23
UNIVERZITET U PRIŠTINI FAKULTET TEHNIĆKIH NAUKA KOSOVSKA MIRTOVICA SEMINARSKI RAD GEOHEMIJA I ZAŠTITA Tema: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA Mentor: Student:

RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

  • Upload
    -

  • View
    1.124

  • Download
    5

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

UNIVERZITET U PRIŠTINI

FAKULTET TEHNIĆKIH NAUKA

KOSOVSKA MIRTOVICA

SEMINARSKI RAD

GEOHEMIJA I ZAŠTITA

Tema: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Mentor: Student:Emin Memović Milan Milojević 14/08

Kosovska Mitrovica, 2011 godine

Page 2: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Sadržaj:

UVOD..............................................................................................................................................3

RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA..............................................................................3

Radionuklidi u prirodi.................................................................................................................3

Prirodni nuklearni reaktori.......................................................................................................6

Radioaktivni elementi u zemljištima i vodama...........................................................................6

Radionuklidi i životna sredina.....................................................................................................8

Radionuklidi i zdravlje..............................................................................................................10

Osiromašeni uran.......................................................................................................................11

Odlaganje radioaktivnog otpada................................................................................................11

Odlaganje u kosmosu.............................................................................................................12

Smeštanje u dubokim bušotinama.........................................................................................12

Direktno injektiranje..............................................................................................................12

Stapanje stena........................................................................................................................12

Odlaganje ispod morskog dna...............................................................................................13

Odlaganje na morskom dnu...................................................................................................13

Razblazenje i rasejavanje.......................................................................................................13

Odlaganje u zonama subdukcije............................................................................................13

Odlaganje u ledenom pokrivaču............................................................................................13

Reprocesiranje - razdvajanje i transmutacija.........................................................................14

Duboko geološko odlaganje..................................................................................................14

Dugoročno skladištenje.........................................................................................................14

Radioaktivna zagađenja životne sredine....................................................................................14

Literatura...................................................................................................................................15

2

Page 3: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

UVOD

Radioaktivnost je otkrivena krajem XIX veka i to otkriće je obeležilo XX vek, a sigurno neće izgubiti aktuelnost ni u XXI veku.

Iako je radioaktivnost u životnoj sredini postala aktuelna tek u novije vreme, zahvaljujući pre svega nuklearnom naoružanju i nuklearnim elektranama, ona postoji u prirodi još od nastanka Zemlje kao planete, tj. prethodila je pojavi svih živih bića. Ta prirodna radioaktivnost potiče od radioaktivnih izotopa u litosferi, hidrosferi, biosferi i pedosferi, kao i od kosmičkog zračenja. Matjušin (1974) smatra da je povišena radioaktivnost mogla da utiče čak i na proces antropogeneze. Ivanova (1965) pretpostavlja da je povećana radioaktivnost u geološkoj prošlosti uticala na razvoj organskog sveta, ali i na izumiranje organizama. Ako se uzme u obzir vreme poluraspada U i činjenica da se biosfera razvija od pre 3.5-4 milijarde godina, onda je očigledno da je tada bilo dvaput više U, a da je zračenje bilo tri puta veće nego danas. Ne postoje pouzdani podaci kako i zašto se menjala prirodna radioaktivnost u toku geološkog vremena. Međutim, jedno je sigurno: veštački izazvana radioaktivnost raste s tehnološkim razvojem, a samim tim i njen udeo u ukupnoj radioaktivnosti kojoj smo danas izloženi.

Današnji čovek je okružen radionuklidima iz kosmosa, stenske podloge, zemljišta, voda, hrane, pića, zidova kuća, pojedinih kućnih i medicinskih aparata. I sam čovek sadrži malu količinu prirodnih radionuklida.

RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Od različitih zračenja u prirodi (vidljivo, infracrveno, ultraljubičasto, radio talasi itd.) najznačajnije je jonizujuće zračenje koje izaziva promenu fizičkog stanja atoma. Alfa-zračenje čine pozitivno naelektrisane čestice koje imaju slabu prodornu moć - mogu se zaustaviti pomoću papira. Alfa-čestice prodiru samo u tanki površinski sloj ljudske kože. Daleko je opasnije njihovo unošenje u organizam preko disanja ili hrane i vode. Beta-zračenje čine elektroni koji imaju veću prodornost od alfa-čestica. Aluminijumska ploča od nekoliko milimetara potpuno zaustavlja beta-čestice. U velikoj meri beta-zračenje nastaje od tricijuma pri nuklearnim eksplozijama. Gama-zračenje predstavlja elektro-magnetno zračenje i ima veliku prodornost. Ono može potpuno proći kroz ljudsko telo, a efikasno se zaustavlja pomoću betona debljine od 1 m. Gama- zraci nastaju i od Co-60 pri zračenju karcinoma. Vrsta zračenja ima presudni značaj za njihovo biološko dejstvo. Radioaktivno zračenje dovodi do hemijskih i bioloških promena .

