. Vysoká koncentrace Li
atomů na jeho okrajích tvoří oblast n-typu, kdy z jedné strany je
kontakt zlatý a z druhé strany je tzv. Schootkyho bariéra (p-i-n dioda).
Při vstupu fotonu dojde ke vzniku mraku elektronových párů, jejichž
počet je přímo úměrný energii dopadajícího kvanta. Elektrony jsou
pak směrovány ven z krystalu díky rozdílu potenciálů na čítací obvod.
Na rozdíl od jiných typů detektorů, neexistuje zde žádné vnitřní
zesílení, takže výstupní signál je velmi slabý.
Výhodou těchto detektorů je možnost připojení na vícekanálový
analyzér, vysoká účinnost ve sběru pulsů a velké úhly při sběru dat.
Nevýhodou je dlouhá mrtvá doba.
29
Si(Li) krystaly pracují spolehlivě v oblasti asi 2-20 keV. V
krátkovlnné oblasti však ztrácejí na účinnosti a jsou nahrazovány
krystaly Ge(Li). Podmínkou je užití vysoce čistého germania, v
opačném případě se radikálně zvyšuje mobilita Li.
Problém chlazení kapalným dusíkem lze odstranit při použití
teluridu kadmia, který je schopen pracovat při pokojové teplotě, ale
jeho nevýhodou je poměrně vysoký šum.
Germaniové jádro Ge(Li) detektoru
Stopové detektory částic
30
Jsou látky, v nichž těžká jádra či α záření vyvolávají mikroskopické
poruchy v jejich struktuře. Nejčastěji se používá slída, různá skla, či
organické polymery. Poruchy vznikají tím, že procházející částice
vytvářejí podél své dráhy v pevné látce vysoce ionizované atomy.
Tyto ionty se silně odpuzují a vzájemně vytlačují z původních poloh.,
čímž vzniká mikroskopická oblast s porušenou strukturou, tzv.
radiační stopa (válcový kanálek o průměru 1 – 10 nm). Lze je
zviditelnit chemickým leptáním, protože v místech poruch je ozářená
látka náchylnější k chemické korozi. Počet stop je přímo úměrný
počtu částic, které dopadly na detektor.
Stopové detektory se používají v dozimetrii α záření, zejména
k měření dávek záření způsobených radonem a jeho dceřinými
produkty. Lze je použít i k dozimetrii neutronů. Pro tento případ se
dozimetr překrývá fólií z uranu mírně obohaceného izotopem 235
U,
který se neutrony štěpí a štěpné fragmenty vyražené z fólie pak
vyvolávají poruchy v detektoru. Pokryje-li se detektor vrstvou boru,
lze neutrony registrovat prostřednictvím α částic vznikajících reakcí
10
B (n, α) 7
Li.
Stopové detektory se používají také k registraci těžkých iontů
v kosmickém záření a k měření dávek, kterým jsou vystaveny posádky
kosmických letů.
31
3.4. Biologické účinky IZ
Základní pojmy:
Dávka D: D = dE / dm [Gy]
Dávkový příkon ̇ : ̇ = D / t [Gy / s]
Ekvivalentní dávka HT: HT = wR DTR [Sv]
Druh záření wR
fotony a elektrony všech energií 1
neutrony 10 keV 5
neutrony 10 – 100 keV 10
neutrony 0,1 – 2 MeV 20
neutrony 2 – 20 MeV 10
záření α 20
32
Efektivní dávka E: E =  wT HT [Sv]
Tkáň, orgán wT
gonády 0,20
červená kostní dřeň 0,12
tlusté střevo 0,12
plíce 0,12
žaludek 0,12
močový měchýř 0,05
mléčná žláza 0,05
játra 0,05
jícen 0,05
štítná žláza 0,05
kůže 0,01
povrchy kostí 0,01
ostatní orgány a tkáně 0,05
Účinky IZ se projevují ve větší či menší míře u všech živých organismů.
Závažnost účinků závisí na dávce a druhu organismů.
Přímé účinky: změna biologicky důležité makromolekuly (nukleových
kyselin) přímým zásahem částicí IZ či sekundárními částicemi
Nepřímé účinky: souvisí s radiolýzou vody (změny způsobené radikály,
peroxidem vodíku a hydratovaným elektronem (vysušené enzymy
vykazují menší poškození než roztoky enzymů)
Radiolýza vody: H2O+
+ H2O → OH + H+
aq
e+
nH2O → e-
aq
eaq
→ H + OH+
(n-1)H2O
H2O → H + OH
H + H → H2
33
OH + OH → H2O2
eaq
+ OH → OHHO2
+ HO2 →H2O2 + O2
Kyslíkový efekt: O2 + H → HO2
O2 + eaq
→ O2
Poškození
na buněčné úrovni:
- změny ve struktuře a biosyntéze DNA
- chybná syntéza enzymů
- chybně syntetizované bílkoviny (chovají se cize a jsou toxické)
- změny v propustnosti buněčných membrán
- časem poruchy dělení, smrt buňky
Větší rozmnožovací schopnosti, malá diferencovanost = výraznější
poškození
34
Účinky IZ na lidský organismus
35
Nestochastické:
- projeví se po ozáření IZ během krátké doby
- je postiženo současně mnoho buněk
- nemohou se uplatnit všechny opravné procesy
- prahová dávka vyvolá poškození u 1 – 5% osob
- z rostoucí dávkou roste závažnost poškození
- lze rozpoznat, že vznikly působením IZ
- možnost vzniku těchto účinků popisuje ekvivalentní dávka
a) akutní nemoc z ozáření:
- jednorázové ozáření celého těla vysokými dávkami
- poškození krvetvorných orgánů, trávícího ústrojí a CNS
- ekvivalentní dávka 2 Sv
- projevuje se ve 3 fázích:
1) Nevolnost, skleslost, bolesti hlavy, zvracení, změny krevního
obrazu
2) Období latence – přechodné ustoupení příznaků, je tím kratší
čím větší byla absorbovaná dávka
3) Intenzivní rozvinutí počátečních příznaků + padání vlasů, vnitřní
krvácení, silná vnímavost vůči infekcím - zlepšování stavu po 6 –
8 týdnech, uzdravení
36
- při ozáření ekvivalentní dávkou 6 Sv převládá hematologická forma
choroby (poškození krevní dřeně, krvetvorby, krvavé průjmy,
poruchy funkce střev)
- při ozáření ekvivalentní dávkou 10 Sv a více převládá nervová
forma choroby (psychická dezorientace, zmatenost, křeče,
bezvědomí, smrt během hodin až dnů v důsledku oběhového
kolapsu, zástavy dýchání a poruch mozku)
- pravděpodobnost úmrtí: 6 Sv 80%, 10 Sv 100%
- zlepšování stavu po 6 – 8 týdnech, uzdravení
- dlouhodobé následky (poruchy krvetvorby, poruchy funkce
pohlavních orgánů, neplodnost, zvýšená vnímavost k infekcím a
nádorovým onemocněním, trvalá slabost a únava)
b) lokální akutní poškození kůže:
- radiační dermatitida (zarudnutí až špatně hojitelné vředy)
- prahová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky)
- lokální akutní poškození kůže: radiační dermatitida (stupeň 1 – 3,
zarudnutí až špatně hojitelné vředy)
- prahová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky –
prahová dávka roste až k 15 Sv)
Obrázek: Radiační dermatitida 1. stupeň
37
Obrázek: Radiační dermatitida 2. stupeň
c) poškození plodu:
- 1. – 2. týden: „všechno nebo nic“, plod buď přežije bez újmy, nebo
dojde k potratu (prahová dávka 250 mSv)
- 3. – 8. týden: organogeneze - vznik malformací (prahová dávka 250
mSv)
38
- 8. – 15. týden: mikrocefalie (špatně vyvinutý mozek), oční defekty,
rozštěp patra, celkové zaostávání (mentální retardace, zakrslost)
(prahová dávka 100 mSv)
- v dalších týdnech je plod stejně odolný jako matka
d) poruchy plodnosti:
- přechodná aspermie (porucha v tvorbě spermií)
- prahová dávka 0,1-1 Sv, od 3Sv trvalá aspermie
- u žen dávka do 1,5 Sv bez odezvy, sterilita od cca 3 Sv
e) zákal oční čočky:
- dlouhá doba latence
- prahová dávka cca 1,5 Sv (výrazně závisí na frakcionaci dávky)
39
Stochastické:
- poškození malého počtu buněk (i jediné)
- projeví se po ozáření jednou či více podprahovými dávkami
- vznik nádorových onemocnění (latentní doba 10 – 40 let),
leukémie (l. d. 5 – 20 let), genetické poškození další generace
- projeví se ve skupině náhodně
- s rostoucí dávkou roste pravděpodobnost vzniku poškození ne
jeho závažnost
- nelze rozpoznat, že vznikly působením IZ
- lze odhalit jen sledováním velkého počtu osob
40
- pravděpodobnost vzniku těchto účinků popisuje efektivní dávka
- 6400 osob v Hirošimě ozářeno ekvivalentní dávkou 1,2 Sv, za 25 let
11 případů leukémie navíc nad přirozený výskyt ve stejně velké
neozářené skupině
Díky opravným mechanismům je vznik poškození při malých dávkách
velmi málo pravděpodobný, přesto dosud převládá tzv. konzervativní
přístup:
- stochastické účinky – mutace jediné buňky
- závislost na dávce podprahová
- předpokládá sčítání dávek, ignoruje opravné procesy
Moderní přístup:
- buňka může poškození DNA opravit
- při ozáření dávkami pod 0,2 Gy nelze prokázat škodlivé účinky
(kromě ranného vývoje plodu) (ze studií vypracovaných
mezinárodními odborníky UNSCEAR vyplývá, že nelze prokázat
riziko vzniku dodatečných případů rakoviny až do hodnot 200
mSv/rok)
- u lidí ozářených při bombardování atomovými bombami dávkami
menšími než 0,2 Gy zjištěna nižší úmrtnost na rakovinu a nebyl
pozorován vyšší výskyt leukémie
- britští radiologové s celoživotní dávkou 1-5 Gy, radiologitští
pracovníci 0,5 Gy: žádný výskyt rakoviny navíc
- 28 000 pracovníků britských loděnic ozářeno dávkou 5 mSv:
úmrtnost o 24% nižší
- kanadské ženy vyšetřované pomocí RTG na tuberkulózu, dávky
0,15 – 0,25 Gy: nižší úmrtnost na rakovinu
- Coloradská plošina, přirozené dávky záření 3x vyšší než USA
průměr: úmrtnost na rakovinu o 15% menší
Ochranný efekt:
41
- leukocyty ozářeny nejprve dávkou 0,02 Gy a pak 0,15 Gy –
poloviční výskyt chromozových aberací než po samostatné dávce
0,15 Gy
Hormeze – stimulující účinky malých dávek IZ
- vyšší metabolická aktivita bakterií
- urychlení klíčení semen, vycházení, odnožování, růst, dřívější
květenství, dozrávání
- prodloužení života myší (celoživotně ozařovány 8h denně 1mGy)
- u lidí: léčivé účinky radioaktivních koupelí (Jáchymov)
- léčí se především: revmatismus, degenerativní změny obratlů, inf.
onemocnění nervového systému, poruchy vylučování k. močové,
poruchy při vylučování žluči játry apod.
Koeficient rizika úmrtí na stochastické účinky:
obyvatelstvo 0,05 Sv-1
pracovníci se zářením 0,04 Sv-1
Reklamní pauza
42
Na základě žádosti ministerstva zdravotnictví a ministerstva
veřejných prací se roku 1927 vytvořila ve spolupráci se Státními
lázněmi Jáchymov a Kolínskou Lučební a.s. firma RADIUMCHEMA.
Předmětem její činnosti byla distribuce emanovaných radioaktivních
vod a zpracování radioaktivních zbytků z jáchymovských lázní na
výrobu kompresů a náplastí.
Vážení radioaktivních preparátů v kolínské Radiumchemě:
43
44
http://www.orau.org/ptp/collection/quackcures/quackcures.htm
Konec reklamní pauzy
Léčení pomocí IZ:
Teleterapie – dálkové ozařování především 60
Co (5.1013
– 1015
Bq)
Kontaktní terapie – β- zářič na povrchu těla (32
P či 90
Sr)
Brachyterapie – tělesnými dutinami se zářič zavede k nádoru
45
Endoterapie – vpravení radionuklidového zářiče do postižené tkáně
metabolickým procesem (štítná žláza Na131
I apod.)
Radioimunoterapie – RN je vázán na protilátku, selektivně se váže na
spec. antigeny a receptory v nádorových buňkách
Velikost dávek – cca 60 Gy (frakcionace po 2 Gy)
Nevýhoda γ ozařování – ozařuje se i zdravá tkáň (různé směry
ozařování)
Současné trendy:
- ozařování urychlenými protony (vysoký lin. přenos energie na
konci dráhy, 180 MeV dosah 15cm), v Japonsku 12
C6+
- ozařování svazkem záporných pionů (nestabilní částice (doba
života 2,6.10-8
s), vznikají při ozařování terče protony o E > 500
MeV), po zpomalení dojde k zachycení v jádře a uvolnění 140 MeV
= roztříštění jádra
- bórová terapie 10
B(n, α)7
Li
Rentgenová diagnostika Radioisotopová diagnostika
Druh vyšetření
Ef. dávka
[mSv]
Snímek plic 0,05
Páteř 1,8
Břicho 3 - 8
Urografie 2,1
Mamografie 0,5
Angiografie 3 - 9
CT hlava 1,1
CT tělo 9,2
Druh vyšetření
Ef. dávka
[mSv]
Statická scintigrafie ledvin 1,5
Dynamická scintigrafie ledvin 2,2
Dynamická cholescintigrafie 2,3
Scintigrafie skeletu 3,4
Perfúzní scintigrafie plic 1,2
Scintigrafie štítné žlázy 2,2
Scintigrafie perfuze myokardu 7,5
Přibližná radiační zátěž pro nejčastější metody rentgenové a radioisotopové diagnostiky
Účinky IZ na hmyz:
- 100x odolnější než obratlovci, smrtelné dávky 103
– 104
Gy
46
- nižšími dávkami lze hmyz sterilizovat
- radiační hubení hmyzu: potemník v obilí, při 100 Gy dochází ke
sterilizaci samečka ale k přímému usmrcení je třeba 5000 Gy
- ochrana starých dřevěných uměleckých předmětů (výhoda proti
chemické sterilizaci)
- hubení hmyzu ve volné přírodě: vypouštění sterilizovaných
samečků (nezanáší se do přírody insekticidy)
Účinky IZ na mikroorganismy:
- jsou velmi odolné, smrtelné dávky 103
– 104
Gy
- radiační sterilizace: obvazový materiál, chirurgické potřeby,
injekční stříkačky, jehly, umělé srdeční chlopně, apod)
- radiační ozáření potravin: dávka 30 – 70 kGy, potraviny jsou
vakuované a zmrazené (masné výrobky) – potlačení vzniku
zapáchajících produktů radiolýzy
- jednotlivé země povolují ozařování různých druhů potravin
- nepovoluje se ozařovat čerstvé maso, ovoce a zeleninu
Účinky IZ na rostliny:
- pozorovaný účinek závisí na objemu chromozomů (objem jádra
připadajícím na jeden chromozom), na rychlosti růstu rostliny, na
frakcionaci dávky záření
- jednorázové ozáření: odolnější pomaleji rostoucí rostliny
- chronické ozařování: odolnější rychleji rostoucí rostliny
- jehličnaté dřeviny: zpomalení růstu při 0,01 – 0,1 Gy/den
- ostatní rostliny: zpomalení růstu při 1-100 Gy/den
- radiační šlechtění: ozáření semen 100 – 1000 Gy, vznik mutací,
část užitečných (odrůda obilí s většími výnosy a odolnější vůči
chorobám apod.)
LD50 v Gy pro RTG a γ záření:
47
Ostatní účinky IZ:
- odstraňování statické elektřiny (ionizace vzduchu α zářením 210
Po
či 241
Am)
- ionizační hlásiče kouře (241
Am o malé aktivitě + ionizační detektor
záření, kouř mění ionizační proud)
- radionuklidové baterie využívají tepelných účinků IZ (absorpce α a
β záření v látce), tepelnou energii převádí na elektrickou (238
PuO2
v kardiostimulátorech (g) či družicích (kg), poločas 86 let, použití
asi 20 let, nevzniká γ: 238
Pu  234
U + α)
- radionuklidové světelné zdroje jsou založeny na emisi viditelného
světla při absorpci IZ v některých látkách (kdysi 226
Ra a ZnS), dnes β
zářiče 3
H, 85
Kr, 147
Pm, signalizační lampy, číselníky hodinek a měřící
přístroje apod.
- barvení skel: ozařování dávkami 1 kGy, vytvářejí se poruchy
absorbující viditelné světlo, trvanlivost desítky let (měření dávek),
zkracuje se za vyšších teplot
3.5. Ochrana před IZ
Základní princip radiační ochrany spočívá v zeslabení dávky záření na
hodnotu, při níž je riziko ohrožení života, zdraví a životního prostředí
sníženo na společensky přijatelnou míru.
48
Princip ALARA (as low as reasonably achievable) - smyslem je, aby při
provozování zdrojů záření velikosti individuálních dávek, počet
ozářených osob a pravděpodobnost ozáření byly tak nízké, jak lze
rozumně dosáhnout při respektování hospodářských a společenských
hledisek.
