Černobyl 2006

Z PanWiki

Před 20 lety, 26. dubna 1986, došlo v Sovětském svazu k největší civilní nukleární katastrofě v historii. Blízko ukrajinského města Černobylu explodoval grafitový reaktor čtvrtého bloku jaderné elektrárny. Výbuch zvedl a odhodil betonové víko reaktoru o hmotnosti 1000 tun. Do okolí se uvolnilo obrovské množství radioaktivního materiálu. O příčinách a podrobnostech se dočtete ve Wikipedii pod heslem Černobylská havárie. V důsledku odstraňování následků havárie zemřely přinejmenším desítky lidí. Alexander Akimov, vedoucí směny, který stiskl tlačítko havarijní ochrany, zemřel 14 dní poté. Nejbliží město Pripjať, kde žily rodiny pracovníků elektrárny, bylo kompletně evakuováno. Jak vypadá situace v okolí elektrárny dnes? Jak tam lidé žijí? Jaká je úroveň radiace? Jaký je stav betonového sarkofágu? Většina naší veřejnosti patrně považuje havárii za minulost a vyřešenou věc. Jeden ze studentů SPŠ ST Panská jel o podzimních prázdninách na Ukrajinu, aby se přesvědčil na vlastní oči. Pořídil fotografie a několik dozimetrických měření na různých místech v uzavřené zóně včetně tzv. Rudého lesa.

Pojmy

Radioaktivita je emise částic ionizujícího záření tzv. nestabilními jádry, která obvykle doprovází jejich samovolnou přeměnu směřující k vyšší stabilitě. Rozlišujeme radioaktivitu alfa (emise héliových jader opouštějících těžká jádra tunelovým jevem), radioaktivitu beta (spojenou s emisí lehkých leptonů v dúsledku přepisu celkové projekce izospinu jádra slabou interakcí), radioaktivitu gama (emise vysokoenergetických fotonů spojená s elektromagnetickou deexcitací jádra, excitovaného zpravidla v důsledku prodělané některé ze dvou výše zmíněných radioaktivních přeměn), vzácně se lze setkat i s neutronovou radiací (např. u California). Jednotkou radioaktivity je Becquerel (Bq) udávající počet částic ionizujícího záření emitovaných daným vzorkem radioaktivní látky za jednu sekundu
Ionizující záření je neviditelný proud částic, které mají dostatečnou energii, aby ionizovaly látku. To znamená, že narušuje elektronové obaly atomů a molekul a tím ovlivňuje chemické vazby. V živých organismech tak poškozuje buňky a to zejména na genetické úrovni. Některé druhy poškození buňka sama opraví, jiné ji zahubí (tzv. deterministické účinky záření), ještě jiné mohou vyvolat trvalé mutace DNA (tzv. stochastické účinky záření).
Zdroje ionizujícího záření rozdělujeme na přírodní a umělé.
Mezi přírodní patří kosmické záření, radon (vůbec největší zdroj přírodního ozáření) a terestrická radiace. Překvapivě jedním z významných přírodních zdrojů ozáření je i draslík ⁴⁰K obsažený v našem organismu, kde slouží mimo jiné jako mediátor signálů v buňkách. Všechny přírodní zdroje draslíku obsahují radioaktivní draslík ⁴⁰K. Ve tkáních průměrného dospělého člověka je obsaženo 13 mg radioaktivního draslíku 40 o aktivitě v řádu stovek Bq/kg - my sami tedy můžeme být považováni za zdroje záření o celkové aktivitě v řádu desítek kBq. Vnitřní ozáření lidského těla draslíkem 40 může dosahovat až 1 mSv/rok. Radioaktivní je například i uhlík ¹⁴C. Živé organismy jsou tvořeny asi z 20% uhlíkem, přičemž zlomek atomů uhlíku tvoří právě radioizotop ¹⁴C s poločasem 5730 let. To představuje celkovou aktivitu ¹⁴C v lidském těle okolo 5 kBq.
Mezi umělé zdroje paří tzv. nevýznamné zdroje (třeba CRT obrazovka, radium či tritium v hodinkách [1], či třeba požární hlásiče v budovách), dále tzv. drobné zdroje (např. školní a laboratorní radionuklidové zářiče sloužící pro kalibraci dozimetrů a spektrometrů), potom tzv. jednoduché zdroje (to jsou zejména zubařské rentgeny a kostní denzitometry) a tzv. významné zdroje (ostatní lékařské přístroje určené k radiodiagnostice a radioterapii, radiofarmaka používaná v nukleární medicíně a radionuklidové zářiče využívané např. v brachyterapii či geologickém průzkumu - karotáže, urychlovače částic, průmyslové ozařovače a defektoskopy, [2]), nakonec tzv. velmi významné zdroje (mezi které řadíme v podstatě pouze jaderné reaktory).
Dozimetr je přístroj na měření energie ionizujícího záření předané látce, zvané dávka (angl. dose)
Jaderný reaktor je zařízení, ve kterém probíhá řízená štěpná řetězová reakce.
Blok jaderné elektrárny je budova, kde se nachází reaktorová nádoba, primární okruh, parogenerátor, a sekundární okruh s parní turbínou pohánějící alternátor na výrobu elektřiny. V Černobylské elektrárně byly v době havárie 3 funkční bloky (3 reaktory), nový čtvrtý blok právě prodělával jednu z provozních zkoušek, pátý a šestý blok byly rozestavěny a jsou rozestavěny dodnes.
Poločas přeměny (případně poločas rozpadu) je doba, za kterou se přemění polovina jader daného radionuklidu. Pokud je produkt přeměny již stabilní, klesne tím na polovinu i radioaktivita vzorku. Jód 131, který byl po havárii zodpovědný za větší výskyt rakoviny štítné žlázy u dětí, má poločas rozpadu 8 dní. Po 16 dnech ho zbyde čtvrtina původního množství, po 32 dnech osmina a tak dále. Cesium 137 má poločas 30 let, takže víc než polovina množství uvolněného z Černobylu je stále v evropské přírodě. Různé izotopy Plutonia mají poločas rozpadu řádově tisíce až desítky tisíc let.
Polotloušťka je tloušťka stínění z daného materiálu, která pohltí přesně polovinu energie ionizujícího záření. Ve dvou polotloušťkách se pohltí 3/4 radiace, tři polotloušťky zachytí 7/8 atd. U heterogenního záření je každá následující polotloušťka z pochopitelných důvodů vždy větší, než byla ta předchozí.