Radioaktivno raspadanje odvija se spontano u prirodi. Vreme poluraspada predstavlja vreme za koje se raspadne polovina atomskih jezgara određenog radioaktivnog izotopa. Ono iznosi od delova sekunde do više milijardi godina. Izotopi koji imaju dugo vreme poluraspada izazivaju poseban problem pri odlaganju radioaktivnog otpada.

Jedinica radioaktivnosti je bekerel (Bq) i predstavlja jedan radioaktivni raspad u sekundi. Pošto je to mala jedinica, uvedena je jedinica kiri (1 kiri == 37 milijardi Bq), koja je opet veoma velika jedinica, pa se u praksi najčešće koristi pikokiri.

Radionuklidi u prirodi

Iz najviših delova Zemljine kore (debljine 1 km) na površinu Zemlje dospeva oko 8000 kalorija na 1 km2 od prirodnog radioaktivnog raspadanja. U geološkoj prošlosti količina oslobođene toplote bila je znatno veća (do 3.5 puta).

3

Page 4: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

U prirodi je otkriveno oko 80 radioaktivnih i oko 300 stabilnih izotopa. Za površinu Zemlje najvažniji elementi koji daju radioaktivnost jesu U, Th i K. Ti elementi su karakteristični po litofilnom karakteru i vezanosti za kisele magmatske stene.

Uran. Srednji sadržaj U u Zemljinoj kori je 2.5 ppm. Uran ima tri prirodna izotopa: U-238 (99.3 %), U-235 (0.7 %) i U-234 (0.0056 %). Uran-238 je daleko značajniji za životnu sredinu ne samo što je više zastupljen, nego i što mu je aktivnost u prirodi oko 20 puta veća od U-235. Izotopi U-238 i U-235 daju dve različite serije radioaktivnog raspadanja čiji su produkti Pb-206 i Pb-207 (tabela 1). Uran-234 ima vreme poluraspadanja od 2.5 x 105 godina. Današnja raspodela U u različitim delovima sveta odlikuje se velikom neravnomernošću: postoje područja s veoma niskim sadržajima, ali i područja sa sadržajima U koji su 5-15 puta veći od dozvoljenog sadržaja.

Uran ulazi u sastav oko 100 minerala, od kojih su najznačajniji: uraninit UO2, pehblenda U(Si04)1-x(OH)4x, branerit (U,Y,Ca,Fe,Th)3Ti5O16, davidit (Fe,Cu,U)(Ti,Fe)3 (O,OH)7, uranotorit (Th,U)Si04 i uranotorijanit (Th,U)O2. Od četiri oksidaciona stanja najvažniji su U4+ i U6+. Uran (U4+) gradi čvrste rastvore s Ce4+, Zr i Th ulazeći u sastav minerala cerijanita, cirkona i uranotorijanita. Ti minerali su akcesorni sastojci u stenama i veoma su otporni na. površinsko raspadanje, pa se nalaze u aluvijalnim sedimentima.

U drugim rastvorljivijim mineralima U4+ se lako oksidiše u uranil-jon UO22+ koji ulazi u

sastav sekundarnih minerala: autunita Ca(UO2)2(PO4)2 x 12H2O, torbernita Cu(UO2)2 (PO4)2 x 12H2O i kamotita K2(UO2)2(VO4)2 x nH2O.

U magmatskim stenama U se uglavnom nalazi u akcesornim mineralima koji se mogu obogatiti u peskovitim sedimentima zbog svoje rezistentnosti (tabela 2). U oksidacionim uslovima U se oksidiše i precipitira u redukcionim uslovima i vezuje za organsku materiju i Fe-sulfide. Uran može biti koncentrisan u fosforitima i lignitima stvorenim u redukcionim uslovima (tabela 3).

