Elektrownia jądrowa - wpływ na środowisko

Transkrypt

1 Elektrownia jądrowa - wpływ na środowisko

2 Wydobywające się z reaktora lotne substancje wychwytywane są przez system filtrów i pułapek. Zabezpieczenie stanowią też wymienniki ciepła nie pozwalające na przedostanie się substancji radioaktywnych z pierwotnego obiegu do chłodni kominowych. Pomimo tych zabezpieczeń część substancji radioaktywnych przedostaje się do otoczenia. Są to przede wszystkim substancje lotne, które trudno wychwycić i związać chemicznie, jak np. gazy szlachetne. TRYT Emisja elektrowni jądrowych Reaktor z wodnym moderatorem/chłodziwem - tryt (powstaje przez wychwyt neutronu przez deuter, reakcje jądrowe w prętach borowych) Tryt - słabo radioaktywna forma wodoru. Czas połowicznego rozpadu = 12,3 lat. Tryt powstaje naturalnie w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego. Powstaje także w reaktorach CANDU, które wykorzystują ciężką wodę jako moderator oraz chłodziwo. Tryt powstaje wskutek bombardowania litu lub boru przez neutrony. Bor dodawany jest do chłodziwa, występuje również w prętach kontrolnych. Lit stosuje się jako chłodziwo. Niebezpieczeństwo dla zdrowia wiąże się z tym, że tryt w wodzie jest łatwo wchłanialny przez organizm. Jest niebezpieczny dla matek w ciąży. Tryt pozostaje w ciele człowieka ok. 10 lat.

3 TRYT Tryt ze źródeł naturalnych posiada radioaktywność 2.8 do 5.6 x Bq Energetyka jądrowa wytworzyła dotychczas tryt o aktywności ok. 2.8 x Bq. Każdy wzrost aktywności trytu o 3.7 x Bq powoduje wzrost dawki o msv Tryt uwalniany w elektrowniach jądrowych nie stanowi istotnego zagrożenia dla zdrowia. Tryt jest nieusuwalny ze środowiska! Zagrożenie radioaktywnością (związaną z obecnością trytu) - ok. 120 lat. Niższe dawki trytu są bardziej niebezpieczne niż wyższe dawki! Poziom trytu w pobliżu elektrowni jądrowych w Kanadzie Wartość graniczna Bq/L

4 C-14 / Ar-41 C-14 powstaje w reaktorach w procesie pochłaniania neutronów przez azot, węgiel, tlen, które występują jako składniki paliwa, moderatora lub części konstrukcyjnych reaktora. Powstaje także w reaktorach z moderatorem grafitowym. Emisja C-14 stanowi 1/500 tys. część tła promieniowania. C-14 powstaje także w reaktorze chłodzonym CO 2 C-14 oraz Ar-41(gama emitor) są emitowane podczas normalnej pracy reaktora. C-14 powstaje w trakcie pochłaniania neutronów przez O-17, który znajduje się w wodzie przepływającej przez rdzeń. Argon-41 powstaje w trakcie wychwytu neutronów przez Ar-40 (stabilny, naturalnie występujący w atmosferze) znajdujący się w powietrzu otaczającym rdzeń.

5 Lotne produkty rozczepienia W wyniku nieszczelności koszulek cyrkonowych do atmosfery mogą przedostać się także lotne produkty rozczepienia: jod-131, krypton-85, ksenon-133 (oraz produkty rozpadu gazów szlachetnych: Cez-137, Stront-89). Gazy szlachetne Kr, Xe nie są rozpuszczalne w chłodziwie, a więc mogą, w przypadku nieszczelności, przedostawać się do atmosfery. Transmutacja instalacji chłodzenia W wyniku korozji elementów układu chłodzenia mogą przedostać się na zewnątrz: kobalt-58, mangan-54, kobalt-60, chrom-51, żelazo-55, nikiel-65, cyrkon-95. Generatory diesla w elektrowni jądrowej są jedynym źródłem gazów cieplarnianych (CO 2, NO X, CO) oraz SO 2.

