1 / 43

Nukleáris környezetvédelem

Nukleáris környezetvédelem. Dózisfogalmak Az ionizáló sugárzások egészségkárosító hatásai A dózis meghatározásának mérési és számítási módszerei A sugárvédelmi szabályzás rendszere Természetes és mesterséges radioaktivitás (hulladékok) a környezetben

charis
Télécharger la présentation

Nukleáris környezetvédelem

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Nukleáris környezetvédelem • Dózisfogalmak • Az ionizáló sugárzások egészségkárosító hatásai • A dózis meghatározásának mérési és számítási módszerei • A sugárvédelmi szabályzás rendszere • Természetes és mesterséges radioaktivitás (hulladékok) a környezetben • Szennyezések terjedése a környezetben, környezeti monitorozás

  2. 1/1 1. Dózisfogalmak Párhuzamos fotonnyaláb gyengülése anyagi közegben / [m2/kg] • = lineáris energiaátadási tényező = térfogategységre jutó hatásos ütközési keresztmetszet / = „tömegabszorpciós” tényező • = tömegegységre jutó h.ü.k. • LET = dE/dx • = lineáris energiaátadási tényező σe= elektron h.ü.k. σA= atomi h.ü.k. ütközés: abszorpció vagy rugalmatlan szórás

  3. = H D * w [ Sievert , Sv ] R 1/2 Négyzetes gyengülési törvény – dózisszámítás Egyenérték dózis wR sugárzási tényező - a LET függvénye wR,α = 20, wR,γ= 1, wR,β= 1, wR,n= 5÷20

  4. Effektív dózis wT szöveti súlyozó tényező DCF [Sv/Bq] – egységnyi aktivitás inkorporációjából származó effektív dózis (HE/A) kockázat/effektív dózis-egyenes meredeksége: 5*10-2 eset / Sv 1/3 A dózist okozó sugárforrás és a dózist elszenvedő személy kölcsönös pozíciója szerint külső és belső sugárterhelés jöhet létre. Szöveti súlyozó tényezők: ivarszervek wT=0.20 (genetikus hatás) szomatikus hatások legérzékenyebb wT=0.12 tüdő, gyomor, belek, vörös csontvelő érzékenyek wT=0.05 máj, vese, pajzsmirigy stb. kissé érzékeny wT=0.01 bőr

  5. 2/1 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai Determinisztikus hatás: - küszöbdózishoz kötött (0.3 – 0.4 Gy) - szövetpusztulást okoz a sugárzás - akut/azonnali hatás - életveszélyes károsodások: központi idegrendszer, emésztőrendszer, vérképző rendszer

  6. 2/2 Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

  7. Külső dózis Dózismérővel, dózisteljesítmény-mérővel mérhető Számítási egyenlet (foton-dózisteljesítményre) kγ dózistényezők: pontforrásra, detektoranyagra határozható meg Belső dózisközvetlenül nem mérhető Meghatározás módjai: egésztest-számlálás, vér- és exkrétum-analízis, bejutó anyagok (levegő, víz, ételek) analízise DCF[Sv/Bq] dóziskonverziós tényező– egységnyi radioaktivitás inkorporációjához köthető effektív dózis A dózist főként a radioaktivitást hordozó anyag tartózkodási ideje határozza meg Akut (pillanatszerű) vagy krónikus (folyamatos) bevitel – eltérő effektív dózist eredményeznek 3. Dózis mérése és számítása 3/1

  8. 3/2 Külső sugárterhelés mérése Dózismérés: „utólagos” kiértékelés filmdózismérő - kémiai változás TLD: szilárdtest-dózismérő (termolumineszcencia) elektronikus dózismérők: elektroszkóp, impulzusüzemű gáztöltésű detektorok Dózisteljesítmény-mérés: azonnali kiértékelés impulzusüzemű gáztöltésű detektorok szerves szcintillátor detektor