Tabela 1. Serija radioaktivnog raspadanja U-238

Izotop Poluvreme raspadan ja Način raspadanjaU-238 4.5 x 109 godina α,γTh-234 24.1 dan β,γPa-234 6.75 časa β,γU-234 2.48 x 105 godina α,γTh-230 8.0 x 104 godina α,γRa-226 1622 godina α,γRn-222 3.82 dana αPo-218 3.05 minuta αPb-214 26.8 minuta βBi-214 19.7 minuta α ,β,γPo-214 1.6 x 10-4 sekundi αPb-210 22.0 godina β,γBi-210 5.01 dana βPo-210 138.4 dana αPb-206 stabilan

Za životnu sredinu U je najznačajniji radioaktivni elemenat. Uran (U6+) veoma je mobilan u oksidacionim uslovima, naročito u kiselim i karbonatnim vodama, a takođe i u vidu koloidnih čestica i organskih kompleksa. U redukcionim uslovima U se lako sorbuje na organskoj materiji i sulfidima Fe. Mobilnost U veoma je zavisna od Eh/pH uslova.

4

Page 5: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Torijum. U prirodi se pojavljuju dva izotopa Th: Th-232, čije je vreme poluraspadanja 1.41 x 1010 godina (tabela 4), a krajnji produkat Pb-208, i Th-230 koji je najčešće prisutan u mineralima U, jer nastaje od U-234 i U-238. Vreme poluraspadanja Th-230 iznosi 80.000 godina.

Kao i U, torijum se nalazi u akcesornim mineralima: monacitu (Ce,La,Nd,Th)PO4, braneritu (U,Y,Ca,Fe,Th)3Ti50,6, toritu ThSiO4, uranotoritu (U,Th)SiO4 itd. U prirodi se pojavljuje samo u jednom oksidacionom stanju: 4+ i gradi čvrste rastvore sa U, Ce i Zr. Svi torijumovi minerali su veoma otporni na površinsko raspadanje. Za vreme površinskog raspadanja Th je relativno nerastvoran i koncentriše se u akcesornim mineralima ili je adsorbovan na glinama.

Tabela 2. Sadržaj U i Th (ppm) u glavnim i akcesornim mineralimamagmatskih stena (Wedepohlt 1978)

Mineral U ThGlavni minerali

Kvarc 0.1 -10 0.5 - 10Feldspati 0.1-10 0.5 - 10

Biotit 1-6o 0.5-50Muskovit 2-8 —

Hornblenda 0.2-60 5-50Pirokseni 0.1-50 -

Olivin (iz dunita) 1 ~ 0.05 0.02

Akcesorni mineraliAlanit 30-1000 1000-20.000Apatit 10-100 50-250Epidot 20-200 50-500Granat 6-30 —

Magnetit 1-30 0.3-20Monacit 500 - 3000 20.000 - 200.000

Sfen 10-700 100-1000Cirkon 100 - 6000 100-10.000

Tabela 3. Sadriaj U i Th u različitim stenama (ppm)

Stena U ThGranitoidi 2.2-15 8-56Gabroidi 0.84 4

Dunit 0.014 0.05Alkalne intruzivne stene 1.4-20 0.55-35

Rioliti i daciti 5 _Bazalti 0.10-0.99 0.19-5.4Peščari 0.5 - 3.2 1-9Glinci 2-8 10-13

. Crni glinci 3 -1244 —

Bentoniti 5 24Krečnjaci 0.35-2.3 0.05-2.4Dolomiti 0.03-2.0 _Fosforiti 50-300 1-5

Ugalj 20-<6000—

Nafta (0.17-10) x 103 —

Gnajs 2-7 4-27Amfibolit 0.3-3.5 0.3-5Mermer 0.17-0.36 0.03Filit « 1.9 5.5

5

Page 6: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Tabela 4. Serija radioaktivnog raspadanja Th-232Izotop Poluvreme raspadanja Način raspadanja

Th-232 1.41 x 10,u godina α Ra-228 6.7 godina βAc-228 6.13 časova β,γTh-228 1.91 godina αRa-224 3.64 dana αRn-220 55.3 sekundi αPo-216 0.145 sekundi αPb-212 10.64 časova β,γBi-212 60.6 minuta α, βPo-212 3.04 x 107 sekundi αTI-208 3.10 minuta β,γPb-208 stabilan

Kalijum . Srednji sadržaj K u Zemljinoj kori je oko 2.5 %. Kalijum se pojavljuje u mnogim alumosilikatima. U granitoidima sadržaj K20 varira od 0.5 do 8 %, a u sedimentnim stenama 0.3-2.7 %. U prirodi se pojavljuju tri izotopa K: K-39 (93.8 %), K-40 (0.012 % - jedini radioaktivan) i K-41 (6.9 %).