X - náklady na ochranu
Y - náklady (škody) ze zdravotní újmy v důsledku ozáření
Ochrana je optimalizována, pokud celkové náklady pro společnost
(X+Y) jsou minimální.
„Hodnota zdravotní újmy“ Y je v ČR je současně stanoven (vyhl. č.
307/2002 Sb., § 17 odst. 3) pro různé způsoby ozáření:
 0,5 mil. Kč/Sv pro radiační činnosti, kdy průměrná efektivní
dávka u jednotlivce nepřesáhne jednu desetinu příslušných
limitů ozáření,
 1 mil. Kč/Sv pro radiační činnosti, kdy průměrná efektivní dávka
u jednotlivce přesáhne jednu desetinu, ale nikoliv tři desetiny
příslušných limitů ozáření,
nákladyprospolečnost
kolektivní efektivní dávka ES(Sv)
X+Y
Y
X
ES,opt
49
 2,5 mil. Kč/Sv pro radiační činnosti, kdy průměrná efektivní
dávka u jednotlivce přesáhne tři desetiny příslušných limitů
ozáření,
 1 mil. Kč/Sv pro lékařské ozáření,
 0,5 mil. Kč/Sv pro ozáření z přírodních zdrojů ionizujícího záření,
které nejsou záměrně využívány,
 2,5 mil. Kč/Sv pro havarijní ozáření.
Metody ochrany před IZ:
a) udržováním patřičné vzdálenosti od zdroje záření ~ 1 / l2
(důležité
u γ záření)
b) odstíněním záření (všude kromě α záření, u β stačí 1-2 cm skla,
plexiskla, u γ olovo, železobeton, beton s barytem (BaSO4 –
těživec), pozitrony se stíní jako γ, stejně se stíní γ při reakci
pomalých neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př.
parafínem)
c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí
3.6. Ochrana před IZ v ČR – legislativa
Zákon 18/1997 Sb., o mírovém využívání jaderné energie a
ionizujícího záření (atomový zákon), ve znění pozdějších předpisů,
upravuje způsob využívání jaderné energie a ionizujícího záření a
podmínky vykonávání činností souvisejících s využíváním jaderné
energie a činností vedoucích k ozáření, systém ochrany osob a
životního prostředí před nežádoucími účinky ionizujícího záření,
povinnosti při přípravě a provádění zásahů vedoucích ke snížení
přírodního ozáření a ozáření v důsledku radiačních nehod, zvláštní
požadavky pro zajištění občanskoprávní odpovědnosti za škody v
případě jaderných škod, podmínky zajištění bezpečného nakládání s
radioaktivními odpady, výkon státní správy a dozoru při využívání
50
jaderné energie, při činnostech vedoucích k ozáření a nad jadernými
položkami.
Vyhláška 307/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů, Státního úřadu
pro jadernou bezpečnost o radiační ochraně, která je jedním
z prováděcích předpisů atomového zákona. Prováděcí předpis je
právní předpis určený k upřesnění obsahu právní normy obsažené
v zákoně.
Aktuální znění obou dokumentů najdete na stránkách Státního úřadu
pro jadernou bezpečnost http://www.sujb.cz .
V následujícím textu zmíníme některé důležité skutečnosti uvedené
ve vyhlášce 307/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů.
§ 1 Předmět úpravy
(1) Tato vyhláška v souladu s právem Evropských společenství
upravuje
a) podrobnosti ke způsobu a rozsahu zajištění radiační ochrany při
práci na pracovištích, kde se vykonávají radiační činnosti, včetně
podrobností pro vymezování, označování a oznamování nebo
schvalování sledovaných nebo kontrolovaných pásem na těchto
pracovištích,
d) zprošťovací úrovně, uvolňovací úrovně, limity ozáření,
optimalizační meze, mezní hodnoty obsahu přírodních radionuklidů
ve stavebních materiálech a vodách a nejvyšší přípustné úrovně
radioaktivní kontaminace potravin,
e) podrobnosti ke klasifikaci zdrojů ionizujícího záření a
kategorizaci radiačních pracovníků a pracovišť, kde se vykonávají
radiační činnosti,
g) rozsah a způsob nakládání se zdroji ionizujícího záření,
nakládání s radioaktivními odpady a uvádění radionuklidů do
životního prostředí, k nimž je třeba povolení, a upravuje podrobnosti
pro zajištění radiační ochrany při těchto radiačních činnostech,
51
j) vymezuje veličiny, parametry a skutečnosti důležité z hlediska
radiační ochrany, stanoví rozsah jejich sledování, měření, hodnocení,
ověřování, zaznamenávání, evidence a způsob předávání údajů
Státnímu úřadu pro jadernou bezpečnost (dále jen "Úřad").
§ 2 Základní pojmy
Pro účely této vyhlášky se rozumí
c) běžným provozem – provoz zdroje ionizujícího záření za
podmínek stanovených v povolení k jeho provozu nebo k nakládání s
ním a ve schválené dokumentaci,
d) generátorem záření – zařízení nebo přístroj vysílající ionizující
záření, jehož součásti pracují při rozdílu potenciálu vyšším než 5 kV,
zejména rentgenová zařízení a urychlovače částic,
h) kosmickým zářením – ionizující záření kosmického původu,
i) lékařským dohledem – sledování zdravotní způsobilosti a
vývoje zdravotního stavu u pracovníků kategorie A z hledisek
případných vlivů ionizujícího záření na jejich zdraví
j) monitorováním – cílené měření veličin charakterizujících
ozáření, pole záření nebo radionuklidy a hodnocení výsledků těchto
měření pro účely usměrňování ozáření,
m) osobními dávkami – souhrnné označení pro veličiny
charakterizující míru zevního i vnitřního ozáření jednotlivé osoby,
zejména efektivní dávku, úvazek efektivní dávky a ekvivalentní dávky
v jednotlivých orgánech nebo tkáních; osobní dávky se měří osobními
dozimetry,
n) otevřeným radionuklidovým zářičem – radionuklidový zářič,
který není uzavřeným radionuklidovým zářičem,
o) pracovištěm s otevřenými zářiči – pracoviště, kde je nakládáno
s otevřenými radionuklidovými zářiči,
p) pracovním místem – část pracoviště jednoznačně
charakterizovaná svými ochrannými (izolačními, ventilačními a
stínicími) vlastnostmi, vymezená prostorově nebo technologicky
(pracovní stůl, aplikační nebo vyšetřovací box, digestoř,
hermetizovaná podtlaková skříň ap.), kde mohou být prováděny
52
samostatné práce se zdroji ionizujícího záření; v jedné místnosti může
být více pracovních míst, pokud každé tvoří z hlediska organizace
práce samostatný celek,
s) přírodním zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícího záření
pozemského nebo kosmického původu,
t) radioaktivní kontaminací – znečištění jakéhokoli materiálu či
jeho povrchu, prostředí nebo osoby radioaktivní látkou; pokud jde o
lidské tělo, zahrnuje jak zevní kontaminaci kůže, tak vnitřní
kontaminaci bez ohledu na cestu příjmu,
x) radionuklidem – druh atomů, které mají stejný počet protonů,
stejný počet neutronů, stejný energetický stav a které podléhají
samovolné změně ve složení nebo stavu atomových jader,
y) radionuklidovým zářičem – zdroj ionizujícího záření obsahující
radioaktivní látky, kde součet podílů aktivit radionuklidů a
zprošťovacích úrovní aktivit (zprošťovací úrovně jsou uvedeny
v příloze vyhlášky a pro některé radionuklidy i na konci této kapitoly)
pro tyto radionuklidy je větší než 1 a současně součet podílů
hmotnostních aktivit radionuklidů a zprošťovacích úrovní
hmotnostních aktivit pro tyto radionuklidy je větší než 1,
cc) umělým zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícího záření
jiný než přírodní zdroj ionizujícího záření,
dd) uzavřeným radionuklidovým zářičem – radionuklidový zářič,
jehož úprava, například zapouzdřením nebo ochranným překryvem,
zabezpečuje zkouškami ověřenou těsnost a vylučuje tak, za
předvídatelných podmínek použití a opotřebování, únik radionuklidů
ze zářiče,
ee) vnitřním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením z
radionuklidů vyskytujících se v těle této osoby, zpravidla jako
důsledek příjmu radionuklidů požitím nebo vdechnutím,
gg) výpustí – kapalná nebo plynná látka vypouštěná do životního
prostředí, která obsahuje radionuklidy v množství nepřevyšujícím
uvolňovací úrovně nebo vypouštěná do životního prostředí za
podmínek uvedených v povolení k uvádění radionuklidů do životního
prostředí,
53
hh) zevním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením ze zdrojů
ionizujícího záření, které se nacházejí mimo ni,
ii) zneškodňováním radioaktivních odpadů – umístění
radioaktivních odpadů na úložiště nebo na určité místo bez úmyslu je
znovu použít; zneškodňování zahrnuje rovněž oprávněné uvolnění
radioaktivního odpadu přímo do životního prostředí a jeho následný
rozptyl,
ll) nevyužívaným zdrojem – zdroj ionizujícího záření, který se již k
činnosti, pro niž bylo Úřadem vydáno povolení podle § 9 odst. 1 písm.
i) zákona, nevyužívá a jehož další využití k této činnosti se
nepředpokládá.
§ 3 Veličiny radiační ochrany
Pro účely této vyhlášky se veličinami radiační ochrany rozumí
a) ekvivalentní dávka HT, což je součin radiačního váhového
faktoru wR uvedeného v tabulce č. 1 přílohy č. 5 a střední
absorbované dávky DTR v orgánu nebo tkáni T pro ionizující záření R,
nebo součet takových součinů, jestliže pole ionizujícího záření je
složeno z více druhů nebo energií,
b) efektivní dávka E, což je součet součinů tkáňových váhových
faktorů wT uvedených v tabulce č. 2 přílohy č. 5 a ekvivalentní dávky
HT v ozářených tkáních nebo orgánech T,
Tabulka č. 1 a č. 2 přílohy č. 5 vyhlášky 307/2002 Sb.
Tabulka č. 1
Radiační váhové faktory
Tabulka č. 2.
Tkáňové váhové faktory
Typ záření
a příp. energie
Radiační váhový
faktor wR
Tkáň, orgán Tkáňový
váhový
faktor wT
fotony 1 Gonády 0,20
elektrony, miony 1 Červená kostní dřeň 0,12
neutrony, méně než 10 keV 5 Tlusté střevo 0,12
neutrony, 10keV až 100
keV
10 Plíce 0,12
neutrony, 100 keV až 2
MeV
20 Žaludek 0,12
54
neutrony, 2 MeV až 20
MeV
10 Močový měchýř 0,05
neutrony, více než 20 MeV 5 Mléčná žláza 0,05
protony, více než 2 MeV,
5
Játra 0,05
(mimo odražené ) Jícen 0,05
částice alfa, těžká jádra,
20
Štítná žláza 0,05
štěpné fagmenty Kůže 0,01
Povrchy kostí 0,01
Ostatní orgány a tkáně 0,05
c) kolektivní efektivní, popř. ekvivalentní dávka S, což je součet
efektivních, popř. ekvivalentních dávek všech jednotlivců v určité
skupině,
d) úvazek efektivní dávky E(τ), popř. ekvivalentní dávky HT(τ), což
je časový integrál příkonu efektivní dávky, popř. ekvivalentní dávky
po dobu τ od příjmu radionuklidu; není-li uvedeno jinak, činí tato
doba 50 roků pro příjem radionuklidů u dospělých a období do 70 let
věku pro příjem radionuklidů u dětí; obdobně je definován také
úvazek kolektivní efektivní, popř. ekvivalentní dávky,
e) dávkový ekvivalent H, což je součin absorbované dávky v
uvažovaném bodě tkáně a jakostního činitele Q uvedeného v tabulce
č. 3 přílohy č. 5 vyjadřujícího rozdílnou biologickou účinnost různých
druhů záření,
Lineární přenos energie L *keV/µm] Jakostní činitel Q(L)
méně než 10 1
10 až 100 0,32.L-2,2
více než 100 300.L- 0,5
f) osobní dávkový ekvivalent Hp(d), což je dávkový ekvivalent v
daném bodě pod povrchem těla v hloubce tkáně d,
i) příjem, což je aktivita radionuklidu přijatá do lidského
organizmu z prostředí, obvykle požitím nebo vdechnutím,
§ 4 Kritéria pro klasifikaci zdrojů
55
(1) Zdroje ionizujícího záření se podle vzestupného ohrožení zdraví
a životního prostředí ionizujícím zářením klasifikují jako nevýznamné,
drobné, jednoduché, významné a velmi významné, a to na základě
a) příkonu dávkového ekvivalentu,
b) technické úpravy a způsobu provedení,
c) aktivity a hmotnostní aktivity radionuklidových zářičů, zpravidla
ve vztahu ke zprošťovacím úrovním,
d) možnosti úniku radionuklidů z radionuklidových zářičů,
e) možnosti vzniku radioaktivních odpadů a náročnosti jejich
zneškodnění,
f) typického způsobu nakládání a související míry možného
ozáření,
g) potenciálního ohrožení plynoucího z předvídatelných poruch a
odchylek od běžného provozu, neoprávněného použití, nebo
nesprávného použití,
h) rizika vzniku radiační nehody nebo havárie, závažnosti následků
takové události a možnosti zásahů.
Tabulka č. 1 přílohy č. 1
Zprošťovací úrovně aktivity a hmotnostní aktivity některých
radionuklidů
Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + v prvním sloupci této
tabulky, se hodnoty zprošťovacích úrovní aktivity a hmotnostní
aktivity vztahují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale reprezentují
také tyto radionuklidy v rovnováze s produkty radioaktivní přeměny.
Nuklid Aktivita
[Bq]
Hmotnostní
aktivita
[kBq/kg]
3
H 109
106
14
C 107
104
22
Na 106
10
32
P 105
103
33
P 108
105
35
S 108
105
40
K 106
102
Nuklid Aktivita
[Bq]
Hmotnostní
aktivita
[kBq/kg]
60
Co 105
10
90
Sr+ 104
102
137
Cs+ 104
10
238
U+ 104
10
239
Pu 104
1
56
§ 6 Nevýznamné zdroje
Nevýznamným zdrojem ionizujícího záření je
a) elektrické zařízení emitující ionizující záření, avšak neobsahující
komponenty pracující s rozdílem napětí převyšujícím 5 kV,
b) katodová trubice určená k zobrazování nebo jakékoli jiné
elektrické zařízení pracující při rozdílu potenciálů nepřevyšujícím 30
kV, u něhož příkon dávkového ekvivalentu na kterémkoli přístupném
místě ve vzdálenosti 0,1 m od povrchu zařízení je menší než 1 µSv/h,
c) radioaktivní látka, u níž součet podílů aktivit radionuklidů a
příslušných zprošťovacích úrovní aktivity není větší než 1 nebo součet
podílů hmotnostních aktivit radionuklidů a příslušných zprošťovacích
úrovní hmotnostní aktivity není větší než 1,
d) uzavřený radionuklidový zářič, u něhož součet podílů aktivit
radionuklidů a příslušných zprošťovacích úrovní aktivity nebo součet
podílů hmotnostních aktivit radionuklidů a příslušných zprošťovacích
úrovní hmotnostní aktivity není větší než 10,
§ 7 Drobné zdroje
Drobným zdrojem ionizujícího záření je
a) generátor záření, který není nevýznamným zdrojem,
konstruovaný tak, že příkon dávkového ekvivalentu na kterémkoli
přístupném místě ve vzdálenosti 0,1 m od povrchu zařízení je menší
než 1 µSv/h s výjimkou míst určených za běžných pracovních
podmínek k manipulaci a obsluze zařízení výhradně rukama, kde
může příkon dávkového ekvivalentu dosahovat až 250 µSv/h,
b) uzavřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným
zdrojem, u něhož součet podílů aktivit radionuklidů a příslušných
zprošťovacích úrovní aktivity nebo součet podílů hmotnostních aktivit
radionuklidů a příslušných zprošťovacích úrovní hmotnostní aktivity
je menší než 100 v případě dlouhodobých alfa zářičů, včetně alfaneutronových
zdrojů, a menší než 1000 v ostatních případech,
57
d) otevřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným
zdrojem, u něhož součet podílů aktivit nebo hmotnostních aktivit
jednotlivých radionuklidů a hodnot aktivit nebo hmotnostních aktivit
těchto radionuklidů uvedených v tabulce č. 1 přílohy č. 1 je menší než
10,
e) ionizační hlásiče požáru, u nichž je součet aktivit zářičů větší než
desetinásobek příslušné zprošťovací úrovně aktivity, nacházející se
současně v jedné budově a v držbě jedné osoby.
§ 8 Jednoduché zdroje
Jednoduchými zdroji ionizujícího záření jsou všechny zdroje
ionizujícího záření, které nejsou nevýznamnými, drobnými,
významnými ani velmi významnými zdroji ionizujícího záření.
§ 9 Významné zdroje
Významným zdrojem ionizujícího záření je
a) generátor záření určený k radioterapii nebo radiodiagnostice v
humánní medicíně, kromě kostních densitometrů, kabinových
rentgenových zařízení a zubních rentgenových zařízení,
c) zdroj ionizujícího záření určený k radioterapii protony, neutrony
a jinými těžkými částicemi,
e) radionuklidový ozařovač pro ozařování potravin a surovin nebo
jiný stacionární průmyslový ozařovač, u kterých s ohledem na obsah
radionuklidů, na dávkový příkon a s ohledem na typický způsob
nakládání s nimi, související míru možného ozáření a potenciální
riziko plynoucí z předvídatelných poruch a odchylek od běžného
provozu bylo toto zařazení potvrzeno v rámci typového schvalování
podle § 23 zákona nebo v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji
ionizujícího záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona,
f) mobilní defektoskop s uzavřenými radionuklidovými zářiči.