  9. 3/3 Külső sugárterhelés mérésének feltétele – Bragg-Gray elv A detektort és a mérendő személyt azonos távolságba helyezve a sugárforrástól mindkettőt azonos energiafluxus éri. • Az abszorpciós együttható • energiafüggése legyen azonos • a detektorra és a testszövetre • szövetekvivalens detektor • „energiafüggetlenség” = • azonos energiafüggés a két • közegre

  10. Belső sugárterhelés számítása 3/4 Belső dózis a „T” cél (target) szövetben, az „S” forrás (source) szövetekből kiinduló „R” sugárzásoktól • DCF = dóziskonverziós tényező [Sv/Bq] • Eltérő lehet • Beviteli útvonal szerint (belégzés vagy lenyelés), • Kémiai forma szerint (a testnedvekben oldható vagy nem oldható) • Életkor szerint

  11. 3/5 Belső sugárterhelés számítása A dózisszámításhoz a minták analízise szükséges. Az analízis akkor lehetséges, ha • Ismertek a minta összetevői, vagy azok az analízis eredményeiből meghatározhatók, • A mennyiségi összetétel számításához hatásfokkalibráció áll rendelkezésre. Hatásfok:

  12. 3/6 Két további dózismennyiség Lekötött dózis Kollektív dózis A szervezetben 1 évnél hosszabb ideig jelenlévő nuklid által T=50 vagy T=70 év alatt okozott effektív dózis Adott forrásból i számú, egyenként ni tagú embercsoportnak okozott dózis, egysége személy×Sv.

  13. 4/1 4. Sugárvédelmi szabályzás - A sugárvédelem alapelvei • Determinisztikus hatáshoz vezető dózis legyen lehetetlen • Csak az „alkalmazásokhoz” kapcsolható dózis korlátozható, a természetes eredetű nem – a korlátozás a többletdózisra vonatkozik • Indokoltság: a sugárforrás alkalmazásának több előnye legyen, mint kára • Optimálás: az „alkalmazás” a lehető legnagyobb előnnyel kell, hogy járjon – optimális dózisszint – tervezési alap – ALARA (As Low As Reasonably Achievable) • Egyéni korlátozás – immissziós és emissziós korlátok – át nem léphetők, ha a tervezési alap helyes volt.

  14. DC å £ £ A és A * DCF DC max, i max, i i DCF i i << A A max, i ki , i 4/2 A dóziskorlátozás rendszere DL – immissziós korlát foglalkozási korlát 20 mSv/év (5 év átlagaként) lakossági korlát1 mSv/év DC - emissziós korlát(dózismegszorítás) és A kibocsátott aktivitás a környezeti terjedés során jelentősen hígul Az emissziós és immissziós korlátok nem keverhetők

  15. 4/3 A dóziskorlátozás rendszere Szabályzásból kizárt sugárzási helyzetek(Exclusion) – természetes radioaktivitás az emberi testben, kozmikus sugárzás a Föld felszínén Elhanyagolható dózis: Hi ≈10 μSv/év Mentességi szint: (Exemption) egy sugárforrás, illetve egy adott radioaktív koncentrációval jellemzett anyag a legkedvezőtlenebb forgatókönyv mellett sem okoz Hi-nél nagyobb dózist (foglalkozási vagy lakossági helyzetben). [Bq], [Bq/kg] Felszabadítási szint: (Clearance) egy korábban sugárvédelmi szabályozás alá tartozó anyag kivonható a szabályzás alól (lakossági helyzetben.) [Bq/kg], [Bq/m2] Hasonlóság: kapcsolat Hi-vel. Eltérés: forgatókönyv

  16. 5/1 5. Természetes és mesterséges radioaktivitása környezetben – radioaktív hulladékok Természetes radioaktivitás: * kozmikus sugárzás szoláris, galaktikus, befogott részecskék világűrben: protonok, -részecskék, pozitív ionok légkörben: neutronok, fékezési fotonsugárzás (Föld felszínén: 25-30 nSv/h) * kozmogén radionuklidok (3H, 14C, 7Be) * ősi radionuklidok (az ős-Nap életciklusa során többféle „ciklus”-ban keletkeztek) Legfontosabb ősi radionuklidok: - 40K (T= 1.28 milliárd év, belső sugárterhelés: 0.3 mSv/év) - bomlási sorozatok: 238U, 232Th, 235U