Prirodni nuklearni reaktori

U rudniku urana Oklo u Gabonu (Afrika) otkriveni su ugašeni prirodni nuklearni reaktori koji su bili aktivni pre oko 2 milijarde godina. Do tog otkrića došlo je slučajno kada su francuski stručnjaci utvrdili da se u prirodnom uranu pojavljuje značajan manjak U-235. Naime, prirodni U sadrži 0.720 % fisionog U-235, a ruda iz Okla imala je nekoliko hiljaditih delova procenta manje. Izotopsko razblaženje nastalo je prirodnim putem, a pojedine rudne žice imale su i dvaput manje U-235. To je objašnjeno lančanim procesom fisije koje se odigralo u prirodi. Osim smanjenog udela U-235, nađeni su i elementi retkih zemalja koji nastaju raspadanjem U-235.

Dokazano je postojanje šest fosilnih nuklearnih reaktora u sedimentnim stenama starim 2050 miliona godina. Bila je prisutna i voda koja je sporo proticala kroz uranovo orudnjenje, usporavala neutrone i odvodila toplotu koja je nastajala u tom prirodnom reaktorskom jezgru. Smatra se da su oni bili na dubini oko 5 km ispod površine okeana i da je voda bila pod pritiskom.

Radioaktivni elementi u zemljištima i vodama

Sadržaj i raspodela radioaktivnih elemenata u zemljištu, vodi i vazduhu daleko su značajniji od sadržaja u stenama. Rezidualna zemljišta uglavnom odražavaju sadržaj U u matičnim stenama, mada može doći do obogaćenja ili osiromašenja zavisno od pH i Eh, naročito tamo gde dolazi do akumulacija huminskih organskih materija. Kao primer može da posluži severna Švedska gde u tresetištima ima do 3.1 % U (na bazi suve materije; Armands, 1967).

U površinskim uslovima U prelazi u rastvor i može daleko da migrira i da se obogaćuje u površinskim i podzemnim vodama. Uran formira komplekse UO2(CO3)34-, UO2(CO)2

2- i UO2(HPO4)2- koji su najstabilniji u rastvoru pri pH većem od 7.5.

Pri površinskom raspadanju dolazi do razdvajanja U od produkata njegovog radioaktivnog raspadanja zbog različitih hemijskih svojstava i poluvremena raspadanja. Uran je znatno mobilniji od Ra-228 koji je fiziološki vrlo važan: Ra-228 u stenama 9 x 10 -7 ppm, a

6

Page 7: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

u zemljištima 8 x 10-7 ppm. Tamo gde je U obogaćen znatno veća količina Ra prelazi u rastvor i može da migrira nekoliko kilometara, a zatim se adsorbuje na oksidima Fe i Mn i glinovitim mineralima. Radijum može takođe da koprecipitira sa Ba, Ca ili Mg. Zajedno s Ra ili blizu njega nalazi se i produkt njegovog raspadanja - Rn-222 čije je vreme poluraspadanja 3.8 dana. Radon uglavnom migrira difuzijom kroz porozne stene ili rastvaranjem u podzemnim i površinskim vodama, kao i migracijom duž raseda i prslina.

Zemljišta najčešće imaju nižu radioaktivnost nego stene od kojih su nastala. Graniti imaju znatno veću radioaktivnost nego bazične stene. Iznad granita radijacija je 10 i više puta veća u odnosu na prosečnu vrednost (Bowie, Plant, 1983). Međutim, neki glinci mogu sadržavati 10 i više puta U nego graniti sa najvišim sadržajima U.

Sadržaj Th u zemljištima sveta najčešće je u opsegu 0.4-21.0 ppm, a U 0.10-11.02 ppm (tabela 5; Kabata-Pendias, Pendias, 1984), a Ra 0.6-1.1 ng/kg (0.0006-0.0011 ppb - srednja vrednost 0.0008 ppb, Bowen, 1979). Radijum je. veoma mobilan u veoma kiselim zemljištima. Njegov sadržaj u površinskim delovima zemljišta viši je nego u u dubljim horizontima, što se objašnjava kontaminacijom preko antropogene aktivnosti (upotreba veštačkih đubriva, sagorevanje uglja itd.). Na isti način svake godine obogaćuju se zemljišta i sa U i Th.

