Magfizikai alapok 1. Dr. Csurgai József

Magfizikai alapok 1. Dr. Csurgai József

Az egyes sugárzások típusai és forrásai Kérdés: Mit nevezünk sugárzásnak? Válasz: Térben és időben szétterjedő energia. Hogyan jellemezhetjük? Az energiát hordozó részecskék a., típusa b., energia szerinti (spektrális) eloszlása c., intenzitása (fluxusa) alapján

Forrásaik alapján: a., atommag eredetű (nukleáris) alfa, béta, gamma, neutron, proton b., elektron-héj eredetű röntgen, Auger, UV c., elektromágneses térrel kapcsolatos mikro-, rádió-hullámok d., atomok, molekulák gerjesztéséből származó UV, VIS, IR e., atomok, molekulák kollektív mozgásából eredő hanghullámok

Hatásuk alapján: a., b., c.,

Közvetlenül ionizáló (alfa, béta, gamma, röntgen) Közvetve ionizáló (neutron) Nem ionizáló (UV, VIS, IR, mikro, rádió és hanghullámok)

Kérdések:

Mitől függ, hogy egy adott sugárzás ionizál vagy nem?

VÁLASZ: • Az anyag felépítése • A sugárzások típusai, forrásai és főbb tulajdonságai • A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

Nukleáris sugárzások 1896 - Becquerell:==> RADIOAKTIVITÁS -Léteznek nem stabil atomok, amelyek spontán bomlanak

Hogyan jellemezhetjük a stabilitás mértékét? Az atommag kötési energiája: Z  m p  N  mn  m A

m  m A  Z  m p  N  mn   tömegdefektus E  m  c 2  kötési energia

Milyen a sugárzások hatása az élő szervezetre? • Kémiai hatások • Biokémiai hatások • Biológiai hatások

Hogyan mérjük a (káros) hatást és hogyan védekezzünk ellene? • Az ionizáló és nem-ionizáló sugárzások dozimetriája. • Az egyes sugárzások elleni védelem alapjai és gyakorlata.

Az anyag építőkövei

John Dalton (1766 – 1844) Démokritosz (i.e. ~460–371) atomelmélet

A modern anyagelmélet születése DALTON: 1) Az anyagok atomokból épülnek fel. 2) Elemek azonos atomokból épülnek fel. A különböző atomoknak eltérő tulajdonságaik (pl. tömeg!) vannak. 3) Különböző atomok kémiai reakciójában vegyületek keletkeznek. 4) A vegyületek pontos formulákkal leírhatók: egészszámok törvénye.

Modern atomelméletek Ernest Rutherford (1871–1937) - és -sugárzás atommag

Niels Bohr (1885– 1962) Joseph John Thomson (1856–1940) 1897: az elektron felfedezése

kvantumelméleten alapuló atomszerkezet 1922 fizikai Nobel-díj

Atomok és molekulák

1897  Thomson :

H-atom:

me  9.109 10 31 kg  0.511MeV

e-

1eV  1.602 10 19 J E  mc 2 ; c  3 108 ms 1

p+

m proton  1.6724 10  27 kg  938.2 MeV ~10-10m 1906- Rutherford: az atommag sugara

R  R o  A1/3 ahol R o  1.3 10 15 m és A  atomtömeg

1932 - Chadwick felfedezte a neutront: Z db elektron a héjakon, Z db proton és A-Z db neutron a magban A tömegszám Z rendszám

14 6

Vegyjel

C A=Z+N

Azonos A ======> IZOBÁROK Azonos Z ======> IZOTÓPOK Azonos N ======> IZOTÓNOK

A proton és a neutron finomszerkezete mneutron  1.6749 10 27 kg  939.5MeV A neutron nem stabilis, átlagos élettartalma T½ = 885.7 ± 0.8 s (<15 perc) (Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov, http://pdg.web.cern.ch/pdg/) Az 50-es évek mérései szerint T½ = 10.61 perc (Kiss, Horváth, Kiss: Kísérleti Atomfizika, ELTE, Bp, 1998)

n  p  e  ν e antineutrínó  



A neutron és a proton is tovább osztható! ==============> STANDARD MODELL

Az atom finomszerkezete

A neutron bomlása

Elemi részecskék - 1996

Alapvető kölcsönhatások K ölcsönhatás típusa

erős elektrom ágneses gyenge gravitációs

E rőhordozó R elatív erősség

gluon foton bozon graviton

1 10 -2 10 -5 10 -40

Időtartam

10 -23 10 -20 -10 -11 10 -1 0 -10 -6 -

Erőhordozók - Bozonok

Az egy nukleonra eső átlagos kötési energia a tömegszám függvényében

N/Z változása a rendszám függvényében

A kémiai elemek stabilitása

-bomlás A Z

X

Y  α  γ 

A -4 Z- 2

4 2

2

•Nagy energiájú részecskék (3-9MeV) • Spektrális eloszlásuk vonalas N

E

Alfa Sugárzás

Leány mag 231Th

Kiindulási mag 235U

Alfa részecske Hélium atommag

-bomlások 1. Negatron : X Y  e   e   γ  A Z

A Z 1



n  p  e  ν e antineutrínó  



•Nagy energiájú elektronok (0.01-3MeV) •Folytonos energiaspektrum (Emax).

Béta sugárzás 40Ca

40K Béta negatív részecske (elektron)

-bomlások 2. Pozitron : X Y  e   e   γ  A Z

A Z 1



p  n  e  ν e neutrínó  



3. Elektron befogás : X Y  ν e  X c A Z

p  e  n  ν e neutrínó  



A Z 1

Elektron befogás K

K

L

XC

L

-bomlás Am Z

X X  γ A Z

E2

E γ  E 2  E1

•Nagy energiájú fotonok •Vonalas spektrum Belső konverzió

E1

Konverziós elektron sugárzás

Gamma sugárzás

Gamma sugarak

60Co

60Ni

Neutron sugárzás Forrásai: • spontán neutronbomlás (137Xe)--> reaktormérgek • maghasadás (spontán, atomreaktorok) • (a,n) magreakciók (hordozható neutronforrások)

Egyéb nukleáris sugárzások •Töltött részecske sugárzások (gyorsítók) •Neutrínó sugárzások (nap)

Röntgensugárzás 1895 W.C. Röntgen német fizikus: légritkított kisülési csövek vizsgálata közben fedezte fel. •Karakterisztikus (elem analitika) •Fékezési (diagnosztika)

Fékezési Röntgensugárzás keletkezése elektron

Cél atommag W, Cu, Pb

X-sugárzás

X-sugárzás

Egyéb elektromágneses sugárzások Frekvencia [Hz] 3*1020

Hullámhossz

Sugárzás típusa Sugárzás forrása

1.24 MeV

1 pm gamma

3*1017

1 nm 100 nm

300 GHz

röntgen ibolyán túli (UV) Látható (VIS) 380-750 nm vörösen inneni (IR) 750 nm - 1 mm

Nem-ionizáló

1 mm mikrohullámok

30 GHz

Radioaktív magok elektron fékeződés, belső héjak gerjesztése

1.24 keV

külső héj ionizációja

~ 10 eV

molekula rezgések molekula rezgések és forgások

300 kHz

rádióhullámok 1 km

1.24 meV 1.24 eV

1m 10 MHz

Foton energia

elektromos rezgőkörök 1.24 neV

Magfizikai alapok 2. Radioaktivitás Bomlási kinetika Dr. Csurgai József

Az aktivitás definíciója: időegységre jutó bomlások száma. Definíciója: dN [E1] dt ahol N az aktív magok száma a t időpontban A

Egysége: [A] = becquerel [Bq] 1 Bq = 1 bomlás másodpercenként = 1 dps (disintegration per second) Korábbi egysége a Curie. 1 Ci = 3.7 * 1010 Bq Az aktivitás - statisztikusan sokaságnak tekinthető számú radioaktív mag esetében arányos a radioaktív magok számával:

A  λN [E2] ahol λ az un. bomlási állandó Minél nagyobb egy izotóp bomlási állandója, annál nagyobb aktivitást jelent ugyanannyi kémiai mennyiség.

Az egyszerű radioaktív bomlás kinetikája E1 és E2 egyenletek kombinálásával kapjuk, hogy: dN  λN dt a változókat szeparálva :

-

dlnN  - λ  dt t

lnN   - λ  dt t 0

Ha t  0 N  N 0 akkor t  t esetre N  N 0  exp(-λ  t) //λ - val szorozva A  A 0  exp(-λ  t)

Felezési idő (T1/2): az az időtartam, mialatt a kiindulási aktivitás a felére csökken: T 1/2 

ln(2) λ

Az anyagmennyiség és az aktivitás kapcsolata

A  λN Izotóp

Felezési Idő

131-I 8 nap 238-U 4.51e9 év

Bomlási állandó [1/s] 1.00e-6 4.87e-18

n=N/NA 1.66e-12 0.341

A=1 MBq aktivitást jelentő anyagmennyiség [g] 2.17e-10 81.15

Bomlási sorok Sokszor egy izotóp (anyaelem) bomlása során keletkező termék mag (leányelem) tovább bomlik. Ilyen esetben bomlási sorról beszélünk. Pl.: 90 90

1 / 2  30 év 1 / 2  64 óra Sr T  Y T 90 Zr

Általánosan: ,

T

T

,

1 / 2 ,A A 1 / 2 ,B B A     B    C egy adott időpillanatban :

T

,

T

,

1 / 2 ,A A 1 / 2 ,B B N A     N B    N C

Kérdés: hogyan függ a B aktivitása az A aktivitásától és az eltelt időtől?

Fejezzük ki a leányelem (B) mennyiségének változását (dNB). A B mennyiségét az anyaelem bomlása növeli, saját bomlása viszont csökkenti:

dN B  ( A  N A   B  N B )  dt Ez a differenciál egyenlet viszonylag egyszerűen megoldható. A megoldás t=0 NB=0 kezdeti feltétellel:

N B  N A ,0

A

B   A

exp(  At )  exp( Bt )

illetve aktivitásra átszámítva AB  AA

B

B   A

1  exp B   A   t 

RADIOAKTÍV BOMLÁSI SOROK: A→L ANYAELEM (A) ….EREDETI NUKLID LEÁNYELEM (B)…BOMLÁSI TERMÉK (felezési idők viszonya) Ideális egyensúly: A < B A tmax-nál leányelem aktivitása max. Tranziens: A > B Leányelem-anyaelem aktivitás viszonya Szekuláris: A >> B Leányelem atomok száma

t max

 b  1 ln    b   a   a 

Ab 

b

b   a

a Nb  Na b

Aa

tranziens egyensúly

szekuláris egyensúly

Ideális egyensúly: A
Tranziens: A > B

Szekuláris: A >> B

Természetes bomlási sorok Négy radioaktív család: 4n:

232Th

- természetes

4n+1:

237Np

- mesterséges

4n+2:

238U

4n+3:

- természetes

235U

- természetes

Természetes bomlási sorok

Kozmikus eredetű izotópok Izotóp 3-H 7-Be 14-C 22-Na 32-Si 33-P 35-S 36-Cl 37-Ar

T1/2 12.35 év 53.4 nap 5736 év 2.58 év 280 év 25 nap 87 nap 3.1e5 év 10.6 év

14-N + n --> 3-H + 12-C 16-O + p --> 3-H + 14-O 14-N + n --> p + 14-C 16-O + p --> 3p + 14-C

14-C: 1000 TBq/ év (3x) 5-6e-4 Bq/ m3 3-H: 1.8e-3 Bq/ m3 (100x)

A természetes sugárterhelés összetevői

Magfizikai alapok 3. Sugárzás-anyag kölcsönhatások Dr. Csurgai József

Feketetest sugárzás • Planck képlet: • Stefan-Boltzmanntörvény

Maxwell eloszlás 3

2

 m 2  2 0 N  4 * N * v   * e 2kT * v v  2 * kT  m0v

3 2

E  m0 2 E NE  4 * N *  * 3 *e kT * E m  2 * kT 

Legvalószínűbb sebesség He Ar Ne Xe

Átlagsebesség

Egyéb elektromágneses sugárzások Frekvencia HullámSugárzás típusa Sugárzás forrása Foton energia [Hz] hossz 3*1020

1 pm

1.24 MeV gamma

3*1017

1 nm 100 nm

ibolyán túli (UV) Látható (VIS) 380-750 nm vörösen inneni (IR) 750 nm - 1 mm

Nem-ionizáló

300 GHz

röntgen

1 mm mikrohullámok

30 GHz

Radioaktív magok elektron fékeződés, belső héjak gerjesztése

1.24 keV

külső héj ionizációja

~ 10 eV

molekula rezgések molekula rezgések és forgások

1.24 eV

1m 10 MHz 300 kHz

rádióhullámok 1 km

1.24 meV

elektromos rezgőkörök 1.24 neV

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai A kölcsönhatásban résztvevő partner 1.

Atommag

2.

Az atommag erőtere

3.

Elektron

4.

Elektromos erőtér

5.

Molekulák

6.

