WPŁYW PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZM ŻYWY

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej.

Źródła promieniowania a) Naturalne Promieniowanie kosmiczne Wysoka energia cząstek (108–1020 eV) i gęstość energetyczna (1 eV/cm3), powoduje mutacje i starzenie się organizmu Pierwiastki skorupy ziemskiej Szeregi: uranowo – radowy, uranowo – aktynowy, torowy, neptunowy. Około 50 radioaktywnych pierwiastków, głównie Uran238, tor232, potas40, ołów210, rad228 b) Sztuczne Izotopy promieniotwórcze wytworzone przez człowieka Wytworzone w reaktorach, próbne wybuch jądrowe, awarie elektrowni jądrowych. Promieniowanie rentgenowskie

SPOSOBY JONIZACJI MATERJI Bezpośredni - obiekty posiadające ładunek elektryczny promieniowanie α, β+, β- jonizowanie głównie przez oddziaływanie kulombowskie Pośredni – obiekty nie posiadające ładunku elektrycznego promieniowanie γ, X, n jonizuje ono materię poprzez oddziaływania inne niż kulombowskie (np. rozpraszanie komptonowskie, efekt fotoelektryczny, kreację par elektron – pozyton)

ZASIĘG I JONIZACJA

EFEKT TLENOWY

FAZY I EFEKTY ODDZIAŁYWANIA PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO NA ORGANIZM

SZKODLIWOŚĆ PROMIENIOWANIA Względną szkodliwość biologiczną danego rodzaju promieniowania jonizującego opisuje bezwymiarowa wielkość zwana współczynnikiem wagowym promieniowania wR, przeliczająca dawkę pochłoniętą w grejach (J/kg) na dawkę równoważną w siwertach. Dawka pochłonięta ( Gy ) – podstawowa wielkość dozymetryczna D, zdefiniowana jako            dE – energia przekazana przez promieniowanie jonizujące materii w elemencie objętości, dm – masa materii zawarta w elemencie objętości Dawka równoważna ( Sv) HT,R = wRDT,R HT,R – równoważnik dawki dla promieniowania R wR – współczynnik wagowy DT,R – średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę T

WSPÓŁCZYNNIK WAGOWY PROMIENIOWANIA Rodzaj promieniowania Współczynnik wagowy wR fotony (promieniowanie X, γ) 1 elektrony (promieniowanie β) i miony neutrony, energie < 10 keV 5 neutrony, energie 10–100 keV 10 neutrony, energie 100 keV – 2 MeV 20 neutrony, energie 2–20 MeV neutrony, energie > 20 MeV protony, energie > 2 MeV (mniejsze energie podobnie jak neutrony) cząstki α, fragmenty rozszczepień, ciężkie nukleony

Współczynnik wagowy tkanki wT Tkanka, narząd Współczynnik wagowy wT gonady 0,20 czerwony szpik kostny 0,12 jelito grube płuca żołądek pęcherz moczowy 0,05 gruczoły piersiowe wątroba przełyk tarczyca skóra 0,01 powierzchnia kości pozostałe

STADIA RADIACYJNE Stadium fizyczne – jonizacja atomów i cząsteczek, powstawanie cząstek wtórnych (10-16 s) 2. Stadium fizykochemiczne – wtórne reakcje produktów jonizacji, powstawanie stabilnych cząsteczek i niestabilnych wolnych rodników (10-13 s) 3. Stadium chemiczne – reakcje wolnych rodników (10-8 s) 4. Stadium biologiczne – zaburzenie funkcji uszkodzonych cząsteczek biopolimerów (dni, miesiące) Jony i rodniki skupiają się wokół toru cząstki jonizującej i powstają kolumny jonowe lub rodnikowe

RADIOLIZA WODY H2O + hv → H2O+ + e- H2O+ → H+ + OH OH + OH → H2O2 H + H → H2

PRODUKTY RADIOLIZY WODY

USZKODZENIA DNA

USZKODZENIA DNA

NAPRAWA DNA PRZEZ WYCINANIE

STRATEGIA KOMÓRKI W WYPADKU USZKODZENIA DNA

ABERRACJE CHROMOSOMOWE śmierć mitotyczna

USZKODZENIA CHROMOSOMÓW

Źródła promieniowania jonizującego

Źródła promieniowania jonizującego - jeden litr wody morskiej – ok. 12 Bq - jeden litr mleka - ok. 60 Bq - 5-cio letnie dziecko - ok. 600 Bq - dorosły człowiek o wadze 70 kg - ok. 3 do 10 tyś. Bq - jedna tona skały granitowej - ok. 7 mln Bq - jeden gram radu - ok. 37 mld Bq

