Prof. dr hab. Aleksander Bilewicz

Transkrypt

1 Prof. dr hab. Aleksander Bilewicz Instytut Chemii i Techniki Jądrowej ul. Dorodna 16; Warszawa Tel.: (+48.22) Fax: (+48.22) a.bilewicz@ichtj.waw.pl Warszawa Ocena rozprawy doktorskiej mgr inż. Magdaleny Miecznik Studium nad sorpcją w materiałach geologicznych długożyciowych izotopów radioaktywnych Tc-99, Sr-90, Cs-137 w układach modelowych z wykorzystaniem krótkożyjących izotopów Tc-95m, Sr-85, Cs-134 wykonanej w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN pod kierunkiem prof. dra hab. Jerzego Wojciecha Mietelskiego. Problem odpadów promieniotwórczych jest jednym z najważniejszych zagadnień związanych z bezpiecznym wykorzystaniem technik jądrowych. Rozwiązanie problemu ich skutecznego i bezpiecznego dla ludzi i środowiska unieszkodliwiania, warunkuje uzyskanie akceptacji społecznej dla rozwoju energetyki jądrowej. Pomimo coraz doskonalszego przerobu wypalonego paliwa jądrowego wciąż pozostają długożyciowe radionuklidy, które muszą być bezpiecznie składowane. Ostatnio prowadzone intensywnie prace nad transmutacją aktynowców i niektórych długożyciowych produktów rozszczepienia ( 135 Cs, 99 Tc, 129 I, 79 Se, 93 Zr, 126 Sn) pozwolą prawdopodobnie przeprowadzić je na krócej żyjące radionuklidy lub izotopy trwałe. Pozostanie jednak ciągle problem radionuklidów o średnim czasie połowicznego rozpadu takich jak 137 Cs i 90 Sr. Aby nie przedostały się do środowiska musi być zapewnione ich bezpieczne składowanie przez co najmniej lat. Oczywiście obok energetyki jądrowej, której dotychczas nie ma w Polsce, powstają stale spore ilości odpadów promieniotwórczych związanych z eksploatacją reaktora badawczego Maria w Świerku oraz z zastosowania radioizotopów w medycynie i przemyśle. Znaczne ilości długożyciowych radionuklidów mogą także powstać z planowanego w Świerku naświetlania tarcz uranowych i ich przerobu w celu produkcji generatorów 99 Mo/ 99m Tc. Aktualnie odpady promieniotwórcze są przekazywane do Krajowego Składowiska Odpadów Promieniotwórczych w Różanie nad Narwią. W blisko czterdziestoletnim okresie eksploatacji składowiska zgromadzonych zostało ok m 3 odpadów promieniotwórczych o sumarycznej aktywności 33,78 TBq, w tym znaczne aktywności alfa emiterów. 1

