przez $D014 w 10 Maj 2024, 01:25
Motto:Uwielbiam zgłębiać wiedzę.
Im bardziej w coś się wgryzam
tym bardziej jestem zdezorientowany.
Im bardziej jestem zdezorientowany,
tym większą mam ochotę, aby drążyć dalej.
Im głębiej drążę, tym lepsze zadaje pytania.
Tomas Peters: amerykański bestsellerowy pisarzSzanowni Państwo!CZĘŚĆ TEORETYCZNA…
Przedstawiam swoją kompleksową analizę dotyczącą Awarii Czarnobyla pod kątem aktywności izotopów oraz dawek promieniowania. Może się przydać do samodzielnych studiów i przemyśleń… Korzystałem z: "Exposures and effects of the Chernobyl accident" UNSCEAR 2000 ANNEX J (drobna edycja tego tekstu wkrótce po publikacji – dodałem: LINK DO TEGO DOKUMENTU). Ściślej – przede wszystkim z tabeli 46. najistotniejszych radionuklidów w rdzeniu IV Bloku ЧАЭС oraz tabeli najważniejszych 25. wyemitowanych w 1986 r.
W Raporcie UNSCEAR, aktywność była podana w PBq – tj. wielokrotności jednostki aktywności zwanej Bekerelem, czyli ilości rozpadów na sekundę. Wspomnę przy okazji, że w literaturze fachowej można spotkać jednostkę Kiur – odpowiadająca mniej więcej aktywności 1 grama 226-Ra. 1 Ci = 37 GBq. Zaś 1 PBq = aż 1 000 000 000 000 000 Bq (bilard Bq) lub 27 027 Ci. W notacji naukowej te liczby zapisuje się np. 3.7E+10 Bq oraz 1.0E+15 Bq. Tak można zaś obliczyć fizyczną ilość izotopu, znając liczbę masową (jest akurat w nazwie!) i okres półtrwania (dostępny np. w Internecie). Oto wzór: - aktywność 1 grama izotopu (w czystej postaci, bez np. domieszek):
(6.022E+23 × 0.693) / (liczba masowa × T½ w sekundach)
Warto zwrócić uwagę, jak duża jest rozpiętość okresów połowicznego rozpadu izotopów: od ułamka sekundy do eonów! W przypadku tych izotopów z Raportu UNSCEAR, mamy rozpiętość tych okresów od ok. 2 000 s. dla 138-Cs do aż ok. 141 000 000 000 000 000 s. dla 238-U. Ewidentnie widać, że izotop Cezu jest dużo bardziej radioaktywny od Uranu! Te indywidualne różnice wynikają ze specyficznych właściwości danego izotopu i w toku przemian mogą się przekształcić w inne izotopy promieniotwórcze lub trwałe (niepromieniotwórcze). Ten izotop Cezu staje się szybko stabilnym Barem, a Uran długo po eonach Ołowiem… Analizując dane, warto zauważyć diametralne różnice ilości 238-U względem innych izotopów w IV Bloku EJ. W danych źródłowych podano aktywność 238-U w rdzeniu na 0.0023 PBq = 2 300 000 000 000 Bq / 12 400 Bq/g 238-U = ~185 000 000 g = 185 ton! Blisko realnej ilości paliwa w RBMK…
Wprawdzie wcześniej robiłem już takie analizy – skupiałem się przedtem wyłącznie na zmianach ilości i radioaktywności w przeciągu czasu. Tym razem zanalizowałem i dodałem dodatkowo potencjalne dawki promieniowania. Jest to uwolniona energia kinetyczna na jednostkę masy (ang. kinetic energy released per mass unit) czyli KERMA. Jednostką jest Grey/godzinę: Gy/h. Wyliczyłem je dla odległości 1 metra w powietrzu. Można też spotkać w literaturze dotyczącej dozymetrii i radiologii pomiar kermy w odległości 10 cm (0.1 m). Jednak wtedy okazało się, że w tabelach, prawie wszystkie izotopy generują „szalone”, dawki, bo w odległości dziesięć razy bliższej dawki są proporcjonalnie 100 razy większe! Dla większej czytelności dawek, przekształciłem je na bardziej intuicyjne przedrostki „SI” od: „Mega-”, „kilo-”, Gy bez przedrostka, „mili-”, „mikro-”, „nano-” i wreszcie „piko Gy/h”. Rozpiętość aż 18. rzędów wielkości! Oczywiście te pseudo „dawki” poniżej 1 µGy/h są na poziomie naturalnego tła – zdecydowałem się podać te pGy/h dla wglądu i porównania… Są też znaczki stopnia zagrożenia: śmiertelne ☠, wysokie ⛨, średnie ⚠, niskie ☢.