§ 10 Velmi významné zdroje
58
Velmi významným zdrojem ionizujícího záření je jaderný reaktor.
§ 11 Kritéria pro kategorizaci pracovišť
(1) Pracoviště, kde se vykonávají radiační činnosti, se kromě
pracovišť, kde se používají výhradně nevýznamné nebo typově
schválené drobné zdroje ionizujícího záření, kategorizují vzestupně
podle ohrožení zdraví a životního prostředí ionizujícím zářením na
pracoviště I., II., III. a IV. kategorie na základě
a) klasifikace zdrojů ionizujícího záření, o nichž se předpokládá, že
se s nimi bude na pracovišti nakládat,
b) očekávaného běžného provozu pracoviště a související míry
možného ozáření pracovníků a obyvatelstva,
c) zaměření radiační činnosti a náročnosti na zajištění radiační
ochrany a jakosti při této činnosti,
d) vybavení a zajištění pracoviště pro bezpečnou práci se zdroji
ionizujícího záření, zejména ochrannými pomůckami, izolačními a
stínicími zařízeními, provedením ventilace a kanalizace,
e) možnosti radioaktivní kontaminace pracoviště nebo jeho okolí
radionuklidy,
f) možnosti vzniku radioaktivních odpadů a náročnosti jejich
zneškodnění,
g) potenciálního ohrožení plynoucího z předvídatelných poruch a
odchylek od běžného provozu,
h) rizika vzniku radiační nehody nebo havárie, závažnosti následků
takové události a možnosti zásahů.
§ 12 Pracoviště I. kategorie
Pracovištěm I. kategorie je
a) pracoviště s drobnými typově neschválenými zdroji ionizujícího
záření,
c) pracoviště s veterinárním, zubním nebo kabinovým
rentgenovým zařízením,
59
e) pracoviště s technickým rentgenovým zařízením, na němž
charakter radiační činnosti nevyžaduje vymezení kontrolovaného
pásma,
f) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona.
Tabulka č. 1 přílohy č. 4
Kategorie pracoviště
s otevřenými zářiči
Základní požadavky na vybavení pracoviště ventilačními a
izolačními zařízeními a na úroveň provedení kanalizace
I.
Jako běžná chemická laboratoř, tj. stěny a strop s omyvatelným a
neporézním povrchem, podlaha pokryta odolnou dobře čistitelnou
podlahovinou (např. PVC), pracovní povrchy z lehce čistitelného
materiálu (např. laminát nebo nerez), celistvé a bezešvé, odpadní
jímka z lehce čistitelného materiálu, může být přímo napojena na
kanalizaci.
II.
Jako dobře vybavená chemická laboratoř, tj. kromě požadavků na
pracoviště kategorie I navíc utěsněné spoje mezi podlahou, stěnami,
stropem a pracovními povrchy, digestoř, kanalizace zpravidla
napojena na samostatnou záchytnou nádrž.
III.
Jako velmi dobře vybavená chemická laboratoř, tj. kromě
požadavků na pracoviště kategorie II navíc vybavení podtlakovými
skříněmi a kanalizací napojenou na samostatnou záchytnou nádrž.
§ 13 Pracoviště II. kategorie
Pracovištěm II. kategorie je
a) pracoviště s jednoduchým zdrojem ionizujícího záření, které
není pracovištěm I. kategorie,
g) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona,
60
§ 14 Pracoviště III. kategorie
Pracovištěm III. kategorie je
b) pracoviště se zařízením obsahujícím uzavřený radionuklidový
zářič určené k radioterapii, včetně brachyterapie, klasifikovaným jako
významný zdroj,
c) uznaný sklad,
d) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona,
e) pracoviště se stacionárním průmyslovým ozařovačem určeným
k ozařování potravin a surovin, předmětů běžného užívání nebo
jiných materiálů,
f) pracoviště pro těžbu a zpracování uranové rudy zahrnující
těžbu, úpravu, nakládání s koncentrátem, provoz dekontaminačních
stanic, shromažďování produktů hornické činnosti na odvalech a v
kalových polích.
§ 15 Pracoviště IV. kategorie
Pracovištěm IV. kategorie je
a) jaderné zařízení ve smyslu § 2 písm. h) bod 1 zákona,
b) úložiště radioaktivních odpadů ve smyslu § 2 písm. u) zákona,
c) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, které s
ohledem na vysoké aktivity zpracovávané současně na jednom
pracovním místě, na typický způsob provozu pracoviště a související
míru možného ozáření a potenciální riziko plynoucí z předvídatelných
odchylek od běžného provozu, z nehod nebo havárií nelze zařadit do
nižší kategorie,
d) sklad vyhořelého nebo ozářeného jaderného paliva.
§ 16 Kategorizace radiačních pracovníků
61
(1) Pro účely monitorování a lékařského dohledu se radiační
pracovníci podle ohrožení zdraví ionizujícím zářením zařazují do
kategorie A nebo B na základě očekávaného ozáření za běžného
provozu a při předvídatelných poruchách a odchylkách od běžného
provozu, s výjimkou ozáření v důsledku radiační nehody nebo
havárie.
(2) Pracovníky kategorie A jsou radiační pracovníci, kteří by mohli
obdržet efektivní dávku vyšší než 6 mSv ročně nebo ekvivalentní
dávku vyšší než tři desetiny limitu ozáření pro oční čočku, kůži a
končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e); ostatní radiační
pracovníci jsou pracovníky kategorie B.
§ 19 Obecné limity
(1) Obecné limity jsou
a) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 1 mSv za kalendářní
rok nebo za podmínek stanovených v povolení k provozu pracoviště
III. nebo IV. kategorie výjimečně hodnota 5 mSv za dobu 5 za sebou
jdoucích kalendářních roků,
b) pro ekvivalentní dávku v oční čočce hodnota 15 mSv za
kalendářní rok,
c) pro průměrnou ekvivalentní dávku v 1 cm2
kůže hodnota
50 mSv za kalendářní rok.
§ 20 Limity pro radiační pracovníky
(1) Limity pro radiační pracovníky jsou
a) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 100 mSv za 5 za sebou
jdoucích kalendářních roků,
62
b) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 50 mSv za kalendářní
rok,
c) pro ekvivalentní dávku v oční čočce hodnota 150 mSv za
kalendářní rok,
d) pro průměrnou ekvivalentní dávku v 1 cm2
kůže hodnota 500
mSv za kalendářní rok,
e) pro ekvivalentní dávku na ruce od prstů až po předloktí a na
nohy od chodidel až po kotníky hodnota 500 mSv za kalendářní rok.
§ 23 Omezování ozáření ve zvláštních případech
(2) Ozáření plodu u těhotných žen pracujících na pracovištích I. až
IV. kategorie se neprodleně poté, co žena těhotenství oznámí
zaměstnavateli, omezí úpravou podmínek práce tak, aby bylo
nepravděpodobné, že součet efektivních dávek ze zevního ozáření a
úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření plodu alespoň po
zbývající dobu těhotenství překročí 1 mSv.
§ 26 Informování a příprava pracovníků
(1) Osoba, která provozuje pracoviště, kde je vymezeno sledované
pásmo, (dále jen "provozovatel sledovaného pásma") a držitel
povolení, který provozuje pracoviště, kde je vymezeno kontrolované
pásmo, (dále jen "provozovatel kontrolovaného pásma") musí
prokazatelně předem informovat radiační pracovníky, kteří mají
pracovat v těchto pásmech, a osoby používající v těchto pásmech
zdroje ionizujícího záření po dobu jejich specializované přípravy na
výkon povolání
a) o charakteru a rozsahu možného ohrožení zdraví, o rizicích
spojených s jejich prací a o případné zdravotní újmě s tím spojené,
b) o obecných postupech radiační ochrany a opatřeních, která
musí být přijata, zejména o těch, která odpovídají provozním a
pracovním podmínkám vztahujícím se jak k dané činnosti obecně, tak
i k jednotlivým pracovištím a pracím, na které mohou být přiděleni,
63
c) o důležitosti plnit požadavky ochrany zdraví i technické a
administrativní požadavky k zajištění radiační ochrany,
d) a v případě žen také o významu včasného oznámení těhotenství
z důvodu rizik ozáření pro nenarozené dítě a radioaktivní
kontaminace kojence v případě vnitřní kontaminace radionuklidy.
§ 27 Soustavný dohled nad radiační ochranou
(1) Soustavný dohled nad radiační ochranou podle § 18 odst. 1
písm. i) zákona musí být zajištěn v rozsahu odpovídajícím zdrojům
ionizujícího záření, s nimiž se na pracovišti nakládá, způsobu
nakládání s nimi, související míře možného ozáření, včetně ozáření
plynoucího z předvídatelných poruch a odchylek od běžného provozu
a s uvážením rizika vzniku radiační nehody nebo havárie. Soustavný
dohled nad radiační ochranou se zajišťuje osobami s přímou
odpovědností za zajištění radiační ochrany a dohlížejícími osobami.
§ 29 Sledované pásmo
(1) Sledované pásmo se vymezuje všude tam, kde se očekává, že
efektivní dávka by mohla být vyšší než 1 mSv ročně nebo ekvivalentní
dávka by mohla být vyšší než jedna desetina limitu ozáření pro oční
čočku, kůži a končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e).
(2) Sledované pásmo se zpravidla vymezuje na všech pracovištích I.
až IV. kategorie. Sledované pásmo se nevymezuje, pokud by jeho
rozsah nepřesáhl vymezení kontrolovaného pásma.
(3) Sledované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně
určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená. Na vchodech
nebo ohraničení se sledované pásmo označuje upozorněním
"Sledované pásmo se zdroji ionizujícího záření" (viz konec této
kapitoly), případně i znakem radiačního nebezpečí a údaji o
charakteru zdrojů a rizik s nimi spojených.
64
§ 30 Kontrolované pásmo
(1) Kontrolované pásmo se vymezuje všude tam, kde by efektivní
dávka mohla být vyšší než 6 mSv ročně nebo kde by ekvivalentní
dávka mohla být vyšší než tři desetiny limitu ozáření pro oční čočku,
kůži a končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e).
(2) Kontrolované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně
určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená, a s takovým
zajištěním, aby do ní nemohly vstoupit nepovolané osoby. Na
vchodech nebo ohraničení se kontrolované pásmo označuje znakem
radiačního nebezpečí a upozorněním "Kontrolované pásmo se zdroji
ionizujícího záření, vstup nepovolaným osobám zakázán", případně i
údaji o charakteru zdrojů a rizik s nimi spojených.
SLEDOVANÉ PÁSMO
SE ZDROJI IZ
65
Výpočet maximální možné zpracovávané aktivity na pracovišti dané
kategorie
Koeficienty vybavenosti pracovního místa
Vybavení pracovního místa izolujícími a
ventilačními zařízeními
Kategorie pracoviště s otevřenými zářiči
I. II. III.
Podtlaková hermetizovaná skříň
s rukavicemi nebo manipulátory
10 10 1
Částečně hermetizovaná podtlaková
skříň
10 1 0,1
Uzavřený eluční, či podobný systém 1 1 0,1
Radiochemická digestoř,
skříň s laminárním prouděním
1 1 0,1
Volná plocha anebo pracovní stůl
v místnosti se sestupným laminárním
prouděním
0,1 0,1 0,01
Běžná chemická digestoř 0,1 0,01 0,001
Skříň bez ventilace (ochranný štít, stan
ap.)
0,1 0,01 0,001
Volná plocha, pracovní stůl 0,01 0,001 0,0001
Maximální aktivity na pracovním místě
Kategorie
pracoviště
s otevřenými
zářiči
Maximální aktivita na jednom standardně vybaveném pracovním místě
v závislosti na charakteristice materiálů a práci s nimi
normální za mokra těkavé kapaliny potenciálně
prašné
I. 60 Sv / hinh. 3000 Sv / hinh. 1 Sv / hinh. 3 Sv / hinh.
II. 600 Sv / hinh. 30000 Sv / hinh. 150 Sv / hinh. 600 Sv / hinh.
III. 8000 Sv / hinh. 30000 Sv / hinh. 1600 Sv / hinh. 8000 Sv / hinh.
Konverzní faktory hinh. pro příjem radioaktivních aerosolů (upraveno, dle tabulky č. 4
přílohy č. 3 vyhlášky 307/2002 Sb.)
Například pro nejvyšší aktivitu roztoku obsahující 137
Cs na jednom
pracovním místě, který zpracováváme na běžném pracovním stole
Nuklid hinh. [Sv / Bq] Nuklid hinh. [Sv / Bq]
22
Na 1,5 x 10-9 90
Sr 2,7 x 10-8
32
P 3,2 x 10-9 137
Cs 5,5 x 10-9
33
P 1,4 x 10-9 232
Th 3,5 x 10-5
35
S 1,3 x 10-9 238
U 5,5 x 10-7
60
Co 2,0 x 10-8 239
Pu 4,0 x 10-5
66
v laboratoři I. kategorie (koeficient vybavenosti 0,01) platí 0,01 x
3000 / (5,5 x 10-9
) = 5,5 x 109
Bq tedy 5,5 GBq.
Příklady maximální aktivity roztoků dalších, na pracovištích
Masarykovy univerzity běžných nuklidů, které lze současně
zpracovávat na jednotlivých pracovních místech v laboratoři I.
kategorie jsou:
Radionuklid Pracovní
místo
Maximální
aktivita
Radionuklid Pracovní
místo
Maximální
aktivita
3
H laboratorní
stůl
244 MBq 32
P laboratorní
stůl
9,38 GBq
digestoř 2,44 GBq digestoř 93,8 GBq
14
C laboratorní
stůl
17,2 MBq 33
P laboratorní
stůl
21,4 GBq
digestoř 172 MBq digestoř 214 GBq
35
S laboratorní
stůl
23,1 GBq 137
Cs laboratorní
stůl
5,5 GBq
digestoř 231 GBq digestoř 55 GBq
Rozdělení radionuklidů do tříd podle radiotoxicity a potenciálního
ohrožení zevním ozářením
Radionuklidy jsou podle toxicity zařazeny do čtyř tříd, v závislosti na
nejvyšším přípustném ročním příjmu inhalací. Rozdělení vybraných
radionuklidů do tříd ukazuje tabulka (viz níže).
Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + se hodnoty
uvolňovacích úrovní vztahují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale
reprezentují také tyto radionuklidy v rovnováze s jejich produkty
radioaktivní přeměny.
Třída Radiotoxicita Radionuklidy
1 vysoká 22
Na, 60
Co, 137
Cs+, 235
U+, 239
Pu, 241
Am
2 vyšší střední 11
C, 90
Sr, 232
Th, 238
U+
3 nižší střední 14
C, 32
P, 36
Cl, 99m
Tc
4 nízká 3
H, 33
P, 35
S
67
4. Radioaktivita a IZ v životním prostředí
Ozáření člověka z přírodních a umělých zdrojů ionizujícího záření:
- celkem 3,1 mSv / rok (v ČR)
- náhorní plošiny Iránu až 250 mSv / rok
- aktuální data na http://www.suro.cz/cz/rms/svz/tabulka
68
Působení radioaktivních nuklidů v životním prostředí na člověka:
69
Efektivní poločasy a kritické orgány pro některé radioaktivní nuklidy:
Tef = T1/2 * Tb / (T1/2 + Tb)
70
Průměrné měsíční hodnoty objemové aktivity 137
Cs, 7
Be a 210
Pb ve vzdušném aerosolu
naměřené v lokalitě SÚRO Praha http://www.suro.cz/cz/rms/ovzdusi/mesic
4.1. Kosmické záření a kosmogenní RN
Primární složka kosmického záření – 85% protonů, α 12,5 %,
elektrony, těžší jádra od Li po Fe (rozlišuje se galaktická a solární),
intenzita – 10 000 na cm-2
. s-1
, energie – 109
– 1020
eV
Sekundární složka kosmického záření – protony, neutrony, piony,
miony, lehká jádra (2
H, 3
H) a fotony (až 10 MeV), jaderné reakce –
vznik kosmogenních radionuklidů
Na povrch dopadá:
- tvrdá složka KZ, miony až 600MeV, protony do 400 MeV, piony –
proniká až 1km pod zem
- měkká složka KZ, elektrony, pozitrony, fotony, protony s nízkou
energií, lze odstínit cca 10 cm olova
71
Intenzita KZ závisí na zeměpisné šířce a nadmořské výšce:
72
Průměrná roční ekvivalentní dávka z KZ: 380 μSv
Průměrná ekvivalentní dávka za 600 letových hodin (n a γ sekundární
složky):
10 km – 4 mSv
12km – 7,5 mSv
Posádky orbitálních stanic (primární KZ, záření z Van Allenových pásů):
100 – 500 μSv/den (6,5 μSv/den z přír. zdrojů)
Při meziplanetárních letech je riziko menší (nejsou tam Van Allenovy
pásy), nebezpečná těžká jádra wR = 10 - 15 (Apollo 11 podivné
záblesky – těžké částice v očích)
Efektivní dávky během cestování letadlem
Let
Doba trvání letu (h)
Efektivní dávka
(µSv)
San Francisco to Washington, DC 12 60
Atlanta to Chicago 4 20
Dallas/Ft. to Chicago 4 20
Boston to Los Angeles 10 50
73
Chicago to Honolulu 18 90
New York to Las Vegas 10 50
Efektivní dávky (přibližné) obdržené astronauty při misích Apollo
Číslo mise
Datum
startu
Druh orbitu Trvání mise (h)
Dávka
mSv
VII Aug. 1968 Earth orbital 260 1,20
VIII Dec. 1968 Circumlunar 147 1,85
IX Feb. 1969 Earth orbital 241 2,10
X May 1969 Circumlunar 192 4,70
XI July 1969 Lunar landing 182 2,00
XII Nov. 1969 Lunar landing 236 2,00
XIV Jan. 1971 Lunar landing 286 5,00
XV July 1971 Lunar landing 286 5,00
Kosmogenní RN:
- vznikají jadernými reakcemi v atmosféře
- nejvýznamnější je 14
N(n, p)14
C
- v atmosféře se 14
C rychle oxiduje na 14
CO2, dostává se do rostlin a
živočichů (A = 2,5 kBq v lidském těle)
- tritium vzniká např. reakcí 14
N(n, t)12
C, oxiduje se na H3
HO, aktivita
u pólu 5 Bq/l, na rovníku 0,06 Bq/l, v ČR asi 0,6 Bq/l
4.2. Přírodní RN s dlouhým poločasem rozpadu
- zemská kůra obsahuje asi 30 RN
- významné jsou pouze 232
Th a 238
U a jejich produkty přeměny a 40
K
40
K:
- zastoupení v K 0,012 %
- průměrná měrná aktivita v horninách 313 Bq/kg
- aktivita v zemské kůře je větší než všech přírodních radionuklidů
dohromady
74
- podílí se na zevním i vnitřním ozáření lidského organismu (součást
těla 22 – 76 kBq/70kg, horniny, stavební materiály)
- aktivita v potravinách 20 – 240 Bq/kg
U a Th:
- 1kg zemské kůry průměrně obsahuje 6 mg U (70 Bq/kg) a 12 mg Th
(50 Bq/kg)
- Th je v horninách pevně vázán, ale U se oxiduje na UO2
2+
a luhuje
se vodou (5.10-7
– 3.10-5
g/l)
- důležitý je i 226
Ra (je v rovnováze s 238
U), α rozpadem vzniká 222
Rn
(riziko rakoviny plic), 226
Ra se po požití ukládá v kostech (homolog
Ca) a ozařuje krvetvornou tkáň, Ra se z hornin luhuje vodou (3.10-
14
– 2.10-13
g/l)
- Jáchymovské prameny obsahují velmi mnoho Ra (0,7 – 18,5
MBq/m3
), používají se k léčebným účelům
75
Z 230 μSv/rok (průměrná dávka z vnitřního ozáření) připadá 200 μSv
na 40
K, 5 μSv na 226
Ra, zbytek připadá na další produkty přeměny 238
U
a 232
Th.