Makroszkopikus rendszerek

Mechanizmus

a.,

Elnyelődés (abszorpció)

b.,

Koherens szórás (nincs energia átadás)

c.,

Inkoherens szórás (van energiaátadás) --> rugalmas (nincs gerjesztés) -->rugalmatlan (gerjesztés is van)

1,2 abc: magreakciók 3,4 abc: ionizáló sugárzások kcshsai 5,6 abc: nem ionizáló sugárzások kcshsai

Ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal A kölcsönhatás lehet:

1. Semleges gerjesztés :

3. Belső ionizáció :

ASA S

A  S  A *  e   S '

*

'

2. Külső ionizáció : A  S  A   e  S ' A 2  S  A 2  e   S ' A2  S  A  A  S ' A 2  S  A  A   S '

A *  A   X c (karakterisztikus röntgen) A *  A    e Au (Auger elektron) 4. Fékeződés : Fékezési röntgensugárzás

Töltött részecskesugárzások kölcsönhatása az anyaggal 1.

Az alfa sugárzás + -

+ +

-

- + +- + -+ - + +-+ - -+ ++ + - + - -+ -

Ionizáció Gerjesztés

50% 50%

Ionizációs csatorna I

Fajlagos ionizáció (db ion/mm) E=5MeV, levegő

0

5 6

Távolság [cm]

R - hatótávolság

Távolság [cm]

Az alfa részecske fajlagos ionizációja függése az energiától Ionpár per mm levegő 8000

4000

0

5

10 E-alfa [MeV]

I  I O  e  μ x

2.

'

ahol :

A béta-sugárzás

μ ' - lineáris abszorpciós együttható

Abszorpció:

x - vastagság

IO

I

Visszaszórás Transzmisszió Cserenkov-sugárzás

Fékezési röntgensugárzás!!

Pozitron e+

ANNIHILÁCIÓ

Pozitrónium e+ e-

Foton E=511keV

Foton E=511keV

A béta részecske fajlagos ionizációja függése az energiától Ionpár per mm levegő 200 150

100 50

0.01

0.1

1.0

10 E [MeV]

A foton kölcsönhatásai az anyaggal I  I O  e  μx

'

ahol : μ ' - lineáris abszorpciós együttható x - vastagság

Kis energiáknál (E < 100 keV): Gerjesztés Külső: UV-C FOTOEFFEKTUS

Ha E > 10 eV ionizáció Belső: Röntgen, Gamma

Gerjesztés lehet: •Elektronok gerjesztése: UV, VIS: atomi színképvonalak, fluoreszcencia •Molekula rezgések, átlagos sebesség: VIS, IR, hősugárzás •Molekulák, dipólusok forgása: IR, Mikrohullámok •Töltések, dipólusok mozgása: rádióhullámok •Makrorészecskék átlagos kinetikus energiája: ultrahang, hősugárzás

Fotoeffektus Ee=E-Ei

A foton teljes kinetikus energiáját átadja a vele „ütközı” elektronnak. Mivel Ef >> Eion, ezért az elektron nagy sebességgel „távozik” az atompályájáról. A foton megszűnik.

Compton szórás 100 keV < E < 2MeV E’<E A foton kinetikus energiát ad át a vele „ütközı” elektronnak. Mivel Ef >> Eion, ezért az elektron nagy sebességgel „távozik” az atompályájáról. A szórt foton az eredetinél kisebb energiával továbbhalad.

Párképzés E > 1.02 MeV ANNIHILÁCIÓ

A foton az atom elektromágneses erıterével lép kölcsönhatásba: átadja teljes energiáját és megszűnik. A bozontól átvett energiából két fermion: e- és e+ keletkezik.

A foton abszorpció függése az energiától Elnyelődés valószínűsége

Foto effektus Párképzés Compton

0.01

0.1

1.0

10

100

E [MeV]

Magfizikai alapok 4. Magreakciók Dr. Csurgai József

RUTHERFORD 1919 14 7

N  α178 O  p

általában : X(a, b)Y

Megmaradási elvek: •Nukleonok száma •Elektromos töltés •Energia(anyag)megmaradás •Impulzusnyomaték •Impulzus •Spin •Paritás •Lepton

Magreakciók során felszabaduló energia: Q

Ea  Q  EY  Eb Reakció (n,), (p,) (n,p),(p,n) (n,), (p,) (n), (,p) Urán hasadás Termonukleáris reakció: Pl.: 3H(d,n)4He Kémiai reakció: H2 + 1/2O2 H20

Q(MeV) 82 02 42 -82 200 17.6 3*10-6/ molekula

Magreakciók mechanizmusa Bohr: az a részecske beépülésével egy gerjesztett átmeneti mag jön létre 14 7

Nα

 F 18 9

17 8

A gerjesztési energia(E*) két részből tevődik össze: E* = Ek + Ea ahol Ek a beépült részecske kötési energiája Ea az a részecske kinetikus energiája

Op

A reakció termékei az átmeneti mag összetételétől és energiájától függnek 10

Bα

10

 N 14

12

*

Bα

13

Cp

13

Nn

Cd

HATÁSKERESZTMETSZET A magreakciók sebessége (R) : R  σ    N A , ahol σ - hatáskeresztmetszet  - beeső részecskefluxus N A - a célmagok száma egységnyi felületen

S 

σ

 • effektív felületként képzelhető el, amit ha eltalál a bombázó részecske, a reakció végbemegy •egysége: 1 barn = 10-28 m2

Fontosabb magreakciók Neutron magreakciók •A He kivételével minden elem •Mindig exoterm •A hatáskeresztmetszet erősen energia függő

(n,) reakciók a leggyakoribbak. Példa: Magreakció

[barn]

23

Na(n, )24Na 109 Ag(n, ) 110mAg 59 Co(n, )60Co 35 Cl(n, ) 36Cl 113 Cd(n, )114Cd 135 Xe(n, )136Xe

(n,p) reakciók:

14N

(n,p)

0.53 2.2 20 40 6.31*104 2.7*106 14C

-

14N

Az élő szervezetben a 14C/12C arány kb. 1/8.3*1011, ami 15 bomlás/perc/g szén (n,T) reakciók:

14N

+ n --> 3H + 12C

(n,) reakciók: M agreakció 10

B (n, ) 7 Li 6 Li(n, ) 3 T

 [barn] 3*10 3 900

(n,f) reakciók, maghasadás (Otto Hahn):

235

Un 



236



U  3n  Kr  Ba 90

143

A természetes uránnak csak 0.71%-a 235-ös izotóp, a többi 238-as, amely termikus neutronokkal nem hasítható

235-U hasadvány-termékei eloszlása Hozam 1.0

0.01

80

100

140

160 Tömegszám

(n,f) reakcióra képes magok Izotóp 235-U 233-U 239-Pu 241-Pu 238-U 232-Th

Kiindulási anyag Természetes urán Természetes tórium, neutron besugárzás 238-U neutron besugárzás 238-U neutron besugárzás Természetes urán Természetes tórium

Hatásos neutron termikus termikus termikus termikus gyors gyors

Láncreakció

k - sokszorozási tényező:

k

szekunder neutronok száma primer neutronok száma

ATOMREAKTOR MŰKÖDÉSE

A rendszer lehet: szuperkritikus - atombomba

kritikus - atomreaktor

szubkritikus

Véges méretű rendszer esetén un. effektív sokszorosítási tényezőről beszélünk:

k eff  k   P ahol k  - végtelen kiterjedésű rendszer sokszorosítási tényezője P - az adott méretektől függő paraméter a méret növelésével P közelít az egyhez. Kritikus térfogat (tömeg) esetén : k eff  1.0 - a rendszer kritikussá válik.

A véges rendszer megvalósítása

5

2

Magreakciók töltött részecskesugárzással  - sugárzás (n) reakciók: 9Be 11B

+  --> n + 12C

Laboratóriumi neutron forrás. Az alfa forrás lehet: Ra, Rn, Po, Am, Pu, stb.

+  --> n + 14C

(p) reakciók: 14N

+  --> p + 17O

Rutherford

p - sugárzás 12C

08-12-18

+ p -->  + 12N

+ sugárzó

Protondús (neutronhiányos) magok előállítása: Gyakorlati jelentőség: PET-Debrecen

Termonukleáris reakciók 1. H + H 2. H + D 3. H + T 4. D + D 5. D + T 6. T + T

D  3He  4He T+H  3He + n  4He  4He + n  4He + 2n

(Q = 0,43 MeV) (Q = 5,49 MeV) (Q = 19,8 MeV) (Q = 4,03 MeV) (Q = 3,27 MeV) (Q = 23,83 MeV) (Q = 17,57 MeV) (Q = 17,57 MeV)

1 eV = 1,602 e-19 J k = 1,38 e-23 J/K

Maxvell – eloszlás: 3 2

 m0  N v  4 * N * v   *e  2 * kT  2



m0 v 2 2 kT

3 2

2 E  kT  m0  * v N v  4 * N *  * e * E  * 3  2 * kT m   (1), (2)

(1) N részecske esik N összrészecskeszámból a v átlagsebességgel jellemzett v kiterjedésű intervallumba. (2) N részecske esik N összrészecskeszámból az E átlagenergiával jellemzett E kiterjedésű intervallumba.

E

Termonukleáris reakciók 1. Proton-proton lánc - naptípusú csillagok alapvető energiaforrása •

1H

+ 1H --> 2H + e+ + neutrínó

Tmin = 1 millió K

• 2H + 1H --> 3He + 

e+ + e- --> 2 a keletkező gamma sugarak elnyelődnek a csillagok belsejében és gerjesztés útján látható tartományú fotonokká transzformálódnak. 1 gamma fotonból kb. 200 000 látható foton keletkezik. A neutrínó elhagyja a csillagot.

• 3He + 3He --> 4He + 2 1H Tmin = 10 millió K

600 millió t H ég el másodpercenként és 596 millió t He keletkezik.

Nagy tömegű csillagokban beindul az un. Triple-alfa folyamat:

• 4He + 4He + 4He --> 12C Tmin = 100 millió K

•

12C

+ 4He --> 160 + 

•

160

+ 4He --> 20Ne + 

Nagyobb tömegű csillagokban ahol a hőmérséklet nagyobb, mint 500 mK nagyobb magok égése is beindul:

A Nap-neutrínó probléma Neutrínó: W. Pauli jósolta meg elméletileg, kísérletileg Reines éa Cowan mutatta ki 1956-ban. A Napban lejátszódó folyamatokat csak közvetve tudjuk ellenőrizni. Ez a csak a Napot elhagyó egyetlen reakciótermék, a neutrínók vizsgálatával lehetséges. Feladat: detektáljuk a Nap p-p láncából származó neutrínókat. 1970-ben 100,000 gallon (~380000 l) perchloroethylene -- C2Cl4 tartalmazó tartályban a következő reakciót figyelték: 37Cl

+ neutrínó--> 37Ar + e- (E.X. 35 napos felezési idő)

A tartályt 1.5 km mélyen helyezték el egy aranybányában (Homestake bánya, Lead, SD, USA) . A p-p lánc alapján 3 Argon atom keletkezését várták naponta, amit radioaktivitása útján könnyű detektálni. Eredmény: csak 1/3 mennyiséget mértek. A kísérletet 20 éve folyik és más obszervatóriumok is (Japán (Kamiokande), Oroszország (SAGE = Soviet(sic)-American Gallium Experiment) és Olaszország (GALLEX)) hasonló eredményt közöltek. Probléma: hol a hiányzó neutrínó?

Az aktiválás időtörvénye Kérdés: hogyan adható meg egy pl. neutron abszorpcióval előállítható izotóp aktivitása a besugárzási idő függvényében? N db célatommag



Φσ

A  B   C λ

A keletkező radioaktív B magok mennyisége (N*) időbeli változása:

*

dN *     N    N dt

Ha t=0 esetben N*=0, akkor:

A  A   1  exp(  t ) ahol A      N

Sugárzás: térben tovaterjedő ENERGIA A FIZIKAI hatások mértéke

• Elnyelt dózis:Gray (Gy) [J/kg] • Besugárzási dózis [C/kglev] (1R=2,58E4C/kg) • DÓZIS számítása pontszerű forrásra: A D  k



r

2

t

DÓZISTELJESÍTMÉNY:

08-12-18

k energia függése 12 10 8 k 6 4 2 0 0,001

0,1 E[MeV]

A  D  k 2 r

10

Biológiai hatások mértéke függ • A sugárzás minőségétől EGYENÉRTÉK DÓZIS H T, R  w R  D T, R [J/kg] Sv-Sievert H T   w R  D T, R R

60

S u g árzá s M eV L E T k e V / m 

S u g á rz á s wR

08-12-18

C o ( 1 .2 5 )

0 .2

F o to n o k (G a m m a ) 1

35

S ( 0 .0 4 6 )

0 .7

E le k tr o n o k é s m üonok ( B é ta ) 1

14

C 0 .0 0 5 5 3 .6

N e u tr o n 5 -2 0

n e u tr o n 1 -1 0 5 -3 0

10

B ( n , ) 7 L i 1 ,5   0 .8 5 L i 170

p r o to n o k

n e h é z tö ltö tt ré sz e c sk é k

5

20

wR függése az energiától 25 20 Neutron

15 10 5 0 0,001 08-12-18

0,01

0,05

0,1

0,5

1

2

10

20

EFFEKTÍV DÓZIS(E) • SZERVEINK ÉRZÉKENYSÉGE ELTÉRŐ • A HATÁS FÜGG AZ EXPOZÍCIÓ HELYÉTŐL IS E   wTHT   wT  wR DT,R T

 

T

R

HT - egyenérték dózis a T szervben wT - sugárérzékenységi tényező

08-12-18

A sugárérzékenységi tényező wT SZERV IVARSZERVEK VÖRÖS CSONTVELÕ VASTAGBÉL TÜDÕ GYOMOR HÓLYAG EMLŐ MÁJ NYELŐCSŐ PAJZSMIRÍGY BŐR CSONTFELSZÍN VISSZAMARADÓ 08-12-18

W 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05

Faji érzékenységi sorrend LD 50/30

08-12-18

Emlősök

1,5 - 10 Sv

Szárnyasok

10 - 150 Sv

Gombák, baktériumok

50 - 300 Sv

Rovarok

600 - 800 Sv

Egysejtűek

1000 - 3000 Sv

Dozimetria, Ionizáló sugárzások elleni védelem   

ALAPFOGALMAK A SUGÁRZÁS HATÁSA AZ EMBERRE A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI

Dr. Csurgai József

A sugárzás és az anyag kölcsönhatásai  Fizikai

hatások  Kémiai hatások  Biokémiai hatások  Biológiai hatások

Hatásmechanizmus 1. Ionizáló sugárzás éri a vízmolekulát

Hatásmechanizmus 2. A vízmolekula ionizálódik

A vízben lezajló folyamatok 1. 2.

