Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Környezetkémia- környezetfizika KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Környezetkémia- környezetfizika KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc."— Előadás másolata:

1 Környezetkémia- környezetfizika KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc

2 HEFOP RADIOAKTIVITÁS A KÖRNYEZETBEN

3 HEFOP Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak Természetes radioaktivitás –Ősi izotópok –Folyamatosan keletkező izotópok –Radioizotópos kormeghatározás –Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás Mesterséges radioaktivitás –Mesterséges radioaktív izotópok előállítása –Mesterséges radioizotópok alkalmazása –Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE

4 HEFOP Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak Izotóp. Az ugyanannyi (Z számú) protont tartalmazó atommagok (egy kémiai elem atommagjai) különböző (N) számú neutront tartal- mazhatnak. Ezek az elem különböző izotópjai. Jelölés: A vegyjel elé felső indexbe írt tömegszámmal (A=Z+N). Pl. a szén (Z=6) környezetben előforduló izotópjai: 12 C, 13 C, 14 C. Radioaktivitás. Egyes izotópok atommagjai maguktól sugárzást bocsátanak ki, közben összetételük vagy szerkezetük megváltozik. Pl. 14 C  14 N, közben egy elektron és egy antineutrínó távozik. Egy objektumból több keletkezik  radioaktív bomlás történik. Sugárzás. Térben rendezetten, igen nagy sebességgel mozgó, nagyon apró részecskék összessége.

5 HEFOP Magsugárzás. Atommag radioaktív bomlásában keletkezett sugárzás. Különbözik az atomhéj sugárzásaitól (fény-, hő-, röntgen-), és a kevéssé ismert eredetű kozmikus sugárzástól. Ionizáló sugárzás. Képes az útjába eső atomokból elektronokat kilökni (ionizálni). Ehhez nagy energia szükséges. A magsugárzások ionizálók (vannak más ilyenek is: röntgen, kozmikus). Radioaktivitás fajtájaKilépő részecske (sugárzás) α-bomlás 1 4 He atommag (α-sugárzás) (Z kettővel, A néggyel csökken.) β-bomlása) 1 elektron + 1 antineutrínó (β – -sugárzás) (Z eggyel nő vagy csökken, b) 1 pozitron + 1 neutrínó (β + -sugárzás) A nem változik.)c) 1 neutrínó (–) γ-bomlás1 γ-kvantum (γ-sugárzás) (Z és A nem változik, belső szerkezeti energia csökken.) Maghasadás2 hasadvány-mag + néhány neutron (–) (A mag két nagy részre hasad)

6 HEFOP Bomlások fontos jellemzői. A bomlás típusa, a sugárzás fajtája és energiája jellemző az izotópra. Az α- és β-bomlás, valamint a hasadás elsődleges folyamatok, a γ-bomlás az előbbiek kísérője. Egyes izotópoknál többféle elsődleges folyamat is lehetséges. Egy elsődleges bomlást több γ-bomlás is követhet. A mag bomlása az atomhéjat is sugárzásra késztetheti. Bomlásséma. A bomlás módjának és a keletkező sugárzások tulajdon- ságainak ábrázolása egy sávdiagramon (ábra). Ezen vízszintes vonalak mutatják az atommag energiáját egy függőleges energiaskálán.

7 HEFOP Bomlástörvény. Legyen N a radioaktív izotóp még el nem bomlott atommagjainak száma. N időben csökken az N ( t ) = N 0 exp ( -λ t ) bomlástörvény szerint (ábra). A λ bomlási állandó értéke az izotópra jellemző. Az N ( t ) / N 0 = 1/2 arány t = T 1/2 = ln2 / λ idő múlva valósul meg, ezt felezési időnek hívjuk. -λt-λt

8 HEFOP Aktivitás. Egy anyagdarabban időegység alatt bekövetkező radioaktív bomlások száma. Jele A, egysége a Bq (Bequerel = másodpercenkénti bomlások száma). Az aktivitás additív az anyag mennyiségére és az izotópok számára nézve. Az A aktivitás a még el nem bomlott magok N számával az A ( t ) = - dN ( t ) / dt = λ N ( t ) összefüggésben van. Egységnyi tömeg vagy térfogat aktivitását aktivitáskoncentrációnak (AC) nevezzük (Bq/kg, Bq/l, Bq/m 3 ). Véletlenszerűség. Egy kiválasztott atommag elbomlásának pontos időpontja megjósolhatatlan. Véletlenszerű, hogy adott idő alatt mely magok bomlanak el, és melyek nem. Az időegység alatt ténylegesen bekövetkező bomlások száma véletlen valószínűségi változóként viselkedik. A fenti N, A, AC mennyiségeken a hosszabb idő átlagaként kiadódó várható értékeket értjük.

