CZY POTRZEBNA NAM ENERGETYKA JĄDROWA?

Transkrypt

1 Kształtowanie kompetencji kluczowych w nauczaniu biologii CZY POTRZEBNA NAM ENERGETYKA JĄDROWA? Danuta Wojcieszyńska, Urszula Guzik Katedra Biochemii Uniwersytet Śląski KAPITAŁ LUDZKI NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE Zaburzenia pola elektromagnetycznego (fale elektromagnetyczne) rozchodzące się w próżni z prędkością światła, polegające na poprzecznym (wzajemnie do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali) drganiu wektorów natężeń pól magnetycznego i elektrycznego.

3 JONIZACJA Zjawisko odrywania elektronów od atomu. W jego wyniku z obojętnego elektrycznie atomu powstaje naładowany dodatnio jon i swobodne elektrony. Promieniowanie jonizujące - rodzaj promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów albo cząstek naładowanych. Cząstki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, przez co przekazują część swojej energii elektronom ośrodka powodując jonizację.

4 IZOTOPY Izotop - atom danego pierwiastka, który posiada tę samą liczbę protonów, ale różni się liczbą neutronów. Izotopy różnią się więc między sobą masą atomową, ale należą do jednego pierwiastka i mają niemal identyczne własności chemiczne. Radioizotop to niestabilny, radioaktywny izotop, którego atomy samoistnie rozpadają się, dając w wyniku inne atomy, cząstki elementarne oraz wydzielając energię w postaci promieniowania gamma. Izotopy promieniotwórcze charakteryzuje okres połowicznego rozpadu.

5 OKRES POŁOWICZNEGO ROZPADU Okres połowicznego rozpadu - czas, w ciągu którego liczba nietrwałych jąder atomowych (promieniotwórczych) pierwiastka, a zatem i aktywność promieniotwórcza, zmniejsza się o połowę. N=N 0 e - t N-liczba jąder które uległy rozpadowi N 0 -pierwotna liczba jąder -stała rozpadu t-czas

6 AKTYWNOŚĆ RADIONUKLIDU Aktywność radionuklidu - liczba spontanicznych przemian jądrowych zachodzących w źródle w jednostce czasu. Aktywność A pewnej ilości nuklidu promieniotwórczego w określonym stanie energetycznym w danej chwili czasu, zdefiniowana jest jako iloraz dn i dt, gdzie dn oznacza wartość oczekiwaną liczby spontanicznych przemian jądrowych z tego stanu energetycznego, zachodzącego w ciągu czasu dt. A dn dt N

7 NATURALNE ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO izotopy naturalne w organizmie ( 40 K, 14 C, 3 H) promieniowanie radonu w domach promieniowanie skał i minerałów promieniowanie kosmiczne

8 ŹRÓDŁA SZTUCZNE zastosowanie w przemyśle diagnostyka medyczna opad promieniotwórczy przedmioty powszechnego użytku

9 PROMIENIOWANIE Ra Rn He Aleksander Litwinienko 1 listopada 2006 w stanie ciężkim trafił do szpitala, z którego wyszedł po kilku dniach. Powrócił jednak do niego z objawami ciężkiego zatrucia nieznaną substancją. Początkowo przypuszczano, że użytą trucizną były związki talu. Mimo starań lekarzy zmarł w nocy z 23 na 24 listopada listopada brytyjskie służby medyczne podały, że w organizmie Litwinienki nie znaleziono talu, tylko słabo radioaktywny, ale silnie toksyczny izotop polonu 210. Polon został mu podany w herbacie.