  17. 238U bomlási sorozata 5/2 238U: T= 4.47 milliárd év (4-6 ppm a Föld felszínén) – bomlási sor leányelemek között226Ra, 222Rn 222Rn (T= 3.8 nap) rövid felezési idejű, - és --sugárzó leányelemei 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po belső sugárterhelés: átlagosan 1.0 – 2.0 mSv/év 222Rn-koncentráció (EEC): szabad levegőn 1 – 10 Bq/m3 zárt térben 5 – 100 Bq/m3 sok radon: pince, bánya, barlang, építőanyag kevés radon: víz felett aktivációs termékek238U –ból nukleáris reaktorban: 239Pustb. hasadóanyag, nagy DCF

  18. 5/3 További bomlási sorozatok 232Th: T= 14.1 milliárd év (7-10 ppm a Föld felszínén) bomlási sor - leányelemek: köztük220Rn 220Rn (T= 55 s) – kevéssé tud kikerülni a levegőbe dózisjárulék 0.1 mSv/év 235U: T= 0.71 milliárd év (a természetes urán 0.7 %-a) a nukleáris energiatermelés legfontosabb alapanyaga: indukált hasadás neutronok hatására

  19. 5/4 Természetes sugárterhelés : átlagosan 2 - 3 mSv/év belső sugárterhelés 65 % külső sugárterhelés 35 % (kozmikus sugárzás, ősi nuklidok a talajból, építőanyagokból) továbbá: orvosi eredetű sugárterhelés átlagosan 0.3 mSv/év

  20. 5/5 Mesterséges radioaktivitás – hulladékok/üzemi kibocsátások -         Nukleáris reaktorok hulladékai hasadási (131I, 137Cs) aktivációs (239Pu) és korróziós (60Co) termékek -         Nukleáris robbantások, fegyverkísérletek hulladékai -   Ipari sugárforrások -         Orvosi (diagnosztikai és terápiás) sugárforrások - „TENORM”: mesterséges okból megnövekedett természetes sugárterhelés * szén-, olaj- és gáztüzelésű erőművek (salak, hamu, pernye) * nukleáris üzemanyag előállítása * egyéb

  21. 5/6 Kategóriák a mentességi szint (MEAK [Bq/kg]) alapján: kis-, közepes- és nagyaktivitású hulladék AK: aktivitás-koncentráció [Bq/kg] Kisaktivitású hulladék (LLW) 1 < S < 1000 Közepes akt. h. (ILW) 103 < S <106 Nagy akt. h. (HLW) S > 106, hőfejlődés > 2 kW/m3 Mentesség ≈ Felszabadítás ??? azonosság: kapcsolat az elhanyagolható dózissal (10 μSv/év) eltérés: forgatókönyvek

  22. 5/7 Radioaktív hulladék menedzsment • Gyűjtés • Osztályozás, minősítés • Térfogatcsökkentés • Kondicionálás • Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés Alternatív megoldások: kiégett nukleáris üzemanyag reprocesszálása, hosszú felezési idejű hulladék-komponensek transzmutációja

  23. 5/8 • Térfogatcsökkentés • Általános: préselés, égetés, bepárlás • Specifikus: felületi (szorpció), térfogati (extrakció) • Kondicionálás • Cementezés (LLW, ILW) • Bitumenezés (szerves LLW) • Üvegesítés (HLW)

  24. 5/9 • Radioaktív hulladék elhelyezése Mérnöki gátak – mélységi védelem módszere • Átmeneti: telephelyen belül vagy önálló felszíni telephelyen (KKÁT) • Végleges: • LLW – ILW: felszínközeli vagy mélységi lerakóhely (Püspökszilágy *** Bátaapáti) • HLW: mélységi lerakóhely (Boda – BAF) • Alternatíva: reprocesszálás TENORM és nukleáris energiatermelés összehasonlítása – üzemi adatok Kibocsátott összes radioaktivitás (1988): Paks AE: 0.5 MBq/MW Ajka, Pécs szénerőmű: 3-4000 MBq/MW

