Ugrás a tartalomhoz

"A" Tételű modul - Környezetvédelem

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. (2008)

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

Nukleáris energiatermelés környezeti hatásai

Nukleáris energiatermelés környezeti hatásai

Energia-termelés: a maghasadás során felszabadult energiát gőz előállítására használják. A gőzzel turbinát, azzal pedig generátort hajtanak meg. A generátor pedig energiát termel. A fizikusok a legtisztább módszernek tekintik, a zöldek azonban csak a reaktorokkal kapcsolatos problémákat emlegetik.

Sugárzás jellemzője: minden külső behatás nélkül állandóan sugároznak.

3 típusa van:

  1. α –sugár (Hélium atommag)

    • Ionizáló hatása nagy, legveszélyesebb

    • Hatótávolsága kicsi

    • A nagy sebesség és mozgási E magyarázza a sugarak viszonylag nagy áthatoló képességét

    • Csak az emberi szervezetbe bejutva káros

  2. β –sugárzás (elektron)

    • Közepes ionizáló hatás

    • Közepes hatótávolság (levegőben 40-60 cm)

    • Közepes terjedési sebesség

  3. γ sugár (foton)

    • Nagy energiájú

    • A gerjesztett magból eredő elektromágneses sugarak

    • Az ionizáló hatásuk a legkisebb, viszont a hatótávolságuk a legnagyobb.

Alfa-bomlás során az atommagból egy hélium atommag (erősen kötött 2 proton és 2 neutron) válik ki. Erősen ionizáló, viszont a hatótávolsága levegőben 1 cm alatti. Az alfa-sugárzás hélium atommagokból áll, és akár egy vékony papír is elnyeli őket.

Béta-bomlás során az atommagban neutronból lesz proton, elektron kibocsátása közben. Így a béta-sugárzás valójában elektronsugárzás. Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegőben pár 10 cm. A béta-sugárzás elektronsugárzás, és egy alumíniumlemez elnyeli őket.

Gamma-bomlás során energia távozik nagy energiájú fotonként. Az előbbiek kísérőjelensége szokott lenni. Hatótávolsága levegőben praktikusan végtelen, a nagy tömegszámú elemek (általában ólom) gyöngítik hatékonyan. A gamma-sugárzás erőssége az útja során folyamatosan csökken.

α, β és γ sugárzás

Főbb tulajdonságok:

Bomlási állandó: egyenlő idő alatt az atomoknak mindig ugyanakkora hányada bomlik el.

Felezési idő: ha bomlás jellemzésére a felezési időt használjuk, akkor azt kell megadni hogy a kiinduláskor a meglévő atomok fele annyi idő alatt esett szét radioaktív bomlás következtében.

A radioaktivitás mértékegységei:

A radioaktív sugárforrás aktivitásának mértékegysége a becquerel (Bq), 1 Bq =1 bomlás/másodperc.

Az időegységenként azonos számú részecskét kibocsátó különböző sugárforrások nagyon különböző energiával sugározhatnak. Ezt jellemzi a második egység, a gray (Gy), amely a céltárgyba érkező sugárzás energiáját, az abszorbeált dózist méri.

A különböző sugárzások különböző mértékben károsítják az élő szervezeteket, még akkor is, ha az elnyelt sugárzás energiája azonos pl. egy Gy alfa-sugárzás hússzor annyi károsodást okoz, mint 1 Gy béta-sugárzás. A károsító hatás mértékét fejezi ki a dózisegyenérték, egysége a sievert (Sv), amely a grayben kifejezett abszorbeált dózis és a relatív biológiai hatékonyság (relative biological effectivenes, RBE) faktor szorzata. A munkahelyeken és a környezetben megengedhető sugárzás mértékét sievertben adják meg.

A mértékegységek neve és definíciója:

Fajlagos aktivitás: tömegegységre jutó bomlások száma másodpercenként (Bq/g, Bq/kg stb.).

Aktivitáskoncentráció: térfogategységre eső aktivitás (Bq/m3, Bq/l stb.).