H2O  H2O+ + eH2O  H• + OH+ + e-

3.

H2O+ + H2O  H3O+ + •OH

4.

H2O + e-  H• + OH—

5. 6. 7.

H• + H•  H2 •OH + •OH  H2O2 H• + •OH  H2O

3. Kémiai elváltozás történik a sejt alapvető fontosságú molekulájában, a DNS-ben, amely extrém esetben sejtburjánzáshoz vezethet

DNS - sérülései lehetnek: 1. 2. 3. 4.

Kettős száltörés Egyes száltörés Bázishiány Keresztkötés

Az egyes fázisok időtartama Fázis Fizikai

Időtartam 10-15

mp

Hatás Gerjesztett atomok Ionizáció szabad gyökök, reakció aktív vegyületekkel

Kémiai

10-15 - 10-11 mp

Biokémiai

10-11 - 10-3 mp

biokémiai folyamatok enzim, anyagcsere változások

Biológiai

10-3 mp percek, órák napok, évek

sejtosztódás károsodása bőr tünetek vérképző rendszer szomatikus,genetikus elváltozások

Sejtbiológiai folyamat során lehetséges elváltozások 1. 2.

3.

Lethális -a sejt a hatások következtében elhal Sublethális -a károsodás kijavítható -a sejt nyugalmi állapotában sérülésnek nincs jele -a károsodás sejtosztódáskor jelentkezhet Potenciálisan lethális -a környezeti tényezőktől függ a hatás végső eredménye

A hatást módosító tényezők 1. 2. 3. 4. 5.

6.

Oxigén jelenléte növeli. (Nitro-imidazol származékok szintén növelik a hatást: Klion-metronidazol) Szulfhidril (SH) tartalmú vegyületek csökkentik. A sugárzás minősége (Lineár Energy Transfer - LET - érték. Hőmérséklet A kérdéses sejt életkora, szerkezete: az osztódó állapotban lévő sejt a legérzékenyebb. Minél több egy szövetben az éretlen („ős”) sejt, annál érzékenyebb. A sejt egyes részei érzékenysége is eltérő: membrán ---> sejtmag ----> plazma

DNS hibák kijavítása 1.

Kimetszéses mechanizmus Sugárzás

endonukleáz polimeráz exonukleáz ligáz

Rákos elváltozáshoz vezető út

Sugárzás: térben tovaterjedő ENERGIA A FIZIKAI hatások mértéke   

Elnyelt dózis:Gray (Gy) [J/kg] Besugárzási dózis [C/kglev] (1R=2,58E-4C/kg) DÓZIS számítása pontszerű forrásra: D



A  k t 2 r

DÓZISTELJESÍTMÉNY:

k  energia függése 10 8 k

6 4 2 0 0 .0 0 1

0 .1 E [M e V ]

D

A  k r2

10

D=kAt/r2

A

r

Biológiai hatások mértéke függ 

A sugárzás minőségétől

EGYENÉRTÉK DÓZIS H T, R  w R  D T, R H T   w R  D T, R

[J/kg] Sv-Sievert

R

60

S u g árzás M eV L E T k e V / m 

S u g á rz á s w

R

C o ( 1 .2 5 )

0 .2

F o to n o k (G a m m a ) 1

35

S ( 0 .0 4 6 )

0 .7

E le k tro n o k é s m üonok (B é ta ) 1

14

C 0 .0 0 5 5 3 .6

N e u tro n 5 -2 0

n e u tro n 1 -1 0 5 -3 0

B ( n , ) 7L i 1 ,5   0 .8 5 L i 170 10

p ro to n o k

n e h é z tö ltö tt ré sz e c sk é k

5

20

LET - IONSŰRŰSÉG SEJTMAG sejtmag Gamma Kemény RTG Lágy RTG, béta Alfa

wR függése az energiától 25 20 Neutron

15 10 5 0 0.001

0.01

0.05

0.1

0.5

1

2

10

20

EFFEKTÍV DÓZIS(E)  

SZERVEINK ÉRZÉKENYSÉGE ELTÉRŐ A HATÁS FÜGG AZ EXPOZÍCIÓ HELYÉTŐL IS

E   w T H T   w T  w R D T, R T

 

T

R

HT - egyenérték dózis a T szervben wT - sugárérzékenységi tényező

A sugárérzékenységi tényező wT SZERV IVARSZERVEK VÖRÖS CSONTVELÕ VASTAGBÉL TÜDÕ GYOMOR HÓLYAG EMLŐ MÁJ NYELŐCSŐ PAJZSMIRÍGY BŐR CSONTFELSZÍN VISSZAMARADÓ

W 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05

Faji érzékenységi sorrend LD 50/30 Emlősök

1,5 - 10 Sv

Szárnyasok

10 - 150 Sv

Gombák, bektériumok

50 - 300 Sv

Rovarok

600 - 800 Sv

Egysejtűek

1000 - 3000 Sv

Sugárhatás adatok forrásai FOGLÁLKOZÁSI SUGÁRTERHELÉS:  Az orvosi radiolóia úttörői  Rádiumos világító festékkel dolgozók  Uránbányászok  ORVOSI SUGÁRTERHELÉS:



    

A sugárzások korai túladagolása Sugárterápiák tapasztalatai

HIROSIMA ÉS NAGASAKI NUKLEÁRIS FEGYVERKÍSÉRLETEK NUKLEÁRIS BALESETEK

KIS DÓZISOK HATÁSA A természetes háttérsugárzás forrásai éves összesítésben Forrás

Külsõ Sv 355

Kozmikus sugárzás Kozmikus eredetû izotópok 40 K 150

Belsõ Sv

Összes 355

15

15

180

330

232

160

180

340

238

U-sor

100

1200

1300

Összesen:

765

1565

2640

Th -sor

Kozmikus eredetű izotópok Izotóp 3-H 7-Be 14-C 22-Na 32-Si 33-P 35-S 36-Cl 37-Ar

T1/2 12.35 év 53.4 nap 5736 év 2.58 év 280 év 25 nap 87 nap 3.1e5 év 10.6 év

14-N + n --> 3-H + 12-C 16-O + p --> 3-H + 14-O 14-N + n --> p + 14-C 16-O + p --> 3p + 14-C

14-C: 1PBq/ év (3x) 5-6e-4 Bq/ m3 3-H: 1.8e-3 Bq/ m3 (100x)

IZOTÓPOS KORMEGHATÁROZÁS 1. A természetes radioaktív nuklidok jelenléte egy ásványban, vagy más anyagban arra utal, hogy felezési idejük összemérhető az őket tartalmazó ásvány korával. Aktivitásuk mérése korbecslést tesz lehetővé. 2. Radiokarbon kormeghatározás: légkörben folyamatosan keletkezik a C-14 a kozmikus sugárzás miatt, és kb. 500 év alatt a földi szénciklus részévé válik, bekerül az élővilágba. 14 7

N n,p

14 6

C

A 14C felvétel és bomlás miatt a természetes fajlagos aktivitás állandósul: 15,3 bomlás perc-1g-1, Felezési idő: 5668 év

Példa: Egy történelem előtti bölény csontjának vizsgálata során megállapították, hogy benne a 14C fajlagos aktivitása 2,8 bomlás perc-1g-1. Hozzávetőlegesen mikor élt az állat?  A  ln 2 0 , 693    ln  t   t 5668 év t1 / 2  Ao  A o  15,3 bomlás perc  1 g  1  2 , 0   5668 év    t   ln    14000  15 , 3   0 , 693 

év

Természetes bomlási sorok

A természetes sugárterhelés összetevői

A teljes dózisterhelés megoszlása

Relatív kockázat

SZTOCHASZTIKUS HATÁSOK

-0.05

0 -0.05

küszöb hormézis

100

Dózisegyenérték (mSv)

200

NAGY DÓZISOK KÁROSÍTÓ HATÁSA DETERMINISZTIKUS HATÁS A hatás súlyosságának dózisfüggése

Súlyosság



Küszöb dózis (0.5Gy)

D(elnyelt)

Egyes determinisztikus hatások küszöbdózisai 

SUGÁRBETEGSÉG:

DK=1Gy 10Gy 1-5Gy



SUGÁRÉGÉS



STERILITÁS

2-3Gy 3-6 9-10 20

a HALÁL biztos TÚLÉLHETŐ

szőrzetkihullás 1 fokú égés 2 fokú égés 3 fokú égés

Férfi id. 0.5Gy Nő id. 1.7Gy

végleg 6Gy végleg 3Gy

SUGÁRBETEGSÉG KÖVETŐEN   



KEZDET:levertség, fejfájás,hányás, hasmenés IDEGRENDSZER, GYOMOR ÉS BÉL LAPPANGÁS:3-4 hét javulás KRITIKUS: vérzések, láz IMMUNRENDSZER ÉS VÉRKÉPZŐRENDSZER LÁBADOZÁS

FÉLHALÁLOS DÓZIST

HIROSIMA ÉS NAGASAKI YOSUKE YAMAHATA http://www.exploratorium.edu/nagasaki/journey/journey4.html

A sugárvédelem alapelvei 1. 2.

Indoklás elve Optimálás

3. 4. 5.

ALARA elv Védekezés: •idő •távolság •árnyékolás Korlátozás elve Dózismegszorítások Irányadó szintek

ORSZÁGOS NUKLEÁRISBALESET-ELHÁRÍTÁSI RENDSZER SZERVEZETEINEK KAPCSOLATAI - NVH megállapítása és fennállása esetén Külföld BM KüM ügy.

Települési VB-ok

OAH

Ágazati decent szervek

NVM

OAH NKP

OpT ISDN

NBIÉK

CERTA

OKF Főügy

VK X 400

Megyei,Főv-iVI-k OBIR

TIK

Gazdálkodó VB(20)2

OKSER IK OMSZ IK

WMO

MH GAVIK

Ágazati NBSZ-ek (20)

Ágazati Információs központok

PA Rt

Erőmü felhő

MÁ

OMSZ(15), BM(15), HM(40),VVZ AMAR, OSJER mérőhelyek M

É

D

I

A

S

X 400

S

OAH NBSZ

BM OKF

O

NAÜ NKP

KKB T

baleset

és más szervek, intézmények, intézetek Más sugaras baleset forrás (száll, tár, csem)

K

NAÜ

Á

MTT

G

BM Főügy

A

országok

K K B

L

Szomszédos

Nem ionizáló sugárzások dozimetriája Specifikus elnyelés (SAR): SAR = dPe/dm [W/kg] Hullámhossz függés: Effektív egyenérték dózis (EDe) EDe= EDe S d EDe - spektrális egyenérték dózis [J/m2/nm] S- sugárvédelmi spektrális súlytényező

A sugárvédelmi súlytényező UV esetén 10

Súlytényező

1 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001

180

230

280

hullámhossz (nm)

330

380

Határértékek: UV:

30 J/m2

P=1mW/m2, =270nm ----------> 8,3 óra VIS:

560 nm a legveszélyesebb

Nagyfrekvenciás terek: Sv maximális 50-100 MHz között SAR

1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04

10

100

1000 MHz

10000

MSZ 16260-86: 0,03-300 MHz Eeff: 3Vm-1 nél kisebb 0,3-300 GHz:

 = E2 / 377

Nukleáris mérőrendszerek 1. Méréstechnikai alapfogalmak 2. A mérési eljárások típusai 3. A nukleáris detektorok működése 4. Méréstechnikai paraméterek 5. Mérési és adatfeldolgozási számítási eljárások 6. Monitorozás

1

1. Méréstechnikai alapfogalmak Ionizáló sugárzás: ER >> Eion (a részecske kinetikus energiája akkora, hogy az „első” ütközés biztosan ionizálja az anyagi közeg egyik elektronját – a bevitt energia „szétterül” – mindig együtt fordul elő gerjesztés és ionizáció a besugárzott anyagban) Forrásai: •Atommagon belüli energia-felszabadulás és részecskekibocsátás = radioaktív bomlás [nem szabályozható] alfa-, béta- és gammasugárzás •Elektronállapot-változás: elektron- vagy fotonsugárzás [szabályozható] Neutronsugárzás: közvetetten ionizáló nukleáris sugárzás 2

Méréstechnikai alapfogalmak

A t  A 0e I  A *fR Im  A * fR

 t

A: aktivitás [Bq] λ: bomlási állandó I: intenzitás [részecske/s] fR: részecske-gyakoriság [részecske/bomlás] η: számlálási hatásfok = a mért és a kibocsátott intenzitás hányadosa 3

Méréstechnikai alapfogalmak Ionizáló sugárzás részecskéinek (intenzitásának) regisztrálása: detektorokkal, amelyek válaszjeleket generálnak. Elektronikus detektorok üzemmódjai: * impulzus: a válaszjelek egyenként hozzárendelhetők az elnyelt részecskékhez válaszjelek lehetséges jellemzői: - impulzus nagysága (az elnyelt energia függvénye) - impulzusok száma (az aktivitás függvénye) - impulzusok alakja (az elnyelt részecske típusától függ) * áram: a válaszjel folyamatos, jellemzője az áram erőssége

4

2. A mérési eljárások típusai •Nem nukleáris folyamatok, technológiai állapotok indikációja •Nukleáris analízis minőségi és mennyiségi analízis spektrum: különböző nagyságú válaszjelek gyakoriságának eloszlása vízszintes tengely: energia, függőleges tengely: beütések száma 1-1 csatornában •Dózismérés: a sugárzás által az anyagi közegnek átadott teljes energia meghatározása - dózismérés: külső sugárterhelés mérése hosszabb ideig - dózisteljesítmény-mérés: külső sugárterhelés mérése rövid ideig

5

Mérési eljárások A detektorok működéséhez a közvetlen adatok (válaszjelek nagyság szerinti eloszlása és/vagy száma) és a keresett nukleáris adatok (minőség, mennyiség illetve dózis) közötti kapcsolat számszerű ismerete, azaz a kalibrációs paraméterek meghatározása szükséges. A kalibráció elvégzése mindig helyi feladat, mert a paraméterek értéke a minták fizikai sajátosságaitól és a felhasználás igényei szerint megváltoztatható készülékbeállításoktól is függ.