Jednotky

Gray (značka Gy) je odvozená jednotka SI udávající dávku energie, kterou ionizující záření předalo látce. Odpovídá energii 1 Joule absorbovaného 1 kg látky.
1 Gy = 1 J/kg = 1 m²·s^–2
Sievert (značka Sv) je jednotka ekvivalentní dávky H. Má zohlednit biologické účinky různých druhů záření, protože při stejné předané energii mohou být různé. Vypočítá se jako H=D.w, kde D je dávka v jednotkách Gray a w je tzv. radiační váhový faktor - bezrozměrné číslo odlišné podle druhu záření. Pro fotony (gama záření) a elektrony (beta záření) je w=1, takže 1 Sv=1 Gy. Pro částice alfa, které vyzařuje například Uran, Plutonium, Thorium, Polonium, Radium, Radon, ... , činí w=20, tedy 20-krát vyšší biologické účinky při stejné energii. Pro neutrony se w pohybuje mezi 5 a 20 podle jejich kinetické energie (rychlosti).
Röntgen (značka R) je starší jednotka, která by se již neměla používat. 1 Gy odpovídá zhruba 107,2 R.

Hodnoty pro srovnání

Průměrná úroveň záření přírodního pozadí v Praze (při uzavřeném dozimetru) byla stanovena kolem 0,2 μSv za jednu hodinu.
Základní limit z umělých zdrojů pro obyvatele je 1 mSv za rok. Do toho se nepočítá přirozená radiace. Pro pracovníky kategorie A jsou limity 50 mSv ročně a 100 mSv za 5 let.