Felületi aktivitás: felületegységre eső aktivitás (Bq/cm2, Bq/m2 stb.).

Fűtőanyagciklus:

  1. Bányászat: Magyarországon Pécs közelében történik. Az uránérc 99,3%-ban 238-as urán izotópot tartalmaz, amely nem hasadó, csak 0,7%-a 235-ös izotóp. A 235-ös urán leányeleme a 222-es radon. Ez a bányákban 1000 Bq-es aktivitást is elérhet, igen karcinogén, a bányászokat veszélyezteti.

  2. Dúsítás: a 235-ös uránizotóp kicsi előfordulása végett, az ércet dúsítani kell. Aprítás és őrlés során az uránoxidokat koncentrálják. A sugárzó anyag 85%-a kerül a meddőhányókba. A nem megfelelő szigetelés esetén ezek egy része kimosódhat a talajba juthat, por formájában a levegőt szennyezheti. U3O8 az átalakító üzemben urán-hexafluoriddá alakítják, a 235-ös uránizotópot 3%-ra növelik, amely a fűtőanyag alkalmazhatóságának minimuma.

  3. Szállítás céljára ismét átalakítják urán-dioxiddá. Ezt golyók, tömbök formájában szállítják az erőműbe.

Nukleáris erőmű:

Maghasadáson alapul. Neutronokkal bombázzák az instabil hasadó anyagot, aminek következtében beindul a ráncreakció. A fűtőelemek között szabályozó rudak vannak, amelyek elnyelik a neutronokat. Akkor engedik be a rendszerbe, ha az túlmelegszik. Moderátor alkalmazására van szükség, mely lehet víz, nehézvíz vagy grafit. Hűtőközeget képezhet a víz, a nehézvíz illetve valamilyen gáz.

Nemzetközi sugárvédelmi bizottság:

Meghatározta az egy főre eső elnyelt dózist, amely 5 mSv/év. A tényleges mennyiség, ennek töredéke 1 mSv/év. Az atomerőművekben dolgozóké pedig 50 mSv/év. Előírják a folyamatos monitoringot. Pakson 30 km-es átmérőjű körben folyik folyamatos ellenőrzés, évente 4-5 ezer mintát vizsgálnak. Egy 1000 MW-os atomerőmű évente 30t nagy aktivitású hulladékot, 300 m3 kis és közepes aktivitású hulladékot termel 80 kg urán felhasználásával. A kimerült fűtőanyagokból különböző anyagokat nyernek ki (235U, 249Cf, 239Pu). Az elhelyezést tekintve, korábban a Szovjetunió átvette a hulladékot, ma erre nincsen lehetőség. A kritérium az, hogy több ezer évig nem kerülhetnek ki. Sajnos csak az ideiglenes tárolás megoldott, a végleges még nem. Az agyagba, tufába, vagy a kősóba való beágyazás megfelelő.

Balesetek:

Megelőzés lehetőségei:

  • A reaktor köré betonszarkofágot helyeznek és acéllemezzel fedik. A sugárzás megakadályozása végett ónbevonatot készítenek.

  • A szabályozó rendszer beépítésével veszély esetén leáll az erőmű.

  • Védőpajzsot alakítanak ki.

  • Nagyméretű elszívó és portalanító berendezést építenek be.

  • Vészhűtőrendszert alakítanak ki.

  • Biztonsági tartalékberendezéseket alkalmaznak.

A baleset szintjei:

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség megalkotta a Nemzetközi Nukleáris Esemény Skálát, mely 7 kategóriát tartalmaz.

