Jadrová energia – Čo s tou vodou z Fukušimy? (2)
Japonci sa rozhodli vypustiť nahromadené odpadové vody z Fukušimy do Tichého oceánu. Časť japonskej (a aj medzinárodnej) spoločnosti je z toho iritovaná a bežní ľudia opäť vystrašení. Ale, oprávnene?
Technická poznámka: V článku sa vyskytujú viaceré hodnoty. Okrem konštánt sú tu (alebo ešte budú v pokračovaní) aj hodnoty dávok, čo rádioaktívnych výpustí, ktoré sú ale k určitej dobe. A kedže uvádzam informácie z viacerých zdrojov, môžu byť teda rôzne. Pre potreby článku to ale nevadí, pretože chcem iba poukázať v porovnaní na zásadne rôzne úrovne medzi LaHague, Sellafield, Rokašo a Fukušimu.
Na konci minulého článku sme uviedli niekoľko zaujímavých hodnôt reprezentujúcich prirodzenú rádioaktivitu okolo nás (a aj v nás samotných).
Ešte zopár zaujímavých čísel:
Niektoré komparatívne dávky žiarenia celého tela a ich účinky
2,4 mSv / rok – Hodnota typického priemerného žiarenia prirodzeného pozadia, ktoré každý z nás zažíva (v Austrálii priemerne 1,5 mSv, v Severnej Amerike 3 mSv).
Až 5 mSv / rok - Typická prírastková dávka pre posádky lietadiel v stredných zemepisných šírkach.
9 mSv / rok – Dávka leteckej posádky lietajúcej na „polárnej trase“ New York - Tokio.
10 mSv - Efektívna dávka z vyšetrenia skenovania brucha a panvy pomocou CT.
20 mSv / rok – Súčasný (priemerný) limit pre zamestnancov jadrového priemyslu a pracovníkov v uránovom priemysle vo väčšine krajín. (V Japonsku za tri mesiace pre ženy 5 mSv).
50 mSv / rok - Bývalý rutinný limit pre zamestnancov jadrového priemyslu, ktorý je teraz vo väčšine krajín maximálny povolený na jeden rok (priemer je maximálne 20 mSv / rok). Ale je to tiež napríklad aj dávkový príkon, ktorý vyplýva na viacerých miestach v Iráne, Indii a Európe z úrovní prirodzeného pozadia.
Samozrejme existujú aj iné úrovne, kde „už prestáva byť sranda“.
50 mSv – Táto dávka ja zároveň podľa limít IAEA už aj prípustná krátkodobá dávka pre pohotovostných pracovníkov v prípade havárie.
100 mSv - Najnižšia ročná úroveň, pri ktorej je evidentné zvýšenie rizika rakoviny (podľa UNSCEAR). Okrem toho sa predpokladá, že s dávkou stúpa pravdepodobnosť výskytu rakoviny (nie závažnosť). Pod touto dávkou sa nepreukázalo žiadne poškodenie. Je to zároveň prípustná krátkodobá dávka pre pracovníkov záchrannej služby, ktorí v jadrovom zariadení prijímajú nevyhnutné nápravné opatrenia (podľa IAEA). A taktiež je to dávka pre kozmonauta (na 4 mesiace) na medzinárodnej vesmírnej stanici obiehajúcej okolo zeme vo výške 350 km.
130 mSv / rok - Dlhodobá bezpečná úroveň pre verejnosť po rádiologickom incidente, meraná 1 m nad kontaminovanou pôdou, vypočítaná zo zverejnenej hodinovej sadzby x 0,6. Pod týmto limitom je riziko na to aby bolo možné odôvodniť akékoľvek vynútené kroky príliš nízke (podľa IAEA).
170 mSv / týždeň - Sedemdňová dočasná bezpečná úroveň pre verejnosť po rádiologickom incidente, meraná 1 m nad kontaminovanou pôdou (podľa IAEA).
250 mSv / rok - Maximálna prípustná ročná dávka v núdzových situáciách v Japonsku (podľa NRA). Je to ale napríklad aj prirodzená úroveň pozadia v Ramsare v Iráne bez identifikovaných účinkov na zdravie (niektoré expozície dosahujú až 700 mSv / rok). 250 mSv ktorá je v Japonsku normálne stanovená ako núdzový limit bola aj prípustná krátkodobá dávka pre pracovníkov vo Fukušime 2011 riadiacich nehodu.