6

3. A nukleáris detektorok működése Dózismérés eljárásai: * az expozíció befejezését követő kiértékelés = „integrális” dózismérés = utólagos  személyi dózismérők * folyamatos kiértékelés = dózisteljesítménymérés = azonnali  területi dózismérők Nukleáris analízis: * a válaszjeleket azonnal feldolgozzák * nyomdetektor: feldolgozás az expozíció után - részecske- és/vagy energiaszelektív mérés: több komponens egymás mellett mérhető - nem szelektív mérés: előzetes szétválasztás szükséges

7

A mérőberendezések funkcionális részei Detektor Jelátalakító (analóg) egységek előerősítő, erősítő, jelalak- és jelnagyságdiszkriminátor Jelfeldolgozó (digitális) egységek számláló, sokcsatornás analizátor Analizátor

Detektor

Előerősítő

Erősítő

Analóg-digitál konverter (ADC)

Tároló memória Tápfeszültség 8

(H)Őskor: Elektroszkóp

D~Q 9

Gáztöltésű detektorok nukleáris analízisre és dózismérésre is alkalmasak

Anód: szál (nagyobb térerősség) Katód: csőfal +

A sugárzás ionizálja a gázteret -közvetlenül: α, β- sugárzás -közvetve, a csőfalon szóródva: gamma- és röntgensugárzás

10

Gáztöltésű detektorok Válaszjel és nagyfeszültség összefüggése gáztöltésű detektoroknál Uim p

α β 1

3

1: ionizációs kamra 2: proporcionális számláló 3: Geiger-Müller cső

2 UNagy

1. Az összes primer töltéshordozó eléri az elektródokat (energiaszelektív detektor) h ~ I h ~ U 2. A primer töltéshordozók számával arányos számú szekunder ionpár keletkezik (energiaszelektív detektor) h ~ N ion 3. Az összes elérhető gázmolekula ionizálódik – kioltógáz a 11 lavina „ellen” (nem energiaszelektív detektor)N part ~ N imp

Szcintillációs detektorok Szigetelő ionkristályok rövid időre betölthető elektroncsapdákkal, melyeket a kristály „szennyezésével” hoznak létre. A detektálás folyamata: 1. A sugárzás részecskéi elektronokat tesznek szabaddá. 2. A szabad elektron az elektroncsapdába jut. 3. A csapdából alapállapotba kerülve fényfotont bocsát ki. 4. A fényfotonokat a fotoelektron-sokszorozó elektromos impulzussá alakítja, amit a dinódák felerősítenek. 5. Az impulzusok a számlálóba jutnak. A válaszjelek nagysága arányos az elnyelt sugárzási energiával Típusok (nukleáris analízisre)

ZnS (Ag) – α- és β--sugárzáshoz Szerves szcintillátorok (folyadék, szilárd) – α , βNaI (Tl), LaBr3(Ce) – γ, röntgen CsI (Tl) – α , β-, γ, röntgen

12

A szcintilláció mechanizmusa

A „d” csapda szintről alapállapotba kerülő elektron által emittált fényfotont nem tudja elnyelni a kristály

13

Szcintillációs detektor és fotoelektronsokszorozó A detektorból érkező fényfotonok a fotokatódra beesve elektronokat váltanak ki, azok a cső vákuumterében a dinódákra adott egyenfeszültség hatására felgyorsulnak.

14

Félvezető detektorok Szilícium Germánium CdTe

- kisebb rendszáma miatt α, β-, Xsugárzásra (PIPS) - γ-sugárzásra (HP Ge) - γ-sugárzásra

Működés: „szilárd ionizációs kamra” Nagy egyenfeszültség hatására a sugárzás által keltett primer töltéshordozók a nekik megfelelő fegyverzet felé mozogva válaszimpulzust keltenek. A válaszjelek nagysága arányos az elnyelt sugárzási energiával –nukleáris analízis, spektrometria

15

Nukleáris analízis - sokcsatornás spektrometria A mérőrendszer részei: - detektor (szcintillációs, félvezető) - analóg jelátalakító egységek (erősítő, diszkriminátor) - analóg-digitális konverter (ADC) - digitális jelátalakító egységek - jelszámláló memória A detektoron kívüli egységeket számítógépbe illeszthető kártyákon alakítják ki. γ-spektrometria: radioizotópok azonosítása tetszőleges mintákban X(Röntgen)-spektrometria: elemek azonosítása speciális mintákban α-spektrometria: radioizotópok azonosítása speciális mintákban 16

Sokcsatornás spektrométer

17

Neutronok detektálása A neutronsugárzás nem képes közvetlen ionizációra, de sugárvédelmi veszélyessége nagy, mert: Közvetett ionizációt okoz * magreakcióval (pl. α-sugárzás keltésével) * magszórással (a neutronok protonoknak adják át energiájukat - lassulnak – termikus neutronokká alakulnak) Gáztöltésű neutrondetektorok: 3He, 10BF3 Szcintillációs neutrondetektor: 6LiI A detektorokat megfelelő vastagságú lassító közeggel (pl. paraffin) veszik körül 18

Dózis- és dózisteljesítmény-mérők fajtái: * kémiai dózismérők – a válaszjel kialakításához vegyi folyamat vezet el film – utólagos kiértékelés a feketedés mérésével * szilárdtest-dózismérők legelterjedtebb: termolumineszcens detektor – TLD – utólagos kiértékelés (tartós elektroncsapda) * elektronikus működésű detektorok az elnyelt sugárzási energia közvetlenül szabad töltéshordozókat hoz létre gáztöltésű detektorok – impulzus üzeműek, utólagos és azonnali kiértékelésre is alkalmasak félvezető detektorok 19

Dózismérők

20

Dózismérők alkalmassága Bragg-Gray elv: a detektor (x) és a mérendő test (m) dózisa a sugárzás energiájától függetlenül legyen arányos egymással.

 dD  E *  dt

 dN    *f R*E R dt   E  4* r2 * 

Energiaáram-sűrűség

Dózisteljesítmény

D D

x m



 

 )x  *  ( )m 

fR:részecske-gyakoriság ER:részecske energiája

(

E ,x E ,m



f

m

21

Külső dózis mérése Ddet/Dtest

A Bragg-Gray feltétel teljesülése ± 20 %-on belül „elvárható”.

1,4 1,2 1

fm=

0,8

Ddet/Dtest

0,6 0,4 0,2 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Eγ [keV] 22

4. Méréstechnikai paraméterek a nukleáris analízisben Közvetlen paraméterek: * Szelektivitás – impulzusnagyság/energia-kalibráció * Hatásfok – számlálási hatásfok/energia kalibrációk hatásfok összetevői: - térszög (eltalálási valószínűség) - belső hatásfok (elnyelési valószínűség) * Felbontóképesség – félértékszélesség/energia-kalibráció * Maximális mérhető intenzitás Összetett paraméter: * Kimutatási érzékenység (LC, LD) 23

5. Mérési és adatfeldolgozási számítási eljárások Mérési adatgyűjtés: sokcsatornás analizátor Spektrumok (α, γ, Röntgen) feldolgozása a nukleáris analízisben: - csúcsok centrumának (energiájának) és területének (intenzitásának) számítása - komponensek azonosítása, mennyiségi analízis - kiegészítő műveletek: kalibrációs függvények meghatározása Tervezőprogramok, érzékenység becslése 24

Gamma spektrum HP Ge félvezető detektorral

25

Gamma spektrum NaI(Tl) szcintillációs detektorral

26

Szcintillációs detektor vs. HPGE (felbontás) FHWM(EGamma), keV

60

80

100

200

500

1000

1500

2000

HPGE

1,8

1,8

1,9

2,0

2,2

2,4

2,5

2,7

NaI(Tl)

7,6

9,9

12

20

36

53

67

78

Félérték szélesség HPGE és NaI(Tl) detektor esetében 100,0

FHWM (keV)

HPGE NaI(Tl) 10,0

Gamma energia (keV) 1,0 0

500

1000

1500

2000

27

2500

A nukleáris mérések bizonytalansága (hibája) • Nukleáris analízis „függőleges” szórás: a beütések száma bizonytalan a radioaktív bomlások számának statisztikussága miatt „vízszintes” szórás: a részecskeenergia-válaszjel-konverzió bizonytalan a detektálási folyamat statisztikussága miatt

• Dózis- és dózisteljesítmény-mérés a mérendő mennyiséggel csak a válaszjelek száma arányos ezek bizonytalansága magában foglalja a bomlások számának, az átadott sugárzási energia ionizációs hányadának és a detektálási folyamatnak tulajdonítható bizonytalanságokat is.

28

6. Monitorozás • Fajtái: lokális (munkahelyi belső, munkahelyi külső = kibocsátási), regionális (környezeti) • Mérési területek: - külső foton-dózisteljesítmény - folyamatos levegő-mintavétel: aeroszol, jód - szakaszos levegő-mintavétel: aeroszol, kihullás - felszíni vizek - talajvíz - biológiai minták - élelmiszerminták - egyéb (határátkelőhely stb.) 29

AMAR rendszer MH-OKFOMSZPARt

Kommunikáció: GSM Vezetékes telefon

MH VIK Server1

AMAR WEBSERVER MH VIK Server2

Adatgyűjtő 1

Adatgyűjtő 2

SQL Server

MH VIK belső hálózat

30

Munkahelyi dozimetriai mérőrendszerek • Személyi dozimetria külső sugárterhelés mérése (számítógépes kiolvasó rendszer, gáztöltésű detektor vagy TLD); belső sugárterhelés mérése: egésztest- és résztest-számlálás γ-spektrometriával; vér- és vizeletvizsgálat

• Területi dozimetria számítógépes adatgyűjtő rendszer: dózisteljesítmény-mérők, kimenő levegő radioaktivitásának mérése – átáramlásos és aeroszol mintavevőkhöz csatolt detektorokkal

• Szennyezettség-mérések felületi: dörzsminták analízise (α-, β-, γ-spektrometria) térfogati: hulladékvíz-analízis (γ-spektrometria)

31

Termolumineszcens dózismérők TL dózismérők működési elve a „Sugárvédelem” tankönyv 12. fejezetéből vett ábra alapján

32

Sugárzástani alapismeretek KÖRNYEZET VÉDELMÉNEK LÁNCSZEMEI, KÖRNYEZETELLENŐRZŐ RENDSZEREK ORSZÁGOS RADIOLÓGIAI ELLENŐRZÉS, BALESETI HATÁRÉRTÉKEK ATOMERŐMŰVEK, NUKLEÁRIS BALESETEK, OSZTÁLYOZÁSI RENDSZEREK

Gyakorlat: Talajgáz 222Rn koncentrációja

AlphaGUARD

AlphaPUMP

222Radon



Természetes eredetű: a természetben eredetileg előforduló formában lévő sugárzástól származó sugárterhelés



Mennyisége: 2,4 mSv/év



Forrása: - kozmikus sugárzás - földkérgi eredetű



Radon éves terhelése: 1,26 mSv/év

 222Rn

(radon, T1/2= 3,82 nap), 220Rn (toron , T1/2= 55,6 sec), 219Rn (aktinon , T1/2= 4 sec)

222Radon 226Ra

→ 222Rn + 4He



Pórustérbe kijut



Légtérbe kiáramlik



Zárt terekben feldúsul Kockázati kategória

Radon koncentrációja a talajban (kBq/m3) Talaj permeábilitás Kicsi

Közepes

Nagy

Alacsony

<30

<20

<10

Közepes

30 - 100

20 - 70

10 - 30

Nagy

>100

>70

>30

Első csapat

Második csapat

Alapfogalmak 

Elnyelt dózis: Ionizáló sugárzás hatására az anyag „m” tömegében 𝑑𝐸 [𝐽] elnyelt energia átlagértéke: D = = [𝐺𝑦] = 𝑑𝑚

[𝑘𝑔]



Elnyelt dózisteljesítmény: Időegység alatt elnyelt dózis [mGy/h] Az elnyelt energia 2 komponensből származik: - belépő és kilépő sugárzás energia különbsége - magreakció során átvett energia



Egyenérték dózis: Emberi szervre vagy szövetre vonatkozik; a sugárzás biológiai hatását leíró dózismennyiség: 𝐻𝑇 =

𝑊𝑅 𝐷𝑇,𝑅 𝑅

𝐽 𝑆𝑣 = 𝑘𝑔

T: testszövet R: sugárzás típusa WR: súlytényező D: elnyelt dózis

Alapfogalmak 

Effektív dózis: Az emberi test összes szövetére vagy szervére vonatkozó, súlyozott egyenérték dózisok összege. [Sv]

𝐸=

𝑊𝑇 𝐻𝑇 𝑇



Lekötött egyenérték dózis: A radionuklid felvételéből származó, a „T” szervre vagy szövetre vonatkozó egyenérték dózis a „t0” időtől felnőtteknél 50, gyerekeknél 70 évre.