9 HEFOP Természetes radioaktivitás 1. Ősi izotópok Számuk néhány tucatnyi, de csak néhány van jelen a környezetben jelentős mennyiségben: IzotópBomlás Felezési idő AC a földkéregben módja (év) (Bq/kg) 40 K β1,26× Rb β4,8 × Th α1,41× U α4,51× U α7,1 ×10 8 1,5 147 Sm α1,05× ,7 Ezek még a Föld keletkezése előtt, egy szupernóva-robbanásban jöttek létre, majd bejutottak a Föld anyagába.

10 HEFOP Az ősi radioaktív izotópok eloszlása a környezetben A földkéregben, ill. a litoszférában koncentrálódnak. A Föld köpenyében és magjában jóval kisebb a mennyiségük. Talajbeli AC-juk átlagosan (Bq/kg): 40 K: 400, 87 Rb: 50, 232 Th: 40, 238 U: 40. Eloszlásuk a litoszférában egyenetlen. A magmás kőzetek többet, az üledékes ill. átalakult kőzetek kevesebbet tartalmaznak belőlük. A magmás kőzetek közül a gránitban dúsulnak legjobban. A koncentráció-eloszlás egyenetlensége az urán esetén a legnagyobb. Ez gyakran ércesedik is: az uránérc urántartalma több százalék is lehet. A tórium a ritka monazit nevű ásványban dúsul jelentősen. A talaj urán- és tórium-tartalma helyenként 10-szer, 100-szor nagyobb is lehet az átlagosnál. A vizekben az ősi izotópok közül a 40 K-ból van a legtöbb, oldott káliumsók formájában. AC-ja 0,1-15 Bq/l közötti, legkisebb az esővízben és a felszíni édes-vizekben, nagyobb a felszín alatti vizekben, és legnagyobb a tengervízben.

11 HEFOP A levegőben az ősi radioaktív izotópok csak igen kis mennyi- ségben találhatók meg por- és aeroszol-szemcsékben (<10 –5 Bq/m 3 ). Élő testszövetekbe biokémiai okok miatt a 40 K izotóp épül be legnagyobb mennyiségben. Különböző lények különböző szöveteiben az AC-k 1-2 nagyságrendnyit is eltérhetnek. ( 40 K: Bq/kg, 87 Rb: 1-50 Bq/kg, 238 U: 0,001-0,03 Bq/kg). Felnőtt ember 40 K-tartalma 60 Bq/kg, vagyis egy 70 kg súlyú emberben másodpercenként K- bomlás történik! Ahol a környezeti elemek (talaj, víz) 87 Rb, 232 Th ill. 238 U-tartalma nagyobb az átlagosnál, ott ezek az élőlények testszöveteibe is nagyobb mennyiségben épülnek be. Az ősi izotópok mesterséges környezetünkben is jelen vannak. A kő építőanyagok ősi radioaktivitása hasonló mértékű, mint a kőzeteké, talajé. A fa 40 K-tartalma hasonló a talajéhoz. A fémkohászati termékek ősi radioaktivitása az előbbiekénél jóval kisebb. A mesterséges anyagok közül legkevesebb ősi radioaktivitást a műanyagok tartalmazzák.