6 Przykład emisji radioaktywnych lotnych substancji z reaktora BWR

7 HEAT WASTE ok. 24 o C

8 40 o C

9 Źródło chłodnej wody dla systemu chłodzenia: Jezioro czy chłodnie kominowe W przypadku niektórych elektrowni jądrowych, np. Oconee i McGuire, para z obiegu chłodzenia przepływa przez tysiące rur kondensatora, w rezultacie skrapla się. Następnie jest zrzucana długim kanałem (aby uległa ochłodzeniu) do jeziora. Nowe porcje wody do chłodzenia pompowane są z jeziora. W innej elektrowni np. Catawba Nuclear Station, para z obiegu chłodzenia przepływa przez chłodnie kominowe gdzie oddaje ciepło i podlega skropleniu. (The water is pumped to the top of the cooling towers and is allowed to pour down through the structure. At the same time, a set of fans at the top of each tower pulls air up through the condenser water). Temperatura wody obniża się o ok. 24 o C. Po schłodzeniu woda przepływa do wytwornicy pary i z powrotem napędza turbinę.

10 Chłodnie kominowe cd. Chłodnie kominowe redukują ilość wody potrzebnej do chłodzenia (z jeziora, oceanu, rzeki). Woda chłodzona w chłodniach kominowych pozostaje w obiegu. Uzupełniana jest tylko ta ilość wody (z rzeki, jeziora, oceanu), która uległa wyparowaniu w chłodniach kominowych.

11 Chłodnie kominowe - systemy chłodzenia w obiegu wtórnym

12 ok. 35 o C

13 Awarie elektrowni jądrowych

14 7-stopniowa Międzynarodowa Skala Zdarzeń Jądrowych

15 7 - MAJOR NUCLEAR MELTDOWN (Czarnobyl( Czarnobyl) eksplozja reaktora, emisja ogromnej ilości radionuklidów, 600 tys przypadków choroby popromiennej, skażenie całej Europy w przeciągu 1 tygodnia, ponad 300 tys osób ewakuowanych Poziom 7 "Wielka awaria" Uwolnienie znacznych ilości substancji promieniotwórczych, w ilościach równoważnych skutkom uwolnienia ponad dziesiątków tysięcy TBq jodu-131. Konieczne ewakuacje terenów skażonych i podjęcia działań odkażających, możliwe ofiary śmiertelne i długotrwałe skażenie terenu mieszanką krótko- i długożyciowych pierwiastków radioaktywnych. Możliwe, że skażenie przekroczy granice kraju gdzie znajduje się jego źródło. Występują długotrwałe skutki środowiskowe. Przykład: katastrofa w Czarnobylu, były Związek Socjalistycznych Republik Radzieckich, jedyne takie zdarzenie w historii energetyki jądrowej czerwony las

16 6 - MAJOR NUCLEAR ACCIDENT (Kyshtym( Kyshtym) fabryka przerobu paliwa nuklearnego, wybuch odpadów radioaktywnych, emisja radionuklidów do atmosfery, skażona strefa 350 km w 10 godz. East-Ural Radioactive Trace (EURT Region) - strefa zamknięta Poziom 6 "Poważna awaria" Uwolnienie do otoczenia substancji promieniotwórczych w ilościach równoważnych skutkom uwolnienia od tysięcy do dziesiątków tysięcy terabekereli jodu-131. Prawdopodobnie będzie konieczne pełne podjęcie środków zaradczych, przewidzianych w planach postępowania awaryjnego. Przykłady: Zakład Przetwórstwa Paliwa Jądrowego w Kysztymie, ZSRR, 1957.

17 5 - NUCLEAR ACCIDENT WITH WIDER CONSEQUENCES (Windscale( Windscale) pożar grafitu w reaktorze Poziom 5 "Awaria z zagrożeniem poza obiektem". Uwolnienie do otoczenia substancji promieniotwórczych w ilościach równoważnych skutkom uwolnienia od setek do tysięcy terabekereli jodu-131. Prawdopodobnie będzie konieczne częściowe podjęcie środków zaradczych. Przykłady: Pożar w Windscale, Wielka Brytania, Poważne uszkodzenie obiektu, jak np. stopienie większości rdzenia, poważny pożar w reaktorze, powodujące uwolnienie dużych ilości materiałów radioaktywnych wewnątrz obiektu. Przykłady: Wypadek w elektrowni jądrowej Three Mile Island, USA, 1979