Spalování uhlí:
- průměrná měrná aktivita uhlí 70 Bq / kg
- v popílku cca 550 Bq / kg
- pro kritickou skupinu obyvatel 10-50 μSv / rok (1-5 % dávky
z přírodních RN) (JE – 8 μSv / rok)
4.3. Radon
Vzniká přeměnou 232
Th, 235
U a 238
U, významný je jen 222
Rn (T1/2 = 3,8
dne) vznikající přeměnou 238
U
Zdrojem radonu je především půda (40 Bq / kg). Ten pak dále
difunduje z půdy ven (do domů, dolů, do atmosféry)
76
Do domů vniká nasáváním půdního vzduchu, především v zimě.
77
78
Stavební materiály produkují minimum radonu. Vyjímka: domy Start
postavené z tvárnic ze škváry z uhelných elektráren, uhlí obsahovalo
uran (1 - 4 kBq / kg).
Radonový program – měření radonu v 95 000 domech v letech 1991 –
1996
A (Bq/m3
) 200-300 300-600 600-1000 >1000
počet domů 6020 6152 1592 580
V současnosti měření pozemků před stavbou a stanovení radonového
indexu (dříve radonové riziko). Závisí nejen na množství uranu
v podloží ale i na propustnosti půd.
Průměrná hodnota v domech: 40 Bq/m3
.
Ve volném prostoru: 10 Bq/m3
.
Zdrojem radonu může být i voda, ve které je rozpustný, uvolňuje se
až při vyšších teplotách (koupelny!).
Méně významné zdroje:
- spalování fosilních paliv
- zemní plyn (většinou ale vymře dřív, než se dostane ke spotřebiteli)
79
Riziko radonu:
- riziko nepředstavuje radon (vydechuje se) ale produkty přeměny
(218
Po, 214
Pb, 214
Bi a 214
Po), jsou to α a β zářiče.
- adsorbují se na aerosoly a ty se pak usazují v plicích a ozařují plicní
epitel (kouření snižuje riziko plynoucí z ozáření plic radonem),
ovšem u kuřáků působí vliv kouření a radonu synergicky
- u nižších dávek neodpovídá riziko bezprahovému modelu, ale
uplatňuje se hormeze ovšem v menší míře než u vnějšího ozáření
- rakovina plic způsobená kouřením 80 % případů; radonem 10-15 %
případů
Výskyt rakoviny plic způsobený produkty přeměny radonu
Měrná aktivita
produktů přeměny
[Bq m-3
]
Roční ekviv. dávka
[mSv]
Celoživotní dávka
[mSv]
Počet případů
rakoviny plic za rok
ve skupině 106
osob
15 0,915 55 16,5
50 3,05 183 55
75 4,58 275 82
80
100 6,10 366 110
200 12,20 732 220
400 24,40 1454 439
Průměrné měrné aktivity radonu v obytných budovách
země A [Bq m-3
]
Německo 40
Finsko 64
Velká Británie 28
- Cornwall 390
- Devon 150
Švédsko 67
Holandsko 26
Švýcarsko 60
- jihovýchodní Alpy 255
- centrální Alpy 174
Česká republika 58
USA 65
Kanada 17
Austrálie 15
Směrné hodnoty pro provedení zásahů (dříve přispíval stát,
v současnosti na vlastní náklady):
Ekvivalentní objemová aktivita
radonu (Bq/m3
)
Přiměřený typ zásahu
200 – 300 jednoduchá opatření: zvýšení
přirozeného větrání, případně
zavedení nucené ventilace
300 – 600 složitější opatření: středně
nákladné stavební úpravy,
nucená ventilace
600 – 2000 zásadní stavební úpravy objektu
81
> 2000 vyloučení pobytu osob
82
4.4. Jaderné elektrárny a jejich budoucnost
K 1. 1. 2009
83
Množství RN vypouštěných z JE se uvádí jako celková aktivita, měrná
aktivita (Bq/MW, Bq/m3
)
Radioaktivita převážně v chladící vodě (tlakovodní reaktory):
- jod, cesium, vzácné plyny – únik mikrotrhlinami z palivových tyčí
- tritium – vzniká ve vodě reakcemi: 2
H(n, γ)3
H a 10
B(n, 2α)3
H (1010
–
1011
Bq/m3
)
84
- 51
Cr, 54
Mn, 59
Fe, 58
Co a 60
Co – nejvýznamnější RN pocházející
z konstrukčních materiálů reaktoru a vznikající reakcemi (n, γ) tzv.
korozivní produkty
Chladicí voda se filtruje a vede přes iontoměniče. Uvolňují se izotopy
vzácných plynů a přes vymírací nádrž se postupně dostávají do
atmosféry (85
Kr (10%) T1/2 = 11 let a 133
Xe (90%) T1/2 = 5 dnů).
Průměrné měsíční hodnoty objemové aktivity 85
Kr v ovzduší v Praze
http://www.suro.cz/cz/rms/ovzdusi/mesic
Odpadní voda kromě stop korozivních produktů obsahuje i tritium.
Stejné výpustě produkují i závody na přepracovávání jaderného
paliva.
Současný průměrný obsah 85
Kr ve vzduchu je 1 – 2 Bq/m3
(β zářič o
střední energii β).
Mezinárodní doporučení: Ekolektivní < 40mSv/MW (pro kritickou
skupinu obyvatel, ve skutečnosti cca 1%)
85
Uhelná elektrárna: na 1GW za rok spotřebuje 3 milióny tun uhlí
vyprodukuje 7 miliónů tun CO2, 120 000 tun SO2, 20 000 tun oxidů
dusíku a 750 000 tun popílku
Jaderná elektrárna: na 1GW za rok spotřebuje 30 tun paliva (snadná
doprava), cca 1% množství CO2 z uhelných elektráren, jednotky až
desítky tun ra odpadu.
Obsah izotopů jodu (indikátor netěsnosti pokrytí palivových elementů)
v plynných výpustech ve větracích komínech z elektrárny Dukovany:
Limitní a skutečná aktivita plynných výpustí z jaderné elektrárny
Dukovany v roce 1997:
86
Energy Source Death Rate (deaths per TWh)
Coal – world average 161 (26% of world energy, 50% of electricity)
Coal – China 278
Coal – USA 15
Oil 36 (36% of world energy)
Natural Gas 4 (21% of world energy)
Biofuel/Biomass 12
Peat 12
Solar (rooftop) 0.44 (less than 0.1% of world energy)
Wind 0.15 (less than 1% of world energy)
Hydro 0.10 (europe death rate, 2.2% of world energy)
Hydro - world including Banqiao) 1.4 (about 2500 TWh/yr and 171,000 Banqiao dead)
Nuclear 0.04 (5.9% of world energy)
http://nextbigfuture.com/2008/03/deaths-per-twh-for-all-energy-sources.html
Reakce probíhající v běžných jaderných elektrárnách
87
Lise Meitner, O. R. Frisch. "Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction", Nature,
1939 Vol. 143, Number 3615, 239–240.
Meitnerová v roce 1944 nedostala NC, místo toho O. Hahn a také E.
Fermi, v roce 1997 byl pojmenován 109. prvek jako Meitnerium (Mt)
(nejd. poločas má 278
Mt asi 30 min).
Neexcitované jádro 236
U se rozpadá:
236
U → 232
Th + α (T1/2 = 23 Myr)
Největší problémy současných jaderných elektráren
1. Obohacování U o 235
U z 0,7 % na cca 5 %
2. Malé množství vysoce aktivního odpadu (uhelné elektrárny
velké množství nízkoaktivního odpadu)
Ad 1
88
Ruda se louží kyselinou dusičnou:
U3O8 + 8 HNO3 → 3 UO2(NO3)2 + 2 NO2 + 4 H2O
Dusičnan uranylu se poté převádí na uhličitan uranylo-sodný:
UO2(NO3)2 + 3 Na2CO3 → Na4UO2(CO3)3 + 2 NaNO3
Dále se připraví chlorid uranylu a provádí se čištění na
iontoměničích apod.
Na4UO2(CO3)3 + 6 HCl → UO2Cl2 + 4 NaCl + 3 H2O + 3 CO2
Vyčištěný chlorid uranylu se poté převede na finální prodejný
produkt, který je evidován a sledován MAAE.
2 UO2Cl2 + 6 NH4OH → (NH4)2U2O7 + 4 NH4Cl + 3 H2O
Vlastní obohacování:
Diuranan amonný se tepelně rozloží na oxid, ze kterého se
postupně připraví fluorid uranový. UF6 vaří při 56,5 °C, F má jen
izotop 19! - neruší při separaci.
89
(NH4)2U2O7 → UO2 + H2O + N2
UO3(s) + H2(g) → UO2(s) + H2O(g)
UO2(s) + 4HF(g) → UF4(s) + 4H2O(g)
UF4(s) + F2(g) → UF6(g)
Pomocí difuze byl připraven U a následně Pu pro Trinity - 1. jaderná
bomba odpálena v Alamogordu v Novém Mexiku 16. června 1945
90
The Trinity explosion, 0.016 seconds after detonation. The fireball is about 200 meters wide.
Po separaci izotopů se nakonec přes nerozpustný diuranan amonný
připraví oxid uraničitý – palivo do reaktorů.
UF6 + 2 H2O → UO2F2 + 4 HF
UO2F2 + 4 HF + 7 NH4OH → 1/2 (NH4)2U2O7 + 6 NH4F + 11/2 H2O
(NH4)2U2O7 → UO2 + H2O + N2
Ad 2 viz kapitola 3.13
Množivé reaktory a nové druhy jaderného paliva
• vyrobí více štěpitelného paliva, než sám spotřebuje
• uvolní se 50 – 60 x více energie
• spaluje mnohem dostupnější 238
U a 232
Th
RN 232
Th 235
U 238
U
T1/2 [Gyr] 13,9 0,7 4,5
91
Množství [%] 1 · 10−3
3 · 10−4
(0,7 %) 3 · 10−4
(99,3 %)
Při vzniku Země 235
U 23 % a 238
U 77 %.
238
U (n, γ) → 239
U (β, 23 min.) → 239
Np (β, 2,4 d.) → 239
Pu
232
Th (n, γ) → 233
Th (β, 22 min.) → 233
Pa (β, 27 d.) → 233
U
Masové použití výhledově za cca 20 - 50 let.
Výhody proti klasickým reaktorům:
• 233
U má větší účinný průřez pro reakci (n, f) než 235
U a 239
Pu
• o 50 % méně radioaktivního odpadu (o nižší aktivitě)
• 232
Th 3x větší zastoupení v zemské kůře
• MR má velký význam jako „žrout“ jaderného odpadu
Množivý poměr:
• množství nových štěpitelných atomů / počet rozštěpených
atomů
• v současnosti od 0,7 – 1,2 (teoreticky až 1,8)
Typy množivých reaktorů:
• FBR (fast breeder reactor)
• TBR (termal breeder reactor)
ad FBR:
• základem je palivo z Pu
• dále se doplňuje jen palivo s přírodního či dokonce ochuzeného
U
• případně i Th
Typy FBR:
92
• GFR (gas-cooled fast reactor)
• SFR (sodium-cooled fast reactor)
• LFR (lead-cooled fast reactor
Chladivo:
CO2 či He - neabsorbují n, a tudíž primární okruh není radioaktivní!
Pracovní charakteristika:
teploty (1600 °C i výše) funguje to na bázi Braytonova cyklu, vhodné k
produkci H2
Nevýhody:
malá tepelná kapacita He
V provozu:
93
THTR-300 Německo, Peach Bottom a Fort St. Vrain US, HTTR
Japonsko, HTR-10 Čína
Palivo: SFR-MOX (20% transuranic ox. and 80% uranium oxide)
Pracovní charakteristika: teplota 550 °C, obložení reaktoru s MgO,
problematický je sodík, který z vodou prudce reaguje, běžný výkon
500 – 1500 MW, je navržen na zpracování vysokoaktivního odpadu,
plutonia a dalších aktinoidů.
S. Bays, M. Pope, B. Forget, R. Ferrer, “Transmutation Target Compositions in Heterogeneous Sodium Fast
Reactor
Geometries”, INL/EXT-07-13643 Rev. 1, 2008
M. J. Lineberry and T. R. Allen, Argonne National Laboratory, “Thr Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR)
94
Palivo: kovové či nitridy (U2N3 či nitridy aktinoidů)
Pracovní charakteristika: chladivo Pb či eutektikum Pb-Bi, přirozená
cirkulace chladiva, výkon 300 – 1200 MW, pracovní teplota 550 °C
výhledově i 800 °C (od 830 °C možná termochemická produkce H2)
V provozu: OK-550, BM-40A Rusko, OK-550, BM-40A – reaktory v
ruských ponorkách projekt „Alfa class“
ad TBR:
• základem je palivo z obohaceného U či MOX
• MOX (mixed oxid fuel – směs oxidů Pu a U (ochuzený i přírodní)
• dále už se jen přidáva Th
Typy TBR:
95
• AHWR (Advanced Heavy Water Reactor)
• LFR (Liquid Fluoride Reactor)
AHWR:
• vývoj především v Indii (velké zásoby Th)
• palivo - PuO2-ThO2 moderátor amorfní C a těžká voda
LFR:
• primární chladivo, moderátor a palivo roztavená sůl (UF4)
• palivo se stává kritickým v jádře s uhlíkovým moderátorem
• lepší tepelná výměna - zmenšení aktivního jádra
• snadná separace štěpných produktů
Material
Total Neutron Capture
Relative to Graphite
(per unit volume)
Moderating Ratio
Heavy Water 0.2 11,449
Light Water 75 246
Graphite 1 863
Sodium 47 2
UO2 3,6 0,1
2LiF–BeF2 8 60
LiF–BeF2–ZrF4 (65–30–5) 8 54
NaF–BeF2 (57–43) 28 15
LiF–NaF–BeF2 (31–31–38) 20 22
LiF–ZrF4 (51–49) 9 29
NaF–ZrF4 (59.5–40.5) 24 10
LiF-NaF–ZrF4 (26–37–37) 20 13
96
KF–ZrF4 (58–42) 67 3
RbF–ZrF4 (58–42) 14 13
LiF–KF (50–50) 97 2
LiF–RbF (44–56) 19 9
LiF–NaF–KF (47–11–42) 90 2
LiF–NaF–RbF (42–6–52) 20 8
Další typy množivých reaktorů:
ADTT (Accelerator Driven Transmutation Technologies)
• neutrony se generují pomocí urychlených p (0,8 - 1,5 GeV)
• na jeden p připadá při tříštění terče až 50 n
• podkritické množství paliva (vyloučena možnost havárie)
• spaluje Th, Pu – pocházející např. ze zbraní
• spaluje aktuální jaderný odpad (nový odpad vymře za cca 100
let)
aktuální problémy
• chlazení terčíku
• přechod protonů z vakua urychlovače do horkého terčíku
• vyšší investiční náročnost
97
Schéma ADTT
Termonukleární elektrárny
Nejlepší termonukleární reaktor je Slunce.