12 HEFOP Ősi radioaktív izotópok mennyisége különböző természetes közegekben. Izotóp Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m 3 ) (Bq/kg) 40 K0, Rb0,001-0,10,2× Th5× × × , U4× ,137× ,001-0,03

13 HEFOP A 232 Th, 235 U és 238 U bomlásából keletkező 228 Ra, 231 Th és 234 Th is radioaktív, ezek bomlástermékei is, és így tovább. A 232 Th, 235 U és 238 U tehát egy-egy radioaktív bomlási sor első tagjai. E sorok egyenként tagból állnak, ezek meghatározott sorrendben egymásba bomlanak. Közöttük α-, β- és γ-sugárzók is vannak. A bomlási sorok tagjai egymásból, valamint eredendően a 232 Th, 235 U és 238 U izotópokból folyamatosan keletkeznek. 2. Folyamatosan keletkező izotópok 2.a. Természetes bomlási sorok tagjai

14 HEFOP A 238 U és a 232 Th bomlási sorai

15 HEFOP Zárt rendszerben a bomlási sorok tagjainak aktivitásai megegyeznek („szekuláris” aktivitás-egyensúly): A 1 = A 2 = … = A i. Ekkor egy bomlási sor összegzett aktivitása az első tag aktivitásának annyiszorosa, ahány tagja van a sornak.  232 Th és a 238 U bomlási sorainak együttes aktivitása (440 Bq/kg ill. 560 Bq/kg) a 40 K-éhoz (850 Bq/kg) közelítő hányadát adja a földkéreg teljes aktivitásának. A zártság csak tömör kőzet belsejében állhat fenn. Laza, a környezettel anyagcserét folytató közegekben (talaj, vizek, levegő, élő szövetek) a sorok egyes tagjai távozhatnak keletkezési helyükről, így a szekuláris egyensúly sérülhet. A fentiek miatt a környezet közegeiben a 232 Th, 235 U és 238 U izotópok mellett kisebb-nagyobb mennyiségben bomlástermékeik is megtalálhatók. A termékek egy része helyben keletkezik, más részüket transzportfolyamatok szállították oda egy másik közegből.

16 HEFOP A bomlási sorok tagjai természetes közegekben Leginkább a kőzetekben és a talajban vannak jelen, ahol közelítőleg fennáll a szekuláris egyensúly. A 232 Th és a 238 U sorai és a 40 K egyenként kb. 1/3 részt képviselnek a talaj teljes aktivitásában. A 232 Th, 235 U és 238 U bomlástermékei a vizekben is meg- találhatók, a felszínen kisebb, a felszín alatt nagyobb mennyiségben. Mennyiségüket befolyásolja kémiai formájuk (vegyületeik oldhatósága). AC-juk nagyságrendileg közel van az anya- izotópokéhoz (pl. 226 Ra: 5×10 –4 – 0,1 Bq/l; 228 Ra: 5×10 –4 Bq/l). Az élő testszövetekben a biokémiai és anyagcsere- folyamatok bonyolultsága miatt a bomlástermékek AC-i különböző lények különböző szerveiben 1-2 nagyságrendnyit eltérhetnek (pl. 226 Ra: 0,005-0,4 Bq/kg, 210 Po: 0,03-2 Bq/kg, 228 Ra: 0,005-0,06 Bq/kg).

17 HEFOP Bomlási sorok egyes hosszú felezési idejű tagjainak mennyisége természetes közegekben. Izotóp Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m 3 ) (Bq/kg) 226 Ra5× ,1 5× ,005-0,4 210 Pb0,01-0,1 5× ,025-0,4 210 Po0,005 5× , Ra5× ,005-0,06

18 HEFOP A levegő radioaktivitását főleg a bomlási sorok tagjai okozzák. A bomlási sorokban ott vannak radon nemesgáz izotópjai ( 220 Rn, 219 Rn, 222 Rn). Ezek könnyen távozhatnak keletkezési helyükről. A porózus kőzetekben, talajban, építőanyagokban keletkezve kijutnak a felszín-közeli levegőbe. Hosszú felezési ideje (3.8 nap) miatt a 222 Rn- ből van legtöbb, de megtalálható a 220 Rn is (55 s). Mennyiségük a talaj-pórusokban a legnagyobb ( Bq/m 3 ), föld alatti üregekben némileg kisebb ( Bq/m 3 ). A földfelszín fölött 1-2 m-rel nagyságrendileg AC( 222 Rn) = 10 Bq/m 3, AC( 220 Rn) = 1 Bq/m 3. AC-juk a felszíntől mért magassággal csökken, óceánok és tengerek fölött kisebb, mint szárazföldek fölött. A 222 Rn és 220 Rn rövid felezési idejű bomlástermékei fémek (Po, Pb, Bi). Ezek a levegőben molekulacsoportokhoz, majd aeroszol- részecskékhez kötődnek, és azokkal együtt a levegőből idővel a nagyobb környező felületekre kitapadnak. Ezért AC-juk a levegőben a radon-izotópokénál kisebb, és az egymást követő bomlástermékek AC-i egyre kisebbek.