Kollektív dózis: Egy adott embercsoport adott idő alatt leszenvedett egyéni dózisainak összege, ha van mérési adat, akkor abból számítható, ha nincs, akkor a becslésekből állapítható meg.

Alapfogalmak 

Dózis egyenérték: „D” testszövet egy meghatározott pontján az elnyelt dózis, ahol a „Q” az adott sugárzás minőségi tényezője.

H=DQ 

Személyi dózisegyenérték: A testfelület egy meghatározott pontja alatt „d" mélységben elhelyezkedő lágy szövetre vonatkozó dózisegyenérték. Sugárzás áthatolóképességétől függően: d = 10mm (nagy áthatoló képességű) d = 3 mm (szemlencse) d = 0,07 mm (bőr)

Alapfogalmak 

Külső sugárterhelés: A sugárforrás a testen kívül helyezkedik el. Pontszerű sugárforrás esetén a dózisteljesítmény a távolság négyzetével fordítottan arányos.



Belső sugárterhelés: Ha a sugárzó anyag a szervezetbe kerül, akkor sejtszinten fejti ki káros hatását.

Atomreaktorok osztályozása 

Cél szerint: - kísérleti reaktorok (izotópellátás, magfizikai kutatás, oktatás) MTA Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) – Csillebérc Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME)

- erőművi reaktorok (energiatermelés) MVM Paksi Atomerőmű Zrt. - tenyészreaktorok (új hasadóanyag előállítás)

- impulzusreaktorok (különleges magfizikai vizsgálatok) - anyagvizsgáló reaktorok (szerkezeti anyagok vizsgálata)


Fűtőanyag elrendezése szerint: - homogén reaktorok - heterogén reaktorok



Hasadóanyag szerint: - 235U – lassú n0 hasítja - 238U (spec.) – gyors n0 hasítja - 239Pu - 232Th (spec.) - különböző dúsítás


Moderátor szerint: - H2O - D2O -C - Be - szerves anyag


Hűtőközeg szerint: - H2O - D2O - folyékony fém - gáz - szerves anyag

Az atomerőmű-építés fejlődése 

Első generációs atomerőművek - Az első atomerőművet Obnyinszkban (Szovjetunió) állították üzembe 1954-ben: - grafitmoderálású - forralóvizes - 1 MW nettó elektromos teljesítmény - 2002-ben állították le

Természetes uránnal működő reaktorok, a 1970-es évek előtti fejlesztések Kis darabszámú szériák, kis egységteljesítmény (<250 MW) Biztonsági rendszer hiányosságok


Második generációs atomerőművek - Első generációs reaktorok továbbfejlesztése - Jelenleg üzemelő blokkok nagy része második generációs - Kereskedelmi forgalomban kaphatóak, nagy darabszámú szériák - Főleg könnyűvizes blokktípusok (88%) - Sok standardizálás mellett egyedi paraméterek - Fontos fejlesztési szempont a biztonság


Vízhűtésű reaktor - Nehézvizes reaktor (HWR) - Nyomott nehézvizes reaktor (PHWR) - Nehézvizes vízforralásos reaktor (SGHWR) - Könnyűvizes reaktor (LWR) - Nyomottvizes reaktor (PWR) - Forralóvizes reaktor (BWR) - Vízhűtésű, grafitmoderátoros forralóvizes reaktor (RBMK)



Gázhűtésű reaktorok - Magnox reaktor - Magas hőmérsékletű gázhűtésű reaktor (HTGR)



Szaporító reaktorok - Folyékony fémhűtésű szaporító reaktor (LMFBR) - Sóolvadékos szaporító reaktor (MSBR) - Gázhűtésű gyors szaporító reaktor (GFBR)


Harmadik generációs atomerőművek

- Második generációs erőművek továbbfejlesztett változatai - Szabványosított tervek, gyors engedélyeztetési eljárások, gyors beruházások - Egyszerűbb és robosztusabb kialakítás - Magasabb rendelkezésre állás (60 év üzemtartam) - Aktív és passzív biztonsági rendszerek (zónaolvadás valószínűsége: 106 évente) - Minimális környezeti hatás - Magasabb kiégési szint, ami hatékonyabb üzemanyag felhasználást tesz lehetővé


Advanced Boiling Water Reactor (ABWR)



Advanced Pressurized Water Reactor (APWR)



Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR)



Gas Turbine-Modular High Temperature Reactor (GTMHR)



Pebble Bed Modular Reactor (PBMR)



Siedewasser Reactor 1000 (SWR-1000)



Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor 1200 (VVER-1200)



European Pressurized Reactor (EPR)

Néhány fontos fogalom 

Aktív alkatrész: reaktoron kívülről irányított vagy működtetett (szelep, szabályozórúd, stb)



Passzív alkatrész: funkciójának teljesítéséhez nincsen szükség külső működtetésre (tartályok, csövek, hőcserélők, hasadási tárcsák)



Passzív védelem: olyan védelmi mechanizmus, ami csak a passzív alkatrészek működésén és alapvető természeti törvényeken (nyomáskülönbség, természetes cirkuláció, stb) alapszik



Inherens biztonság: nem kívánatos jelenség maga váltja ki a lassítására és visszafordítására ható folyamatokat – passzív védelmen alapul

Atomerőmű - Atomreaktor 

Atomerőmű: magreakciók felhasználásával villamos energiát szolgáltató létesítmény



Reaktor: Az a berendezés, ahol a magreakciók lejátszódnak



Blokk: Egy reaktor és a hozzá tartozó gépészeti és villamos berendezések összessége

Komponensek - Üzemanyag 

A fertilis és hasadóanyagot tartalmazza



Hasadóanyagok: 235U, 233U, 239Pu, 241Pu



Fertilis anyagok: 238U, 232Pu, 240Pu



Általában kerámia (UO2), régebben fém, esetleg karbid (UC)



Általában pasztilla



Speciális esetek: - golyóágyas reaktor - sóolvadék

Komponesek - Fűtőelem 

Az atomreaktor legkisebb elszigetelt része



Az üzemanyag pasztillák és az őket tartalmazó hermetikusan lezárt fémcső



Anyaga manapság cirkónium, régebben acél



Összetett követelmények: - Neutron abszorbció - Mechanikai tulajdonságok - Hermetikus zártság

Komponenesek - Fűtőelemköteg 

Más néven kazetta



Fűtőelemek négyzet vagy háromszögrácsban



Esetleg körülveszi kazettafal (palást)



A legkisebb önálló egységként mozgatható komponens



Többnyire néhány száz fűtőelem

Komponensek - Moderátor 

Nagy sűrűségben kis tömegszámú magok



A hasadásban keletkező gyors neutronok lelassítása termikus szintre



Legyen - Jó lassítóképesség - Kevés abszorbció



Csak termikus reaktorokban



Rendszerint H2O, D2O, C, esetleg Be



Hűtéséről gondoskodni kell



Ne legyen benne abszorbens (Pl. bór)

Komponensek - Hűtőközeg 

Feladata a szerkezeti elemek, mindenek előtt fűtőelemek hűtése



A hő elszállítása további hasznosításhoz



Folyadékok: H2O, D2O, folyékony fémek



Gázok: CO2, He



Elgőzölgéssel (forralóvizes reaktor) vagy anélkül (nyomottvizes)



Esetenként azonos a moderátorral

Komponensek - Hűtőcsatorna 

A fűtőelemek közötti térrész, ahol a hűtőközeg áramlik



Lehet zegzugos alakú (golyóágyas reaktor)



Ekvivalens csatorna

Komponensek - Szabályozás 

Erős (termikus) neutronabszorbens



Feladata - Szabályozás - Reaktivitástartalék lekötése



Formája lehet - Mozgatható rúd vagy kazetta - Fixen beépített elem (kiégő méreg) - Hűtőközegben feloldva (bórsav)

Komponensek – In core műszerek 

A reaktoron belül elhelyezett mérőberendezések



Neutronfluxus SPND-vel (self powered neutron detector)



Neutronfluens aktivációs detektorokkal



Hőmérséklet termoelemekkel



kvázi-folytonos zónaanalízisre ad lehetőséget



a rendszerben nincsenek mozgó alkatrészek



a mérés gyorsan és az összes műszerezett pozícióra egyidejűleg történik



a detektoranyag kiégése miatt a detektor érzékenysége fokozatosan csökken



a detektorok on-line kalibrációja a legtöbb rendszerben nem lehetséges

Komponensek – Aktív zóna 

Az önfenntartó láncreakció megvalósulásának helye



Együttesen a: - Fűtőelem kötegek - Moderátor - Hűtőközeg - Reaktivitáskompenzáló és szabályozóelemek

Pavel Alekszejevics Cserenkov

Komponensek - Reflektor 

Az aktív zónát veszi körbe



Visszaszórja a kiszökő neutronokat



Anyaga: mint a moderátorok

Komponensek – Termikus védelem 

Az aktív zóna és a reaktortartály között



Csökkenti a tartály sugárkárosodását



A reflektor is lehet

Komponensek - Reaktortartály 

Az aktív zónát és kisegítő elemeit tartalmazza



Megfelelő nyomásra tervezett



Hűtőközeg ki- és bevezetések



Kábelek, csövek tömített átvezetése

Forralóvizes reaktor (BWR) 1: Reaktor tartály 2: Fűtőelemek 3: Szabályozó rúd 4: Keringető szivattyú 5: Szabályozó rúd hajtás 6: Frissgőz 7: Tápvíz 8: Nagynyomású turbina 9: Kisnyomású turbina 10: Generátor 11: Gerjesztőgép 12: Kondenzátor 13: Hűtővíz 14: Tápvíz előmelegítő 15: Tápvízszivattyú 16: Hűtővízszivattyú 17: Betonvédelem

Reaktor Bolsoj Mosnosztyi Kanalnij (RBMK)

Csatorna-típusú, nagy energiakimenetű reaktor

Csernobil (Pripjaty)



Grafit moderátor



Könnyűvizes hűtés



Működése megegyezik a forralóvizes reaktoréval



Hatalmas teljesítmény, mivel nincs szükség reaktortartályra, így csatornákból bármennyit össze lehet rakni



Kiégett fűtőelemek működés közben is átrakhatóak



Szabályozás nehézkes a sok csatorna miatt

Csernobili Vlagyimir Iljics Lenin Atomerőmű

noticias.r7.com

http://elenafilatova.com/ http://mostlyghosts.com/chernobyl-ghost-town/

Az erőmű felépítése 

I. blokk: RBMK-1000 (I. sorozatú)

(1978. május 24.)



II. blokk: RBMK-1000 (I. sorozatú)

(1979. május 28.)



III. blokk: RBMK-1000 (II. sorozatú)

(1982. június 9.)



IV. blokk: RBMK-1000 (II. sorozatú)

(1984. március 28.)



V. blokk: félkész RBMK-1000 (II. sorozatú)



VI. blokk: félkész RBMK-1000 (II. sorozatú)

Blokkonkénti névleges teljesítmény: 1 GW

Baleset 

Oka: rosszul megtervezett és a biztonsági rendszabályok sorozatos, durva megszegésével végrehajtott kísérlet



Az erőmű mérnökei azt szerették volna megoldani, hogy egy esetleges vészleállás esetén a tartalék elektromos rendszer (dízelgenerátorok) beindulásáig a blokkot a lassuló gőzturbinagenerátor rendszer által termelt villamos energiával üzemeltessék. A kísérletet a négyes blokk tervezett tavaszi karbantartása előtt, a blokk leállítása közben akarták végrehajtani.

A baleset kronológiája 1986. 04. 25., péntek 

01:06 Csökkenteni kezdték a reaktor teljesítményét



14:00 Kikapcsolták a zóna üzemzavari hűtőrendszert



14:00 A teherelosztó utasítja az erőművet a további teljesítménycsökkentés elhalasztására. A blokk teljesítményét 50%-ra állították be, a két gőzturbina-generátor egységből az egyiket leállították. A csökkentett teljesítmény miatt a reaktorban neutronmérgek (erős neutronelnyelő anyag: 135Xe) kezdenek felhalmozódni.