UWAGA: Te dawki przerażająco wyglądające dawki rzędu „Mega-” „Kilo-”, czy „Gy/h” mają charakter poglądowy. Jest oczywistym, że te nuklidy wówczas wyemitowane ulegają cały czas rozproszeniu i zanikowi w środowisku – gdyż szacuje się że skażenie rozprzestrzeniło się na obszarze co najmniej 140 000 km². Moje wyliczenia dotyczą zawsze całkowitej aktywności/ilości danego izotopu – o tym proszę pamiętać! Wygląda na to że z pewnością bardziej zbliżone do moich wyliczeń dawki, można za to napotkać w resztkach rdzenia pod Sarkofagiem – ale tam się nie wchodzi…
OTO TAKI PRZYKŁAD: tam, gdzie było lub może jest skażenie 137-Cs, rzędu 1 480 kBq/m² = 40 Ci/km²., to taka ilość skażenia odpowiada fizycznej ilości… niecałe 0.0000005 grama izotopu/m². Dlaczego tak mała ilość? Bo aktywność właściwa 137-Cs to ponad 3 Tbq/gram!!! Pomijając osłonową właściwość gleby, to taka „ilość” nuklidu w odległości metra daje dawkę… 122 nGy/h (~0.1 µGy/h!). ZUPEŁNIE BEZPIECZNA! Teoretycznie zaś, gdyby było w tym miejscu skażenie całkowitą dziś istniejącą ilością wyemitowanego 137-Cs z ЧАЭС, tj. 11 163 gram = dawce aż 2,73 kGy/h!!! Bowiem 1 gram 137-Cs = 0,245 Gy/h z 1 metra. Zatem:
- [(0.0000005 grama ze skażenia / 11 163 gramów całk. Ilości) ×
× 2730 Gy/h dawki od całk. Ilości) = 0.000000122 Gy/h =
= 122 nGy/h
Ok, dosyć już o dawkach! Są inne tabele w tym opracowaniu do omówienia… Przy analizie tabeli z opisem szeregów promieniotwórczych i wykresów zmian aktywności, zwraca uwagę różnica między przemianami produktów rozszczepienia (izotopy o liczbach masowych „A” od 3 do 154 oraz liczbach atomowych: Z = 1, 6 oraz od 36 do 63), a między tzw. mniejszymi aktynowcami, o: A = 235-244 (Z = 92-96). Skąd te izotopy pochodzą?