19 HEFOP Radon-izotópok és termékeik levegőbeli jellemző aktivitáskoncentrációi különböző helyszíneken. Helyszín Aktivitáskoncentráció, Bq/m Rn 222 Rn 220 Rn 220 Rn termékei termékei szabadtér épületben bánya, barlang talaj-pórusok ? ?

20 HEFOP b. Természetes eredetű hasadási termékek A 232 Th, 235 U és 238 U magok önmaguktól, vagy egy neutron befogásával kétfelé hasadhatnak. A hasadványok tömegszáma féle lehet. Ezek mind radioaktívak, és egy 3-4 tagú radioaktív bomlási lánc követi őket. Így kb. 300 különféle radioaktív izotóp keletkezik. A fenti folyamat a természetben is előfordulhat. Bizonyos folyamatok ugyanis termelnek a környezetben neutronokat, bár csak kis számban. Ezért az ilyen módon keletkező hasadási termékek aktivitása sok nagyságrenddel kisebb az egyéb eredetű aktivitásoknál. Úgy tűnik azonban, hogy néhány milliárd éve természetes körülmények között is végbemehetett a 235 U láncreakciószerű hasadása, ami helyenként a mainál sokkal több radioaktivitást termelt. A 235 U/ 238 U izotóparány 2 milliárd éve még 3% körüli volt, így uránérc- telepeken, a 235 U magok nagy térbeli sűrűsége mellett a láncreakció megvalósulhatott. Természetes atomreaktorok működtek (pl. Oklo, Afrika). Erre ma a 235 U/ 238 U izotóparány helyi, anomálisan kicsi értékéből lehet következtetni.

21 HEFOP c. Kozmogén radioaktív izotópok Kozmikus eredetű fizikai hatások nyomán radioaktív izotópok jutnak be vagy keletkeznek folyamatosan környezetünkbe(n). Ezek nagyjából három forrásból származnak. a) A kozmikus sugárzás primer részecskéi a felső légkörben magreakciókat idéznek elő: atommagokból neutronokat löknek ki. Ezek más atommagokba befogódva azokat radioaktívvá alakítják. Így néhány tucatnyi, kis tömegszámú, β-bomló izotóp keletkezik. b) A kozmikus sugárzás szekunder részecskéi a földfelszín atommagjain magreakciókat idéznek elő: stabil magokból radioaktív izotópokat termelnek. Így további néhány tucat radioaktív izotóp keletkezik a talaj felső szintjében és a vizekben. c) A földfelszínre hulló ill. ülepedő kozmikus eredetű szilárd anyag (meteorok, meteorhamu, kozmikus por) olyan radioaktív izotópokat tartalmaznak, amelyek a világűrben a primer kozmikus sugárzás által kiváltott magreakciók révén keletkeztek.

22 HEFOP Kozmogén izotópok természetes közegekben A hosszú felezési idejű kozmogén izotópok szétoszlanak a környezetben. AC-juk a környezetben általában kisebb, mint az ősi izotópoké, vagy a bomlási soroké. A legjelentősebbek a 14 C és 3 H. A 14 C a 14 N + n  14 C + p magreakcióban keletkezik. A CO 2 -be beépülve, hosszú felezési ideje (5730 év) miatt szinte mindenhova (alsó légkör, vizek, talaj, bioszféra) eljut. Globális készlete 1,2×10 19 Bq. Környezetünkben 1 kg (nem fosszilis) szén aktivitása kb. 250 Bq. A 3 H a 14 N + n  12 C + 3 H magreakcióban keletkezik. A vízmolekulába épül be, és az esővízzel jut a felszínre, ahol minden víztartalmú közegben jelen van. Globális készlete 2,6×10 18 Bq. Rövid felezési ideje (12,3 év) miatt környezeti eloszlása egyenetlen. Az élőlények szén- és víz-anyagcseréje miatt a 14 C és a 3 H az élő testszövetekbe is beépül. Az emberi testben a szén súlyaránya 20% körüli, ennek megfelelően a 14 C AC-ja emberben kb. 50 Bq/kg. (A 3 H-ra ez csak 0,3 Bq/kg.) Eszerint egy 70 kg tömegű ember 14 C- aktivitása mintegy 3500 Bq, ami megközelíti a 40 K-ra kapott értéket.