98
Slučování X štěpení
99
H + H → D + e+
+ νe
D + H → 3
He + γ
3
He + 3
He → 4
He + 2 H
 pozitrony anihilují
 vysoce energetické fotony „měknou“
 foton letí ven 1 Myr
 teplota v jádru cca 15 MK
 v našem těle, 7 .1014
neutrin/s
 za život 2 – 3 neutrina v těle zaniknou
 odnáší 4 % energie
Ve Slunci je teplota relativně nízká, p neprojdou přes energetickou
bariéru, ale tunelují skrz ni (termonukleární doutnání).
Na Zemi je nejlepším TN reaktorem TOKAMAK
тороидальная камера с магнитными катушками
100
 Navrhl Andrei Sacharov a Igor Tamm v ústavu I.V. Kurčatova v
Moskvě v r. 1950. Nutná teplota až 150 MK.
 zásoby D „nevyčerpatelné“
 1 D na 6500 H
 α ohřívá palivo
 γ a n výroba elektřiny
Produkce T:
6
Li + n → 4
He + T
„Lithium z jedné baterie pro laptop a voda v jedné vaně vody stačí
zásobit průměrného Evropana po dobu 30ti let!“
…anebo vodíková bomba
101
102
Царь, 57 Mt, 30. 10. 1961, Новая Земля
Princip TOKAMAKu:
 plazma je udržováno uprostřed toroidu magnetickým polem
 plazma tvoří sekundární vinutí transformátoru
 plazma je ohříváno indukčním proudem Poh = R.I2
Schéma TN elektrárny:
103
Výhody jaderné fúze
 reaktor je vnitřně bezpečný
 minimální množství radioaktivních materiálů (několik kilogramů
tritia)
 zásoby paliva (deuterium + lithium) vystačí na tisíce let
 palivo je rovnoměrně rozděleno po celé zeměkouli
 náklady na dopravu paliva jsou minimální
 deuterium se snadno připraví opakovanou elektrolýzou vody
 produkt fúzní reakce - zcela přátelský k životnímu prostředí
 fúzní elektrárna neprodukuje skleníkové plyny
 zbytková radioaktivita – relativně rychle zmizí
Fyzikální a technologické problémy
 udržení a ohřev plazmatu
104
 obrovský teplotní gradient 200 000 000 °C/m
 obrovská tepelná a neutronová zátěž vnitřní stěny reaktoru
 s rostoucí teplotou klesá ohmický odpor a tedy i ohmický
příkon!
Dodávání energie plazmě
105
Projet KSTAR (Daejeon, Jižní Korea).
106
Tokamak à Configuration Variable (TCV): inner view, with the
graphite-claded torus. Courtesy of CRPP-EPFL, Association Suisse-
Euratom
TOKAMAKy v Evropě
107
JET (Joint European Torus)
Stavba 1975 – 1983, Provoz do 2014
108
TOKAMAKy v Česku
CASTOR (Czech Academy of Sciences TORus)
Objem 80 litrů, do konce roku 2006 byl v provozu v Ústavu fyziky
plazmatu Akademie věd České republiky, postavený koncem 50. let
20. století v Kurčatovově ústavu v Moskvě a převezený do
Československa v roce 1977.
COMPASS (COMPact ASSembly)
V roce 2004 byl zdarma nabídnut anglickou agenturou pro atomovou
energii UKAEA. V ČR od roku 2008.
Parametr CASTOR COMPASS-D MAST JET ITER
Hlavní poloměr R 0,4 m 0,56 m 0,85 m 2,96 m 6,2 m
Vedlejší poloměr a 0,085 m 0,23 až 0,38 m 0,65 m 1,25 m 2 m
Objem plazmatu 0,08 m3
0,5 m3
7 m3
50 m3
873 m3
Proud 25 kA 400 kA 2 MA 5 MA 15 MA
Doba udržení 50 ms 2 s 5 s 20 s 400 s
Magnetické pole 1,5 T 2,1 T 0,6 T 3,5 T 5,3 T
CASTOR
TOKAMAK ITER
109
ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor, též
latinsky cesta.
 2. nejdražší projekt v historii lidstva
 celkový rozpočet projektu je 10 mld. € (polovinu uhradí EU)
 zbytek ostatní účastnické státy: USA, Rusko, Čína, Japonsko,
Jižní Korea, Indie
 výkon cca 500 MW
Programový cíl
 prokázat vědecké a technologické využití fúzní energie pro
mírové účely, tak aby bylo možno zkonstruovat elektrárnu v
letech 2030-2050.
Technické cíle
 prokázat vysoký energetický zisk (Q = 10) po dobu 400 sek při
použití palivové směsi DT
 prokázat energetický zisk (Q = 5) v dlouhých pulsech delších než
1000 sek.
 testovat důležité technologie v reaktorových podmínkách
 testovat jednotlivé komponenty při vysokých neutronových
tocích
 demonstrovat bezpečnost fúze a její kompatibilitu s životním
prostředím
110
Srovnání parametrů TOKAMAKů
Časový plán projektu ITER
111
ITER ve francouzském Cadarache. Zatím se rozbíhají jen výkopové
práce, celý nový komplex je jen počítačem doplněná vize.
112
Aktuální informace: spuštění se plánuje v roce 2018. O tomto posunu
se oficiálně rozhodlo loni (2009). Koncem února se v Paříži konalo
setkání zástupců partnerských stran, kde nejdříve padl návrh na další
odložení termínu dokončení na rok 2020, ale ten neprošel a účastníci
odhlasovali rok 2019.
http://www.youtube.com/watch?v=NQE-YIzDpQc
http://www.youtube.com/watch?v=tF7xRYZZ7ME
http://www.youtube.com/watch?v=nR-ydu8GOsQ&feature=related
Projekt HiPER
 HiPER (High Power laser Energy Research facility), v současnosti
se intenzivně rozbíhá
 britský „fúzní“ projekt, měl by za dvacet let zásobovat veřejné
rozvodné sítě
 dokončení do roku 2030 Didcot v hrabství Oxfordshire, kde se již
dnes vypíná šest mohutných chladících věží jaderné elektrárny
 projekt HiPER uvažuje s fúzní reakcí těžkých vodíkových
izotopů řízenou pomocí vysoce energetických laserových
paprsků
4.5. Havárie jaderných reaktorů
- v minulosti řada nehod a havárií
- pouze u třech (4) uniklo větší množství radioaktivních látek mimo
elektrárnu
MAAE přijala v roce 1991 mezinárodní stupnici pro hodnocení
jaderných nehod. Stupnice má sloužit především k rychlému
informování veřejnosti o závažnosti nehod:
113
0. Událost pod stupnicí (Below scale)
Situace, při kterých nebyly překročeny provozní limity.
1. Odchylka (Anomaly)
Funkční, nebo provozní odchylky. Nepředstavují riziko, ale odhalují
nedostatky bezpečnostních opatření.
2. Porucha (Incident)
Technické poruchy, nebo odchylky, které neovlivňují přímo chod a
bezpečnost elektrárny, ale mohou vést k následnému přehodnocení
bezpečnostních opatření.
Mihama-2, jaderná elektrárna, Japonsko, 1991
Pickering A-B, jaderná elektrárna, Kanada, 2003
3. Vážná porucha (Serious accident)
Únik radioaktivních látek mimo elektrárnu nad povolené limity.
Individuální dávka pro obyvatele v blízkosti elektrárny je řádově 0,1
mSv. Personál je nadměrně ozářen (přes 50 mSv).
Vandellos, jaderná elektrárna, Španělsko, 1989
Davis Besse-1, jaderná elektrárna, USA, 2002
Paks, jaderná elektrárna, Maďarsko, 2002
4. Havárie s účinky v jaderném záření (Accident mainly in
installation)
Malý únik radioaktivity mimo elektrárnu, individuální dávka pro
obyvatele je řádově 1 mSv. Aktivní zóna reaktoru je částečně
poškozena. Ozáření pracovníků elektrárny může vést k okamžitým
zdravotním následkům (řádově Sv, nemoc z ozáření).
114
Jaslovské Bohunice, ČSSR, 1972
Windscale Pile, Přepracovatelský závod, Velká Británie, 1973
Saint Laurent, jaderná elektrárna, Francie, 1980
Tokaimura, závod na výrobu paliva, Japonsko, 1999
5. Havárie s účinky na okolí (Accident with off-site risks)
Únik radioaktivity (100 až 1000 TBq 131
I, nebo jiných, podobně
biologicky účinných izotopů) mimo elektrárnu. Velká část zóny
reaktoru poškozena tavením. Evakuace blízkého obyvatelstva.
Windscale, Velká Británie, 1957
Three Miles Island, USA, 1979
6. Závažná havárie (Serious accident)
Únik radioaktivity (1000 až 10 000 TBq jódu, nebo jiných, biologicky
podobně účinných látek) mimo elektrárnu. K omezení účinků je třeba
provést místní havarijní plán.
Kyštym, Přepracovatelský závod, SSSR, 1957
7. Velká havárie (Major accident)
Únik radioaktivních látek mimo elektrárnu je větší než 10 000 TBq
různých izotopů. Možnost okamžitých zdravotních následků.
Dlouhodobé následky pro životní prostředí.
Černobyl, SSSR, 1986
Jaslovské Bohunice (4), ČSSR, 1972:
- do reaktoru byl zaveden palivový článek, ucpaný silikagelem
(zabraňoval zvlhnutí článku)
- ucpaným palivovým článkem nemohl proudit chladící plyn a téměř
nechlazené těleso se začalo tavit
115
- vysoká teplota způsobila poškození nádoby s tlakovou vodou, ta se
dostala do primárního okruhu a způsobila rychlou erozi povlaků
palivových článků a tím i uvolnění radioaktivních látek
- radioaktivita zamořila i sekundární okruh, všechny radioaktivní
látky však zůstaly uvnitř elektrárny, nikdo z obsluhy nebyl zraněn,
ani ohrožen.
Tokaimura (4), Japonsko, 1999:
- nehoda se stala 30. 10. 1999 ve městě Tokai v prefektuře Ibaraki,
v závodě na přepracovávání jaderného paliva,
- incident se stal 3 (nezkušeným) dělníkům připravujícím malé
množství paliva pro rychlý množivý reaktor (uran obohacený na
18,8 %),
- v 10:35 v objemu asi 40 litrů v tanku s dusičnanem uranylu došlo
při množství 16 kg U k dosažení kritického množství (přilévali
menší množství roztoku do tanku z kbelíků, ne dávkovacími
pumpami, nezkušení dělníci), kritické množství suchého dusičnanu
je 46 kg,
- technik nahnutý nad nádrž náhle zahlédl modrý záblesk
(Čerenkovovo záření) a ozval se detektor radiace,
- dva dělníci dále od nádrže pocítili ihned bolest, nevolnost, potíže
s dýcháním a další symptomy,
- dělník u tanku ztratil vědomí několik minut poté v dekontaminační
místnosti a začal zvracet,
116
- k explozi nedošlo, ale do okolí se uvolnily štěpné produkty,
- štěpná reakce probíhala 20 hodin (voda jako moderátor se
postupně vyvařovala),
- 27 dělníků bylo ozářeno při likvidaci havárie – přidávání kyseliny
borité k roztoku v tanku,
- za 5 hodin poté bylo 161 lidí z 35 domů v okruhu 350 m
evakuováno, za dva dny se vrátili domů,
- dle Greenpeace naměřili 3. 10. dávkový příkon 0,54 μSv (5x víc jak
pozadí!! ! ),
- 3 dělníci obdrželi 3, 10 a 17 Sv (dva s nejvyššími dávkami zemřeli),
- ostatní dělníci obdrželi dávky v rozmezí 5 – 25 mSv.
Windscale (5), Velká Británie, 1957
- grafitový reaktor, chlazený vzduchem
117
- sloužil výhradně k produkci plutonia pro vojenské účely
- ráno 8. října došlo vinou nepozornosti obsluhy k přehřátí několika
palivových článků
- následovalo vznícení povlaků z hořčíkové slitiny
- požár se podařilo uhasit za čtyři dny
- uvolněné radioaktivní látky (133
Xe, 85
Kr, 131m
Xe, 131
I, 132
Te, 137
Cs, 89
Sr,
106
Ru, 144
Ce) se přes komín rozptýlily nad Anglii, Wales a severní
Evropu
- uniklo 13 500 TBq radioaktivních látek, největší dávkový příkon
40μGy/h (cca 1 mGy/den) 1,5 km od reaktoru po směru větru
- rychlý zásah zdravotnických organizací zabránil rozšíření 131
I (T1/2
= 8 dnů)
- na území o rozloze 520 km2
v okolí Windscale byl vyhlášen zákaz
spotřeby mléka, který byl odvolán po 44 dnech
- dávky obyvatelstvu v nejbližším okolí se pohybovaly mezi 5 a 60
mSv
- provoz elektrárny už nebyl obnoven
- ve své době havárie nevzbudila prakticky žádnou pozornost,
přestože její dopad na obyvatele byl oproti nehodě v Three Mile
Island mnohem větší
Three Miles Island (5), USA, 1979
118
- blok 2 jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem o tepelném
výkonu 2772 MW byl necelý rok starý
- havárii zahájil výpadek jednoho ze dvou parogenerátorů
elektrárny
- po havarijním odstavení reaktoru začal pomalý únik chladící vody
z chladícího okruhu
- příčinou byl zaseknutý ventil, únik nebyl včas odhalen
- ztráta veškerého chladiva vedla k tavení aktivní zóny
- plné odstranění následků havárie trvalo týden, neboť se v horní
části reaktoru vytvořila obtížně odstranitelná bublina, obsahující
vodík, která bránila bezpečnému ochlazování aktivní zóny
- únik radioaktivity mimo elektrárnu byl velice nízký a nevyžadoval
žádná zvláštní opatření (133
Xe, 131
I), v blízkém okolí elektrárny byla
maximální dávka 1 mGy
- přesto však byla nehoda zařazena do třídy 5, vzhledem k silnému
poškození elektrárny a vysokému zamoření aktivní zóny, reaktor
byl natrvalo vyřazen z provozu
- účinek na veřejnost byl ale mnohem větší než v případě
Windscale, americká média totiž o nehodě obšírně informovala
119
(senzacechtivost reportérů, panika, dopravní kolaps) – obdoba
současné Fukuschimy
- celosvětové přehodnocení koncepce jaderné bezpečnosti, revize
stavu mnoha reaktorů
Kyštym (6), Přepracovatelský závod, SSSR, 1957
- znečištění tisíců čtverečních kilometrů na Středním Uralu v Rusku,
způsobila patrně stovky lidských ztrát
- veškeré zprávy o ní však byly zamlčeny
- Čeljabinsk-40, závodu na produkci plutonia, asi 16 kilometrů
východně od průmyslového města Kyštym na jižním břehu jezera
Kyzyl-taš
- vědci byli pod silným nátlakem, aby vyrobili dostatek plutonia,
které by umožňovalo provedení zkoušky první sovětské bomby
před Stalinovými sedmdesátinami v prosinci 1949, (bomba byla
nakonec přivedena k explozi v srpnu toho roku)
- k nehodě téměř jistě došlo koncem prosince 1957 či začátkem
ledna 1958, protože 9. ledna 1958 radio Moskva věnovalo značnou
část vysílacího času informacím o nemoci z ozáření a detailnímu
seznamu preventivních opatření
- 100 km od Sverdlovska výstražná tabule u cesty varovala řidiče,
aby následujících třicet kilometrů nezastavovali a jeli maximální
rychlostí se zavřenými okénky (Profesor Leo Tumerman 1960)
- města z asi sto kilometrů dlouhého sektoru tvaru písmene L
zmizela = masový přesun obyvatelstva
- nejpravděpodobnější vysvětlení je běžná chemická exploze
způsobená nahromaděním plynů okolo horkého nukleárního
odpadu
120
Tehdejší stav:
1. Voda, používaná od roku 1950 k chlazení reaktorů, silně
kontaminovaná průtokem děravými palivovými tyčemi, byla
vypouštěna do řeky Teča;
2. Vegetaci v okolí 20 km okolo zařízení zničily kyselé deště. K extrakci
239
Pu z ozářených palivových článků byla používána
kyselina dusičná a vzniklé oxidy dusíku, kde z nich vznikaly
nebezpečné a patrně radioaktivní kyselé deště, jod a xenon byly
odváděny ze zásobníků do atmosféry;
3. Sověti ukládali svůj nukleární odpad spíše v otevřených nádržích
než v uzavřených cisternách. Po odpaření tekutiny se tak dno nádrže
mohlo pokrýt vysoce radioaktivním prachem, který mohl být
rozptýlen silnějším větrem.