(Pracovníky kategorie A jsou radiační pracovníci, kteří by mohli obdržet efektivní dávku vyšší než 6 mSv ročně nebo ekvivalentní dávku vyšší než tři desetiny limitu ozáření pro oční čočku, kůži a končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. a) až c) prováděcí vyhlášky č. 307 zákona č. 13/2002 Sb (tzv. "atomového" zákona); ostatní radiační pracovníci jsou pracovníky kategorie B).

Práh deterministických účinků, to jest dávka, která v dospělém lidském organismu vyvolá bezprostředně zjistitelné biologické či fyziologické změny spojené s radiačně indukovaným úbytkem funkčních buněk, je zhruba 0,5 až 1 Sv. Genetické vyšetření na chromosomální aberace však odhalí dicentrické chromosomy (slepence vzniklé spojením větších zbytků dvou zlomených chromosomů v důsledku zásahu ionizační stopou částice) již od dávky zhruba 0,1 Gy. Je však poněkud diskutabilní, zda to lze považovat za skutečný práh deterministických účinků, neboť takto poškozené buňky by se teoreticky ještě mohly reprodukovat.
Akutní nemoc z ozáření vzniká typicky po jednorázovém celotělovém ozáření vyšší dávkou pronikavého záření. Má 5 stupňů: 1) Orofaryngeální syndrom (od 2 Gy), 2) Hematologická forma (od 3 Gy), 3) Gastrointestinální syndrom (od 6 Gy), 4) Neuropsychická forma (od 10 Gy), 5) Kardiovaskulární a toxemický syndrom (v řádu několika desítek Gy). Každý z 5 stupňů nemoci z ozáření přitom sám o sobě může vést ke smrti.
Smrtelná dávka - úmrtí člověka v důsledku akutní nemoci z ozáření. U člověka se ke kvantifikaci míry deterministických účinků ozáření používá komplexního ukazatele LD 50/60, což je letální dávka při níž zemře 50 % ozářených jedinců v období do 60 dnů po ozáření. Ve správě UNSCEAR 1993 se uvádí hodnota LD 50/60 pro ozáření člověka ve střední čáře pro řídce ionizující záření v rozpětí 2,1 Gy až 5,25 Gy se střední hodnotou 3,5 Gy.
Bezprostředně po havárii byla úroveň ionizujícího záření v některých místech elektrárny kolem 180 Gy za sekundu.

Způsob měření

Zapůjčen starší digitální dozmietr ANRI něměcké výroby napájený běžnou 9V baterií. Obsahuje dvě plynové trubice, které sestávají z katody a anody, mezi nimiž je plyn a při zapnutém přístroji i silné elektrické pole. Vletí-li do některé z trubic částice, ionizuje některý z atomů plynu a elektron(y) i iont se začnou pohybovat směrem k elektrodám. Cestou při nárazech ionizují další atomy, vznikne sprška nabitých částic, která dopadne na elektrody, a to znamená proudový impuls. Celý přístroj je koncipován jako tzv. proporcionální detektor - zařízení, které pracuje při napětí menším než Geiger-Mülerův čítač (okolo 1000 voltů), ale vyšším než ionizační komory (několik set voltů). Základní charakteristikou proporcionálních detektorů je schopnopst počítání impulsů od jednotlivých částic a současného měření energie každého z nich. Proporcionální detektory tak v sobě integrují vlastnosti jak G-M čítačů, tak ionizačních komor. Součástí dozimetru je i 1 mm silné olověné stínění, které při zavřeném stavu zachytí část záření. Pro beta, resp. gama-záření dostatečné energie (>> 1 MeV) může však fungovat rovněž jako radiátor, resp. build-up vrstva, zvyšující naopak citlivost dozimetru vůči tomuto záření.