Skutki napromieniowania organizmu ludzkiego Dawka [Sv] Skutki napromieniowania do 0,25 brak wykrywalności skutków klinicznych 0,25-0,50 zmiany w obrazie krwi 0,50-1,00 mdłości, zmęczenie 1,00-2,00 mdłości, wymioty, wyczerpanie, mniejsza żywotność, biegunka 2,00-4,00 mdłości, wymioty, niezdolność do pracy, pewna ilość zgonów 4,00-6,00 50% zgonów (w czasie 2 - 6 tygodni) 6,00 i więcej prawie stu procentowy zgon

DAWKA - ŚMIERTELNOŚĆ

HORMEZA RADIACYJNA

RADON Średnie stężenie 222Rn w powietrzu w Polsce wynosi ok. 10 Bq/m³. Radon stanowi 40–50% dawki promieniowania, jaką otrzymuje mieszkaniec Polski od źródeł naturalnych

CZERNOBYL

Reaktor wodny ciśnieniowy PWR (Pressurized Water Reactor) Moc reaktora PWR regulowana jest przez zmianę stężenia boru (pod postacią kwasu borowego) w wodzie w obiegu pierwotnym. Grafitowe pręty regulacyjne stosowane są jedynie podczas rozruchu i wyłączania reaktora.

Реактор Большой Мощности Канальный REAKTOR RBMK Реактор Большой Мощности Канальный (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj, Reaktor Kanałowy Wielkiej Mocy)

REAKTORY LWR I RBMK Porównanie klasycznego reaktora zbiornikowego LWR i kanałowego RBMK: Moderatorem LWR jest woda pod ciśnieniem, podczas gdy rdzeń RBMK moderuje palny grafit W RBMK dodatnia reaktywność przestrzeni parowych mogła spowodować skok mocy i eksplozję Mechanizm opuszczania prętów w RBMK był o wiele wolniejszy niż w LWR Na dodatek, RBMK nie posiadał budowli ochronnej

PRZED KATASTROFĄ 1. Część energii produkowanej przez reaktor przeznaczona jest na potrzeby własne (np.. pompy chłodzące, aparatura kontrolna). 2. Wyłączenie reaktora – zasilanie przejmują agregaty 3. Czas włączenia agregatów 60 sekund, podtrzymanie przez blok energetyczny 15 sekund brakuje 45 sekund. 4. Wyjście- szybsze agregatu lub zmiany w bloku energetycznym wybrano zmiany 5. Eksperyment miał sprawdzić czy po zmianach czas podtrzymania przez blok wynosi 60 sekund.

ZAŁOŻENIA EKSPERYMENTU 1. 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. 2. W ramach przygotowań do testu technicy wyłączyli niektóre z systemów kontroli pracy reaktora, m.in. system automatycznego wyłączania reaktora w razie awarii.

PRZEBIEG EKSPERYMENTU Czas 25 kwietnia 1986 roku. 2. Wykonać miała przeszkolona dzienna zmiana. 3. Rozpoczęto redukcje mocy reaktora po osiągnięci 50% mocy awaria innej elektrowni wymusiła przerwanie eksperymentu. 4. Zezwolenie wydano o 2304 – eksperyment przeprowadzała nieprzygotowana zmiana nocna. 5. Planowana redukcja mocy reaktora z 3,2 GW do 0.7 – 1 GW. Operator Leonid Toptunow (3 miesięczny staż !!!) zredukował moc do 10 MW nastąpiło „zatrucie ksenonowe” reaktora

ZATRUCIE KSENONOWE REAKTORA

KATASTROFA Prawidłowe postępowanie – pozostawienie reaktora w stanie wygaszonym przez 24 godziny. Postępowanie obsługi - zwiększanie mocy reaktora przez wysuniecie prętów kontrolnych. - zwiększenie obiegu wody chłodzącej- spadek mocy – dalsze wysunięcie prętów kontrolnych Skrajnie niestabilny stan reaktora – system awaryjny powinien reaktor wyłączyć ale wcześniej sam został wyłączony