350 mSv / život – bola napríklad dávka ako kritérium pre presídlenie ľudí po havárii v Černobyle.
500 mSv - Prípustná krátkodobá dávka pre pracovníkov záchranných (havarijných) služieb pri prijímaní opatrení na záchranu života (podľa IAEA).
700 mSv / rok - Navrhovaná hranica na spustenie evakuácie po jadrovej havárii. Ale podľa IAEA je ešte aj hranica 880 mSv / rok počas jedného mesiaca vnímaná ako dočasne bezpečná.
800 mSv / rok - Najvyššia zaznamenaná úroveň prírodného žiarenia (na brazílskej pláži).
Krátkodobá dávka 1 000 mSv – Hranica, kde sa predpokladá sa, že je pravdepodobné, že spôsobí smrteľnú rakovinu o mnoho rokov neskôr asi u 5 zo 100 osôb, ktoré jej boli vystavené (tj. Ak by normálny výskyt smrteľnej rakoviny bol 25%, táto dávka by ju zvýšila na 30%). Je to zároveň najvyššia referenčná úroveň odporúčaná (podľa ICRP) pre záchranárov v núdzových havarijných situáciách. Krátkodobá dávka 1 000 mSv je zároveň aj prahová hodnota spôsobujúca (dočasnú) chorobu z ožiarenia (syndróm akútneho žiarenia), ako je nevoľnosť a znížený počet bielych krviniek, nie však smrť. Potom sa závažnosť ochorenia zvyšuje s dávkou.
Krátkodobá dávka 5 000 mSv – Je pravdepodobné, že 50 percent tých, ktorí ju dostali ako dávku celého tela, do jedného mesiaca umrie. (Ale pozor, je to však iba dvojnásobok typickej dennej terapeutickej dávky aplikovanej na veľmi malú oblasť tela počas približne 4 až 6 týždňov, aby sa pri liečbe rakoviny usmrtili zhubné bunky.)
Krátkodobá dávka 10 000 mSv – Dotyčný v priebehu pár týždňov umiera.
Tak koniec strašenia, a vráťme sa k našej téme – rádioaktívnej vody z Fukušimy.
A čo účinky tejto vody na zdravie ľudí?
Zoberme si tú určenú a dohodnutú hodnotu trícia 60 000 Bq / L , čo je (opakujem ešte raz) úroveň koncentrácie, ktorá sa v Japonsku dávno, a už po celé desaťročia zákonne povoľuje vypúšťať z japonských jadrových elektrární a zariadení na prepracovanie jadrového paliva, ako je Tokai-mura.
Vedecké poznatky o tom, čo sa pravdepodobne stane s tríciom z hľadiska rozptýlenia sa oceánskymi prúdmi a účinkov na ryby a inú biotu, sú celkom dobre pochopené, predovšetkým kvôli desaťročiam monitorovania v Japonsku a podobných zariadeniach v zahraničí, napríklad v Sellafielde (UK) a LaHague vo Francúzsku. Údaje od francúzskej vlády ukazujú, že v LaHague sa v prepracovateľskom závode ročne uvoľní asi 12 PBq (12 biliónov Bq) a maximálna koncentrácia trícia v okolitom oceáne je asi 7 Bq / L. To znamená, že množstvo uvoľnené ročne z LaHague je viac ako 12-násobok celkového množstva uloženého v Dai-ichi a denná rýchlosť uvoľňovania je viac ako 20 000-násobná oproti očakávaniu vo Fukušime.
Dr. Jota Kanda, profesor na Katedre oceánskych vied Tokijskej univerzity morských vied a technológií, poznamenala, že rozptýlenie a ďalšie riedenie trícia je rýchle, a hovorí: „Na základe toho, čo sme videli v La Hague, sa zdá pravdepodobné, že podľa scenára vypúšťania oceánov, o ktorom sa teraz uvažuje, koncentrácie trícia v oceáne pri Fukušime nepresiahnu niekoľko Bq / L a pravdepodobne zostanú blízko úrovne pozadia. “
Mimochodom radiácia oceánov a morí.