V okolí elektrárny lze očekávat mimo beta a gama radiace, rovněž i alfa částice které se do přístroje v uzavřeném stavu zcela určitě nedostaly a právě ony jsou produktem rozpadu těžkých jader z výbuchem rozmetané aktivní zóny reaktoru. Bohužel všechna měření byla provedena za stínící destičkou, nemáme ani jednu hodnotu bez stínění, se kterou bychom srovnali.
Původně naměřená čísla byla tedy poněkud podhodnocená, Přesnější odhad byl učiněn později na základě měření známých zářičů s destičkou a bez ní. S uvážením, jaký typ radionuklidů v okolí elektrárny v současnosti nejvíce přispívá k celkové dávce, byl proměřen zejména laboratorní zdroj ¹³⁷Cs, což je však smíšený beta a gama zářič. Učinit odhad příspěvku alfa zářičů deponovaných v okolí elektrárny k celkové dávce, se nám bohužel dosud nepodařilo.
Další nepřesnost spočívá v tom, že cesta, po které příležitostně jezdí turisté a novináři, je cíleně dekontaminovaná. Mimo ni se nesmí, v okolí červeného lesa nesmíte ani zastavit auto. Lze proto předpokládat, že hodnoty v okolí budou i řádově vyšší, než bylo naměřeno.
Obrázek přístroje dodá egg.

Zjištěné hodnoty

Uvedené hodnoty představují údaj změřený během jedné minuty přístrojem se zaklapnutou stínící destičkou a posléze přepočtený na jednotky dávkového příkonu a korigovaný s uvážením součinitele zeslabení stínící desky zejména pro záření gama.

Zakázané pásmo (Pripjať): Prohlídky jsou vedeny po dekontaminovaných zónách.

Hlavní náměstí: 2,1 μSv/h
Nejvyšší budova, 16. patro: 1 μSv/h
Zarostlé dětské hřiště: 1,7 μSv/h
Nedekontaminované vrakoviště: 1,3 μSv/h
Zastřešené místo s vrstvou listí poblíž školy: 3,2 μSv/h
Autodrom v nikdy nepoužívaném lunaparku: 4,3 μSv/h

Zakázané pásmo (mimo Pripjať):

Za prvním CHECKPOINTEM na cestě je radiace stejná jako v Kyjevě: 0,3 μSv/h

Zde nejsou oblasti ještě tak zdaleka kontaminovány jako v pásmu třetím.

MĚSTO ČERNOBYL: cca 0,3 μSv/h

Zde žije 5000 obyvatel placených státem na čištění a "likvidaci" radiace zakázaných pásem. Městečko Černobyl kromě vnějších částí je dekontaminováno.

Zhruba 400 metrů od ČERVENÉHO LESA (v uzavřeném autě): 2,7 μSv/h
Zhruba 3 metry od okraje ČERVENÉHO LESA (v uzavřeném autě): 26,6 μSv/h

To byla nejvyšší naměřená hodnota. Běžná hodnota dávkového příkonu v Červeném lese (pokud byste sešli jen pár metrů z dekontaminované silnice) je až o 2 řády vyšší.

80 metrů od BETONOVÉHO SARKOFÁGU, který zakrývá čtvrtý reaktor: 12,2 μSv/h

Intenzita záření klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje, takže ve vzdálenosti 40 metrů od reaktoru lze (ovšem za nepřiměřeně zjednodušujících předpokladů) očekávat až 4-násobnou hodnotu.

Nejvyšší naměřená hodnota v blízkosti Červeného lesa (v uzavřeném autě a za 1mm vrstvou olova!) tedy odpovídá zhruba 133-násobku přirozené radiace v Praze. To je 233-krát více záření z lidské činnosti, než u nás povoluje hygienická norma pro obyvatele.

Cesta

Sem přijde mapka. Podle časových údajů uděláme hrubý odhad celkové dávky, jakou člověk dostane během výletu.

Stav elektrárny a okolí

Ostatní bloky elektrárny byly odstaveny teprve nedávno (rok 2002).

Stav sarkofágu by se hodilo podložit fotkou nejlépe s prasklinami.

Na sarkofágu pracují tzv. 4 minutoví dělníci, jejichž směna se pohybuje od 4 minut (běžně) do 20 minut. Po té odcházejí domů a po měsíci se mohou těšit z pouhých 150 dolarů. Všichni jsou to lidé žijící v blízkém městečku Černobyl.

Zmínka o úniku neutronů a vnikání vody, o možnosti dalšího úniku radioaktivity a dokonce samovolného zážehu reakce. Pár vět o prázdném městě Pripjať, kde stojí nikdy nepoužité ruské kolo. O Rudém lese, že je to patrně nejradioaktivnější oblast na planetě.