10 PROMIENIOWANIE P S 0 1 β

11 PROMIENIOWANIE C B

12 REGUŁA SODDY EGO - FAJANSA H Wodór Li Lit 3 11 Na Sód 4 19 K Potas 4Be Beryl 12Mg Magnez Ca Wapń 5 37 Rb Rubid 38 Sr Stront 6 55 Cs Cez 7 87 Fr Frans 56Ba Bar 88Ra Rad 21Sc Skand 22 Ti Tytan 39Y Itr * ** 40Zr Cyrkon 72Hf Hafn 23V Wanad 24 Cr Chrom 41Nb Niob 104Rf Rutherford 105 Db Dubn 25Mn Mangan 26 Fe Żelazo 27 Co Kobalt 42Mo Molibden 43 Tc Technet 44 Ru Ruten 73Ta Tantal 74 W Wolfram 75 Re Ren 106Sg Seaborg 107Bh Bohr 76Os Osm 108Hs Has 45Rh Rod 77Ir Iryd 28Ni Nikiel 46Pd Pallad 78Pt Platyna 79 Au Złoto 29Cu Miedź 30 Zn Cynk 47Ag Srebro 48 Cd Kadm 80Hg Rtęć 109Mt Meitner 110 Uun 111 Uuu 112 Uub 5B Bor 6C Węgiel 7 N Azot 13Al Glin 14 Si Krzem 31Ga Gal 49In Ind 81Tl Tal + 15P Fosfor 32Ge German 33 As Arsen 50Sn Cyna 82Pb Ołów - 8O Tlen 2He Hel 9F Fluor 10 Ne Neon 16S Siarka 17 Cl Chlor 18 Ar Argon 34Se Selen 35 Br Brom 36 Kr Krypton 51Sb Antymon 52 Te Tellur 53 I Jod 83Bi Bizmut 54Xe Ksenon 84Po Polon 85 At Astat 86 Rn Radon * Lantanowce 57 La Lantan 58 Ce Cer ** Aktynowce 89Ac Aktyn 90 Th 91Pa Tor Proaktyn 59Pr Prazeodym 60 Nd Neodym 61 Pm Promet 62 Sm Samar 63 Eu Europ 92U Uran 93Np Neptun 94 Pu Pluton 95 Am Ameryk 96 Cm Kiur 64Gd Gadolin 65 Tb Terb Ra 86 Rn 2 He P 16 S C 5 B 1 66Dy Dyspoz 67Ho Holm 68Er Erb 69Tm Tul 70Yb Iterb 71Lu Lutet 97Bk Bekerel 98 Cf Kaliforn 99 Es Einstein 100 Fm Ferm 101 Md Mendelew 102 No Nobel 103 Lr Lorens

13 PROMIENIOWANIE

14 PROMIENIOWANIE NEUTRONOWE Reakcje typu (, n) 9 Be 4 12 C n 9 4 Be 12 6C

15 PROMIENIOWANIE NEUTRONOWE Rozszczepienie jądra atomowego 235 U n A B (2lub3) n 92 Reakcja rozszczepienia jądra atomowego jest źródłem energii!

16 PROMIENIOWANIE NEUTRONOWE Rozszczepienie jądra atomowego 235 U n A B (2lub3) n 92 Reakcja rozszczepienia jądra atomowego jest źródłem energii!

17 PROJEKT MANHATTAN

18 HIROSZIMA I NAGASAKI

19 WPŁYW PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZMY

20 WPŁYW PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZMY Powstałe w wyniku absorpcji energii cząsteczki wzbudzone i rodniki są główną przyczyną negatywnych efektów w materii żywej promieniowanie H 2 O H 2 O * H * + HO *

21 dawka WPŁYW PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZMY choroba choroba liniowa liniowa skutek hermetyczna zdrowie zdrowie

22 REAKTOR JĄDROWY W elektrowni jądrowej energię uzyskujemy nie ze spalania paliw kopalnych, lecz z rozszczepiania jąder atomowych. Kocioł zostaje tu zastąpiony reaktorem jądrowym, w którym wytwarzana jest energia jądrowa. W reaktorze przebiega kontrolowana reakcja łańcuchowa.

23 REAKTOR JĄDROWY reakcja łańcuchowa zachodzi w znajdującym się w rdzeniu reaktora paliwie jądrowym (uran 235 lub 233, pluton 241 lub 239) przebieg reakcji regulują pręty kontrolne do spowalniania neutronów - w rdzeniu znajduje się moderator (grafit, zwykła woda, ciężka woda, beryl)

24 REAKTOR JĄDROWY Funkcje: źródło energii (np. w elektrowniach jądrowych) źródło promieniowania neutronowego do produkcji radioizotopów i wytwarzania materiałów rozszczepialnych są stosowane do celów badawczych

25 WYSOKOAKTYWNE ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE Basen w którym czasowo składa się elementy paliwowe Transport odpadów promieniotwórczych

26 WYSOKOAKTYWNE ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE Składowanie odpadów promieniotwórczych Elektrownia węglowa o mocy 1000 MW spala rocznie 3 mln ton węgla emitując w pyłach i popiołach 9 ton radioaktywnego uranu i ponad 22 tony radioaktywnego toru.

27 ROZMIESZCZENIE ELEKTROWNI ATOMOWYCH w Europie i na świecie

28 AWARIA W CZARNOBYLU 26 kwietnia 1986 roku, godz. 1:23 Reaktor w Czarnobylu zaczął się topić Przyczyną był błąd człowieka i wady konstrukcyjne reaktora. Tamtej fatalnej nocy pracownicy elektrowni przeprowadzali doświadczenie, które miało polegać na stopniowym zmniejszaniu mocy reaktora. Aby się to powiodło, wyłączono większość automatycznych systemów zabezpieczeń. Reakcja zachodząca w reaktorze wymknęła się spod kontroli, a na włączenie systemów zabezpieczających było już za późno. Ilość wytwarzanej energii była tak duża, że zaczęły się palić elementy konstrukcyjne reaktora. Wewnątrz reaktora znajdowało się 1500 ton łatwo palnego grafitu, podczas którego spalania nastąpił wybuch chemiczny.