  25. 6/1 6. Szennyezések terjedése a környezetben Általános terjedési egyenlet: A : advekció (hajtóerő: gravitáció, hidrosztatikai nyomás) D : diffúzió (hajtóerő: kémiai potenciál) R : reakció (fizikai és kémiai szorpció, ioncsere stb.) (hajtóerő: kémiai potenciál) P : ülepedés (hajtóerő: gravitáció) (forrástag időben állandó) Homogén rendszerek: levegő, felszíni víz, karsztvíz Heterogén rendszerek: talajvíz, geológiai rétegek, biológiai anyagok Terjedési egyenletek inverze szükséges az emissziós korlátozás megállapításához Nukleáris/radiológiai balesetek, kibocsátások Windscale, Three Mile Island, Csernobil, Goiania, Algeciras, Tokai-mura. Csernobil becsült magyarországi hatása 1 – 3 mSv

  26. 6/2 Terjedési egyenletek Általános egyenlet időfüggő forrástaggal Advekció és diffúzió kifejtése Egyirányú advekció, homogén diffúzió

  27. 6/3 Nukleáris környezeti monitorozás • DL és DC betartásának ellenőrzése: • Mérés • Kiértékelés • Beavatkozás • A feladatok hasonlóak normális és baleseti helyzetben is. • Irányadó szintekszükségesek minden radionuklidra a környezeti közegekben (levegő, víz, talajstb.) • Biztonság: a szint mérhető kell, hogy legyen, mielőtt az irányadó szintet túllépnénk. • Monitorozás: mintavétel, mérés és kiértékelés szervezett, standard rendszere.

  28. 6/4 Nukleáris környezeti monitorozás • Helyi rendszerek: emissziót produkáló létesítmény körül [= kibocsátás-ellenőrzés ??] • Regionális rendszerek:immisszióellenőrzése nagyobb területen egyenletesen elosztott mérőállomásokkal • Gamma-dózisteljesítmény folyamatos mérése –KORAI RIASZTÁS • Légköri szennyeződés folyamatos mérése dúsításos mintavétellel –KORAI RIASZTÁS– aeroszol- és jódszűrés (elemi, szerves) • Szakaszos mintavételezéses módszerek: • száraz és nedves légköri kihullás, • felszíni-, ivó- és talajvíz, • - talaj- és biológiai minták.

  29. 6/5 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerek Gamma-dózisteljesítmény mérése folyamatos/automatizált mérési adatgyűjtés környezeti dózisteljesítmény (talajszint) : 70 – 180 nSv/h OSJER riasztási szint : 500 nSv/h • Természetes radioaktivitás: szintje eltérő a környezetben, általában nem tárgya a szabályozásnak. (kozmikus sugárzás, földi radioaktivitás) • TENORM: „technologically enhanced naturally occurring radioactive material” – „alkalmazásnak” tekintendő, szabályozandó. • Mesterséges radioaktivitás: „alkalmazások” kibocsátása, radioaktív hulladékok stb. • Berendezések ionizáló sugárzása (pl. Röntgen) – kikapcsolható.

  30. 6/6 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerekkörnyezeti dózisteljesítmény monitorozása hosszú időn át dózisteljesítmény [nSvh] • A felvételen három különböző hatás látható: • helyi hatások (emisszió), • gyors környezeti hatások (változó szintű szennyezés), • lassú környezeti hatások. • A jelszint nem éri el a riasztási küszöböt. A felvétel részletes értékelésre e formában nem alkalmas.

  31. 6/7 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerekhelyi hatások a környezeti dózisteljesítményre dózisteljesítmény [nSvh] Oktatóreaktorban frissen előállított 24Nasugárforrások ideiglenes tárolását érzékelte a monitor. A felfutó él a művelet pillanatszerűségére, a lefutás a főkomponens felezési idejére jellemző.