18 4 - NUCLEAR POWER PLANT ACCIDENT WITH LOCAL CONSEQUENCES (Tokaimura - zakłady przerobu uranu, przekroczenie masy krytycznej, niekontrolowana reakcja rozczepienia, ewakuacja w promieniu 350 mil od fabryki) Poziom 4 "Awaria bez znaczącego zagrożenia poza obiektem". Uwolnienie do otoczenia substancji promieniotwórczych, jednak największa dawka, jaką może otrzymać człowiek poza obiektem nie przekracza kilku msv. Podjęcie środków zaradczych prawdopodobnie nie będzie potrzebne, za wyjątkiem kontroli żywności. Przykłady: Zakłady Przeróbki Paliwa Windscale, Wielka Brytania, 1973 Awaria powodująca znaczne uszkodzenie obiektu jądrowego i powodująca trudne do naprawienia straty, np. częściowe stopienie rdzenia reaktora lub porównywalne zdarzenia w obiektach niereaktorowych.

19 3 - SERIOUS INCIDENT OF NUCLEAR SPILL (Sellafield( Sellafield) wyciek radionuklidów (uranu i plutonu), który trwał kilka miesięcy Poziom 3 "Poważny incydent". Uwolnienie do otoczenia substancji promieniotwórczych, jednak największa dawka, jaką może otrzymać człowiek poza obiektem nie przekracza 1 msv (40% dawki rocznej). Podjęcie środków zaradczych prawdopodobnie nie będzie potrzebne. Zdarzenie na terenie obiektu, które może powodować rozległe skutki zdrowotne u pracowników lub rozległe skażenie na terenie obiektu. Skażenie może zostać łatwo zlikwidowane. Incydent, w wyniku którego jakakolwiek dalsza niesprawność systemów bezpieczeństwa może hipotetycznie doprowadzić do awarii. Przykłady: El Vandelloos, Hiszpania, 1989

20 2 - AN INCIDENT (Asco( Power Plant in Spain) wyciek substancji radioaktywnych Poziom 2 "Incydent". Wypadek zakłócający normalną pracę, mogący spowodować nadmierne napromieniowanie personelu. Nadmierne napromieniowanie oznacza przyjęcie promieniowania większego niż statystyczna dawka roczna (2,5 msv). Skażenie może przedostać się przez niektóre bariery bezpieczeństwa, lecz zostaje zatrzymane przez pozostałe stopnie zabezpieczeń. Może się pojawić w miejscach niepożądanych, co prowadzi do podjęcia działań naprawczych. Przykłady: Elektrownia Atomowa Formsack, lipiec 2006

21 1 - A NUCLEAR ANOMALY (Socratri( nuclear facility in France) wyciek wody zawierającej 75 kg Uranu do środowiska Poziom 1 "Anomalia". Wypadek powodujący zakłócenie normalnej pracy przy obiekcie lub przedmiocie promieniotwórczym. Przykładem może być np. wypadek przy transporcie odpadów radioaktywnych bez uszkodzenia pojemników czy drobne uszkodzenie rurociągów z takowymi substancjami. Nie ma zagrożenia pracowników ze względu na promieniowanie.

22

23 Wielka awaria w Czarnobylu - poziom 7

24 Jak dojechać do Czarnobyla?

25 Elektrownia atomowa w Czarnobylu leży w pobliżu miasta Prypeć na Ukrainie, 18 km na północny zachód od miejscowości Czarnobyl, 16 km od granicy ukraińsko-białoruskiej i około 110 km od Kijowa. W jej skład wchodzą cztery reaktory typu RBMK-1000, każdy o maksymalnej mocy 1 GW. W momencie katastrofy wspólnie wytwarzały około 10% energii elektrycznej produkowanej na Ukrainie. W reaktorze RBMK-1000 moderatorem był grafit, a woda tylko chłodziwem. W tym reaktorze przyspieszenie reakcji łańcuchowej powodowało powstanie większej liczby wolnych neutronów, które były dalej w takim samym stopniu spowalniane przez grafit neutrony te rozszczepiały więcej jąder uranu i tym samym reakcja jądrowa ulegała dalszemu przyspieszeniu. Dodatnie sprzężenie zwrotne