29 AWARIA W CZARNOBYLU 29 kwietnia 1986 roku, akcja jodowa Formą masowej profilaktyki po awarii w Czarnobylu było podanie tzw. płynu Lugola, które zorganizowano we wszystkich przedszkolach, szkołach, ośrodkach zdrowia i aptekach. Pomocy udzielili ochotnicy, którzy rozwozili jod do małych wiosek. Około 75% populacji dzieci w 11 województwach przyjęło jod stabilny w ciągu 24 godzin akcji.

30 WIELKIE KATASTROFY PRZEMYSŁOWE XX WIEKU Rok Rodzaj katastrofy Miejsce Liczba zgonów 1921 Wybuch w fabryce chemicznej Oppau, Niemcy Wybuch pyłu węglowego Kopalnia Honkeiko, Chiny Wybuch nawozów sztucznych Texas City, USA Wybuch dynamitu Cali, Kolumbia Pożar reaktora Windscale, Wielka Brytania Zniszczenie zapory rzecznej Fréjus, Francja Awaria reaktora Idaho Falls, USA Awaria systemu kontr. radzieckiego okrętu podwodnego? Przelanie się 108 m3 wody przez zaporę Vaiont, Włochy Wybuch w kopalni Chasnala, Indie Pożar w zakładach, stopienie się reaktora Lubminie, NRD? 1976 Przeciek chemiczny Seveso, Włochy Wypadek w zakładach broni biol.-chemicznej Nowosybirsk, Rosja Stopienie reaktora jądrowego Three Mile Island, USA Spuszczenie odpadów prom. do M. Irlandzkiego Sellafield, Wielka Brytania? 1984 Wybuch gazu naturalnego Mexico City, Meksyk Wyciek trującego gazu Bhopal, Indie Wybuch w stoczni obsługującej radzieckie okręty podwodne Szkotowo Stopienie reaktora jądrowego Czarnobyl, Ukraina Wejście prac. do akceleratora bez odzieży ochronnej Forbach, Francja Wywołanie niechcący reakcji jądrowej Tokaimura, Japonia 51

31 CZY POTRZEBNA NAM ELEKTROWNIA ATOMOWA? Tak na przykład, profesor wykładający historię nowożytną jest zapewne autorytetem (epistemicznym), gdy chodzi o rewolucję francuską, ale nie jest w dziedzinie użytkowania energii atomowej. Skoro więc taki profesor podpisuje razem z kolegami wyspecjalizowanymi w ceramice chińskiej, zoologii, względnie rachunku prawdopodobieństwa, deklaracje dotyczące tej energii, popełnia jaskrawe nadużycie autorytetu, tym gorsze, że wywołuje wrażenie, iż to sama nauka się wypowiada o. Józef Maria Bocheński, Profesor filozofii Uniwersytetu we Fryburgu

32 ZASTOSOWANIE RADIONUKLIDÓW W MEDYCYNIE W zależności od umiejscowienia źródła promieniowania wyróżniamy: 1. Brachyterapię metodę polegająca na umieszczeniu źródeł promieniowania w guzie nowotworowym lub w jamie ciała. Najczęściej stosuje się izotopy generujące promieniowanie o wyższej energii (cez 137; kobalt 60 i inne izotopy promieniotwórcze) w leczeniu nowotworów jamy ustnej, macicy, prącia. 2. Telegammaterapię metodę polegająca na napromieniowaniu organizmu z zewnątrz, z pewnej odległości. Stosowana jest zazwyczaj do napromieniania zmian położonych powierzchniowo (rak sutka, rak tkanek miękkich) oraz nowotworów głębiej położonych (rak płuca, rak nerki, rak pęcherza moczowego). 3. Radioterapie metaboliczną metodę polegająca na dożylnym podaniu izotopów promieniotwórczych stosowana najczęściej w leczeniu raka pęcherzykowego tarczycy oraz czerwienicy prawdziwej.

33 POWIKŁANIA PO RADIOTERAPII Do najczęściej występujących powikłań wczesnych należą: - popromienne zapalenie skóry; - popromienne zapalenie błon śluzowych; - paradontoza; - zapalenie płuc; - popromienne zapalenia przełyku, żołądka, jelit.

34 DIAGNOSTYKA Z ZASTOSOWANIEM PROMIENI X Rocznie przeprowadza się za pomocą aparatów rentgenowskich 1910 mln badań medycznych i 520 mln dentystycznych

35 METODY DATOWANIA Z WYKORZYSTANIEM RADIONUKLIDÓW Metoda 14 C t T (1/ 2) ln( 2) ln 1 N N 0 ΔN=No-N(t) No-początkowa ilość jąder N(t)-ilość jąder w chwili pomiaru T (1/2) -czas połowicznego rozpadu=5730 lat ln(2)0,693 t 8266 ln 1 N N0