Zemské moria a oceány sú (a o tom určite množstvo čitateľov ani netuší) prirodzene rádioaktívne. A ešte navyše aj z bývalých jadrových testov a taktiež aj z už dávnejšie vyhodených rádioaktívnych odpadov.
Pozemné hladiny trícia vo vode sa v súčasnosti globálne pohybujú medzi 1 a 4 Bq / L, čo zahŕňa 0,1 až 0,6 Bq / L, ktoré sa vyskytujú prirodzene a viac ako zdvojnásobuje zvyškové množstvo trícia z jadrových testov.
V oceánoch sú hladiny koncentrácie trícia na povrchu okolo 0,1 až 0,2 Bq / l. Pre porovnanie, prirodzene sa vyskytujúce trícium v dažďovej vode v Japonsku bolo v rokoch 1980 - 1995 medzi 0,5 - 1,5 Bq / l a pred riekami 2011 vo vodách Fukušima a voda z vodovodu bola zvyčajne medzi 0,5 - 1,5 Bq / L.
V USA je norma EPA pre trícium v pitnej vode 740 Bq / liter, zatiaľ čo Európska únia má omnoho prísnejšiu normu, ktorá stanovuje limit 100 Bq / L.
Doktor Kanda ďalej vysvetľuje, že biologické organizmy, ako sú ryby, majú rôzne koncentračné faktory pre rôzne rádionuklidy. Keď je napríklad hladina prostredia Cs137 v morskej vode 1 Bq / L, môžu niektoré druhy rýb vykazovať hodnoty blížiace sa k 100 Bq / kg. Ale pre trícium (H3) je pomer 1: 1 a 1 Bq / L v morskej vode bude mať za následok 1 Bq / kg v rybách. Opäť platí, že v La Hague, kde sa po celé desaťročia uvoľňovalo trícium oveľa vyššie, sa koncentrácie v morských živočíchoch blízko bodu uvoľnenia v rokoch 1997 - 2006 pohybovali od 4,0 - 19,0 Bq / kg, s priemerom 11,1 Bq / kg .
Na základe tohto odhadu Kanda odhaduje, že aj pri pokračujúcom vypúšťaní 60 000 Bq / l trícia na pobreží Dai-iči je nepravdepodobné, že by ryby v ich blízkosti prekročili 1 Bq / kg.To môže (a malo by byť) potvrdené svedomitým monitorovaním.
A čo je to vlastne to Trícium?
Vodík má šesť izotopov s hmotnosťou od 1 do 6, z ktorých prvé dva sú stabilné. Jeden z izotopov vodíka je Trícium (3H), teda obsahujúci navyše dva neutróny na protón a elektrón. a ktoré ako také je jeho jediný rádioaktívny izotop s polčasom rozpadu dlhším ako jeden rok. Polčas rozpadu trícia je 12,3 rokov. Trícium, ktoré vstupuje do tela, kde sa metabolizuje a polovičné množstvo sa vylúči z tela za približne 10 dní (keď je vo vode), a za približne 40 dní (keď je v organickej hmote tzv. biologický polčas).
Trícium má nízkoenergetické beta lúče (maximum 18,6 keV), ktoré je možné tieniť jedným listom papiera.
Samozrejme, že jeho chemické vlastnosti sú potom rovnaké ako vlastnosti vodíka. Bez ohľadu na to, či má prírodný alebo umelý pôvod, je trícium v prostredí a vo všetkých biologických systémoch mimoriadne mobilné. Zastúpenie trícia v zemskom prostredí je v porovnaní s vodíkom alebo deutériom veľmi nízke.
Prírodné trícium je produkované v atmosfére interakciou kozmického žiarenia s atmosférickým dusíkom. Pôvodná prirodzená hladina trícia bola zvýšená v dôsledku testov jadrových zbraní a trícium je uvoľňuje do prostredia aj prostredníctvom prevádzkovania jadrových elektrární a prepracovávania jadrového paliva. Priemerná prirodzená (kozmogénna) koncentrácia trícia vo vodách životného prostredia sa odhaduje na 0,12 až 0,9 Bq / l.