23 HEFOP Kozmogén eredetű radioaktív izotópok és mennyiségük különböző közegekben Izotóp T 1/2 Aktivitáskoncentráció Vizek Levegő Élő testszövetek (Bq/l) (Bq/m 3 ) (Bq/kg) 3 H12,3 év 5× ,8 0,0010,3 (ember) 7 Be53,6 nap0,01100 (növény) 14 C5730 év0,0050,0550 (ember) 22 Na2,62 év ,05-0,4 32 P14,3 nap2,5× Si280 év4× × P24,4 nap S87,9 nap2× Cl3,1×10 5 év × Ar35,1 nap

24 HEFOP Radioizotópos kormeghatározás E módszerrel meghatározható egy radioaktív izotópnak egy anyagdarabba való bezáródása (megszilárdulás, halál) óta eltelt idő. Jelöljük a radioaktív izotóp magjainak bezáródáskori (t = 0) számát a fenti anyagdarabban N 0 -lal. A magok száma t idő múlva N ( t ) = N 0 exp ( - λ t ), az ez idő alatt keletkezett bomlástermék-magok száma pedig N b ( t ) = N 0 - N ( t ) = N 0 [ 1 - exp ( - λ t ) ]. A két egyenletet egymással elosztva és az időt kifejezve a t = ( 1 / λ ) ln [ 1 + N b ( t ) / N ( t ) ] képlet adódik. Eszerint N és N 0 jelenlegi értékéből a bezáródás óta eltelt idő meghatározható. Tömör kőzetek korának a meghatározására jó pl. a 40 K  40 Ar módszer. Szerves maradványok korának meghatározására szolgál a 14 C (radio-karbon) módszer. Ezzel az anyagcsere leállása óta eltelt időt lehet meghatározni. Általános szabály, hogy a meghatározandó kor nem lehet nagyobb az izotóp felezési idejének szorosánál.

25 HEFOP Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás 4.a. Házépítés Az építőanyagokban lévő ősi izotópok és bomlástermékeik sugárzása oldalról és felülről is ér bennünket. A házakba alulról behatoló radon-izotópok a zárt légterekben csapdába esnek, fel- dúsulnak. Ezért a radon-izotópok AC-ja lakásokban a szabadtérinek többszöröse (átlagosan 222 Rn: 50 Bq/m3, 220 R: 3 Bq/m3). 4.b. Szénerőművek A szén elégetésekor visszamaradó pernyében és salakban a 238 U, 232 Th és termékeik AC-ja a jóval nagyobb a talajbeli értékeknél. Évente (globálisan) többször 10 8 tonna pernye és salak keletkezik és halmozódik fel környezetünkben, növelve annak radioaktivitás-szintjét. Ez a hatás az ipari körzetekben (szénbányák, szénerőművek) koncentrálódik. A szénerőművek által kibocsátott CO 2 -ben nincs 14 C, ezért a széntüzelés a légkör és a környezeti elemek 14 C-tartalmát némileg hígítja, csökkenti.

26 HEFOP c. Műtrágyázás A nagyüzemi növénytermesztés során foszfát- és káli- műtrágyákat használnak, foszfátból évente kb. 30 millió tonnát. A foszfát 85%-át üledékes eredetű foszfátkőből állítják elő, ebben a 238 U AC-ja 1500 Bq/kg körül van. Az 238 U és termékei AC-ja a foszfát- műtrágyában néhány ezer Bq/kg. A 40 K izotóp AC-ja a bányászott és káli-műtrágyaként alkalmazott kálisókban Bq/kg körüli. 4.d. Ércbányászat és feldolgozás A föld alól kibányászott ércek tartalmazzák az ősi radioaktív izotópokat és bomlástermékeiket is. Ezek többsége az ipari folyamat melléktermékévé, hulladékává válik, és gazdaságossági okokból nem kerül vissza eredeti helyére, hanem környezetünkben marad. A legtöbb radioaktivitást az uránérc bányászata hozza a felszínre. A 238 U és termékei AC-ja az uránércben 10 5 Bq/kg nagyságrendű. Az ipar a 235 U izotópot hasznosítja, a 238 U és termékei viszont jórészt feleslegesek. A bomlástermékek meddőhányókba kerülnek, a 238 U-készletek halmozódnak.