26 Eksperyment Część prądu elektrycznego wytwarzanego przez każdy blok energetyczny była zużywana na potrzeby własne tego bloku (zasilanie pomp wody chłodzącej, systemów kontrolnych itp.). Gdyby doszło do konieczności wyłączenia reaktora, energia byłaby zapewniana początkowo przez awaryjne agregaty prądotwórcze, a potem z zewnątrz (inne bloki lub elektrownie). Podczas budowy elektrowni okazało się, że awaryjne agregaty prądotwórcze uzyskują wystarczającą moc dopiero po 60 sekundach od ich włączenia (i wyłączenia reaktora), a turbogenerator po wyłączeniu reaktora dzięki sile rozpędu jest w stanie zapewniać wystarczającą moc zaledwie przez 15 sekund (później napięcie spadało poniżej wartości minimalnej wymaganej przez zasilane systemy). Oznaczało to, że przez 45 sekund systemy kontrolne i bezpieczeństwa reaktora nie byłyby zasilane. Istniały dwie możliwości zmian technologicznych w elektrowni: * zastosowanie agregatów prądotwórczych o krótszym czasie rozruchu, * przerobienie turbogeneratorów. Wybrane zostało to drugie rozwiązanie dołączono dodatkowy stabilizator napięcia, tak że turbogenerator miał dłużej (60 sekund) utrzymywać napięcie na minimalnym poziomie, ale nie sprawdzono wcześniej eksperymentalnie, czy wprowadzone przeróbki istotnie spełniają swoją funkcję. W czasie prób technicznych przed odbiorem wykonano podobny eksperyment, który wykrył problem z agregatami prądotwórczymi. Potem przerobiono turbogeneratory, ale zabrakło czasu (zbliżał się czas oficjalnego oddania reaktora do eksploatacji) na powtórzenie eksperymentu.

27 Cele i warunki eksperymentu Test miał wykazać jak długo w sytuacji awaryjnej, po ustaniu napędzania turbin generatorów parą z reaktora, energia kinetyczna ich ruchu obrotowego produkuje wystarczającą ilość energii elektrycznej dla potrzeb awaryjnego sterowania reaktorem. Czas ten potrzebny jest, by uruchomić system awaryjnego zasilania elektrycznego sterowania reaktorem mały generator elektryczny napędzany przez silnik spalinowy. Eksperyment miał polegać na znacznym zmniejszeniu mocy reaktora, następnie na zablokowaniu dopływu pary do turbin generatorów i mierzeniu czasu ich pracy po odcięciu w taki sposób zasilania.

28 Przebieg eksperymentu - obniżono moc reaktora (do zbyt niskiego poziomu) - zwiększono moc reaktora poprzez ręczne wysunięcie prętów, - zwiększono chłodzenie, co obniżyło temperaturę rdzenia reaktora, a co za tym idzie ilość pary wodnej. Woda w stanie ciekłym pochłania więcej neutronów niż para, w efekcie czego - - moc reaktora ponownie spadła, - zrekompensowano to dalszym wysunięciem prętów kontrolnych, - reaktor doprowadzony do skrajnie niestabilnego stanu i pozbawiony zupełnie kontroli za pomocą służących do tego prętów. W tej sytuacji automatyczny system bezpieczeństwa powinien całkowicie wygasić reaktor, jednakże operatorzy zadecydowali o wyłączeniu tego zabezpieczenia Załoga nie zdawała sobie sprawy z niestabilności reaktora i - wyłączyła przepływ pary do turbin. Ponieważ zwalniająca turbina napędzała pompy, - przepływ wody chłodzącej zaczął maleć, a wzrosła produkcja pary. Dodatnia reaktywność dla pary, jedna z charakterystycznych cech reaktorów typu RBMK, spowodowała - wzrost intensywności reakcji rozczepienia, a co za tym idzie temperatury