23:10 A teherelosztó engedélyt ad a leállásra, az operátorok csökkenteni kezdik a teljesítményt.



24:00 Műszakváltás (Új operátorok érkeznek a vezénylőbe, akik nem készültek fel a kísérletre.) http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?lefoly

A baleset kronológiája 1986. 04. 26., szombat 

00:05 A reaktor teljesítménye 24%-ra csökkent. Ezen teljesítmény alatt a pozitív üregtényező miatt a visszacsatolás pozitív, így a reaktor öngerjesztő. (üregtényező: mit csinál a reaktor, ha nincs benne víz, csak gőz)



00:30 A reaktor teljesítménye a névleges érték 1%-ára esett. (Vagy az operátor nem nyomta meg az automatikus teljesítménytartás gombot, vagy pedig műszerhiba miatt csökkent le a teljesítmény. Ugyanaz a pozitív üregtényező okozta, gyors teljesítményzuhanást, mint a későbbi robbanást. A reaktor instabil.)



00:32 Az operátor szabályozórudakat húzott ki a zónából a teljesítménycsökkenés ellensúlyozására. A teljesítményt megpróbálták a kísérlethez szükséges szintre emelni. A zónában az engedélyezettnél kevesebb szabályozórúd maradt.



01:00 A reaktor teljesítménye 7%-on stabilizálódott.



01:03 A 6 működő fő keringető szivattyú mellé további kettőt kapcsoltak be. A vízszint a gőzdobban csökkenni kezdett. http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?lefoly


01:15 A „gőzdob vízszint alacsony” jelre az üzemzavari védelmet kikapcsolták. Az üzemzavari védelem („automatikus vészleállítás”) leállítja a reaktort, ha bizonyos paraméterek (például hőmérséklet a zónában, hűtőközeg nyomása, vagy a gőzdob vízszint) egy előre beállított értéket túllépnek. Ez a védelem a kiiktatása miatt a továbbiakban már nem tudta ellátni a szerepét.



01:22 Az operátor további szabályozórudakat húzott ki a zónából. A reaktor hűtőközegének nyomását növelni akarták.



01:22 A kísérlet kezdetét vette.



01:22 Az operátor észlelte, hogy a reaktivitás-tartalék a megengedettnek a fele.



01:23 A „második turbina gyorszáró zár” jelre az operátor megbénította az üzemzavari védelmet. A kísérletet annak esetleges sikertelensége esetén azonnal meg akarták ismételni, a reaktor leállítása nélkül. http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?lefoly


01:23:04 Lezárták a második turbina gyorszáróit. A turbina ezáltal leválasztódott a reaktorról, így több gőz a turbinára nem jutott, csak a lendülete miatt pörgött tovább. Mivel a turbina le volt zárva, a gőz a reaktorból kijutni nem tudott. A nyomás emiatt növekedni kezdett.



01:23:10 Az automatika szabályozórudakat húzott ki a zónából. A gőztartalom csökkenése a pozitív üregtényező miatt csökkentette a teljesítményt, ezt teljesítménytartásra kapcsolt automatika próbálta ellensúlyozni.



01:23:35 A zónában szabályozhatatlanná vált a gőzfejlődés. Az automatika által kihúzott rudak a gyorsabban növelték a teljesítményt a normálisnál a reaktor instabilitása miatt.



01:23:40 Az operátor megnyomta a vészleállító gombot. A biztonságvédelmi rudak tervezési hibából eredendően rövid időre kismértékben megemelték a teljesítményt a reaktor leállítása előtt. Ez a tény a baleset előtt is ismert volt, de figyelmen kívül hagyták, mivel normál üzem mellett nem okozott problémát. Azonban itt ez a kismértékű teljesítmény-növekedés a reaktor instabilitása miatt a teljesítmény szabályozhatatlan növekedését vonta maga után http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?lefoly


01:23:44 A reaktor teljesítménye néhány másodperc alatt a névleges érték százszorosára nőtt, ennek következtében hirtelen nagy mennyiségű gőz szabadult fel.



01:23:45 A fűtőelempálcák felhasadtak.



01:23:49 Az üzemanyagcsatornák (hűtőcsövek) fala felnyílt.



01:24 Gőzrobbanás. A reaktorban lévő összes víz pillanatok alatt elpárolgott, a gőznyomás szétvetette a reaktort és a biológiai védelmet (beton árnyékolást).



01:24 Gázrobbanás. A vízgőz a forró grafittal, valamint a reaktor szerkezeti anyagaival reakcióba lépve gyúlékony hidrogént és szén-monoxidot termelt. Ezek a gázok a reaktor felnyílása után a levegő oxigénjével elkeveredve berobbantak.



01:24 Grafittűz. A szabaddá vált grafit begyulladt és napokig égett. http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?lefoly

A baleset hatásai 

4. blokkjában bekövetkezett robbanás során a reaktorépület szinte teljesen megsemmisült, emiatt a reaktorban található radioaktív anyagok egy része szinte akadálytalanul kerülhetett a környezetbe.



A kikerült radioaktív anyagok összes aktivitása a becslések szerint 1-2 Ebq (1 Ebq = 1 000 000 000 000 000 000 Bq) 1 Bq = 1 radioaktív bomlás másodpercenként



A robbanásnál a reaktor üzemanyagának kb. 3,5%-a, (6 tonnányi fűtőelem) szóródott szét a reaktor körül. A nagyobb fűtőelem-darabkák a reaktor közvetlen környezetében a talajra estek, a kisebb (néhány mikrométeres) darabkák jelenlétét viszont több száz kilométerre is ki lehetett mutatni. (Magyarországon is találtak ilyen, Csernobilból származó ún. forró részecskét.)



A IV. reaktorcsarnok oldalfalai ledőltek, a tető részben lerepült, részben ráomlott a csarnok romjaira. A fűtőelem-utántöltő rendszer állványzata ledőlt. Az épület tartószerkezete megroppant, a belső födémek és válaszfalak ledőltek. http://www.reak.bme.hu/csernobil/index.htm?kibocsat

Mentesítés 

Célok: - a robbanás következményeként keletkezett tüzek eloltása - a nyitott reaktormaradvány elfedése, további aktív anyagok kijutásának megakadályozása - a reaktorban maradt fűtőanyag kritikussá válásának megakadályozása - a romok és a környező épületek megtisztítása - védőépítmény felhúzása a romok fölé a további szennyezés kibocsátásának, valamint a csapadék bejutásának megakadályozására

Mentesítés Feladatok: 

a IV. blokk területének megtisztítása és lebetonozása,



védőfalazat építése az épület határain,



a III. és IV. blokkot elválasztó falazat megerősítése, illetve új válaszfalak építése a két blokk közé,



a falszerkezet teherviselő alapjául szolgáló lépcsős alap és falazat építése,



a turbinacsarnok lefedése, illetve a födémszerkezet kijavítása,



magassági teherviselő falszerkezet építése,



a védőlétesítmény héjszerkezete tartóelemeinek elhelyezése, majd a héjalás felépítése,



szellőzőrendszer, mérőberendezések és távközlési hálózat telepítés

A baleset után 

1986. október 1. Az I. blokkot újraindították



1986. november 5. A II. blokkot újraindították



1987. december 3. A III. blokkot újraindították

A Szovjetunió gazdasági válsága, majd összeomlása viszont nem tette lehetővé az erőmű villamos teljesítményének kiváltását. 

1991. október 11. Tűz miatt a II. blokkot leállították. A reaktor teljes fűtőanyagát kirakták a pihentető medencékbe. A II. blokk ezután többé már nem lett beindítva.



1995. december 25. Ukrajna kormánya a „hét vezető hatalommal” és az Európai Unióval kötött kölcsönös megállapodások alapján döntést hozott a csernobili atomerőmű végleges leállításáról.



1996. november 30. Az I. blokkot véglegesen leállították.



2000. december 15., 13:15 Ukrajna elnöke televízióadásban bejelentette a csernobili atomerőmű III. blokkjának leállítását.



2000. december 17., 13:17 Az ügyeletes reaktoroperátor vészleállítással megkezdte a reaktor leállítását. A csernobili atomerőművet véglegesen leállították.

Az erőmű jelenlegi állapota 

A leállított erőmű továbbra is nukleáris létesítmény



Felügyelik az erőmű állagvédelmét, biztonsági és műszaki felügyeletét, továbbá a leszerelési munkálatok előkészítése és végrehajtása is folyamatos.



2007. szeptember 17-én hivatalosan is bejelentették, hogy az 1986ban felépített, azóta meglehetősen leromlott állagú régi szarkofág helyére új, acélból készült védőlétesítmény épül majd.



30 km-es zóna

Nyomottvizes reaktor (PWR vagy VVER)

Paks

1: Reaktor tartály 2: Fűtőelemek 3: Szabályozó rúd 4: Szabályozó rúd hajtás 5: Nyomástartó 6: Gőzfejlesztő 7: Tápvíz 8: Nagynyomású gőzturbina 9: Kisnyomású gőzturbina 10: Generátor 11: Gerjesztőgép 12: Kondenzátor 13: Hűtővíz 14: Tápvíz előmelegítő 15: Tápvízszivattyú 16: Hűtővízszivattyú 17: Keringető szivattyú 18: Villamos távvezeték 19: Frissgőz 20: Betonvédelem

MVM Paksi Atomerőmű Zrt.

www.atomeromu.hu

MVM Paksi Atomerőmű Zrt. 

4 db, egyenként 440 MW-os VVER 440/V 213 típusú nyomottvizes, kétkörös blokk



egy reaktorhoz 2 db 220 MW-os gőzturbina tartozik



a turbinába belépő frissgőz 44 bar nyomású, 255 °C hőmérsékletű telített gőz



átalakítási folyamatok révén a reaktorok hőteljesítményének növelését is elérték, így 2009 óta mind a négy reaktorblokk névleges villamos teljesítménye 500 MW



az atomerőmű üzemeltetése folyamán folyékony, szilárd és gáznemű radioaktív közegek és hulladékok keletkeznek, ezeket kezelni kell



az erőmű frissvízhűtésű: - kondenzátor-hűtővízrendszer - technológiai hűtővízrendszer - biztonsági hűtővízrendszer

Nettó teljesítmény

Bruttó teljesítmény

Kivitelezés kezdete

Üzemkezdet

Leállítás dátuma

Reaktorblokk

Reaktortípus

Paks-1

VVER-440/213

470 MW

500 MW

1974. augusztus 1.

Paks-2

VVER-440/213

443 MW

500 MW

1974. augusztus 1. 1984. november 14. 2017-re tervezve

Paks-3

VVER-440/213

443 MW

500 MW

1979. október 1.

1986. december 1. 2017-re tervezve

Paks-4

VVER-440/213

473 MW

500 MW

1979. október 1.

1987. november 1. 2017-re tervezve

1983. augusztus 10. 2032-re tervezve

A 2003-as üzemzavar 

2003. április 10-én éjszaka az erőmű 2. blokkjánál radioaktív nemesgáz megjelenését észlelték a műszerek, ennek forrása egy tisztítótartály volt, amelyet ideiglenesen helyeztek el egy, a reaktor mellett található aknában.



A tartály a fűtőelem-kazettákon észlelt lerakódás vegyszeres eltávolítására szolgált. A tartályfedél leemelése után megállapították, hogy a tisztítótartályba helyezett 30 db üzemanyag-kazetta sérült, deformálódott.



Az üzemanyag-kazetták a tisztítótartály tervezési hibája miatt a szükségesnél kevesebb hűtést kaptak, ezért túlhevültek.



Az üzemzavarban a radioaktív kibocsátás az esemény hatásának leginkább kitett lakosok részére 0,13 μSv dózis volt. (évi természetes sugárterhelés 2400 μSv)

Nemzetközi Nukleáris Eseményskála A Nemzetközi Nukleáris Eseményskála (INES, International Nuclear Event Scale) a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA) által bevezetett skála, amely nukleáris balesetek esetén megkönnyíti a biztonsági helyzet kommunikálását. A nukleáris események osztályozására az alábbi 7 fokozat létezik:

Nemzetközi Nukleáris Eseményskála 

0. fokozat Nincs biztonsági kockázata.



1. fokozat A biztonsági intézkedések olyan megszegése, ami még nem jelent veszélyt sem a dolgozókra, sem a lakosságra. Működési hibák, emberi hibák, nem megfelelő eljárások alkalmazása.



2. fokozat Biztonsági következményei már lehetnek, de a dolgozók éves sugárterhelése nem haladja meg az éves dóziskorlátot. A biztonsági berendezések olyan hibája, amely mellett még elégséges a védelem a balesetek elkerülésére.



3. fokozat A dolgozók sugárterhelése meghaladhatja a dóziskorlátot, de a legjobban veszélyeztetett emberek csak néhány tized millisievert dózist kaphatnak. A biztonsági rendszer hibája, amely balesethez vezethet. Pl.: Paks 2003


4. fokozat Radioaktív anyagok kerülnek ki a környezetbe, a külső radioaktivitás növekedése azonban csak néhány millisieverttel haladja meg az átlagos háttérsugárzást. Az ellenintézkedések korlátozottak, például a helyi élelmiszerek ellenőrzése. Példa: Windscale (Anglia),1973. VAGY Meghatározó mértékű károsodás a nukleáris berendezésekben. Olyan jellegű károsodások tartoznak ide, amelyek nehézséget okozhatnak a helyreállítás során – részleges zónaolvadás. A dolgozók kis részében akut egészségkárosító hatások jelentkezhetnek. Példa: Saint-Laurent (Franciaország), 1980.