27 HEFOP Mesterséges radioaktivitás 1. Mesterséges radioaktív izotópok előállítása Maghasadással Atomreaktorokban, valamint atom- és hidrogénbombák fel- robbantásával a 235 U és a 239 Pu hasadásából. A 239 Pu is mesterséges eredetű, atomreaktorban keletkezik 238 U-ból. A radioaktív hasadási termékek a technológiai folyamat káros velejárói (kb. 300 izotóp). Részecske-besugárzás által előidézett magreakciókkal Atomreaktor működésekor, és atomfegyver felrobbanásakor sok neutron keletkezik. Ezek magreakciókat idéznek elő a közeli atommagokon, radioaktív izotópokat termelve (nem szándékos). Részecskegyorsítókban felgyorsított részecskékkel, vagy reaktorokban keletkezett neutronokkal idéznek elő szándékosan magreakciókat izotóptermelés céljából.

28 HEFOP Mesterséges radioizotópok alkalmazása A mesterséges radioaktív izotópok túlnyomó hányada veszélyes és haszontalan melléktermék. Kisebb hányadukat sok különböző célra használják ellenőrzött körülmények között. Az orvosi gyakorlatban elterjedten használnak radioaktív izotópokat diagnosztikai és terápiás célokra. A diagnosztika esetében alkalmas radioizotóp alkalmas vegyületét a testbe juttatják, a sugárzást a testen kívül mérik. A gyógyításban a rosszindulatú daganatok sugárkezelésére alkalmaznak külső sugárforrásokat. A radioaktív izotópok ipari alkalmazásai sokrétűek. Egyes mennyiségek (vastagság, sűrűség, szint, nedvességtartalom) mérésére és szabályozására, anyagvizsgálati célokra (összetétel, folytonosság-hiány), kémiai szintézis befolyásolására, fertőtlenítésre, tartósításra, stb. használják őket. A kutatás-fejlesztés területén is alkalmazzák őket.

29 HEFOP Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben 3.a. Nukleáris fegyverek felrobbantásából Az első kísérleti robbantás júliusában az USA-ban. Azóta csaknem 2000 bombát robbantottak fel (de csak kettő volt háborús cselekmény). Több mesterséges radioizotóp került ki ennek nyomán a szabad környezetbe, mint bármely más emberi tevékenységből. A robbantások zömét között végezték a következő helyszíneken: USA (Nevada állam), Szovjetúnió (mai Kazahsztán déli része), csendes-óceáni és indiai-óceáni szigetek (Bikini-, és Eniwetok- atoll, Johnston-atoll, Karácsony-sziget, Amchitka-sziget, Mururoa-atoll), továbbá Ausztrália, India, Kína egyes területei. Kb robbantást a földfelszín alatt, 100 m-nél mélyebben hajtottak végre. Ezek inkább csak helyi szennyezést okoztak. Sokkal kiterjedtebb, globális hatású radioaktív szennyezést okozott az 520 felszíni és légköri (8 víz alatti) kísérlet.

30 HEFOP A felszíni, légköri kísérletekben keletkezett radioaktivitás nagyobb része a kísérleti telepek környékét szennyezte, kisebb hányada a légkör mozgásrendszerein keresztül nagy távolságokra eljutott, a bolygó teljes felszínét (az északi féltekét jobban) elérte. A robbantásokban keletkezett hosszú felezési idejű izotópok környezetünkben ma is jelen vannak. Legjelentősebbek a 3 H, 14 C, 90 Sr (28,6 év) és 137 Cs(30 év). Ma a 3 H főleg a légkörben, a 14 C inkább a vizekben, a 90 Sr és 137 Cs pedig a talajban tartózkodik. A légkör 3 H-tartalma ban elérte a természetes érték szorosát, és annak még ma is kb. 50-szerese. A légkör 14 C-tartalma nagyjából megduplázódott, ma már csak 10-20%-os a mesterséges többlet. A 90 Sr és 137 Cs a talaj felső néhány dm-es rétegében tartózkodik, AC-juk térben egyenetlen (a kísérleti telepeknél a legnagyobb, attól távolodva csökken, hazánkban ma 10 Bq/kg nagyságrendű). A 3 H és 14 C mellett a 90 Sr és a 137 Cs is beépül az élő testszövetekbe, a 90 Sr főleg a csontokba, a 137 Cs a lágy részekbe.