2 Właśnie zagadnieniom związanym z bezpiecznym składowaniem odpadów promieniotwórczych w Różanie mgr inż. Magdalena Miecznik poświęciła swoją rozprawę doktorską. Celem pracy było opracowanie metodyki pozwalającej przez modelowanie możliwych scenariuszy sorpcji wycieków radioaktywnych na szczególnym przykładzie KSOP Różan. Uważam, że cel pracy został sformułowany prawidłowo i powstała praca ma zarówno aspekt poznawczy jak i może mieć znaczenie praktyczne. Jest on bardzo ambitny, gdyż do jego osiągnięcia konieczna jest wiedza geologiczna związana budową obszarów obok składowiska, chemiczna dotycząca własności sorpcyjnych materiałów naturalnych oraz podstaw i badania procesów sorpcyjnych. Także potrzebna jest znajomość radiochemii, pomiarów promieniowania oraz oczywiście modelowania numerycznego. Tak więc autorka musiała sprostać wielu wyzwaniom. Przedstawiona do recenzji rozprawa jest obszerna i obejmuje 127 stron. Składa się z części literaturowej oraz części eksperymentalnej. Tytuł pracy Studium nad sorpcją w materiałach geologicznych długożyciowych izotopów radioaktywnych Tc-99, Sr-90, Cs-137 w układach modelowych z wykorzystaniem krótkożyjących izotopów Tc-95m, Sr-85, Cs- 134 nie został jednak sformułowany poprawnie. O ile radionuklidy 95m Tc, 85 Sr można uznać za krótko żyjące to 134 Cs o czasie połowiczne rozpadu ponad 2 lata na pewno nie może być za taki uznany. Zresztą niewielki jest chyba sens zastępowania 137 Cs radionuklidem 134 Cs, gdyż czasy połowicznego zaniku nie różnią się drastycznie. W części literaturowej autorka przedstawiła wyczerpująco podstawy adsorpcji z roztworów, zarówno elektrolitów jak i nieelektrolitów. Następnie przedstawiła radioizotopy technetu, cezu i strontu oraz ich sorpcję w osadach geologicznych. W dalszej części opisała składowisko w Różanie, głównie w aspekcie ukształtowania geologicznego. Pięć punktów pracy autorka poświęciła podstawom modelowania. Tę cześć pracy oceniam pozytywnie, szczególnie opis modelowania. Mam do niej jednak kilka uwag. Str. 27, oczywiście 239 Pu nie jest produktem rozszczepienia, tylko aktywacji 238 U. Str 28, liczne badania wskazują na gwałtowną sorpcję Sr 2+ w ciągu 1-24 godzin, jak wiadomo gwałtowna sorpcja zachodzi w czasie sekund najwyżej paru minut. Str. 30, 137 Cs nie może być produkowany przez naświetlenie neutronami termicznymi, ewentualnie tylko prędkimi. Str. 230, sformułowanie 137 Cs jest bardziej lotny niż 134 Cs jest całkowicie błędne. Obserwowane większe rozprzestrzenianie się 137 Cs jest związane z inną drogą jego powstawania, ale izotopy danego 2

3 pierwiastka zachowują się tak samo, a obserwowane efekty izotopowe dla izotopów cezu byłyby pewnie na czwartym miejscu po przecinku i to w kierunku większej lotności 134 Cs. Część eksperymentalną mgr Magdalena Miecznik podzieliła na cztery części: pobieranie materiału do badań i opis wstępnych analiz, opis eksperymentu, wyniki symulacji numerycznej i wnioski. Brakuje trochę w pracy wyodrębnionej części materiały i metody, która zazwyczaj występuje w publikacjach i szczególnie rozprawach doktorskich. Pozwoliłoby to zorientować się jak np. otrzymano radionuklidy, jaka była ich aktywność właściwa, czy zawierały nośnik i w jakiej ilości. Dotyczy to także czystości stosowanych odczynników. Materiał geologiczny do badań został pobrany fachowo. Także nie mam istotnych zastrzeżeń do metodyki prowadzonych badań sorpcyjnych. Autorka zastosowała poprawną, ale bardzo skomplikowaną metodę obliczania zawartości radionuklidów w fazie stałej. Ponieważ stosowała pomiar fazy stałej musiała porównywać go z wzorcem, brać pod uwagę geometrię i adsorpcję promieniowania w próbce. Opis tych pomiarów zajął parę stron. W mojej praktyce badań jonitowych zawsze stosowałem znacznie prostszą metodykę polegającą na pomiarze radioaktywności roztworu przed sorpcją i pomiarze radioaktywności roztworu po ustaleniu się stanu równowagi. Z różnicy obliczano ilość radionuklidu, który przeszedł do fazy stałej. Przy takim pomiarze nie ma problemów wywoływanych różną geometrią próbki, pochłanianiem promieniowania etc. Początkowo autorka przeprowadziła badania miareczkowania alkacymetrycznego próbek pochodzących z różnych warstw w celu określenia ich buforowych własności. Uzyskała ciekawe wyniki pokazujące że próbki z warstwy W2 w odróżnieniu od innych próbek wykazują znaczne własności buforujące Autorka przeprowadziła badania sorpcji dla różnych warstw na pobranym materiale sorpcyjnym. Wstępnie wyznaczono optymalny czas kontaktu materiału z roztworem pozwalający uzyskać stan równowagi. Następnie prowadzone były badania sorpcyjne względnej zawartości radionuklidu w fazie stałej od ph i siły jonowej. W tej części pracy autorka uzyskała wartościowe wyniki dotyczące własności sorpcyjnych poszczególnych warstw co posłużyło jej do przeprowadzenia symulacji numerycznej. Do tej części pracy mam także parę uwag krytycznych. Autorka, stosuje minimalne aktywności radioizotopów. Jak przedstawiono na rys były to aktywności rzędu 1-3 Bq. Przy tak niskich aktywnościach bardzo trudno otrzymać wiarygodne wyniki. Można jednak 3