29 Przebieg eksperymentu, cd. - mechanizm wprowadzający pręty kontrolne do rdzenia, nie zadziałał. Powolne tempo wsuwania prętów (0,4 m/s, około sekund na przebycie całej długości) było jedną z przyczyn. Jeszcze gorsze skutki wywołała wadliwa konstrukcja prętów. Ich końcówki wykonane były z grafitu. Podczas wsuwania wypychały chłodziwo, a same będąc moderatorem wbrew zamierzeniu przyspieszały reakcję łańcuchową. - przegrzanie rdzenia sprawiło, że kanały paliwowe popękały, blokując pręty kontrolne. W ciągu trzech sekund moc reaktora wzrosła do 530 MW. O godzinie 01:23:47, w siedem sekund po rozpoczęciu procedury awaryjnej, moc cieplna osiągnęła 30 GW, trzydziestokrotnie przekraczając normalny poziom. - Gwałtowny wzrost ciśnienia zniszczył kanały paliwowe i rozerwał rury z wodą chłodzącą. - Paliwo zaczęło się topić i wpadać do zalegającej na dnie wody O godzinie 01:24 wzrost ciśnienia znajdującej się w reaktorze pary wodnej doprowadził do - pierwszej eksplozji pary, która wysadziła ważącą blisko 2000 ton osłonę biologiczną (antyradiacyjną) pokrywającą reaktor.

30 Przebieg eksperymentu, cd. Kompletnie zniszczony rdzeń reaktora wszedł w kontakt z chłodziwem, co spowodowało - reakcję cyrkonowych wyściółek kanałów paliwowych z wodą, która zaczęła rozkładać się z - wydzielaniem wodoru, a po zniszczeniu cyrkonowych osłon bezpośrednio zetknęła się z rozżarzonym grafitem o temperaturze 3000 C i doszło do jej - termolizy z wydzielaniem mieszaniny piorunującej (wodór i tlen w stosunku 2:1) - następnie doszło do drugiej, nieco większej eksplozji wodoru i tlenu, która zniszczyła budynek czwartego reaktora. Eksplozja ta pozwoliła na wniknięcie powietrza do wnętrza reaktora. Spowodowało to - zapłon kilku ton grafitowych bloków izolujących reaktor, które płonąc przez 9 dni uwolniły do atmosfery najwięcej izotopów promieniotwórczych. Większość z 211 prętów kontrolujących pracę rdzenia reaktora stopiła się. - do atmosfery dostał się radioaktywny pył. Radioaktywne cząstki wyrzucone do atmosfery wybuchem, jak i te emitowane nadal w wyniku trwającego pożaru grafitu, tworzyły pióropusz radioaktywnych drobin o wysokości 1030 m, który następnie przemieścił się w stronę miasta Prypeć. Wiatr utrzymywał jednak chmurę radioaktywnych cząstek z dala od miasta.

31 Poziom promieniowania Poziom promieniowania w najbardziej dotkniętych katastrofą częściach budynku reaktora ocenia się na 5,6 rentgena na sekundę (R/s) (0,056 greja na sekundę (Gy/s)), czyli 23 kr/h (200 Gy/h). Dawka śmiertelna to około 500 rentgenów w czasie 5 godzin, co oznacza że w niektórych miejscach niezabezpieczeni w żaden sposób pracownicy przyjęli śmiertelną ilość promieniowania w ciągu kilku minut. Dozymetr zdolny do pomiaru promieniowania na poziomie 1000 R/s (10 Gy/s) był niedostępny z uwagi na zniszczenia, a drugi egzemplarz okazał się wadliwy. Pozostałe dozymetry działały w zakresie do 0,001 R/s (0,00001 Gy/s), przez co nieprzerwanie podawały odczyt "poza skalą". W wyniku tego obsada reaktora nie była świadoma jak wielką dawkę promieniowania przyjmuje

32 Skażenie w Polsce Polska znalazła się pod wpływem radioaktywnej chmury przemieszczającej bezpośrednio nad płd-wsch rejony Polski i chmury, która najpierw dotarła do Bałtyku, a następnie zawróciła na południe. Przechodziła ona środkowym pasem nad Polską. Wyróżniono 3 strefy skażeń: niską (<0,14 mr/h), średnią (<0,35 mr/h) oraz wysoką (powyżej średniej). Mapka przedstawiająca rozkład skażeń prezentowana jest poniżej.

