1986. április 26.

Csernobil előtt is voltak komoly erőművi balesetek, de hogy jutottunk el a mindmáig legsúlyosabb esetig? – írta: sh4d0w, 2 hónapja

Alapozás

Nagy vonalakban: minden atomokból épül fel, amelynek alkotóelemei (többnyire) az elektron, proton, neutron. Az elektron a neutronból és protonból álló atommag körül kering.
A maghasadásos nukleáris láncreakció szempontjából a legfontosabb elem a neutron. A neutron atommagból kiszakításához nagy energia kell, de ha ez irányítottan történik, egy idő után létrejöhet az önfenntartó maghasadásos láncreakció. Van azonban néhány gyakorlati probléma, amit meg kell oldani: a) a természetes uránérc nem képes önfenntartó reakcióra; b) a hasított atommagokból felszabaduló neutronok túl gyorsak, hogy másik uránatom-magot hasítsanak, sokkal nagyobb az esélye, hogy a célpont atommag befogja azt.
Előbbi problémára a megoldás a dúsítás, amiben miután az uránt az egyéb vegyi szennyezésektől már megtisztították, a különböző neutronszámú izotópjainak arányát is megváltoztatják egy hosszadalmas folyamat keretében, majd a visszamaradt anyagból pálcákat/rudakat készítenek, amelyeket a reaktormagba helyeznek. Utóbbi gondot moderátorközeg alkalmazásával kezelik: ebben a moderátorban a szabad neutronok lelassulnak, így sokkal nagyobb eséllyel hasítanak újabb atommagokat, amik újabb neutronokat engednek szabadon, amik újabb magokat hasítanak... és így tovább. Túlzottan azonban nem szabad ezeket a kisugárzó neutronokat lelassítani, mert úgy már nem képesek az atommagok hasítására.

De: miért is van szükség a hasításra? Nos, egy atommag felhasadásakor óriási energia (sugárzás formájában) szabadul fel - ezt az energiát hasznosítják a különböző nukleáris eszközökben, legyen az fegyver, vagy reaktor. A fegyverekre nem akarok túl sok szót vesztegetni, mindenki ismeri az atombombával elpusztított japán városok történetét - legalább nagy vonalakban.
A nukleáris reaktorokban meglehetősen pazarlóan bánunk ezzel a felszabaduló energiával: legjobb tudomásom szerint még mindig vizet forralunk vele, ami gőzzé alakul, turbinalapátokat hajt meg, így generálva elektromos áramot.
A felszabaduló sugárzás három csoportba sorolható: alfa-, béta- és gamma sugárzás. Az alfa részecskék ( ~hélium +2 ion) nagyon ionizáló hatásúak, de levegőben pár centiméter alatt elbomlanak és akár már a hámsejtek is véget vethetnek a pályafutásuknak. A béta részecskék (szabad elektron) képesek pár centiméter mélyen behatolni a szövetekbe és ott roncsolást okozni, de levegőben néhány 10 centiméter alatt ezek is elbomlanak. Rákos sejtek bombázására használják a gyógyításban. A gamma részecskék (elektromágneses sugárzás, mint a fény és egyebek) viszont az előző kettővel ellentétben nagyon nagy energiával rendelkeznek és könnyen hatolnak át a kevésbé sűrű anyagokon, elnyelődésük hosszú út alatt következik be. A teljes univerzumunk rendelkezik természetes radioaktivitással, nincs ez másképp a Földünkkel sem, az ehhez tartozó sugárzásmennyiséggel önmagában nincs gond, ehhez hozzá vagyunk szokva.

Geiger-Müller számláló hangja

Erősen summázva ez a lényege a nukleáris reakciónak, tekintsünk át néhány ténylegesen szétterülő sugárzó anyagot.