Trícium najčastejšie vstupuje do životného prostredia v plynnej forme (T2) alebo ako náhrada za jeden z atómov vodíka vo vode (HTO, nazývaný „tríciovaná voda“ namiesto bežnej nerádioaktívnej H2O). Vlastnosti HTO sú veľmi podobné vlastnostiam vody kvôli ich relatívne malému rozdielu v atómovej hmotnosti. HTO je absorbovaný organizmami a prostrediami oveľa ľahšie ako molekulárne trícium. Keď tríciovaná voda vstúpi do tela, pôsobí rovnako ako normálna voda, šíri sa po tele a dodáva rovnomernú dávku žiarenia do všetkých mäkkých tkanív s biologickým polčasom asi 10 dní. Počnúc rokom 1953 atmosférické testovanie jadrových fúznych zbraní dramaticky zvýšilo zásoby trícia na povrchu Zeme, pričom najvyšší nárast vyšiel z jadrových testov v roku 1962. Tieto atmosférické výbuchy viac ako zdvojnásobili zásoby trícia na povrchu Zeme, pričom väčšina trícia nakoniec skončila vo svetových oceánoch.
Trícium sa produkuje prirodzene hlavne vďaka jadrovým reakciám v horných vrstvách atmosféry medzi atmosférickými atómami dusíka a kyslíka a vysoko-energetickými kozmickými lúčmi. Asi 99% trícia produkovaného v horných vrstvách atmosféry sa oxiduje na tríciovanú vodu (HTO) a disperguje sa v povrchovej vode. Ročná prirodzená produkcia v atmosfére je medzi 0,15 a 0,20 kg, t. J. 5,0 až 7,0 x 1016 Bq, za predpokladu, že produkcia vyvažuje fyzický rozpad. Malá časť prírodného trícia sa produkuje aj v zemskej kôre počas zachytávania neutrónov zo stôp lítia-6 obsiahnutých v horninách. Neutróny zapojené do tejto reakcie sú produkované spontánnym štiepením uránu-238 alebo reakciami (a, n) vyvolanými uránovými a tóriovými alfa lúčmi. Produkcia v zemskej kôre sa v porovnaní s produkciou v atmosfére ale zdá byť mimoriadne malá.
Na zemi existuje trícium aj umelého pôvodu (aj bez jadrových elektrární) a to v dôsledku už uskutočnených skúšok jadrových zbraní.
Mnoho rádionuklidov, vrátane trícia, bolo vypustených do atmosféry počas atmosférických skúšok jadrových zbraní, ktoré sa uskutočňovali hlavne v rokoch 1945 až 1963. Tieto skúšky uvoľnili približne 650 kg (2,3 x 1020 Bq) trícia (520 kg - 1,84 x 1020 Bq) na severnú pologuľu a 130 kg - 4,6 x 1019 Bq na južnú pologuľu). Vzhľadom na rádioaktívny polčas trícia zostalo v roku 2007 okolo 40 kg - 1,4 x 1019 Bq distribuovaných medzi atmosféru (1%) a oceány (90%) a kontinentálne vody (10%). Toto množstvo je možné porovnať s trvalým inventárom prírodného trícia, ktoré je cca 3,5 kg (1,2 x 1018 Bq; UNSCEAR, 2000;)
Trícium z jadrových zariadení.
Medzi jadrové zariadenia, ktoré uvoľňujú trícium do životného prostredia, patria tlakovodné reaktory, zariadenia na prepracovanie a recykláciu vyhoreného (ožiareného) jadrového paliva a reaktory priamo určené na výrobu trícia. Pri reakciách v ťažkých vodných reaktoroch je množstvo trícia produkovaného neutrónovou aktiváciou deutéria v ťažkej vode (približne 1,9 g - 6,8x1014 Bq ročne pre reaktor s 900 MWe) podstatne väčšie ako množstvo produkované v ľahkých vodných reaktoroch. , v ktorom je trícium produkované trojitým štiepením určitých izotopov uránu a plutónia zostáva hlavne v skutočnom palive.
