Energetyka jądrowa j pomimo Czarnobyla? Jerzy W. Mietelski Zakład Fizykochemii Jądrowej IFJ PAN Kraków
Energetyka jądrowa j na świecie Rozwój zatrzymany po 1986!
W Polsce śarnowiec pogrzebany wraz z komunizmem Obecnie: Około 2015-20 pierwsza EJ? (prawdopodobnie reaktor wrzącowodny, francuski, osprzęt niemiecki lub całość amerykańska)
Odkrycia Wiek XX wiekiem radioaktywności Radioaktywności 1896 (H.Becquerel) Jądra atomowego- 1911 (E.Rutherford) Rozszczepienia jądra 1938 (O.Hahn, F.Strassman, L.Meitner) Reaktor atomowy 1944 (E. Fermi...) Bomba A 1945 (Manhattan Project)
Mitologizacja radioaktywności Lęk przed promieniowaniem: Nowość i tajemniczość Niewykrywalność zmysłami Spektakularność wybuchu bomby A bezwzględny, brutalny morderca Lecz równieŝ 60 lat pokoju w Europie
Naturalne substancje radioaktywne (ok. 60) T 1/2 > 500 mln lat ( 238 U, 235 U, 232 Th, 40 K, 147 Sm, 87 Rb...) W przeszłości - reaktor w Oklo (Gabon)! Pochodne ich rozpadów ( 234 U, 226 Ra, 228 Ra, 234 Th, 230 Th, 222 Rn, 220 Rn, 210 Po, 210 Pb...) {Szeregi U, Th, Ac, (Np)} Kosmogeniczne ( 3 H, 7 Be, 10 Be, 14 C, 22 Na, 24 Na, 26 Al, 35 S, 36 Cl, 129 I,...)
Naturalne typowe poziomy aktywności 1 Bq (bekerel)) = 1 rozpad/sekundę Izotop 14 C 40 K 40 K 40 K 238 U 226 Ra 7 Be 222 Rn 22 Na Materiał Człowiek Człowiek Mleko, litr Gleba, 1 kg Gleba, 1 kg Gleba, 1 kg Powietrze, m 3 Powietrze, m 3 Powietrze, m 3 Aktywność [Bq] ~2000 ~3000 40 100-1000 30-100 30-100 ~10-3 Od <1 do 10 6 ~10-6
Główne źródła: Sztuczne substancje radioaktywne Produkcja paliwa jądrowego Broń jądrowa Drugorzędne: Medycyna nuklearna Izotopy z zastosowań przemysłowych Izotopy z laboratoriów
SkaŜenie radioaktywne Sztuczne podniesienie poziomów substancji naturalnych Sama obecność sztucznych substancji radioaktywnych SKAśENIE ZAGROśENIE
Główne izotopy obecne jako skaŝenia Naturalne substancje radioaktywne U, Ra,... - przemysł i kopalnie Przykład: Dunajec: <2 mbq/dm 3 226 Ra (bez skaŝeń) Wisła (w Krakowie): ~40 mbq/dm 3 226 Ra Gostynka (Śląsk): ~1 Bq/dm 3 226 Ra Potok Bieruń (Śląsk): ~2,5 Bq/dm 3 226 Ra W osadach do 200 kbq/kg 226 Ra Powód: kopalnie węgla kamiennego!