KATASTROFA Godzina 01:23:04 początek eksperymentu- turbiny zwalniają, przepływ wody chłodzącej maleje, rośnie ilość pary moc reaktora gwałtownie rośnie. Godzina 01:23:40 Próba uruchomienia procedury AZ-5 (wygaszenie reaktora) Wsuwane powoli pręty wypychają chłodziwo a ich grafitowe końcówki działają jak moderator zwiększając moc reaktora. Kanały paliwowe popękały, blokując pręty kontrolne. Godzina 01:23:47 Moc reaktora osiąga 30 GW (nominalna 3,2GW) Godzina 01:24:00 Pierwszy wybuch. Para wodna wysadza 1200 tonową osłonę biologiczną, woda styka się z rozżarzonym grafitem o temp. 30000C następuje termoliza wody. Następuje drugi wybuch ( eksplozja powstałego wodoru i tlenu) wtargniecie do reaktora powietrza i zapłon kilku ton grafitu.

PO KATASTROFIE Poziom promieniowania w budynku elektrowni dochodził do 200 Gy / h Akcja gaśnicza trwała 9 dni 134 osoby zostały napromieniowane, zmarło 28 Po katastrofie wyznaczono zamkniętą strefę buforową mierzącą 2,5 tysiąca km² Średnia dawka na całe ciało, jaką otrzymał średnio mieszkaniec Polski w wyniku awarii czarnobylskiej, w ciągu roku od awarii wyniosła 0,3 mSv, a przewidywana dawka jaką otrzyma w ciągu 70 lat 0,9 mSv, w tym czasie dawka promieniowania naturalnego wyniesie około 170 mSv[

PO KATASTROFIE

FUKUSHIMA

Schemat rdzenia reaktora typu BWR. 1 – pręt awaryjny 2 – pręt sterujący 3 – pręt paliwowy 4 – osłona biologiczna 5 – odprowadzenie pary 6 – doprowadzenie wody 7 – osłona cieplna

PRZED KATASTROFĄ Trzęsienie ziemi o sile 9 stopni w skali Richtera nastąpiło 11 marca 2011 roku o 14:46 JST (5:46 UTC). Hipocentrum położone było pod dnem Oceanu Spokojnego, na głębokości 24 lub 32 km, około 130 kilometrów na wschód od wybrzeża Tōhoku, na którym znajduje się elektrownia Fukushima I

PRZED KATASTROFĄ Wyłączono reaktory – zasilanie pomp chłodzących z generatorów diesla. Sieć energetyczna uszkodzona przez trzęsienie ziemi. Fala tsunami przelewa się przez mur oporowy zalewa generatory i zbiorniki paliwa. Godzina 15:41 Po awarii generatorów diesla, systemy kontroli były zasilane przez baterie działające maksymalnie przez 8 godzin Wieczorem zaczynają się problemy z chłodzeniem rdzeni.

KATASTROFA Ogłoszono ewakuację w promieniu 2 km 12 marca rano wypuszczanie pary wodnej (skażonej) 15:36 wybuch wodoru w budynku reaktora 1 Promień ewakuacji 20 km 20:20 chłodzenie reaktora nr 1 wodą morską 13 marca wypuszczanie pary znad reaktora nr 3 14 marca 11:01 wybuch wodoru w reaktorze 3, awaria chłodzenia w reaktorze nr 2 rozpoczecie chłodzenia wodą morską

KATASTROFA 15 marca kolejny pożar bloku nr 4 poziom promieniowania przy bramie wzrasta do prawie 12 mSv/h 16 marca pożary w budynkach reaktorów 3 i 4 promieniowanie wzrasta do 50 mSv/h 17 marca próby zchłodzenia reaktora nr 3 Kolejne dni przywracanie systemów chłodzenia reaktorów próby usunięcia skażonej wody.

WIDOK ELEKTROWNI PO POŻARACH

SKUTKI AWARII

SKUTKI AWARII

Cez – 137 (T½ = 30 lat) CZRENOBYL - 85 PBq (1015 Bq) PORÓWNANIE AWARII Cez – 137 (T½ = 30 lat) CZRENOBYL - 85 PBq (1015 Bq) FUKUSHIMA - 36 PBq (1015 Bq)