W świeżym paliwie jądrowym mamy przede wszystkim 238-U i do kilku procent rozszczepialnego 235-U, fizycznie w postaci niewielkich pastylek UO₂ będących w kasetach paliwowych w rdzeniu. W toku pracy reaktora 235-U ulega w sporej części rozszczepieniu produkując energię, skąd pochodzą te bardzo radioaktywne produkty rozszczepienia. Ale te izotopy uranu ulegają też częściowo przekształceniu w inne w wyniku tzw. wychwytu neutronów. I tak z 238-U, powstaje pewna ilość 239-U, a następnie samorzutnie 239-Np i z niego rozszczepialny 239-Pu. Co ciekawe nie zawsze ten izotop plutonu jest rozszczepiany neutronami! Wówczas powstają np. 240-Pu, 241-Pu, 242-Pu. Tenże 241-Pu, przekształca się samoistnie w 241-Am i kolejne… Zastanawia mnie brak izotopu 243-Cm w analizie UNSCEAR – to może dlatego, że jest go w wypalonym paliwie mało (stosunkowo chętnie absorbuje neutrony i jest łatwo rozszczepialny). Inne aktynowce jak np. Kaliforn choć też są w rdzeniu, jest ich jednak mało…
Jednym z argumentów przeciwników energii jądrowej jest to, że obecność tych pierwiastków transuranowych zwiększa znacząco czas radioaktywności wypalonego paliwa – to fakt… Owszem, w początkowych dekadach i stuleciach głównie dawki pochodzą od Cezu:137-Cs – to potem główne dawki będą z 241-Pu/241-Am. Co ciekawe, choć w produktach rozszczepienia mogą się znaleźć i długożyciowe izotopy: 99-Tc, 129-I, 135-Cs, ale dzięki tej analizie przekonałem się, że ich aktywności i dawki od nich, są nieistotne. A szczerze mówiąc od dawna to mi w nich zastanawiało…
W tabeli szeregów promieniotwórczych, można zauważyć, że izotopy rozpadają się na różne sposoby… Ciężkie izotopy są w zdolne w przypadku niektórych do emisji cząstki α, czyli jądra helu – nowy izotop ma o dwa protony i dwa neutrony mniej – staje się nowym pierwiastkiem! Produkty rozszczepienia przekształcają się przez emisję β- (elektronu i antyneutrina), bo wtedy jeden z neutronów przekształca się w proton, czyli też dochodzi do transmutacji. Może też zdarzyć się sytuacja zamiany protonu w neutron – wymaga to większej energii jądra, bo neutrony są nieco cięższe od protonów – występuje w przemianie wychwytu elektronów EC lub przemianie β+. Ciężkie jądra potrafią się też samorzutnie rozpaść: SF. Bywają też izotopy emitujące jedynie foton γ. Jest to przemiana IT i dotyczy tzw. IZOMERÓW, czyli specyficznego rodzaju wzbudzonych na pewien czas izotopów, Oznacza się je dodatkową literką „ᵐ” przy liczbie masowej – czasem się bowiem można spotkać z tym oznaczeniem w literaturze fachowej.
PRZYKŁADY IZOMERÓW: 99ᵐ-Tc (używany w diagnostyce), wymienione tu: 110ᵐ-Ag, 129ᵐ-Te, krótkożyciowy 137ᵐ-Ba – źródło dużych dawek z 137-Cs.
Gdy będziecie Państwo analizować wykresy, zwrócicie być może uwagę na to, że niektóre z nich mają „schodkowate” skomplikowane spadki u aktynowców – to z powodu szeregu ich wielokrotnych transmutacji… Może niektórych niepokoić, że dziś stosunkowo mało aktywny Uran, w dalekiej przyszłości stanie się bardziej radioaktywny w wyniku nagromadzenia izotopów potomnych. Będzie to za miliony, a nawet miliardy lat – gdy już Słońce „zgaśnie”, a z naszą Galaktyką zderzy się M31! Szmat czasu… Za to spadki u krótkożyciowych izotopów są tak szybkie, że ledwo je widać! Zostawiłem je tak, bo większość wykresów pasuje do 1.0E–2, a 1.0E+12 lat.
Przypomnę też zasadę odczytu skali logarytmicznej, bo dla czytelności na wykresach są tylko główne jednostki: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
╨─────────┴────────┴───────┴──────┴─────┴────┴───┴─┴╨
10 20 30 40 50 60 70 80 90100
╨─────────┴────────┴───────┴──────┴─────┴────┴───┴─┴╨ itd.Opracował:
Andrzej Karoń
Ostatnio edytowany przez
$D014, 10 Maj 2024, 14:34, edytowano w sumie 1 raz
Trochę tą przebieranką przed Sarkofagiem wkurzyłem Ukraińskiego Przewodnika, ale co tam... :-)
-
Za ten post $D014 otrzymał następujące punkty reputacji:
- Universal, Darth ReX.