Główne izotopy obecne jako skaŝenia Naturalne substancje radioaktywne 3 H i 14 C wybuchy jądrowe
Główne izotopy obecne jako skaŝenia Sztuczne substancje radioaktywne (długoŝyciowe): 137 Cs, 238,239,240,241 Pu, 241 Am, 90 Sr...(kilkadziesiąt) Pochodzenie Opad globalny (1945...-1957-1963-...1980) Opad czarnobylski (1986)
Opad globalny 1945-1963 (...1980): 429 eksplozji, >500 MT TNT (ponad 20 000 x Hiroszima) W tym 217 MT z rozszczepienia Poligony: Nowa Ziemia, Semipałatyńsk, Bikini, Nevada, Sahara, Nowa Kaledonia, Woomera,... Transport powietrze (+ prądy morskie) 75 Depozycja Pu [UNSCEAR 77] (GF) 2 Przebieg depozycji Pu (GF) 0-80 N [UNSCEAR 82] [Bq/m 2 ] 50 25 [10 15 Bq] 1 0 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 N S Szer. Geogr. 0 50 60 70 80 lata
Depozycje (kbq/m 2 ) Opad globalny w Polsce Cs-137: 5 Sr-90: 3 (aktywności dla 1963) Pu-239 i 240: 0.06... Satelita SNAP 9A, 64 (ok. 1 kg 238 Pu) Pu-238: 0.002
Katastrofa czarnobylska IV blok RBMK 1000 2 lata eksploatacji Eksperyment! Wybuch (chemiczny!) i poŝar (26.04.1986-6.05.1986...) Uwolnione: 100% gazów Ok. 30 % lotnych Ok. 3 % nielotnych Rzędu 10 18 Bq
Uwolniona radioaktywność Rząd 1% aktywności uwolnionej w czasie testów broni jądrowej Moc z rozszczepienia wybuchu o podobnym uwolnieniu: 90 Sr ~4 Mt (ok. 200 x Hiroszima) 106 Ru ~1 Mt (ok. 50 x Hiroszima) 131 I ~0.1 Mt (ok. 5 x Hiroszima) 137 Cs ~13 Mt (ok. 500 x Hiroszima) Średni ład. taktyczny NATO 200 kt
Działania ania ratownicze Ewakuacja 200 tys. osób Likwidatorzy 600 tys. osób Podanie jodu 18.5 mln w Polsce
Opad czarnobylski Składowa ciągła, depozycja w Polsce (kbq/m 2 ): Izotopy długoŝyciowe: Cs-137 - średnio ok. 5 (max. 100) Sr-90-1/50 x Cs-137 239+240 Pu 10-6 x Cs-137 +Kilkadziesiąt izotopów krótkoŝyciowych (jodu, telluru, rutenu, baru, lantanu, ceru...) PIG, 1993
Opad czarnobylski - Orientacyjne mapy skaŝeń Polski 137 Cs IFJ, 1994 CLOR, 1989 PIG, 1993
Gorące cząstki stki Typ paliwowy - matryca UO 2 lub U 3 O 8 238,239,240,241 Pu, 241 Am, 243,244 Cm, 90 Sr, 154 Eu, ( 141,144 Ce, 95 Zr, 95 Nb, 155 Eu, 89 Sr, 242 Cm...) Typ kondensacyjny Matryca Ru, Mo,...Fe, Ni... ( 103,106 Ru...) 63 Ni, 99 Tc?
HP- Rozkład geograficzny (przybliŝony) Mietelski, IFJ, 1994 Aktywność na 1.09.1991 (x 110 dla 1986)
90 Sr w borówkach wkach (doktorat P.Gacy Gacy,, IFJ-UG, 2004)
Dawki Dawka=Energia promieniowania / 1 kg Jednostka Gy (grej) = 1J/ 1kg Skutek biologiczny ~ dawki równowaŝnej Jednostka Sv (siwert) 1Gy 1 Sv dla γ i β Sv jednostka ryzyka ale 1 Gy 20 Sv, dla α
Drogi naraŝenia Napromienienie zewnętrzne Inhalacja (gazy i aerozole średnice!) Ingestia (spoŝycie)
Poziomy dawek od skaŝeń Wybuchy jądrowe 4.5 msv (średnia) na 70 lat (głównie 14 C) Czarnobyl w Polsce (średnia- CLOR) 0.92 msv na 70 lat Ale dodatkowo do 2 msv/kg suszonych grzybów! Dawki od gorących cząstek? (Od tła 2.4 msv/rok )
Szkodliwość dawek
Ryzyko Ile moŝna wydać,, by ocalić ludzkie Ŝycie? Medycyna (czy leczyć kaŝdego za kaŝdą cenę?) Transport (autostrad = ok. 3 tys. ofiar na drogach mniej co roku) Przemysł Energetyka
Skala katastrofy czarnobylskiej Mała? (bezpośrednio ~50 ofiar śmiertelnych) Ogromna? (>200 mld $) Aspekt polityczny (bankructwo moralne i ekonomiczne ZSRR)
Dalszy rozwój j energetyki Topniejące zasoby paliw kopalnych Pozornie pro-ekologiczne alternatywne źródła: energia wiatru, biopaliwa Aspekty polityczne (niezaleŝność energetyczna Zachodu) Uzyskiwanie wodoru potrzebna energia elektryczna Skazani na energię jądrową?
Źródła a energii jądrowejj Reaktor klasyczny (stos Fermiego) róŝne odmiany (paliwo, moderator, chłodziwo, układ ciśnieniowy) W projektach i próbach: Reaktor Rubii (akcelerator+paliwo) Reaktor syntezy (Sacharow- Tokamak) W marzeniach: Zimna fuzja (???), Kontrolowanie rozpadu (???)...