V tlakovodnom reaktore sa uvoľňované trícium produkuje zachytením neutrónov bórom 10B: približne 0,03 g (1,1 x 1013 Bq ročne) pre reaktor s výkonom 900 MWe a približne 0,09 g (3,2 x 1013 Bq) pre reaktor s výkonom 1300 MWe. Trícium sa ožiareného (vyhoreného) paliva získava hlavne počas prepracovania, keď sa palivo strihá. Nachádza sa vo forme tríciovanej vody v kvapalných odpadových vodách, z ktorých sa väčšina vypúšťa do mora. Napríklad vo francúzskom závode v La Hague sa ročne vypustí približne 30 g (1016 Bq) trícia na 1 600 ton jadrového materiálu a v anglickom Sellafielde (UK) sa ročne vypustí približne 8 g (2,8 x 1015 Bq).
Trícium z iných ostatných zdrojov.
Trícium je napríklad prítomné aj v jadrovom odpade vyhodenom (utopenom) do oceánu v rokoch 1949 až 1982, väčšinou v severovýchodnom Atlantickom oceáne. Inventár poskytuje približne 112 g (4 x 1016 Bq) trícia. Ďalej sa trícium sa používa aj v určitých priemyselných odvetviach: vo vojenských, lekárskych a výskumných aplikáciách a pri výrobe svietiacich predmetov (hodinky). Celosvetovo je však množstvo uvoľneného trícia stále nízke, a k nejakým vyšším koncentráciám by teoreticky mohlo dôjsť iba v nejakých lokálnych oblastiach. Chemická forma trícia môže tiež spôsobiť významné úrovne označovania živých druhov alebo sedimentov v lokalizovaných oblastiach.
Prirodzené koncentrácie trícia v životnom prostredí.
Koncentrácia trícia uvedená v Bq / L je homogénna pre všetky zložky dvoch hlavných systémov, tj. Kontinentálne prostredie (atmosféra, povrchové vody, suchozemská a sladkovodná flóra a fauna) a morské prostredie. V kontinentálnom prostredí, ktoré nie je ovplyvnené jadrovými zariadeniami, sa úrovne koncentrácie trícia („pozadia“) v súčasnosti pohybujú medzi 1 a 4 Bq / l vody. Rozdiel medzi touto a úrovňou kozmogénneho pozadia (0,1 až 0,6 Bq / L) možno vysvetliť znižujúcim sa vplyvom spadov z testovania jadrových zbraní v atmosfére, ktoré v prípade trícia generovali v roku 1963 maximálne koncentrácie aktivity takmer 470 Bq / L v dažďovej vode.
V morskom prostredí bolo trícium emitované počas jadrových testov úplne „zriedené“ v kozmogénnom tríciu a úrovne koncentrácie na povrchu zostali okolo 0,1 až 0,2 Bq / l. Tieto koncentrácie nie sú na morskom dne také vysoké.
V atmosfére úroveň koncentrácie 1 až 2 Bq / L meraná vo vodnej pare zodpovedá koncentrácii aktivity vzduchu 0,01 až 0,02 Bq / m.
V biologických matriciach je celková koncentrácia trícia 1,5 až 2,5 Bq / kg v kontinentálnom prostredí s premenlivým podielom voľných a viazaných foriem. V morskom prostredí je všeobecne menej ako 2 Bq / kg. Napríklad v mušliach zo stredozemského mora to menej ako 0,5 Bq / kg.
Trícium existuje v troch chemických formách:
Tríciová voda (HTO): známa tiež ako „mimoriadne ťažká voda“ (o 11% ťažšia ako H2O), ide o najčastejšiu formu trícia v prírodnom prostredí a v živých organizmoch. Ak je trícium v tejto forme nie uvedený (napr. vypustením) do životného prostredia, potom je táto jeho forma (HTO) tam najčastejšie výsledkom oxidácie HT, čo je prirodzeným výsledkom pôsobenia svetla, alebo činnosťou baktérií. Rýchlosť výmeny s vodíkom vo vode podporuje homogenizáciu koncentrácií HTO v živých organizmoch. V molekulách, v ktorých je vodík nahradený tríciom, je možné vidieť rozdiel v atómovej hmotnosti v procesoch prirodzeného prechodu ako je odparovanie, kondenzácia alebo tuhnutie. V porovnaní s ľahkým vodíkom to vedie k nízkemu obohateniu tríciom v kondenzovanej fáze.