121
- v šedesátých letech bylo do oblasti dopraveno "komando smrti"
tvořené vězni, kteří na kontaminovanou plochu rozprostřeli metr
vysokou vrstvu písku a hlíny
- tato zpustošená krajina, ohrazená a přejmenovaná na "Čeljabinský
celosvazový radiologický manévrovací a cvičný prostor", byla pak
používána jako cvičný prostor pro tankové oddíly
- v prosinci 1988 došlo také k prvnímu oficiálnímu sovětskému
doznání o nehodě v Kyštymu
Černobyl (7), SSSR, 1986
122
- ukrajinská Černobylská elektrárna s vodou chlazenými reaktory
typu RBMK (grafitový moderátor) o tepelném výkonu 3200 MW
(elektrický 950 MW)
- 25. dubna, 1986 bylo zahájeno plánované odstavení 4. bloku
elektrárny
- před odstavením měl být proveden experiment, který měl ověřit,
zda bude elektrický generátor (poháněný turbínou) schopen
dodávat proud po rychlém uzavření přívodu páry a při svém
setrvačném doběhu ještě zhruba 40 vteřin napájet čerpadla
havarijního chlazení
Průběh experimentu
13:05:00
Výkon reaktoru byl snížen na polovinu a byl odstaven turbogenerátor.
Krátce poté byl odpojen systém havarijního chlazení, aby nezačal
fungovat během experimentu.
23:10:00
Při snižování výkonu došlo k neobvyklé události. Chybou operátora
výkon prudce klesl na 30 MW. Reaktor je v tomto režimu značně
nestabilní (navíc bylo palivo staré – na konci své životnosti) a
operátoři měli v tomto okamžiku experiment ukončit a reaktor
definitivně odstavit. Rozhodli se však v experimentu pokračovat.
01:23:04
Reaktor byl stále nestabilní, operátoři se pokusili stabilizovat jej a
zvýšit výkon, což se jim nepodařilo ani za použití regulačních tyčí.
01:23:20
123
Byl zablokován havarijní signál, který by po uzavření přívodu páry na
turbínu automaticky odstavil reaktor. Pak operátoři odstavili přívod
páry – pokračovali tedy v plánovaném experimentu.
01:23:40
Operátoři dali signál k havarijnímu odstavení reaktoru.
01:23:44
V části reaktoru došlo k „akutnímu neutronovému šoku“. Během čtyř
sekund stoupl výkon čtvrtého bloku stonásobně. Část paliva rozložila
a vypařila chladicí vodu. Výbuch (1) páry roztrhl tisícitunový příklop
čtvrtého bloku. Žhnoucí trosky padaly na okolní budovy a založily přes
třicet požárů. Další voda reagovala s dočervena rozpáleným
grafitovým jádrem reaktoru o hmotnosti 1 700 tun, při čemž vznikal
plynný vodík, který během sekundy detonoval (2) a vymrštil
radioaktivní odpad a radionuklidy do výše přes 1,5 kilometru do
ovzduší.
02:20:00
Požár byl lokalizován a za 3 hodiny později uhašen za cenu životů
hasičů a pracovníků elektrárny, kteří utrpěli většinou těžké
popáleniny z ozáření.
- po deseti dnech velkého úsilí se podařilo dostat jádro reaktoru
zpět pod kontrolu
- helikoptéry shodily na otevřené jádro reaktoru více než 5 000 tun
olova, bóru a jiných materiálů
- z reaktoru uniklo od okamžiku výbuchu do 6. května 1986 asi 4%
radioaktivních látek přítomných v reaktoru (2.1019
Bq)
- nejvíce kontaminováno bylo nejbližší okolí elektrárny
- 30 000 km2
> 185 kBq/m2
- 200 000 osob se podílelo na likvidaci havárie, průměrná dávka 100
mSv
124
- z 237 osob se u 134 projevila akutní nemoc z ozáření, 28 zemřelo
do 3 měsíců (radiační poškození kůže a poškození sliznic dýchacího
ústrojí (tzv. horké částice, lokálně až 100 Gy), 2 zahynuly při explozi,
1 na infarkt
- během dalších měsíců zemřelo ještě 14 osob, ale souvislost
z havárií nebyla prokázána
- osoby, které přežily vysoké ozáření, trpí řadou potíží včetně
psychických poruch
- ke konci roku 1995 800 případů rakoviny štítné žlázy navíc,
očekáváno objevování případů ještě několik desetiletí
- podle konzervativního modelu odhadnuto že mezi 7,2 mil. obyvatel
bude 470 smrtelných případů leukémie navíc (norm. 25 000), 6600
výskytů rakoviny za 85 let (norm. 870 000)
- podle WHO zemřelo na následky ozáření cca 4 000 lidí. (28 vs. 4000
vs. miliony)
- obyvatelé však nebyli včas a správně informováni o rozsahu a
následcích výbuchu, evakuace začala až několik hodin po výbuchu
- nejbližší okolí elektrárny je uzavřenou zónou dodnes
- dnes již radioaktivita v okolí elektrárny poklesla a tak se někteří
důchodci vracejí do svých domů
- protože foukal vítr směrem na sever (naštěstí pro Kyjev),
radioaktivní mrak se vydal do Běloruska
- zasáhl celých 75 % jeho území
- dodnes je zamořeno 25% běloruského území
- v ČR průměrná dávka za 1. rok cca 0,3 mSv (přesto v důsledku
nejasných informací bylo provedeno nadprůměrně vysoké
množství potratů)
- následující rok vzrostla koncentrace 137
Cs v potravinách, pak rychle
klesala
- u hub 1985 1kBq 137
Cs na 1kg sušiny, 1986 40 kBq na 1 kg sušiny
125
Průměrné roční hmotnostní aktivity 137
Cs ve vepřovém a hovězím mase a objemové aktivity
137
Cs v mléce od roku 1986 (vzorkování a měření SÚRO a RC SÚJB)
http://www.suro.cz/cz/rms/pitne-vody-a-pozivatiny
Vývoj obsahu 137
Cs u českého obyvatelstva po černobylské havárii (úvazek efektivní dávky činí
83nSv/Bq pro 137
Cs) http://www.suro.cz/cz/rms/vnkontaminace
126
http://pripyat.com
http://www.youtube.com/watch?v=nn2HXdWS0zI&feature=relmfu
127
4.6. Nehody při práci s radioaktivními látkami
Nehoda 1.
- Harry K. Daghlian Jr. (1921-1945) student fyziky na Pudue
University
- do Los Alamos přišel na podzim v r. 1943 (instalace cyklotronu, na
jaře 1944 člen skupiny provozující malý výzkumný varný reaktor v
Los Alamos, později přešel do "Critical Assembly Group" (chování
Pu a 235
U v blízkosti kritického stavu a testovala konstrukci
plutoniové nálože pro pokusný výbuch Trinity v Alamogordo))
- prováděl experimenty s koulí plutonia (6.2 kg - velikost tenisového
míčku) obklopenou cihličkami karbidu wolframu: zjistit praktické
uspořádání vnitřku plutoniové bomby
128
- ráno 21. srpna 1945 sestavil kolem plutoniové koule krychli z
karbidových cihliček o hraně 38 cm: toto uspořádání vede ke
kritickému stavu ještě před dokončením šesté vrstvy cihliček
- odpoledne jiné uspořádání, tentokrát měla krychle hranu 31 cm a
uspořádání se blížilo kritickému stavu při dokončení páté vrstvy
cihliček
- stále nevyřešen úspěšný kritický design obklopující plutoniovou
kouli
- večer (21:30) se Daghlian vrátil do laboratoře, přestože provádění
nebezpečných pokusů po pracovní době a o samotě bylo proti
předpisům
- v laboratoři: vojín Robert J. Hemmerly (četl noviny)
- strážnému Daghlian připadal trochu nervózní, úkolem strážného
ale bylo hlídat plutonium
- Daghlian vyndal plutoniovou kouli z trezoru a začal kolem ní stavět
krychli z cihliček karbidu wolframu
- řídil se hlasitým tikáním přístrojů (Geiger-Müller)
- dokončil asi polovinu páté vrstvy a téměř přiložil další cihličku
doprostřed vrstvy, přesahující nyní vrchol plutoniové koule, když
ho prudký vzrůst tikání Geigeru upozornil, že se systém blíží
kritickému stavu
- rychle ucuknul, a těžká karbidová cihlička mu vypadla z ruky a
trefila se přímo doprostřed nedokončené krychle s plutoniem
uvnitř
- Daghlian reflexivně smetl cihlu na zem
- ucítil v pravé ruce mírné svrbění, když ji vnořil do modré záře
obklopující plutoniovou kouli (21:55)
129
- Hemmerly seděl u stolu vzdáleného asi 3,7 m od místa nehody,
otočený zády, náhlý přechod tikání Geigeru na soustavné vrčení,
modrý záblesk a bouchnutí těžké cihličky smetené na podlahu
upoutaly jeho pozornost - otočil se a viděl, jak Daghlian stojí celý
bezradný nad experimentem,
- Daghlian pak demontoval havarovaný experiment do stabilnějšího
uspořádání a informoval Hemmerlyho o vzniklé situaci
- Daghlian byl odvezen do nemocnice
- Hemmerly informoval svého nadřízeného o havárii a byl také
hospitalizován
130
- plutoniová koule přežila havárii bez poškození, žádný radioaktivní
materiál se nerozptýlil po laboratoři, laboratoř měla tlusté stěny
(1,5 m zdiva), které ochránily ostatní lidi v budově před radiací
- Hemmerly byl v nemocnici na pozorování jen dva dny: krátkodobě
zvýšený počet leukocytů
- strávil několik týdnů v rekonvalescenci, neprojevily se u něj žádné
příznaky nemoci z ozáření, po 2 měsících se vrátil do služby
- efektivní dávka činila cca 0,32 Sv, během následujících 4 let se mu
narodily dvě zdravé děti, kromě nadváhy a mírné hypertenze byl
celkem zdráv, zemřel ve věku 62 let na leukémii (celková dávka při
působení v laboratoři?)
- efektivní dávka u Daghliana činila přibližně 5,9 Sv, distribuce velmi
nerovnoměrná - nejvíce ozářeny byly jeho ruce a horní polovina
těla, levá ruka přibližně 50 - 150 Sv, pravá ruka 200 -400 Sv
- pravá ruka začala okamžitě otékat a byla necitlivá na dotyk
- prudká a neustávající nevolnost, záchvaty dávení a zvracení se
dostavily 90 minut po nehodě
- nevolnost přetrvávala více než dva dny, během nichž zvracení
vystřídalo prudké neustávající škytání
- po dvou dnech se vrátila chuť k jídlu, avšak brzy se dostavily další
vážné příznaky
- 2. dne po nehodě se na prsteníku pravé ruky objevil malý puchýřek
a nehtová lůžka nabrala šedomodrý odstín - příznak špatného
krevního oběhu
- 3. den se vyvinulo množství puchýřů na dlani, hřbetu ruky a mezi
prsty, puchýře se rychle zvětšovaly a bolestivě se nadouvaly
tekutinou
131
- kůže na levé ruce a na břiše také začala postupně rudnout
- pro úlevu bolesti lékaři otevřeli puchýře, odstranili odumřelou tkáň
na pravé ruce a provedli paravertebrální blokádu na pravé straně
- odstraňování nekrotické tkáně a otvírání puchýřů se opakovalo
každé 3-4 dny, rány byly zakryty gázou napuštěnou vazelínou
- pacient dostával morfin, kodein a také velké dávky penicilinu
- postupně se celá pravá ruka pokryla puchýři, barva se změnila na
zlověstně modro-purpurovou (4. den)
- léky proti bolesti neměly dostatečný účinek, postižené ruce byly
proto chlazeny ledem
- rozsah ozáření začal být zjevný s pokračujícím zrudnutím kůže,
které postupně pokrylo obě paže, krk a přední část trupu,
následovalo loupání vrstev pokožky (desquamace) na postižených
místech
- 10. den po nehodě nevolnost a bolesti břicha při jídle, břicho
oteklé a citlivé na pohmat
- prudké břišní křeče se zhoršovaly, avšak po několika dnech náhle
pominuly, od dvanáctého dne až do smrti trpěl konstantním
průjmem
- 15. den obdržel krevní transfůzi, následky: byl bledý, jeho kůže
byla studená a zvlhlá, ačkoli jeho teplota (v konečníku) byla 40,6 °C,
tep byl velmi rychlý a povrchní (250 tepu/min, tachykardie), krevní
tlak poklesnul na 70/50
- podávání léků ani další léčba nepomáhaly, epizoda trvala do
následujícího dne, kdy se stav upravil sám od sebe
132
- další transfůze a intravenózní tekutiny již nebyly podávány, obava z
další srdeční epizody, navíc kvůli desquamaci cévy na rukou a krku
nepoužitelné
- ošetřování pacienta: pouze tišení příznaků (morfin, kodein,
penicilin, chinidin, podávání vitamínu (B1) a dietní strava), chlazení
popálenin ledem, odstraňování puchýřů a odumřelé tkáně a
zavádění trubic do střev
- několik dní před smrtí pacient začal blouznit a poslední den upadl
do bezvědomí
- jeho vzezření se drasticky změnilo díky postupujícímu hubnutí,
které začalo šestého dne a pokračovalo stále rychlejším tempem,
úplně ztratil kůži na břiše a spodní polovině hrudníku, chlupy na
ramenou, vousy ve tváři a vlasy na spáncích
- Daghlian zemřel 15 září 16:30, 25 dnů po nehodě
- úmrtní list uvádí jako příčinu smrti "rozsáhle popáleniny horních
končetin a trupu"
Nehoda 2.
133
134
- Louis P. Slotin (1910-1946) vystudoval chemii a fyziku na University
of Manitoba v Kanadě, biochemii na King’s College v Londýně
- od r. 1937 asistentem na University v Chicagu (práce s
cyklotronem, poté s Fermim na Projektu Manhattan)
- během války Slotin pracoval v Oak Ridge (reaktor na výrobu
plutonia)
- koncem roku 1944 v Los Alamos (práce se štěpným materiálem)
- schopný, nebojácný při práci s radiací, manuálně zručný - v Chicagu
před válkou Slotin se svými kolegy postavili cyklotron vlastníma
rukama, včetně letováni obvodu osciloskopu ze základních
součástek, a dokonce pokládání kabelu a betonování základu v
suterénu budovy
- na „svém“ cyklotronu Slotin mimo jiné také vyráběl malá množství
14
C a jeho spolupracovníci krmili tímto značeným uhlíkem pokusná
zvířata - holuby (pro radiobiologické pokusy se používala pouze
játra pokusných zvířat), Slotin byl jediný z celé skupiny, který ty
radioaktivní holuby jedl, občas to v práci nabízel ostatním :-)
Slotin rád šokoval své kolegy:
Jednou v Oak Ridge bylo třeba provést změnu uspořádání
experimentu.
Problém: zařízení je ponořeno v nádrži s vodou (moderátor) pod
reaktorem
Klasické řešení: Týdenní odstávka, odstavení reaktoru, vypumpování
vody, přeuspořádání experimentu, znovuzprovoznění reaktoru
Slotinovo řešení: ponoření se do vody a rychlé přeuspořádání
experimentu za chodu reaktoru
Slotinovo zdůvodnění: Většina dávky pochází od γ, které voda
částečně odstíní „A když se trochu sníží výkon reaktoru, výsledný
neutronový tok v ozařovací nádrži pod reaktorem nebude až tak silný,
takže tam bude možné pod hladinou chvilku vydržet”.
- Slotin jeden z nejdůležitějších lidí v ”Critical Assembly Group”
135
- experimenty se štěpným materiálem se často úmyslně přivedly až
na samotný okraj rozjezdu lavinovité řetězové reakce (”lechtání
draka pod ocasem”)
- budovu Omega stála daleko od Los Alamos, uvnitř kaňonu a
oddělená byla od města několika kaňony a náhorními plošinami
Experimenty:
- spouštění kusu 235
U (v podobě hydridu uranu) skrz větší,
subkritický kus z téhož materiálu (krátkodobé překročení
kritického množství, měření radiace od štěpných produktů)
- odraz neutronů od materiálu obklopujících plutonium v těsně
podkritickém stavu (Daghlian)
- Slotin: bravurní experimentátor, učil ostatní techniku zacházení se
štěpným materiálem, vše se dělá ručně (nedostatek času), provedl
stovky kritických experimentů, sestavil vnitřek 1. atomové bomby
(Trinity, Alamogordo, Nové Mexiko), podílel se na stavbě bomby
svržené na Nagasaki
Slotin montuje první atomovou bombu Trinity:
- první vážná nehoda v budově Omega 21. srpna 1945 způsobila
smrt studenta Harry K. Daghliana, Slotin svému příteli dělal
společnost v nemocnici, po Daghlianově smrti Enrico Fermi varoval
Slotina: ”Pokud si budeš takhle zahrávat, do roka bude po tobě!”
136
- 21. 5. 1946 - po konferenci, vzal Luis Slotin ostatní šéfy z Los Alamos
na exkurzi laboratoří, návštěvníci si prohlédli laboratoře a zase odešli,
jen Alvin Graves – nástupce, který měl po Slotinovi převzít jeho
skupinu - řekl, že ještě nikdy neviděl kritický experiment
- S. A. Kline, student fyziky, se chtěl také podívat, ve stejné době ve
speciální tlustostěnné, stíněné laboratoři v budově Omega, pracovalo
dalších pět fyziků
- všichni se zájmem pozorovali, jak se Slotin chystá předvést pokus
Experiment:
Koule z plutonia (6,2 kg - Daghlianova) z půlky zapuštěna v podstavci
z berylia. Za současného ozařování slabým zdrojem neutronů se na
odkrytou horní půlku plutoniového míčku zvolna spouští poklop z
berylia - ve tvaru duté polokoule. Množství plutonia a tloušťka berylia
byly zvoleny tak, aby došlo k překročení kritického stavu v okamžiku,
kdyby poklop téměř dosednul na plutoniovou kouli zapuštěnou v
beryliovém podstavci – tomu se zabránilo ponecháním volné štěrbiny
mezi beryliovým podstavcem a poklopem. Velikost štěrbiny určovala
vzdálenost systému od kritického stavu.