4 było zastosować w pracy dostępne z Polatomu niedrogie radionuklidy 137 Cs i 85 Sr. Także 99m Tc jest łatwo dostępny ze zużytych w szpitalach generatorów 99 Mo/ 99m Tc. Autorka prowadziła badania wpływu siły jonowej na sorpcję radionuklidów w zakresie stężeń do 1,5 M. W tym zakresie stężeń nie można badać wpływu siły jonowej, tylko wpływ stężenia poszczególnych kationów. Inny będzie dla potasu i inny będzie dla sodu. Sądzę, że zaobserwowany nieoczekiwany wzrost sorpcji dla największych badanych stężeń był związany z efektem wysalającym obserwowanym na jonitach dla dużych stężeń elektrolitu. Autorka podaje na str. 86 stężenia Cs + i Sr 2+ odpowiednio i M. Nie podaje jak je obliczyła i dlaczego stężenie krócej żyjącego 85 Sr jest większe? Autorka badała następnie wzajemny wpływ poszczególnych radionuklidów na ich sorpcję. Te badania nie mogły z założenia dać żadnego wyniku, bo przy tak niskich stężeniach w stosunku do ilości centrów aktywnych na absorbentach nie można obserwować żadnej konkurencji kationów. Ta część pracy kończy się interpretacją uzyskanych wyników. Autorka wytłumaczyła różniące sorpcji na poszczególnych próbkach ich różnym składem. Korzystając z danych literaturowych oraz własnych wyników dobrze zinterpretowała te różnice biorąc także pod uwagę ich rozpuszczalność podnoszącą ph roztworu. Najciekawszą i najwartościowszą częścią pracy są wyniki symulacji numerycznej dla różnych scenariuszy w których Autorka na podstawie uzyskanych wyników symulowała przedostawanie się skażeń ze składowiska do koryta rzeki Narew, który wyniósł, w zależności od przyjętego gradientu geologicznego 70 lub 45 lat. Są to bardzo istotne informacje dotyczące tego składowiska. Pracę kończy bibliografia. Nie spełnia ona jednak żadnych kryteriów stosowanych zarówno w czasopismach naukowych jak i rozprawach. Autorka nie podaje tomu czasopisma, czasami zamiast numeru tomu podaje datę zaakceptowania pracy, imiona autorów raz są w formie inicjałów innym razem podane w całości, czasami imiona są przed nazwiskiem innym razem po i to w tym samym odnośniku. Ogólnie praca nie została napisana zbyt starannie. Można odnieść wrażenie, że w pośpiechu. Mimo przedstawionych w recenzji licznych uwag krytycznych uważam jednak, że praca zawiera elementy nowości dotyczące fizykochemii badanych układów i przynosi szereg informacji, które będą mogły być zastosowane do oceny składowisk odpadów i do planowania nowych, które będą musiały powstać w przypadku wdrożenia programu energetyki jądrowej w Polsce. 4

5 Konkludując, uważam, że recenzowana rozprawa odpowiada warunkom określonym w art. 31 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o tytule naukowym i stopniach naukowych i proszę Radę Naukową IFJ PAN o dopuszczenie magister inżynier Magdaleny Miecznik do dalszych etapów przewodu doktorskiego. 5