Plynné trícium (HT): táto chemická forma, ktorá sa týka iba malého množstva trícia uvoľňovaného do ovzdušia, by sa mohla stať významnejšou v dôsledku vývoja jadrovej fúzie na výrobu energie. V dôsledku oxidačného procesu sa tríciovaný vodík transformuje na tríciovanú (tríciovú) vodu a znovu vstupuje do vodného cyklu.
Organicky viazané trícium (OBT): táto forma, v ktorej je trícium viazané na organickú hmotu, je výsledkom zabudovania trícia do rôznych organických zlúčenín počas procesu syntézy živej hmoty. Takéto organické zlúčeniny sú distribuované podľa svojich špecifických chemických vlastností, čo môže vysvetľovať možnú heterogénnu distribúciu trícia medzi tkanivami. To, ako stabilné je trícium v týchto zlúčeninách, závisí od povahy väzby medzi tríciom a organickou molekulou a od afinity organickej molekuly k rôznym biologickým tkanivám.
Trícium ešte rozlišujeme na tzv. vymeniteľné, a nevymeniteľné.
- vymeniteľné trícium: existuje vymeniteľná frakcia, keď sú atómy vodíka viazané na kyslík, síru alebo dusík nahradené tríciom a sú ľahko dostupné pre nové výmeny; táto frakcia trícia viazaná v labilnej forme na bio-molekuly je v rovnováhe s koncentráciou tríciovanej vody v intracelulárnom prostredí.
- nevymeniteľné trícium: trícium je kovalentne viazané na uhlík. Toto je trvalá väzba, pokiaľ samotná bio-molekula nie je transformovaná ani zničená enzymatickou reakciou.
Čas, ktorý trícium zostáva zabudované, preto závisí od bio-molekulárneho obratu: rýchly v prípade molekúl zapojených do energetického cyklu a pomalší v prípade štruktúrovania molekúl alebo makromolekúl, ako sú DNA alebo molekuly rezervy energie. Tieto mechanizmy výmeny sú spoločné pre všetky živé organizmy, rastlinné aj živočíšne. Distribúcia medzi tríciovanou vodou, výmenným a nevymeniteľným tríciom sa líši podľa príslušného príjmu HTO alebo OBT, povahy organických väzieb generujúcich OBT a metabolizmu každého jednotlivého druhu. Keďže trícium je ťažšie ako vodík sú potom kvôli izotopovému efektu enzymatické reakcie implikujúce rádioaktívny izotop pomalšie ako reakcie, pri ktorých sa používa stabilný izotop.
Takže ako je to?
Vedúci štúdie v Špeciálnom výbore ANS pre nehodu vo Fukušime Dai-iči, Američan Paul Dickman, napríklad uviedol, že úroveň rádioaktivity sa síce môže zdať veľká, ale „USA každoročne vypúšťajú z ich (americkej) flotily jadrových reaktorov takmer dvojnásobok tohto množstva a Južná Kórea ROČNE vypustí asi 40 percent uskladneného trícia vo Fukušime. “
Pozícia ANS: Už v marci 2020 ANS vyjadrila podporu japonskej stratégii, ktorá obsahuje krok k opätovnému čisteniu odpadovej vody pred jej zriedením a vypustením do oceánu - ďalšie nuansy sú z nedávnej správy AP vynechané. Vo vyhlásení ANS sa uvádza: „Ak sa budú dodržiavať súčasné odporúčania, potom by vystavenie verejnosti úniku repurifikovanej a zriedenej vody bolo oveľa rádovo menšie ako vystavenie prírodnému žiareniu ročne.“
Najbezpečnejšia možnosť riešenia problému s odpadovými vodami vo Fukušime je jasná: pokračovať v odporúčaniach Podvýboru pre ALPS (a mnohých ďalších odborníkov a mimovládnych organizácií) na opätovné čistenie, riedenie a vypúšťanie vyčistených odpadových vôd.
Pokračovanie v téme bude v ďalšom článku....