Fotografie znázorňující rekonstrukci experimentu po havárii:
137
- bezpečnější provedení: poklop upevněn ve stojanu a podstavec s
plutoniem se opatrně přibližuje zvedákem
- nebezpečné (jednodušší) provedení: podstavec stojí na stole,
Slotin drží poklop v ruce – palec zasunutý v otvoru v horní části
poklopu - opírá beryliový poklop hranou o podstavec a opatrně ze
strany přiklápí
- o nebezpečnosti takového postupu se vědělo – proto byly vyvinuty
jednoduché stavěcí zarážky s nastavitelnou tloušťkou, dávaly mezi
podstavec a poklop
- Slotin však zarážky odstranil a ve štěrbině mezi poklopem a
podstavcem držel zastrčený konec šroubováku
Průběh experimentu:
Slotin opatrným pootáčením ploché hrany vsunutého šroubováku
zvolna zmenšuje štěrbinu mezi nyní přiklopeným poklopem a
podstavcem - každá změna pozice se projevila odpovídajícím
138
zesílením intenzity tikání Geigeru. Graves se naklání blíž, aby na to
lépe viděl. Slotin tento experiment v minulosti již provedl mnohokrát
a byl si s sebou jistý.
Pomalým otáčením šroubováku měnil velikost štěrbiny,
poslouchal tikání Geigeru a zároveň podával výklad sedmi lidem ve
svém okolí – mnohem větší publikum, než obvykle míval při
experimentech.
Beryliový poklop se mu náhle smeknul z hrany šroubováku a
zaklapnul se - a plutonium bylo kompletně obklopené reflektorem.
Vzplálo oslnivě modrobílé světlo a vlna horkého vzduchu se převalila
místností. Slotin ve stejnou chvíli ucítil pachuť na jazyku a bolest v
ruce držící beryliový poklop.
Slotin měl pravou ruku na experimentu a zareagoval okamžitě –
odtrhnul horní část reflektoru a odhodil ho na podlahu; světlo
zhaslo.
Fotografie po nehodě:
Po nehodě:
- červený graf zapisovaný ručičkou přístroje detekujícího neutrony
byl na maximu – mimo okraj papíru - a Geigery dál zlověstně tikaly:
prudký tok neuronů indukoval radioaktivitu v kovových
předmětech v místnosti
139
- účastníci nehody uháněli k východu z budovy, přivolali strážného,
aby jim odemknul bránu, zazněl evakuační signál a účastníci
experimentu i ostatní lidé z budovy se rozprchli ven na silnici a za
hliněný val, někteří vyběhli na nedaleký kopec s vrcholem asi 305
m nad úrovní terénu
- Slotin se nejprve venku potýkal se záchvatem zvracení, pak vyšel
z budovy, aby oznámil kolegům, že se můžou vrátit - radiace klesla
na přijatelnou hodnotu
- v laboratoři provedli rekonstrukci a nakreslili plánek, aby bylo
možné určit míru ozáření, plutoniová koule přežila nehodu bez
poškození
- Luis Slotin obdržel efektivní dávku cca 21 Sv, Alvin Graves, který
stál poblíž, obdržel efektivní dávku 3,6 Sv, expozice ostatních lidí
byla 2,5; 1,6; 1,1; 0,47 a 0,37 Sv (analýza izotopového složení
kovových předmětů jako jsou hodinky, mince, klíče ozářených
osob, Slotinovi se např. na jazyku udělal bolák – v okolí zlatého
zubu)
- Slotin utrpěl typické příznaky těžké nemoci z ozáření – výrazné
zhoršení krevního obrazu, prudce bolestivý otok rukou spojený s
140
rozsáhlými puchýři následovala sněť, kůže na ostatních částech
těla byla zrudlá a citlivá, po přechodném zlepšení se dostavil
průjem, těžké poškození ledvin, paralýza žaludku a střev a nakonec
poruchy všech ostatních životních funkcí, sedmý den po nehodě se
dostavilo blouznění a potom koma
- Luis Slotin zemřel v bezvědomí 9. den po nehodě podobným
způsobem jako Daghlian, ale rychleji; byl ozářen dávkou čtyřikrát
vyšší
Alvin Graves a Samuel Allan Kline, přežili dávky radiace, které se v
té době považovaly za smrtelné - ale dlouho se potýkali s těžkými
následky ozáření (sterilita, ztráta zraku). Graves zemřel v r.1965 na
infarkt. Kline žil až do r. 2001. Tři z pěti dalších osob však zemřely
během let na leukémii.
- byly zastaveny všechny kritické experimenty (do doby než byly
instalovány dálkově ovládané manipulátory)
Nehoda 3.
po půlnoci 30. 9. 1976, Hanford, továrna na výrobu plutonia
- nejtěžší případ ozáření člověka pracujícího v jaderném zařízení v
americké historii – „atomový muž“
- 65letý Harold McCluskey sledoval chemické pochody při dělení
izotopů
- po několika hodinách této kritické směny zaslechl McCluskey
syčení a spatřil hustý dým uvnitř digestoře, v příštím okamžiku
došlo k silnému výbuchu a gumová maska na jeho obličeji byla
silou výbuchu stržena, stovky úlomků radioaktivního kovu,
olověného skla a gumy se mu zasekly do kůže, kyselina dusičná ho
dočasně oslepila, což mu ztěžovalo únik, během této doby vdechl
největší kdy zaznamenanou dávku americia 241 (vedlejší produkt
při výrobě Pu)
141
- maximální přípustné ozáření (vnitřní) americiem za celou dobu
lidského života je 2 kBq, McCluskey vdechl asi 11 MBq
- 9 dalších zaměstnanců, kteří byli ozářeni též, se po pár dnech
vrátilo do práce
- McCluskey byl převezen do Richmondu na Nouzové odmořovací
oddělení k dlouhodobé léčbě
- byl osprchován (voda ze sprchy obsahovala 100 MBq 241
Am)
- McCluskey strávil následujících 5 měsíců v železobetonové izolační
komoře v péči sester, které nosily respirátory a ochranné oděvy
- po většinu této doby neviděl ani neslyšel
- dostával pokusné injekce DTPA (diethylenetriaminepentaacetic
acid)
- léčba byla úspěšná a 14.2.1977 se McCluskey vrátil domů, protože
se podařilo jeho vnitřní kontaminaci snížit o 80 %
- McCluskey se rozhodl vládu zažalovat o 975 000 dolarů
odškodného, nakonec přijal 275 000 a plnou doživotní lékařskou
péči
- zbytek svého života strávil v ústraní v městečku Prosser
- zemřel 17. srpna 1987 na infarkt
Nehoda 4.
1983, Mexiko
142
- tři pracovníci sběrny starého železa v mexickém městě Juarez
poblíž hranic Texasu ukradli z nemocničního skladu vyřazený
přístroj (3 tuny) na ozařování nádorů
- částí přístroje byla rotující hlavice s olověným krytem a 6010
kovovými kuličkami (1 mm ø) 15 TBq 60
Co 2,5 GBq / kuličku
- po vhození přístroje na sběrný náklaďák se olověný kryt roztrhl a
kuličky se rozkutálely
- některé se přilepily na gumy okolo projíždějících aut, jiné na
podrážky kolemjdoucích, hráli si s nimi děti ze skladiště starého
kovu, přístroj byl zaslán dvěma mexickým slévárnám oceli, ty
přístroj roztavily a použily při výrobě 500 tun armovacích želez a
17 000 noh ke stolům, které byly v první řadě určeny pro vývoz
- nehoda byla odhalena pouze náhodou: 16. ledna zabočil kamion s
radioaktivními armovacími železy blízko Národní laboratoře v Los
Alamos (důležité středisko amerického výzkumu jaderných zbraní)
na špatnou odbočku, přitom přejel kolem speciálního čidla na
měření IZ (mělo předejít tomu, aby byl vyvezen ze závodu
radioaktivní materiál)
- do konce února se podařilo najít 94% všech noh od stolů; s
armovacími železy byl oproti tomu větší problém, protože již byly
částečně zabudovány do staveb
- železa musela být vytržena ze základů soukromých domů, státní
věznice, zdravotnického centra; základy pak musely být znovu
obnoveny (celkem 109 domů v Mexiku)
- v Mexiku nalezly přes 60 radioaktivních kuliček rozsypaných po
silnici
- nejméně 200 lidí obdrželo dávky záření mezi 0,01 až 0,5 Sv, jeden
mexičan dostal do rukou dávku 100 Sv, tři muži, kteří ukradli
přístroj, a dva muži ze šrotového skladiště obdrželi efektivní dávku
cca 4,5 Sv, nejméně 3 000 mexických pracovníků ze dvou sléváren
obdrželo významnější dávky
- celkem zemřel 1 člověk a 4 významně postižení
- Mexická vláda uzavřela šrotové skladiště a uložila zamořený šrot asi
2 000 až 6 000 tun radioaktivního kovu a kamion - do země na
speciálně upraveném místě mezi Juárezem a Chihuahuou
143
Nehoda 5.
1985, Goiania, Brazílie
- při likvidaci radiobiologické kliniky bylo v budově ponecháno
ozařovací zařízení se zdrojem 137
Cs (93 g 137
CsCl, 50 TBq, ve
vzdálenosti 1 m byl dávkový příkon 3 Gy/hod) (na BÚ A3 100 TBq)
- 2 muži odvezli zařízení domů, kde ho částečně rozebrali
- za několik dnů pak začali zvracet, přičítali to ale špatnému jídlu
- pokusili se také rozebrat kapsli (5 x 5 cm) s CsCl, po rozbití
ozařovacího okénka je zaujalo tmavomodře světélkující CsCl,
trochu vysypali a zkoušeli zapálit – mysleli si, že jde o střelný prach
- zařízení poté odvezli do sběrny, kde si majitel všiml, že zařízení
modře světélkuje (chtěl z něj vyrobit prsten pro svou ženu) pak
pozval příbuzné a známe, aby se na tento úkaz podívali
- jeden z účastníků si „onou záhadnou“ substancí udělal na břichu
modře světélkující kříž a označil tak i několik domácích zvířat
(několik jich později zemřelo)
- bratr majitele sběrny si CsCl odvezl domů, část vysypal doma na
zem, kde si s ním hrála jeho 6 letá dcera, kterou fascinovalo jeho
modré světlo, část prášku také snědla (1 GBq, dávka 6 Gy)
- první si nemocnosti v okolí všimla žena majitele sběrny
- vzala část CsCl a odvezla je do nemocnice, kde zjistili jeho vysokou
aktivitu (lidé v autobuse kterým CsCl vezla, obdrželi max. dávku 0,3
Sv do nohou)
Zemřelí:
Jméno Věk Dávka
[Gy]
Poznámky
Leide das Neves Ferreira 6 6,0 Zemřela měsíc po incidentu, pohřbena byla v olověné rakvi a
zalita betonem
Gabriela Maria Ferreira 38 5,5 Zemřela měsíc po incidentu, žena majitele sběrny
Israel Baptista dos Santos 22 4,5 Zemřel cca měsíc po incidentu, zaměstnanec majitele sběrny
Admilson Alves de Souza 18 5,3 Zemřel cca 3 týdny po incidentu, zaměstnanec majitele
sběrny
Přeživší:
144
Jméno Věk Dávka [Gy] Poznámky
Devair Alves Ferreira 36 7,0 Majitel sběrny
Wagner Mota Pereira 19 Maria
Gabriela Abreu 57 4,3 Matka Gabriely
Geraldo Guilherme da Silva 21 3,0
Ernesto Fabiano - 4,5 Kladivem rozbil kontejner s
CsCl
Edson Fabiano 42 5,3 Bratr Ernesta
Roberto dos Santos Alves 22 6,0 Amputováno pravé předloktí
měsíc po nehodě
Ivo Alves Ferreira 40 - Otec Leide, bratr majitele
sběrny
Kardec Sebastião dos Santos 30 Dávky
46 nejvíce ozářených lidí:
- u 249 osob se v různé míře projevily následky ozáření
- bylo nutné vyšetřit 119 000 osob, mnoho osob evakuovat ze
zamořených domů a provést nákladné (CsCl je rozpustný) a
rozsáhlé monitorovací, demoliční, odmořovací a likvidační práce
(např. moč zasažených lidí byla zbavena Cs na ionexu a Cs poté
uloženo na úložiště)
145
Nehoda 6.
1993, Ankara, Turecko
- 3 nepoužívané zářiče s 60
Co byly zabaleny a připraveny na
převoz do USA
- balíky nebyly odeslány hned ale proti předpisům uloženy
- časem byly dva z nich odeslány do provozovny v Istanbulu, která
byla prodána
- v prosinci 1998 noví majitelé (bratři) si vzali balíky domů a začali
rozebírat ochranný kryt, pak zařízení odvezli do sběrny
- za několik dnů se u obou objevilo zvracení, doktor nejprve
konstatoval otravu jídlem, poté ale správně určil příznaky
nemoci z ozáření
- jeden zdroj se podařilo najít ve sběrně před roztavením, druhý
se doposud nenašel
- 18 osob bylo hospitalizováno, u 10 se projevily příznaky nemoci
z ozáření
Nehoda 7.
únor 2000, Samut Prakarn, Thajsko
146
- nepoužívané zařízení obsahující 60
Co určené pro teleterapie
bylo uskladněno ve špatně hlídaném skladu určeném pro nová
auta
- dva místní sběrači odpadu zařízení vzali, rozebrali a prodali do
sběrny
- u všech, kteří se nacházeli poblíž tohoto zdroje, se za čas
vyskytla nevolnost a zvracení
- u těch, kteří se zařízení dotýkali, se objevili spáleniny (radiační
dermatitida)
- u 10 lidí se projevily příznaky nemoci z ozáření, 3 zemřeli
- přibližně 1870 lidí žijících v okruhu 100 m bylo nadměrně
ozářeno
- 258 osob žijících v 50 m okruhu bylo dlouhodobě sledováno,
jestli se nevyskytnou dlouhodobé účinky radiace
Seznam všech radiačních nehod:
http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/radaccidents.ht
ml
Zajímavá událost
listopad 2000, Francie/Čína
- při příchodu do práce dělník ve Francouzské jaderné elektrárně
spustil alarm
- jelikož kontaminace mohla pocházet z elektrárny, byl dělník
podrobně vyšetřen
- nakonec se ukázalo, že byly radioaktivní jen jeho hodinky
- vyšetřováním se ukázalo, že hodinky pochází z Číny, kde v oceli
roztavily kontejner s 60
Co používaný pro teleterapie
- hodinky se prodávaly po celém světě
- nicméně žádné podobné hodinky se už nepodařilo objevit
Úmyslná otrava
2006, Londýn, Velká Británie
147
Otrava (2) Alexandera Litviněnka poloniem za cca 30 milionu eur (na
černém trhu), 1. 11. 2006 hospitalizován a za 3 týdny zemřel (jako
první zemřel na otravu poloniem asistent M. C.-Sklodowské))
148
4.7. Pokusné jaderné a termonukleární výbuchy
http://nuclearweaponarchive.org/
Typy jaderných testů:
1. atmosférické, 2. podzemní, 3. stratosférické, 4. podvodní
149
Jaderné testy USA:
- 1. výbuch atomové bomby: 16. 7. 1945 v 5:29:45 "Trinity" 21 kT
TNT
- čtvrt hodiny po výbuchu se atomový mrak rozdělil na tři části
- největší část se pohybovala rychlostí asi 16 km/h ve výšce 14 – 17
km směrem na severovýchod
- v prvních dvou hodinách po explozi kleslo na zem jen malé
množství spadu, pak bylo spadem poměrně těžce zamořeno území
o rozloze asi 480 km2
- stopy radioaktivního zamoření byly zjištěny v Santa Fé, Las Vegas a
v Trinidadu v Coloradu, tedy ve vzdálenosti až 420 km od místa
výbuchu
- několik let po výbuchu tajně vnikali do této oblasti obyvatelé, aby
nasbírali "Trinitit" – skelnou hmotu, která vznikla roztavením písku,
zahřátého při výbuchu na několik milionů stupňů Celsia, hmotu
pak prodávali turistům
- cca 50 km od epicentra se nachází vápencová vysočina, na které se
pásl dobytek z většiny sousedících rančů, tato vysočina měla ze
všech území vně zakázané oblasti největší radioaktivní zamoření
- na tomto dobytku byl také nejdříve pozorován účinek
radioaktivního spadu
- asi měsíc po explozi začínaly herefordské krávy ztrácet srst, brzy
jim sice zase narostla nová, ale nebyla již červenohnědá, nýbrž bílá
- krávy se proslavily jako „atomová telata“ a byly vystavovány v El
Pasu a Alamogordu
- když vyšlo na základě vyšetřování najevo, že změna zbarvení srsti
byla způsobena radioaktivním spadem po výbuchu Trinity, bylo 75
krav nejvíc postižených ozářením odkoupeno za finanční
prostředky Projektu Manhattan a odvezeno do Los Alamos a Oak
Ridge
- ve výzkumných zařízeních byla provedena další vyšetření, ještě v
roce 1947 nebyly zjištěny žádné genetické změny nebo průkazné
mutace, mnoho krav přežilo a zplodilo zdravé potomstvo, další
byly zabity a snědeny.