Jód: nem, önmagában a jód nem radioaktív, de nukleáris robbantásoknál és atomerőművekben mindig megjelennek az izotópjai. Négyet közülük (I-123, 124, 125, 131) orvosi célokra is használnak gyógyítási vagy nyomjelző célzattal, felezési idejük még emberi léptékkel mérve is rövid, kevesebb, mint két hónap. Az I-129 létrejötte emberi tevékenységnek köszönhető (nukleáris robbantások, nukleáris erőművek), nagyon nemkívánatos vendég a maga 15 millió évnél is hosszabb felezési idejével. Ugyanebben a kategóriában versenyez az I-135. Felezési ideje rövidebb egy gyári műszakénál, de a bomlása során jön létre a Xe-135 izotóp, ami fontos szerepet játszott a csernobili balesetben. A legnagyobb mennyiségben mégis az I-131 termelődik a reaktorokban, ennek megfelelően kiszóródáskor az egyik legismertebb szennyező anyag, 8 napos felezési idővel.

Stroncium: 90-es izotópja a maghasadás mellékterméke, ennélfogva nukleáris robbantások és reaktorok jelentős mennyiségű mellékterméke. Nagyon erős bétasugárzó-forrás, mindemellett a csontokban helyettesítheti a Calciumot (nem ürül ki a szövetekből). Felezési ideje majdnem 30 év, ezért a kiszóródási forrástól még nagy távolságokban is képes nukleáris szennyezést okozni, ugyanekkor nagyon jól alkalmazható olyan eszközökben, ahol könnyű, de hosszú élettartamú energiaforrásra van szükség.

Cézium: egyes izotópjai szintén maghasadási melléktermékek.133-as izotópja használatos a másodperc hosszának meghatározásánál. A Cs-134 erős béta-sugárzó 2 éves felezési idővel, így nagy területeket képes megfertőzni kiszóródás után, de maghasadás során csak kevés keletkezik, neutronbesugárzás hatására Cs-135-té alakul. Ez utóbbi ugyan csak enyhén radioaktív, viszont a felezési ideje 2 millió év fölött van. A Cs-135 átalakulhat Xe-135 izotóppá. Szintén kis mértékben keletkezik Cs-136 a maghasadás során, elsődlegesen béta-bomló anyag. Neutronbefogás során Cs-137-té alakul, amelynek felezési ideje 30 év és erősen gamma-sugárzó. A stronciummal karöltve a legjelentősebb "emberkéz alkotta" sugárzó anyagok. Mivel a Cs-137 neutronelnyelő képessége kifejezetten rossz, ezért meg kell várni, míg magától elbomlik. Sajnos a kimerült fűtőelemek nagy mennyiségben tartalmazzák, így néhány száz évig el leszünk látva a sugárzásukkal. További fontos tény: mivel elsősorban a neutrongazdag anyagok béta-bomlása során jöhetnek létre a cézium izotópjai, illékony jód és xenon megléte esetén a kiszóródástól távol is keletkezhetnek cézium-izotópok.

Amerícium: mesterséges elem, maghasadási melléktermék, a plutónium neutronbombázása során keletkezik, erős alfa- és gamma-sugárzási képességekkel. Legveszélyesebb izotópjai az Am-241 és 243. Előbbi 432, utóbbi több, mint 7000 év alatt feleződik el, így nagy területeket képesek beszennyezni.

Plutónium: az egyik legnehezebb természetes elem (Pu-244-es izotóp, felezési ideje 80 millió év), de maghasadás során nagy mennyiségben keletkezik. Önfenntartó nukleáris reakcióra képes, ezért üzemanyagként reaktorokban, illetve fegyverek töltetében is alkalmazzák - Nagasakit plutóniumbombával pusztították el (Pu-239-es izotóp). A 239-es izotóp felezési ideje túl van a 24000 éven, a felszín feletti robbantások következményeként elérte a felső légkört is, emiatt szennyezőképessége óriási. Noha az izotópok többsége erősen alfa-sugárzó, a 239-es jelentősen gamma-sugárzó. A Pu-238 az előbbiek közé tartozik 88 év felezési idővel, űrtechnológiában használatos. A Pu-240 spontán hasadó anyag, kontrollált maghasadási környezetben a jelenléte nemkívánatos.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!