31 HEFOP b. Atomenergetika normális üzem Első kísérleti reaktor: USA, Első energiatermelő reaktor: Szovjetunió, Ma az energiatermelő reaktorok száma 450 körüli. Kutató, szaporító és meghajtó reaktorok is vannak. Fűtőelemgyártó és reprocesszáló művek is üzemelnek. A rektorok fűtőelemeiben üzem közben hasadási termékek halmozódnak fel. A kiégett fűtőelemek AC-ja leálláskor kb Bq/kg. Ez a bomlás miatt tíz nap alatt a tizedére, egy év alatt a századára, tíz év alatt az ezredére csökken (pihentetés). Ezután sem kezelhetők közönséges hulladékként: tartós, biztonságos tárolás kell! A kiégett fűtőelemek kis hányadát reprocesszáló üzemekben feldolgozzák, belőle fűtőelemként újra használható 235 U-t, bomba készítésére alkalmas 239 Pu-ot, vagy más izotópokat nyernek ki. A nukleáris művekből normál üzemben is szabadul ki némi radioaktivitás, mivel egyes izotópokat (pl. 85 Kr, 133 Xe, 135 Xe, 3 H, 133 I, 14 C), nem gazdaságos és nem is szükséges teljesen visszatartani.

32 HEFOP c. Az atomenergetika balesetei A szokásosnál nagyságrendekkel több radioaktív izotóp juthat ki a létesítményekből baleseti körülmények között. Eddig 10- nél több ilyen eset történt, a legnagyobb Csernobilban, 1986-ban. Itt egy technológiai kísérlet nyomán a reaktor hőteljesítménye megszaladt, a szabályozás elromlott, gőz- és gázrobbanás történt, leszakadt a reaktor és az épület teteje, és nehezen oltható tűz keletkezett. A fűtőelemekből sok radioaktivitás távozott a légkörbe. A kiszabadult aktivitás néhányszor Bq volt. Az ülepedő hányadnak több mint fele az erőműtől 20 km-en belül rakódott le. Itt a kihullott 137 Cs-aktivitás meghaladta az 5,6×10 5 Bq/m 2 -es értéket. A radioaktív szennyezés kisebb részét a légmozgások messze szállították, Európa északi és középső részei fölé, ahol azt a csapadék a felszínre mosta. Európában a 137 Cs-kihullás 2 millió km 2 - en meghaladta az 5×10 3 Bq/m 2 értéket. Hazánkban ez (átlagosan) csak 10 3 Bq/m 2 körül volt (egyenetlen területi eloszlásban).

33 HEFOP d. Nukleáris fegyverkezés Ez nemcsak bombák felrobbantásával okozott radioaktív környezetszennyezést, hanem más módokon is: Katonai tenyésztő reaktorok (Windscale, Anglia, 1957) és reprocesszáló üzemek (Kistim, Szovjetunió, 1957; Rocky Flats, USA, 1961) balesetei. Nukleáris fegyvereket hordozó repülőgépek balesetei (Palomares, Spanyolország, 1966; Thule Grönland, 1960). Bombák és atomreaktorok elvesztése Reaktorral, vagy radioizotópos generátorral felszerelt katonai mesterséges holdak elégése a légkörben (SNAP-9A, 1964; Kozmosz 954, 1978) Radioaktív hulladékok felelőtlen kezelése (tengerbe, óceánba való elsüllyesztése)