33 Skażenie w Polsce Maksymalne skażenie powietrza wynosiło 571 Bq/m 3 (średnio 104,1 Bq/m 3 ), przed katastrofą 0,1 Bq/m 3. Skażenie wód powierzchniowych wzrosło z 10 Bq/m 3 do 417 Bq/m 3. Skażenia na terenie Polski powodowane były przede wszystkim przez izotopy jodu, telluru, rutenu, cezu. Udział procentowy w powietrzu nad Warszawą wynosił odpowiednio w dniach i 07.05: J ,2% i 44,3%; Te ,2% i 9,5%; Cs-137 1,7% i 3,2%; Ru-103 4,8% i 22,1%. Średnie dawki na całe ciało wynosiły w silnie skażonych terenach 0,44 msv (skażenia zewnętrzne), 0,51 msv (skażenia wewnętrzne - dorośli) i 6,15 msv - dzieci. Skażenie na tarczycę: 17,1 msv dorośli i 205,9 msv - dzieci. Skażenia na tarczycę zostały znacząco zmniejszone względem podanych powyżej dzięki przeprowadzonej akcji ochrony dzieci i młodzieży poprzez podanie jodu stabilnego w postaci płynu Lugola. Udział różnych izotopów w skażeniu powietrza w Warszawie 131 I, 132 Te, 132 I, 134 Cs, 136 Cs, 137 Cs, 103 Ru, 106 Ru, 99 Mo, 95 Zr, 95 Nb, 140 Ba, 140 La, 141 Ce gorące plamy - tlenki rutenu i molibdenu

34 Rozprzestrzenianie się smugi radioaktywnej Największe zagrożenie dla Polski w dniu 27.04

35 Skażenie gleby cezem-137 w Polsce po katastrofie w Czarnobylu

36 Biologiczny równoważnik dawki w pierwszym roku po awarii w Czarnobylu

37 Czarnobyl dziś Ci, którzy pozostali, nadal zamieszkują skażone tereny. Dwa najpowszechniejsze nuklidy promieniotwórcze z Czarnobyla, cez-137 oraz stront-90, pozostaną w środowisku przez dziesięciolecia. Pola nawozi się potasem, który ogranicza wchłanianie cezu przez uprawy, oraz wapnuje, w celu zablokowania strontu. Rozwlekłe przepisy wyjaśniają, co powinno być uprawiane na których glebach (na torfiastych tylko ziemniaki, natomiast na ziemiach gliniastych, wiążących radionuklidy, dopuszczalna jest szersza gama upraw). Najbardziej skażona ziemia - kilkaset tysięcy hektarów - nadal leży odłogiem, choć rząd Białorusi podejmuje kroki, aby ją odzyskać. Poza terenem elektrowni przyroda odzyskała setki km 2 opuszczonych terenów w strefie wykluczenia. Ponad sto wilków przemierza lasy, bociany czarne i orły bieliki gniazdują na bagnach, a kilkadziesiąt koni Przewalskiego, gatunku, który już dawno wyginął w stanie dzikim, rozwija się świetnie po wypuszczeniu ich tutaj w 1998 roku. Sosny odzyskują nawet Czerwony Las, choć w miejscach, w których utrzymuje się promieniowanie, są skarłowaciałe i zdeformowane, mają nienaturalnie krótkie lub długie igły oraz grona pączków tam, gdzie powinien być tylko jeden. Ten powykręcany przez radioaktywność las jest anomalią. Ogólnie jednak ekolodzy są zachwyceni tym, jak prężna okazała się natura. Czasy połowicznego rozpadu Cez lat Stront lat Jod dni Stront jest beta radioaktywny, zastępuje wapń w kościach. Cez jest beta radioaktywny, rozpuszcza się w wodzie, wewnątrz organizmu - silnie toksyczny, kancerogenny.

38 Równoważnik dawki pochłoniętej - Czarnobyl i okolice, rok 2008 (źródło - Krzysztof Wojciech Fornalski

39 Kontrowersyjne publikacje w prasie polskiej apropos katastrofy w Czarnobylu

40

41

42 Autorzy: Ryszard Kamiński, Henryk Suchar, Marcin Rotkiewicz Numer: 2/2001 (946)