150
http://www.youtube.com/watch?v=7VANyY87-_Q
http://www.youtube.com/watch?v=XtddUNQYIu0
Operace Crossroads:
- dva atomové výbuchy (plánovány 3) o síle asi 23 kilotun, které byly
provedeny v létě 1946 v laguně ostrova Bikini
- test Able - atomová bomba byla svržena z letadla a explodovala ve
výšce 160 metrů
- test Baker - byla atomová bomba zavěšena pod středně velkou
výsadkovou lodí na asi 30 m dlouhém kabelu a odpálena pomocí
dálkového ovládání
- při každé explozi sloužilo jako cíl asi 80 námořních lodí bez posádky
- operace Crossroads se zúčastnilo asi 42 000 lidí, 240 lodí (cílové a
zásobovací) a 160 letadel, na cílových lodích bylo umístěno asi 200
koz, 200 prasat a 5 000 krys, aby na nich mohly být zkoumány
účinky jaderných výbuchů
Test Able
Uskutečnil se 1. 7. 1946. Podle zprávy v příručce o radiologické
ochraně, která byla publikována po operaci Crossroads, došlo při
explozi k oslňujícímu světelnému záblesku, který trval několik
milióntin sekundy, a potom se z bublajících žhavých plynů utvořila
rychle rostoucí ohnivá koule. Z centra výbuchu se šířila rázová vlna,
která byla viditelná na vodě jako ohromné mihotavé světlo šířící se
všemi směry. Když ohnivá koule zmizela, vytvořil se velký bílý mrak ve
tvaru hřibu, který obsahoval kouř, štěpné produkty, nerozštěpené
částice a prach, a zvedl se do výšky 9 – 12 km.
Test Baker
Po vyhodnocení škod způsobených výbuchem při pokusu Able byl
uskutečněn 25. 7. 1946 test Baker. Na rozdíl od prvního testu vystříkl
při výbuchu Bakeru z laguny do vzduchu velký gejzír vody. Příručka o
151
radiologické obraně publikovaná po Operaci Crossroads popisuje, jak
se po počátečním záblesku vytvořil obrovský vodní sloup o průměru
téměř 800 metrů a vysoký 1,5 – 1,8 km. Na jeho vrcholu se rozpínal
hřibovitý mrak plynů a vodní tříště. Když se sloup vody zřítil zpět do
laguny, rozšířila se všemi směry mohutná, asi 300 metrů vysoká vlna z
napěněné vody a bahna, která zalila cílové lodě. Úřední zpráva
odhadla, že by členové mužstva zdržující se na palubách lodí
vzdálených do 640 metrů od epicentra obdrželi smrtelnou dávku
záření za 30 až 60 sekund, ve vzdálenosti do 1 550 metrů za 7 minut a
ve vzdálenosti do 2 300 metrů za 3 hodiny.
http://www.youtube.com/watch?v=nZCFrnL3W5A
- 1951 – 1958 bylo v USA na výzkumném území v Nevadě, 120 km
na severozápad od Las Vegas, provedeno přes sto nadzemních
atomových testů
- radioaktivní spad, vzniklý při testech, kontaminoval rozsáhlé okolí
výzkumného území
1. 11. 1952 7:15 byla odpálena první vodíková bomba s krycím
jménem "Ivy Mike"
http://www.youtube.com/watch?v=xEFXfMQ-vzQ
Před:
152
Po:
153
Test Bravo – největší USA TN bomba
„Dovoluji si poznamenat, že všechny testy jsou prováděny cíleně a
testování se nikdy nevymklo kontrole.“
Admirál Lewis Strauss, 30.3.1954
- 1. 3. 1954 v 6.45 byla odpálena vodíková bomba s krycím jménem
"Bravo" na ostrově Bikini v malé výšce nad zemí. Původně se
očekávalo, že bude mít účinek jen 6 Mt, ale ve skutečnosti měla
účinek 15 Mt, Výbuch vytvořil kráter hluboký 74 metrů a 1 800
metrů v průměru a ohnivá koule rozrušila ohromné množství
korálového atolu; vysála jej a roznesla nad široké území, kde se
snesl ve formě radioaktivního spadu (zasáhl japonskou rybářskou
loď).
http://www.youtube.com/watch?v=fd1IFjBNNVo
Od roku 1945 – 1962 USA provedly 331 atmosférických testů.
154
1 Rad = 0,01 Gy
Sovětské jaderné testy:
1. atomová bomba 29.8.1949
30. října 1961 Monster bomb (Царь - Car) 57 Mt – zmenšená verze
100 Mt bomby, letecky dopravovatelná, největší kdy odpálená
http://www.youtube.com/watch?v=LxD44HO8dNQ
Britské jaderné testy:
- koncem čtyřicátých let se rozhodli britští politici, stimulováni
rostoucími obavami z atomové politiky Sovětského svazu a
monopolu atomových zbraní USA, vyvinout ve Velké Británii vlastní
atomovou zbraň
- jaderné testy byly provedeny v Austrálii
155
- v letech 1952 - 1958 bylo celkem provedeno 21 britských
jaderných testů, 12 z nich na pevnině nebo v její blízkosti a devět
na pokusném území na Vánočním ostrově
Francouzské jaderné testy:
- 1. pokus se uskutečnil 13. února 1960 pod krycím jménem
Gerboise Bleue, účinky výbuchu byl kromě rozsáhlého arsenálu
válečné výzbroje vystaven také celý zvěřinec a 150 alžírských
zajatců (podle údajů alžírské televize, o kterých informovala
francouzská tisková agentura - AFP - v Paříži 11. 5. 1985)
- v letech 1960 a 1961 následovaly tři další atmosférické pokusy a
potom byly pokusy přemístěny do podzemí
5. 8. 1963 byla v Moskvě podepsána Smlouva o zákazu zkoušek
jaderných zbraní v atmosféře (USA, SSSR a Velká Británie), na
zemském povrchu a pod vodou (pod zemí zůstaly povoleny).
V té době se sovětský vládní předseda Chruščov dohodl s Čínou, že
Rusko bude podporovat čínský program jaderných zbraní, pokud se k
dohodě, která zakazuje jaderné pokusy, Čína přidá. Krátce poté
Chruščov od této nabídky odstoupil a Čína na to reagovala tím, že k
smlouvě o přerušení jaderných pokusů nepřistoupila.
Čína:
16. října 1964 odpálila Čína v atmosféře atomovou bombu s trhací
silou 20 kt a stala se tak další atomovou velmocí.
17. června 1967 odpálila 3 Mt vodíkovou bombu.
http://www.youtube.com/watch?v=9xoHbBkUGSQ
Indie:
156
- asi 20 000 lidí se muselo přemístit z oblasti pouště Pakhran v
Rádžastánu a 18. 5. 1974 tam byla provedena exploze zařízení o
síle 15 kt (Smiling Buddha) v hloubce 100 m pod zemí
- kódované poselství zaslané do Nového Dillí o úspěchu exploze
znělo: „Buddha se směje“
Shrnutí:
Podle smlouvy o nešíření jaderných zbraní (1. července 1968, v roce
1970 vstoupila v platnost, v současnosti je smlouva podepsána 189
zeměmi) existuje 5 jaderných velmocí (vlastní jaderné zbraně):
Spojené státy americké
 první jaderný výbuch: 16. 7. 1945
 první termonukleární výbuch: 1. 11. 1952
 počet nukleárních hlavic: > 10 000
 počet testů jaderných zbraní: 1030
(24 společně s Velkou Británií)
Sovětský svaz/Rusko
 první jaderný výbuch: 29. 8. 1949
 první termonukleární výbuch: 12. 8. 1953
 počet nukleárních hlavic: > 10 000
 počet testů jaderných zbraní: 715
Velká Británie
 první jaderný výbuch: 3. 10. 1952
 první termonukleární výbuch: 15. 5. 1957
 počet nukleárních hlavic: 185
 počet testů jaderných zbraní: 45
Francie
 první jaderný výbuch: 13. 2. 1960
 první termonukleární výbuch: 24. 8. 1968
 počet nukleárních hlavic: 350
157
 počet testů jaderných zbraní: 210
Čína
 první jaderný výbuch: 16. 10. 1964
 první termonukleární výbuch: 17. 6. 1967
 počet nukleárních hlavic: 400
 počet testů jaderných zbraní: 45
Navzdory smlouvě o nešíření jaderných zbraní provedly test
jaderných zařízení další 3 státy:
Indie
 první jaderný výbuch: 18. 5. 1974
 počet nukleárních hlavic: > 60
 počet testů jaderných zbraní: 3
Pákistán
 první jaderný výbuch: 28. 5. 1998
 počet testů jaderných zbraní: 2
Korejská lidově demokratická republika
 v roce 2003 odstoupila od smlouvy o nešíření jaderných zbraní
 první jaderný výbuch 9. 10. 2006 (druhý 25. 5. 2009)
Státy podezřelé z vlastnictví jaderných zbraní:
Izrael
 počet nukleárních hlavic: > 300
 počet testů jaderných zbraní: 1?
 není signatářem smlouvy o nešíření jaderných zbraní
Irán
 počet nukleárních hlavic:?
158
 je signatářem smlouvy o nešíření jaderných zbraní
Státy, které vlastnily jaderné zbraně v minulosti:
Jihoafrická republika
 počet nukleárních hlavic: cca 6 (dobrovolně se jich vzdala v roce
1993)
Bělorusko, Ukrajina a Kazachstán
 dobrovolně zničily jaderné zbraně "zděděné" po rozpadlém
Sovětském svazu
 celkový počet postavených
nukleárních zbraní >128 000
Časový přehled testování jaderných zbraní:
159
Testovací lokace jednotlivých států:
4.8. Umělé zdroje IZ
- největší podíl na ozáření z umělých zdrojů má používání
ionizujícího záření a radioaktivních látek v lékařství (cca 85 %)
- RTG plic 1-10 mGy, zubní snímek 10 mGy, panoramatický snímek
chrupu 300 mGy
- vážné ohrožení představovaly v 50. – 60. letech nadzemní zkoušky
jaderných zbraní
- v roce 1963 testy zakázány od té doby aktivita RN klesá
- dalším zdrojem jsou radionuklidové zářiče γ (60
Co a 137
Cs), při
neodborné likvidaci zemřelo 19 lidí (5 nehod)
- dalším malým umělým zdrojem IZ jsou nehody družic obsahující Pu
(v roce 1964 shořela družice v atmosféře a rozptýlilo se 6,3.1014
Bq
238
Pu (dávka 0,4 μSv z inhalace))
- TV zdroje RTG 15 – 25 keV, 5 cm od obrazovky 5 μGy/hod
4.9. Radioaktivní odpady
160
- od ostatních odpadů se tyto odpady liší tím, že jsou radioaktivní
- vzniká při těžbě a zpracování uranových rud, výrobě jaderného
paliva, provozu jaderných reaktorů a elektráren, přepracovávání
vyhořelého jaderného paliva, likvidaci jaderných elektráren, při
výrobě a používání radioaktivních látek v různých odvětvích lidské
činnosti
- většina radioaktivních odpadů se zpracovává a po jistou dobu
uchovává izolovaně od ŽP
Dělení odpadů (podle měrné aktivity a uvolňovaného tepla):
- nízko aktivní
 krátkodobé
 dlouhodobé
- středně aktivní
 krátkodobé
 dlouhodobé
- vysoce aktivní (2 kW/m3
)
Nízko a středněaktivní odpady: z JE – iontoměniče, filtry, materiály
z oprav a údržby, odpad z prádelen pracích oděvů, zamořené oděvy,
dekontaminační materiál; ze zdravotnictví – pokusná zvířata, injekční
stříkačky, nádobí, vata, chemikálie
Vysoko aktivní odpady: vyhořelé palivo, odpad ze závodů na
přepracovávání vyhořelého paliva (1% hmotnosti všech odpadů ale
90% aktivity odpadů, obsahuje dlouhodobé RN – nutno uložit po
dobu tisícovek let)
Úprava odpadů: zmenší se jejich objem a převedou se do stabilních
nerozpustných forem:
- cementování (mísení s cementem)
- bitumenace (mísení s bitumenem – asfaltová živice)
- vitrifikace (vysušení a vmísení do skloviny – vhodné pro vysoko
aktivní odpady)
161
Ukládání odpadů:
- úložiště musí být zajištěno proti úniku radioaktivních látek do ŽP
- nízko a středně aktivní odpady se ukládají do povrchových či
mělkých podpovrchových úložišť (dno je mírně skloněné s jílovitým
terénem, vysypané pískem, voda se odvádí do monitorované
jímky, středně aktivní odpady jsou uloženy v úložištích
s betonovými jímkami, na podloží ze stabilních krystalických
hornin, drenáž ústí do monitorovaných jímek, po zaplnění a
uzavření by měla být garantována nepřístupnost po dobu 100 let
- vysoko aktivní odpady se ukládají do hlubinných úložišť, do dolů či
pod hladinu (v roce 1972 zakázáno), předtím se nacházejí
v meziskladu (mokrém – kontejnery v bazénu, suchém –
kontejnery ve vhodné budově)
- u nás kontejnery CASTOR (litinová válcová nádoba 4,1 m vysoká o
průměru 2,7 m a tloušťce stěn 37 cm, hmotnost 131 t, trojité víko
plněné heliem (sleduje se tlak), povrch je kvůli odvodu tepla
žebrován
162
- po 40 letech v meziskladu je aktivita dána především aktivitou
štěpných produktů 90
Sr, 137
Cs a transuranů, pokud se
nepřepracovává, je uloženo do konečných úložišť
- po tisíci letech 90
Sr a 137
Cs zmizí a k aktivitě bude přispívat
především 243
Am, 240
Pu, 239
Pu a 99
Tc
- za 105
– 106
let bude k aktivitě přispívat 229
Th a produkty jeho
přeměny, (229
Th vzniká z mateřského RN 237
Np (2,1.106
let))
Recyklace vyhořelého jaderného paliva:
Používají se především extrakční metody
PUREX (Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction)
163
• extrakce U a Pu z vodné do organické fáze
• nejrozšířenější proces v průmyslu v současnosti
• získává se tak i Pu pro zbraně
UREX (URanium EXtraction)
• zmenšení objemu vyhořelého jaderného
• modifikace PUREXu, Pu se neextrahuje
• odstraní se U a ten se následně přepracovává
TRUEX (TRansUranic EXtraction)
• získává se Am a Cm
• snížení alfa aktivity odpadu, odstranění nejaktivnější části
odpadu
• na rozdíl od PUREXu a UREXu se nejedná o extrakční proces
DIAMEX, SANEX, UNEX – vyvinutý v Rusku a ČR.
ad PUREX
• rozpouštění v HNO3 (7 M)
UO2 + 4 HNO3 → UO2(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
• odfiltrování jemných nerozpuštěných částeček
• extrakce do 30% TBP (tributylfosfát v petroleji)
• extrahuje se U a Pu
• štěpné produkty zůstávají v HNO3
• následuje několik extrakcí za sebou
• radiolýzou vzniká dibutylhydrogenfosfát (nižší efektivita
extrakce)
• je efektivní použít iontoměniče
• reextrakce do 0,2 M HNO3, izolace, tepelný rozklad, redukce na
UO2 / PuO2
164
J.H. Burns, Inorganic Chemistry, 1983, 22, 1174
Komplex vzniklý při extrakci triethylfosfátu a UO2(NO3)2
ad UREX
Přídavek AHA (k. acetylhydroxamové, či k. fenylhydroxamové)
βU(VI) > βU(IV) > βNp(IV) > βPu(IV)
βPu(IV) / βU(VI) = 10-4
Silně se tedy sníží extrakce Pu do organické fáze
L. Nuñez, G. F. Vandegrift, ARGONNE NATIONAL LABORATORY, Report from March 2001
165
Starší postup separace Pu
• po extrakci do TBP redukce PuIV
na PuIII
pomocí Fe(SO3NH2)2
• vyloučené Pu se oxiduje na PuIV
a vysrážení jako Pu(C2O4)2 . 6
H2O
• tepelným rozkladem vznik PuO2
Další starší metody
Separace těkavých fluoridů
• převedení na fluoridy fluorem a následná destilace
• problém TcF6 (b. p. 55,3 °C) a UF6 (b. p. 56,5 °C)
• selektivní redukce fluoridů
Obdoba separace těkavých chloridů.
166
Country Reprocessing site Fuel type Procedure
Reprocessing
capacity tU/yr
Operating period
Belgium Mol
LWR, MTR (Material test
reactor)
80 1966-1974
Germany Karlsruhe, WAK LWR 35 1971-1990
France Marcoule, UP 1 Military 1200 1958-1997
France Marcoule, CEA APM FBR PUREX DIAMEX SANEX 6 1988
France La Hague, UP 2 LWR PUREX 900 1967-1974
France La Hague, UP 2-400 LWR PUREX 400 1976-1990
France La Hague, UP 2-800 LWR PUREX 800 1990
France La Hague, UP 3 LWR PUREX 800 1990
UK Windscale Magnox 1 000 1956-1962
UK Sellafield, B205 Magnox PUREX 1,500 1964
UK Dounreay FBR 8 1980
UK THORP LWR PUREX 1,200 1990
Italy Rotondella Thorium 5 1968 (shutdown)
India Kalpakkam Military 100 1998
India Trombay Military PUREX 60 1965
167
India Tarapur CANDU 100 1982
Japan Tokaimura LWR 210 1977
Japan Rokkasho LWR 800 2005
Russia Mayak Plant B Military 400 1948-196?
Russia
Mayak Plant BB, RT-
1
LWR PUREX + Np separation 400 1978
Russia Krasnojarsk, RT-2 WWER 1,500 under construction
USA, NY West Valley LWR 300 1966-1972