34 HEFOP e. Izotóp-balesetek A sugárforrások orvosi és ipari alkalmazása körültekintést igényel. Ennek híján előfordulhat, hogy veszélyes mennyiségű radioaktivitás kerül illetéktelen kezekbe, ill. a szabad környezetbe. 1983, Mexikó. Korábban orvosi sugárkezelésre használt 60 Co sugárforrást tévedésből fémhulladéknak eladtak, majd egy acélgyárban beolvasztottak. Sok, Mexikóban és az USA-ban felhasználásra került acéltermék szennyeződött radio- aktivitással. Kb. ezer ember kapott jelentős besugárzást. 1984, Marokkó. Egy család talált és sokáig a lakásában tartott egy elhagyott ipari 192 Ir sugárforrást. 8 fő halt meg. 1987, Brazília (Goiana). Felszámolás alatt álló klinikán magára hagyott sugár-terápiás készülék 137 Cs-sugárforrását ellopták, eladták egy hulladékgyűjtőnek. Ott szétszerelték, és kiszedték az izotóptöltetét. A kéken fénylő port érdekesnek találták, és sok helyre széthordták. A szennyeződést csak két hét múlva vették észre. 46 fő került kórházba, 4-enmeghaltak.

35 HEFOP ELŐADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA Radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak Természetes radioaktivitás –Ősi izotópok –Folyamatosan keletkező izotópok –Radioizotópos kormeghatározás –Az ember által átrendezett természetes radioaktivitás Mesterséges radioaktivitás –Mesterséges radioaktív izotópok előállítása –Mesterséges radioizotópok alkalmazása –Mesterséges radioaktivitás a szabad környezetben

36 HEFOP ELŐADÁS ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEI 1. Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: izotóp, sugárzás, magsugárzás, ionizáló sugárzás, radioaktivitás.Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: izotóp, sugárzás, magsugárzás, ionizáló sugárzás, radioaktivitás. 2. Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: bomlásséma, bomlástörvény, bomlási állandó, felezési idő, aktivitás.Ismertesse röviden a következő fogalmak jelentését: bomlásséma, bomlástörvény, bomlási állandó, felezési idő, aktivitás. 3. Osztályozza a környezetben előforduló radioaktív izotópokat eredetük szerint, és ismertesse, hol, milyen mennyiségben fordulnak ezek elő.Osztályozza a környezetben előforduló radioaktív izotópokat eredetük szerint, és ismertesse, hol, milyen mennyiségben fordulnak ezek elő. 4. Ismertesse a radioizotópos kormeghatározás alapelvét, és mondjon példákat az ember által átrendezett természetes radioaktivitásra.Ismertesse a radioizotópos kormeghatározás alapelvét, és mondjon példákat az ember által átrendezett természetes radioaktivitásra. 5. Ismertesse a mesterséges radioaktív izotópok előállításának módjait és alkalmazásait.Ismertesse a mesterséges radioaktív izotópok előállításának módjait és alkalmazásait. 6. Honnan és hogyan kerültek ki mesterséges radioizotópok a szabad környezetbe?Honnan és hogyan kerültek ki mesterséges radioizotópok a szabad környezetbe?

37 HEFOP ELŐADÁS Felhasznált forrásai Szakirodalom: –Papp Zoltán: Bevezetés a környezetfizikába (kézirat), 2002 –Kiss Árpád Zoltán (Szerk.): Fejezetek a környezetfizikából, Egyetemi jegyzet, DE-ATOMKI Környezetfizikai Tanszék, Debrecen, Egyéb források: –Ujfaludi László: A környezeti problémák természettudományos alapjai (környezetfizika). Heves Megyei Önkormányzat Pedagógiai Intézete, Eger, –Kanyár B., Béres Cs., Somlai J., Szabó S. András: Radioökológia és környezeti sugárvédelem, Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 2000.

38 HEFOP Előadás anyagát készítette: Dr. Papp Zoltán egyetemi adjunktus KÖSZÖNÖM A FIGYELMÜKET KÖVETKEZŐ ELŐADÁS CÍME: IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK A KÖRNYEZETBEN Következő előadás megértéséhez ajánlott ismeretek kulcsszavai: ionizáló sugárzás, ionizáció, kozmikus sugárzás, röntgensugárzás, sugárterhelés, dózis, élettani hatások


Letölteni ppt "Környezetkémia- környezetfizika KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc."

Hasonló előadás


Google Hirdetések