5. fokozat Radioaktív anyagok kerülnek ki a környezetbe. A sugárzás mennyisége 100-1000T becquerel között van. A veszélyeztetett üzemben részleges ellenintézkedésre van szükség. Példa: Windscale (Anglia), 1957.

VAGY Komoly károsodás a nukleáris berendezésekben. Komolyabb károsodás lehetséges a reaktor aktív zónájában, nagyobb baleset vagy tűz vagy radioaktív anyagok kiszabadulása épületen belül. Példa: Three Mile Island (Amerikai Egyesült Államok), 1979.


6. fokozat Radioaktív anyagok kerülnek a környezetbe. A sugárzás mennyisége 100010000T becquerel között van. A súlyos egészségkárosító hatások korlátozására teljes körű helyi ellenintézkedésekre van szükség. Példa: Kisztim (újrafeldolgozó üzem a mai Oroszországban), 1957.



7. fokozat Nagy radioaktivitású anyagok kerülnek ki a környezetbe. Ezek között a láncreakció rövid és hosszú felezési idejű bomlástermékei találhatók. A sugárzás mennyisége meghaladja a 10000 T becquerelt. Nagy területeken, akár több országban is súlyos egészségkárosító és környezeti hatásokkal. Példa: Csernobili atomkatasztrófa (Szovjetunió, ma Ukrajna), 1986 és Fukusimai atomerőműbaleset (Japán) 2011.

Nehézvizes reaktorok (HWR) CANDU reaktor (CANada Deuterium Uranium) 

a reaktortartály több száz csővel van keresztüldöfve. Ezekben a csövekben vannak az üzemanyagrudak, amik így külön-külön elérhetők, lehetővé téve az üzem közbeni üzemanyagrúd-cserét.



az üzemanyagrudakat könnyen át lehet helyezni – attól függően, hogy mennyi hasadóképes atommag maradt bennük



a reaktortartálynak nem kell nyomástűrőnek lennie, mivel a moderátor csak a keresztirányú csövekben van nagy nyomás alatt.



az alacsony nyomás és hőmérséklet miatt sokkal egyszerűbb szenzorokkal is követni lehet a reaktorban végbemenő folyamatokat



természetes uránnal is működik, viszont a nagy mennyiségű tiszta nehézvíz óriási kezdeti kiadást jelent http://hu.wikipedia.org/wiki/CANDU

Gázhűtésű reaktorok (GGR) 

A gáz-grafit reaktorok moderátora grafit, hűtőközege pedig valamilyen gáz (többnyire CO2, újabban hélium). A legrégebbi reaktortípusok közé tartozik



Az első példány Angliában elkészült Calder Hall-i erőmű reaktora. Ezt a típust nevezték MAGNOX-nak, az üzemanyag speciális magnéziumötvözetből (Magnoxból) készült burkolata miatt.



A reaktor üzemanyaga természetes urán.

http://www.atomeromu.hu

Gyors tenyészreaktor 

Aktív zóna két részből áll: - belsejében fűtőelem pálcák (UO2/PuO2 keverék) - köpeny (235U-ban szegénytett UO2)



A folyamatot úgy irányítják, hogy a 238U-ból több hasadóképes 239Pu keletkezzen, mint amennyi a maghasadáshoz kell



Nincsenek moderátorok



Hűtőközeg: folyékony Na

Golyóhalom reaktor (Thorium High Temperature Reactor )



Nagy hatásfok



Kiemelkedő biztonság



Fűtőelemek: 6 cm átmérőjű golyók (1 g 235U hasadóanyag, 10 g 232Th szaporító anyag)



360 000 golyó



Moderátor grafit (golyó tartalmazza)



He hűtőkör

Fúziós reaktor (jövő?) 

atommagok egyesülésekor létrejövő energiatöbbletet hasznosítja



kísérleti fázis



franciaországi Cadarache város mellett épül egy ITER-nek nevezett kísérleti erőmű ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor)



fúziós erőmű alapanyaga deutérium és lítium (lítiumot besugárzással tríciumra bontják)



15 millió fokon az ionokat körpályára kényszerítik mágneses tér segítségével



Hélium keletkezik, és energia szabadul fel

Atomerőmű balesetek 

1957. szeptember 29. Majak (Szovjetunió)

vegyi robbanás következtében kétmillió curie radioaktív anyag került a légtérbe 

1957. október 7. Windscale (Anglia)

plutóniumtermelő reaktorban tűz ütött ki 

1969. január 21. Lucens (Svájc)

meghibásodott egy kísérleti föld alatti reaktor hűtőrendszere (fűtőelem-olvadás) 

1979. március 23. Three Mile Island (USA)

konstrukciós és emberi hibák következtében zónaolvadás 

1980. március 13. Saint-Laurent (Franciaország) zónaolvadás



1986. április 25-26. Csernobil (Szovjetunió)

megsérült a 4-es számú reaktor egy rosszul megtervezett kísérlet miatt

Atomerőmű balesetek 

1991.február 21. Dukovany (Csehszlovákia) tűz az 1. blokk áramelosztójában



1993. április 6. Tomszk-7 Vegyi Kombinát (Szibéria) felrobbant egy közepes erősségű uránoldatot tartalmazó tartály



1999. szeptember 3. Tokaimura (Japán) urániumfeldolgozó üzemben szivárgás



2005. május 29. Sellafield (Anglia) hónapokon keresztül észre sem vett szivárgást tártak fel



2011. március 11. Fukusima (Japán) 9-es erősségű földrengés és szökőár következtében sorozatos balesetek

Az atomerőművek leszerelése 

tervezett élettartam: 25 – 35 év



rövid élettartam oka: szerkezeti elemek, biztonsági elemek hibátlan működése elvárt, cseréjük nem megoldható



csökkennek az optimális telepítési helyek száma



a leszerelése gondos tervezést és sokirányú különleges felkészültséget igénylő feladat



költségei sokszorosan meghaladják a hasonló teljesítményű, de nem nukleáris erőművek bontási költségeit



hulladékkezelés



a költségek fedezésére létrehoznak egy alapot (Magyarországon a Központi Nukleáris Pénzügyi Alap)

Nukleáris fűtőanyag életciklus Bányászat Konverzió

Izotópdúsítás

Fűtőelem gyártás

Atomerőmű

Végleges elhelyezés

Hulladékkezelés

Reprocesszálás

Ideiglenes tárolás

Bányászat 

urán a világ minden pontján megtalálható



talajban az átlagos koncentráció: 3-5 gramm/tonna



kibányászott uránt porrá őrlik, majd kénsavban feloldják, ezt követően az urán-oxidot (U3O8) kicsapatják és pogácsává sajtolják



Mecsekben, Kővágószőlősön bányásztak uránércet

Konverzió 

dúsításhoz az uránt gáz halmazállapotú vegyületté kell alakítani (UF6)



technológiai szempontból nehezen kezelhető anyag



dúsításhoz olyan gáz kell, aminek a molekulatömege csak a molekulában levő uránatomtól függ (a fluornak csak egy izotópja van)

Izotópdúsítás 

természetes urán nagy része 238-as tömegszámú uránt tartalmaz



a termikus neutronokkal hasítható 235-ös tömegszámú urán aránya 0,72%



ezzel a fűtőanyag összetétellel csak a nehézvizes vagy grafitmoderátoros reaktorok üzemelhetnek, mivel a könnyűvízben levő hidrogén túl sok neutront nyel el



elvár dúsítási arány: 2-4% 235U



két elterjedt módszer: - gázdiffúziós - gázcentrifugás

Fűtőelemgyártás 

megfelelően dúsított urán-hexafluoridot urán-dioxiddá kell alakítani



pasztillákká préselik



üzemanyag pálcákba töltik



pálcákat kazettákba rendezik

Atomerőművi felhasználás 

a reaktor aktív zónája fűtőelem-kötegekből épül fel



a maghasadáskor felszabaduló energia hővé alakul, amit villamos energiává alakítunk



„Az atomerőmű a vízforralás legbonyolultabb módja” (Einstein)



a fűtőelem 3-4 év alatt kiég, hasadóanyag tartalma lecsökken



zóna rendezése

Ideiglenes tárolás  235U

mennyisége lecsökken, új radioaktív magok keletkeznek



a friss üzemanyagban levő magok neutronokat fognak be, és transzurán elemekké alakulnak



kiégett fűtőelem nagy aktivitása miatt hűtést igényel (ne olvadjon meg)



sugárzása miatt el kell szigetelni a környezettől



pihentető medence: 5 évig tárolják benne a kiégett kazettákat



ezután az átmeneti tárolóba kerülnek (légűtés)

Reprocesszálás 

Reprocesszálás: kiégett fűtőelemek feldolgozása, újrahasznosítása



lépések a nagy aktivitás miatt automatizáltak



a legalább 5 évet pihent fűtőelem-köteget feldarabolják, salétromsavban feloldják, majd tributil-foszfátot kevernek (szerves oldószerben)



a keverés után a szerves és szervetlen fázis elválik egymástól



UO2, és PuO2 képződik, ami újra alkalmas fűtőelem gyártásra

Hulladékkezelés 

a reprocesszálás során keletkezett nagyaktivitású hulladékot a végleges elhelyezéshez át kell alakítani



hulladékot kiizzítják, majd a port szilicium- és egyéb oxidokkal elkeverik, ami nagy hőmérsékleten üveggé alakul



hőálló, tűri a sugárzást, nem oldódik, biztonságos zárást biztosít



üveget hordókba rakják



végleges tárolóba szállítják

Végleges elhelyezés 

hosszú ideig biztonságosan el kell zárni



talajvízmentes geológiai képződmény (sóbánya)



többszörös túlbiztosítás

Püspökszilágyi Radioaktív Hulladék Feldolgozó és Tároló: Feladata az intézményi eredetű radioaktív hulladékok átvétele és elhelyezése. (a nem atomerőművi eredetű kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok befogadása) Nemzeti Radioaktívhulladék-tároló (Bátaapáti): Feladata az atomerőmű üzemeltetése során keletkezett szilárd és folyékony kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok végleges elhelyezése.

A sugárvédelem és a nukleáris biztonság szervezetei Magyarországon a nukleáris biztonsági és sugárvédelmi hatósági rendszert az atomtörvény határozza meg. Ez alapján a felelősségi rendszer megosztott az alábbi öt szakhatóság között:



Országos Atomenergia Hivatal (reaktorok létesítése, üzemeltetése, leszerelése hulladékok kezelése)



Állami Népegészségügyi és Tisztiorvosi Szolgálat (személyi sugárvédelmi szabályozás)



környezetvédelemért felelős minisztérium (környezetbe kikerülő radioaktivitás ellenőrzése)



földművelést felügyelő minisztérium (környezeti ellenőrző mérések)



belügyekért felelős minisztérium (nukleáris balesetekből származó radioaktivitás ellenőrzése – ONER-hálózat)

Országos Sugárfigyelő, Jelző és Ellenőrző Rendszer (OSJER)

Országos Nukleárisbaleset-elhárítási Rendszerről szóló, 167/2010. (V.11.) Korm. rendelet alapján működik

OSJER Feladatai: 

az országos sugárzási helyzet monitorozása,



az Országos Nukleárisbaleset-elhárítási Rendszer (ONER) működési állapotának megfelelő riasztás és értesítés megalapozása,



az ONER működtetésében részt vevő szervek tájékoztatása,



a lakosság életkörülményei és munkafeltételei fenntartásához, az anyagi javak védelméhez, valamint a nukleárisbaleset-elhárítási tevékenységhez szükséges intézkedések sugárvédelmi megalapozása,



ha jogszabály másként nem rendelkezik, az ország nemzetközi értesítési kötelezettségének teljesítése érdekében a radioaktív szennyezettségre jellemző adatok biztosítása az OSJER szerveknél és az atomenergia alkalmazójánál működő mérőhelyek mérési adataira, valamint a hivatásos katasztrófavédelmi szerv központi szervének Nukleáris Baleseti Információs és Értékelő Központja (a továbbiakban: NBIÉK) értékelésére alapozva,



az ONER normál működési állapotában az OSJER az NBIÉK útján a távmérő hálózat működésével nyert adatokkal hozzájárul a lakossági sugárterhelés alakulásának nyomon követéséhez,



a távmérőhálózat mérőállomásairól beérkező figyelmeztetési és riasztási jelzés esetén a jelzés hitelességének ellenőrzése, a kiváltó ok kivizsgálása és a kialakult helyzetről jelentés készítése az ONER működtetésében részt vevő szervek vezetői számára,



az OSJER távmérőhálózat mérési adatai alapján az országos sugárzási helyzet meghatározott fokozatok szerinti jelzése. http://www.katasztrofavedelem.hu

OSJER Alrendszerei: 

A Radiológiai Távmérő Hálózat telepített automata távmérőállomásokból áll, amelyek az ország nukleárisbaleset-elhárítási korai riasztási rendszereként működnek, folyamatosan ellenőrzik az ország környezeti sugárzási dózisteljesítményét. (132 mérőállomás)



Mobil Radiológiai Laboratóriumok hálózata (sugárszennyezés felderítését, elemzését végzi veszélyhelyzetek esetén)



Helyhez Kötött Laboratóriumok Hálózata (beszállított minták - élelmiszer, tej, talaj, víz, stb. - radioaktivitásának mérését végzi)

http://www.katasztrofavedelem.hu

ORSZÁGOS NUKLEÁRISBALESETELHÁRÍTÁSI RENDSZER (ONER) 

Gondoskodik az atomenergia békés célokra való felhasználása során bekövetkező radiológiai, vagy nukleáris események elhárítására való felkészülésről, a bekövetkezett esemény következményeinek csökkentéséről és megszüntetéséről.