  1. skála alatt

  2. rendellenesség

  3. üzemzavar

  4. súlyos üzemzavar

  5. telephelyen belüli kockázattal járó baleset

  6. telephelyen kívüli kockázattal járó baleset

  7. súlyos baleset

  8. nagyon súlyos baleset

Katasztrófák:

1957. Egyesült Királyság, Sellafield, 5. fokozat

1979. USA, Three Mile Island: 5. fokozat, a reaktorzóna károsodott

1980. Franciaország, Saint-Laurent: 4. fokozat

1986. Szovjetunió, Csernobil: 7. fokozat

1989. Spanyolország, Vandellos: 3. fokozat

1979. március 28. Pensylvania - Three Mile Island A berendezés túlműködtetésének és az üzemeltetők hibái révén következett be a baleset. Haláleset nem történt, az üzemben dolgozok a normálisnál nagyobb dózist kaptak. 50 ezer embert telepítettek ki. Tejmintákat ellenőrizték jódizotópokra. A terhes és kisgyermekes nőknek javasolták az elköltözést. 5. fokozat.

1986. április 26. Csernobil A biztonsági hűtőrendszert kikapcsolta egy mérnök. A szabályozó rudakat eltávolították, az automata biztonsági rendszert kikapcsolták, vízszivattyúkat kikapcsolták. A bekövetkező robbanás az épület fedelét megemelte. A radioaktív felhő egész Európát bejárta, de csak akkor jelentették a balesetet, amikor Finnországban nagyobb aktivitást érzékeltek. 7. fokozat. Tanulság: A grafit moderátorokat ki kellett volna cserélni vizes moderátorokra. Olyan üzemeltetési rendszert kell kidolgozni, hogy az operátorok téves beavatkozásai se okozzanak balesetet. Az infrastruktúra elmaradott volt. A lakosságot hatékonyan fel kellett volna készíteni.

Radioaktivitás hatása az élővilágra:

Ember:

Izotópok belégzése és ülepedés révén károsítanak Hidroszféra kölcsönhatásai miatt a 40K, 235U, 223Ra, 14C felhalmozódnak, ill. a táplálékláncban feldúsulnak. Az emberi test radioaktivitása életkortól és táplálkozástól függ. Az embert érő sugárhatás lehet természetes vagy diagnosztikai (pl.: röntgen). A Sr a csontokat, a Cs az izmokat károsítja. Gyermekkori rosszindulaté pajzsmirigydaganatok száma fokozatosan növekedett, ill. torzszülöttek, fehérvérűség, sugárzási betegségek.

Talaj:

90Sr, 137Cs geológiai viszonyok és mesterséges hatás következtében jön létre. A szennyezőanyag megkötődését, lemosódását a talaj szemcsemérete, kémiai jellemzői határozzák meg. A felsőbb művelt rétegben nagyobb koncentrációban van jelen.

Növény:

Belégzés és ülepedés révén jutnak el a növényekhez (magnifikáció), /természetes és mesterséges anyagok egyaránt/. A talajból és levegőből veszi fel a szennyezőanyagot. Függ: faj, tenyészidő, fejlettségi állapot

Állat:

Takarmánnyal, belégzéssel, ivóvízzel veszik fel. - 40K, 137Cs, 90Sr. A srtoncium szennyezettség a sertés, baromfi, szarvasmarha, juh, hal irányában növekszik.

A radioaktivitás hatásai:

Szomatikus és genetikus károsodást idézhet elő.

Befolyásolja:

  • Sugárzás nagysága

  • Sugárzás típusa, E-ja, időtartama,

  • Sugárzás intenzitása

  • Besugárzott testrész nagysága, fontossága, érzékenysége

  1. Szomatikus prompt hatások

    • 2 Sv: küszöbérték

    • 7 Sv biztos halál

  2. Szomatikus késői hatás

  3. Nem egyszerű a közvetlen összefüggést kimutatni, később jelentkezik, egyszeri vagy ismételt kis dózishatás következményeként jelentkezik.

    • idült bőrgyulladás, szemlencsehomály, leukémia, rák.

    • genetikai ártalom: spontán vetélés, öröklött genetikai betegség

Genetikai károsodás, ártalom: öröklődés alapvető elemeire, génekre és kromoszómákra gyakorolt hatáson alapul.

  • Kétszerező dózis: öröklött betegségek előfordulását megduplázza (0,2-0,3 Sv).

  • Küszöbdózis: hatás bekövetkezésének valószínűségét fejezi ki.