  32. dózisteljesítmény [nSvh] Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerekkörnyezeti csapadékcsúcsok A csapadék kimossa a levegőből a talaj felszínére az aeroszolhoz kötött radon-leányelemeket . Ezek (222Rn és 220Rn-származékok) feldúsulása a ülepedési sebességtől és hatásfoktól, bomlása az effektív felezési időtől függ. Hasonló alakú profilok származhatnak mesterséges eredetű radioaktív szennyezést tartalmazó „pöfföktől” is.

  33. 6/8 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerekkörnyezeti dózisteljesítmény mérése • Következtetések: • A dózisteljesítmény változása képet ad a környezet állapotáról. • Helyi rendszerek: jelzik a helyi változásokat is. • Regionális rendszerek: nehéz (néha lehetetlen) megkülönböztetni a természetes növekedést a mesterséges szennyezéstől. • A „biztonságos” riasztási küszöb jóval nagyobb kell, hogy legyen a természetes ingadozás maximumánál. • További mérési módszer szükséges a jobb érzékenység eléréséért és a téves riasztások kizárásához.

  34. 6/9 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerekaeroszol mintavételezés és mérés Légköri radioaktív szennyezés dúsítása és mérése mintázás: speciális szűrők az alábbi anyagokra: - aeroszol, - atomos vagy molekuláris jód, -szerves jódvegyületek mérés: alfa/béta, gamma-spektrometria eljárás: folyamatos/automatikus működés, mozgószűrős vagy állószűrős kivitel

  35. 6/10 Nukleáris környezeti monitorozás aeroszol mintavételezés és mérésa kibocsátási forrás közelében Lokális rendszer egy emissziós forrás köré telepítve Várható szennyezési profil: egységugrás-függvény Activity on filter Előnyös módszer: mozgó szűrőszalag (differenciálás) time

  36. 6/11 Nukleáris környezeti monitorozásaeroszol mintavételezés és mérésa kibocsátási forrástól távol Regionális rendszer – egyenletesen elosztott állomások - immisszió felügyelete Várható szennyezési profil: elnyújtott, lassan növekvő Activity on filter Előnyös módszer: álló szűrőlap (integrálás) time

  37. Nukleáris környezeti monitorozás környezet-ellenőrzés aeroszol mintavétellel Az állomásvezérlő programja az alábbi feladatokat látja el: • Adatgyűjtés a detektor(ok)tól; • Nukleáris spektrumok kiértékelése – mesterséges radioaktivitás azonosításaváltozó természetes “alapvonalon” – mért érték [Bq/m3]; • Természetes radioaktivitás értéke: Rn EEC [Bq/m3] KIMUTATÁSI HATÁR megadása, ha mesterséges radioaktivitást nem detektált; • A detektor(ok) rendszeres kalibrálása; • Elektromechanikus elemek vezérlése (szivattyú, szűrőkezelés stb.); • Adatgyűjtés más mérőberendezésekből (meteorológiai szenzorok, dózisteljesítmény-mérő stb.); • Kommunikáció a központi számítógéppel.

  38. Nukleáris környezeti monitorozás Detektorok válaszának modellezése 6/12 Ezeket a számításokat a kiértékelő programnak kell elvégeznie.

  39. 6/13 222Rn alfa-béta spektrum

  40. 6/14 220Rn + 222Rn alfa-béta spektrum

  41. 6/15 222Rn

  42. 6/16 Radon – LDs - Time

  43. 6/17 Nukleáris környezeti monitorozás – korai riasztást adó rendszerek aeroszol-mintavétellel • Összefoglalás: • Részecskeszűrő és azt követően jódszűrőt is alkalmazhatunk. • Regionális rendszereknél az álló szűrő előnyösebb. • Nuklidspecifikus meghatározás szükséges, hogy megkülönböztessük a természetes és a mesterséges radioaktivitást. • Jelentendő értékek: • természetes radioaktivitás (222Rn-EEC stb.) – „minőség-ellenőrzés” • mesterséges radioaktivitás (radionuklid, aktivitás-koncentráció, KIMUTATÁSI HATÁR )

More Related