Felépítéséről és feladatairól a 167/2010. (V. 11.) Korm. rendelet rendelkezik.



Irányításával kapcsolatos feladatokat a kormányzati koordinációs szerv, a Katasztrófavédelmi Koordinációs Kormánybizottság látja el.



A biztonságot kedvezőtlenül befolyásoló és a lakosság nem tervezett sugárterhelését előidéző esemény következtében a nukleárisbaleset-elhárítási veszélyhelyzet kihirdetésére vagy annak megszüntetésére a kormányzati koordinációs szerv elnöke tesz javaslatot a Kormány számára.


A kormányzati koordinációs szerv a normál működési állapotban 

figyelemmel kíséri a nukleáris létesítmények veszélyhelyzetekre történő felkészülési és a következmények elhárítására való képességének színvonalát



értékeli és folyamatosan pontosítja az ország nukleáris veszélyeztetettségének mértékét



elkészíti javaslatát a nukleárisbaleset-elhárítás 3 évre szóló műszaki-fejlesztési tervére, és évenkénti bontásban az éves költségvetési tervek készítéséhez igazodóan megjelöli a fő fejlesztési területeket



megalapozza a nukleárisbaleset és a következmények elhárítására szolgáló döntések műszaki-tudományos hátterét



endszeresen áttekinti az ONER felkészültségét, és javaslatot tesz a nukleárisbalesetelhárítási felkészültség fejlesztésére



javaslatot tesz a nukleárisbaleset-elhárítási rendszer képzési, gyakorlatozási tevékenységére


A kormányzati koordinációs szerv a készenléti működési állapotban



fokozott monitorozás



a lakosság nem tervezett sugárterhelésének előrejelzése



a lakosság hiteles és időben történő tájékoztatása a bekövetkezett eseményről és az országos sugárzási helyzetről



felkészülés a veszélyhelyzeti működés megkezdésére


A kormányzati koordinációs szerv a veszélyhelyzeti működési állapotban



a nukleáris veszélyhelyzetet előidéző rendkívüli esemény következményeinek felmérése, csökkentése és felszámolása



az ország területén kívül és a világűrben bekövetkezett nukleáris balesetből, vagy sugárveszélyt okozó eseményből eredő hazai helyzet radiológiai következményeinek előrejelzése, az abból adódó feladatok meghatározása és végrehajtása


A kormányzati koordinációs szerv a helyreállítási működési állapotban



a helyreállításban közreműködő szervek tájékoztatása



és tudományos, műszaki támogatása


Baleseti határértékek NORMÁL IDŐSZAK 

Foglalkozási: 5 naptári évre összegezve nem haladhatja meg a 100 mSv effektív dóziskorlátot. Az effektív dózis egyetlen naptári évben sem haladhatja meg az 50 mSv értéket.



Lakosság éves dóziskorlátja: A lakosság tagjainak mesterséges forrásokból származó, külső és belső sugárterhelésének összege - az orvosi diagnosztikai és terápiás beavatkozással, a nem foglalkozásszerű betegápolással, az orvosi kutatásban való önkéntes részvétellel járó sugárterhelésen kívül – nem haladhatja meg az évi 1 mSv effektív dóziskorlátot

VESZÉLYHELYZETBEN 

Beavatkozók: A baleset következményeinek elhárításában részt vevő személyek sugárterhelése nem haladhatja meg az 50 mSv effektív dózist. Az érintettek körén belül kivételt képez ez alól a népesség jelentős sugárterhelésének megakadályozásában részt vevő személy. Ebben az esetben törekedni keell arra, hogy a sugárterhelés a 100 mSv effektív dózist, az életmentésben részt vevő személy sugárterhelése a 250 mSv effektív dózist ne haladja meg.



Lakosság: Megfelelő intézkedéseket kell tenni az egészség védelme érdekében, ha előreláthatóan legfeljebb 2 nap alatti sugárterhelés előre jelzett, az egésztestben vagy csontvelőben elnyelt dózisa meghaladja az 1 Gy szintet, vagy szemlencsében a 2 Gy, vagy bőrben vagy ivarmirigyben a 3 Gy, vagy pajzsmirigyben az 5 Gy, vagy tüdőben a 6 Gy szintet.

Lakosságot érintő korlátozások 

Elzárkóztatás:

> 10 mSv effektiv dózis



Kiürítés, kimenekítés:

> 50 mSv effektiv dózis



Kilakoltatás:

> 30 mSv effektiv dózis, 1 hónapra



Visszatelepítés:

< 10 mSv effektiv dózis, 1 hónapra



Jódprofilaxis:

> 100 mGy pajzsmirigy szervdózis

Környezet védelmének láncszemei A környezetre veszélyes sugárzó anyagokat izolálni kell: 

a sugárforrás hermetikus tokozása,



a tokozás épségének rendszeres ellenőrzése,



a zárt laboratóriumok használata,



a szigorú munkavédelmi szabályok

Ha nyitott sugárforrásokkal dolgoznak, akkor elsősorban a dolgozók védelmét kell biztosítani a laboratóriumon belül (elszívófülkék, felületi szennyezettség ellenőrzés, egyéni védőeszközök; a környezetet a kibocsátás szabályozása és ellenőrzése révén védjük)

Környezet védelmének láncszemei Különleges esetet jelent a zárt sugárforrások alkalmazása a környezetben (pl. talajnedvesség-mérő műszerek neutron-forrással, ipari radiográfia). Ezekben az esetekben ideiglenes ellenőrzött zónát kell kialakítani. Minden sugárforrást születésétől (reaktorban vagy gyorsítóban való előállításától, importból) a lebomlásáig vagy eltemetéséig nyomon kell követni. A munkahelyeken a szabályok betartását ellenőrzik, személyi dozimetriai ellenőrzést is végeznek.

Környezet védelmének láncszemei Külön kategóriát alkotnak a nukleáris létesítmények (atomreaktorok, atomerőművek). Ezekben többszörös védőgát kell a normál üzem és az üzemzavar esetére.

Az atomerőművek komplex védelme: •

uránoxid kerámia

•

fém (pl. cirkónium) fűtőelem tokozás

•

zárt primerkör > szekunderkör > kondenzátor > hűtővíz

•

hermetikus tér (buborékoltató kondenzátor)

Környezet védelmének láncszemei A kibocsátás- és környezetellenőrző rendszerek a nukleáris létesítményeknél: 

Kis mennyiségű kibocsátást csak a kibocsátási ponton lehet mérni, a lakosság szempontjából már szignifikáns (a háttérsugárzás fluktuációját meghaladó) sugárterhelést a környezeti mérőeszközökkel is észlelni lehet (on-line mérés, mintavétel és laboratóriumi mérés).

Környezet védelmének láncszemei Országos korai riasztási rendszerek: 

Céljuk elsősorban a lakosság megbízható védelme a váratlan (elsősorban külföldi eredetű) sugárterhelés ellen. Az ellenőrzés a gamma-sugárzás mérésén alapszik, szignifikáns (a háttérsugárzás 2-4 szeresének megfelelő) emelkedése esetén riaszt.

Nemzetközi tájékoztatási kötelezettség: kétoldalú és a Nemzetközi Atomenergia Ügynökségen keresztül.

Környezet védelmének láncszemei Határforgalmi ellenőrzés: 

Cél: a közúti és vasúti forgalomban belépő szállítmányok ellenőrzése nagyérzékenységű gamma-sugárzás detektorokkal (jeleznek a koncentrált természetes sugárzókra is, pl. K-tartalmú műtrágya, bizonyos kerámiák).

Eljárások a lakossági sugárterhelés csökkentésére 

elzárkóztatás a szennyezett levegő (a radioaktív felhő) és a talajfelszínre, épületekre kiülepedett radionuklidok sugárzása elől



kitelepítés akár időlegesen, vagy véglegesen



a szennyezett felületek, elsősorban a talaj eltávolítása és elhelyezése, a szennyezett talaj lefedése szennyezetlennel



az élelmiszerek kezelése a szennyezettség csökkentésére



élelmiszer fogyasztás korlátozása, táplálékláncba való bejutás megakadályozása, csökkentése



radioaktív jód szennyeződés esetén a jódprofilaxis, jódtabletta szedése

Atomfegyverek működése és hatásai

Nukleáris fegyverek fogalma A nukleáris fegyver a tömegpusztító fegyverek egy fajtája, melynek pusztító hatását nehéz elemek egyes izotópjainak (pl.: 235U, 239Pu stb…) maghasadása, illetve könnyű elemek (pl.: deutérium D – 2H, trícium T – 3H) magjainak fúziója során felszabadult energia szolgáltatja.

Nukleáris fegyverek csoportosítása 1. Robbanás mechanizmusa szerint: – hasadás (egyfázisú); – hasadás – fúzió (kétfázisú); (pl. termonukleáris fegyverek)

– hasadás – fúzió – hasadás (háromfázisú);

Nukleáris fegyverek csoportosítása 2. A robbanáskor felszabaduló energia (hatóenergia) szerint – – – – –

nagyon kis hatóenergiájú ( töltet < 1 kt); kis (1 – 10 kt); közepes (10 – 100 kt); nagy (100 kt – 1 Mt); és nagyon nagy ( > 1 Mt) hatóenergiájú Cár bomba 50 Mt (1961)

Nukleáris fegyverek csoportosítása 3. Hordozóeszközök típusai lehetnek: • légi-, vízibombák; • torpedók; • tüzérségi lövedékek; • aknák; • interkontinentális ballisztikus rakéták; • stb.

Nukleáris fegyverek működési elve 1. A magot alkotó nukleonok tömegének és a mag tényleges tömegének különbsége a tömegkülönbség, ez az ún. tömegdefektus, Δm. A Δm tömegváltozás ΔE energiaváltozásnak felel meg számszerű értéke az Enstein-féle egyenlet szerint (tömeg-energia ekvivalencia):

E  m * c

2

Nukleáris fegyverek működési elve 2. Nukleáris láncreakció:

Nukleáris fegyverek működési elve 3. A kritikus tömeg egy radioaktív izotóp azon tömege, melynél az önfenntartó láncreakció megvalósítható. Ennek az állapotnak a jellemzésére használatos az ún. sokszorozási tényező, mely megadja, hogy az egy hasadásban keletkezett neutronok átlagosan hány neutront hoznak létre újabb hasadás kiváltása útján: k

Szekunder kiváltott neutronok száma Primer kiváltott neutronok száma U-233

16 kg

U-235

52 kg

Pu-239

10 kg

Egyes izotópok kritikus tömegei, ideális gömbalakkal, reflektor nélkül

Szubkritikus rendszer

Szuperkritikus rendszer

kritikus rendszer

Atomrobbantások fajtái • • • •

magaslégköri (30 km fölött) légi földi – vízi (földközeli, a tűzgömb éri a födet) földalatti - víz alatti

Hirosima (1945. augusztus 6.)

Enola Gay

Little Boy típus (urániumbomba)

– 15.000 t TNT – 1000 m magasságban robbant fel Átmérő:

0,71 m

Hossz:

3,05 m

Tömeg:

4037 kg

Hatóenergia:

15-16 kt

Alkalmazás

Hiroshima

Nagaszaki (1945. augusztus 9. 11 óra) – 21.000 t TNT – kb. 500 m magasságban robbant fel – 39.000 azonnali haláleset, 25.000 sebesült Fat Man típus (plutóniumbomba)

Átmérő:

1,53 m

Hossz:

3,25 m

Tömeg:

4672 kg

Hatóenergia:

21-22 kt

Alkalmazás

Nagaszaki

Nukleáris fegyverek pusztító hatásai 1. • lökéshullám

• fény- és hősugárzás

Nukleáris fegyverek pusztító hatásai 2. • Áthatoló sugárzás • Kihulló radioaktív szennyezés

• Elektromágneses impulzus

“EGY ANYÁT ÉS ANNAK KÉT GYERMEKÉT ELNYELTÉK A LÁNGOK AHOGYAN MENEKÜLNI PRÓBÁLTAK. AZ ANYA ELŐREVETETTE MAGÁT A FÖLDÖN, ÉS A KÉT GYERMEKET MAGA ALÁ HÚZTA, HOGY ÍGY VÉDELMEZZE ŐKET. EBBEN A TESTHELYZETBEN HALTAK MEG MINDANNYIAN EGYÜTT. A GYEREKEK UJJAI MÉLYEN BELEÁSTÁK MAGUKAT ANYJUK BŐRÉBE.”

Százezernyi gyertya úszik a Motoyasu folyón minden év augusztus 6-án.

Magfizikai alapok 1. Dr. Csurgai József

Recommend Documents