Neke biljke mogu da akumuliraju U u uranskim geohemijskim provincijama i do 100 puta više nego u drugim područjima. U područjima sa mineralizacijom U nađene su najveće koncentracije U u drveću (do 2.2 ppm, Shacklette et al., 1978), a u okolini fabrika fosfatnih đubriva biljka pelen sadrži do 8 ppm U (Gough, Severson, 1976). Kopnene biljke pokazuju sadržaje u opsegu 5-60 ppm (na bazi suve materije, Bowen, 1979). U kukuruzu i krompiru utvrđene su koncentracije U od 0.8 ppb (suva materija, Lual et al., 1979).

Torijuma ima više nego U u kopnenim biljkama: opseg <8-1300 ppb (suva materija, Bowen, 1979), a u povrću <5-20 ppb (Lual et al, 1979). Postoje dve biljne vrste: Uncinia leptostachya i Coprosma arborea, koje mogu akumulirati 1-3 %U.

Tabela 5. Sadržaj U i Th u različitim površinskim zemljištima (ppm) Th U

Zemlja Opseg Srednja vrednost

Opseg Srednja vrednost

Bugarska 3.6-17.8 9.3 - -

Kanada 4.2-14.1 8.0 0.72-2.05 1.22Velika

Britanija

— 10.5 — 2.60

Nemačka 0.4 -15.0 8.0 0.42-11.02 -

Indija - - - 11.00Poljska 1.4-7.2 3.4 0.10-2.33 0.79SAD 2.2-21.0 7.6 0.30-10.70 3.70

Sadržaji U u podzemnim vodama u velikoj meri zavise od vrsta stena kroz koje vode prolaze. Vrednosti preko 4 ppb tretiraju se kao anomalne. U aridnim kontinentalnim uslovima zabeleženi su sadržaji U od nekoliko stotina ppb, a u oblastima uranovih ležišta do 2000 ppm, pa i više.

7

Page 8: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Tabela 6. Sadriaj U iThu različitim vodama (ppb)

Lokacya U Th

Atlantik 1.1-2.5—

Pacifik 0.46-2.82 <0.05Baltičko more 0.8-59 -

Beringovo more 2.2 -

Kaspijskojezero 3-10-

Indijski okean 1.8-2.7 0.01Crno more 2 0.0022

Dunav (Austrija) 0.5-2.3-

Podzemne vode (S AD) 0.4-10 -

Rečna voda—

0.01Rečna voda (Japan)

-0.027

Voda (Florida)-

0.4

Sadržaj Ra u vodama obično je ispod 1 pCi l-1, dok rečne vode mogu imati 5-10 pCi l-1, a izvorske vode 10-100 x 103 pCi l-1. Najčešći sadržaji Rn su slični sadržajima Ra, tj. nekoliko pCi l-1, a izvori i bunari pokazuju sadržaje do nekoliko hiljada pCi l-1.

Sadržaj Th u zemljištima obično je oko 10 ppm, a u površinskim vodama 0.005-0.1 ppb. Sadržaj K-40 u Zemljinoj kori najčešće je oko 3 ppm, u sedimentnim stenama 1.3 ppni, a u površinskim i podzemnim vodama oko 0.3 ppm.

Sadržaj Th u vazduhu veoma se razlikuje zavisno od geografskog položaja: Južni pol 0.02-0.08, Grenland 20-40, Nemačka 30-1000, Japan 16-1300, Severna Amerika 50-1300 pg/m3. Podaci za U u vazduhu prilično su oskudni: srednja vrednost za Evropu 20 pg/ni3, a za Severnu Ameriku <500 pg/m3 (Kabata- Pendias, Pendias, 1984).

Proučavan je sadržaj urana u životnoj sredini u Srbiji (Radošević i dr., 2002). Obrađene su sve poznate prirodne pojave urana i prikupljeni podaci iz objavljenih i neobjavljenih radova. U Srbiji postoji nekoliko formacija u kojima se nalazi uran (granitoidi, kristalasti škriljci, vulkanske stene, pretercijami terigeni peščari i tercijarni sedimenti). Obraćena je pažnja i na hidrogeohemijske podatke, sadržaje radona, analize potočnih sedimenata i zemljišta. Zaključeno je da u Srbiji postoje izvesna područja u kojima je povećana mogućnost štetnog delovanja radionuklida na zdravlje Ijudi i životinja.

Radioaktivni elementi (U, Ra i Rn) otkriveni su u mineralnim vodama Srbije. Na osnovu velikog broja analiza određen je sredhji sadržaj U od 0.002 mg/1, Ra 0.24 Bq/1 i Rn 318 Bq/1 (Teofilović i dr., 2003). Povećani sadržaji U (>0.01 mg/1) nalaze se u područijima Pirot-Knjaževac, Kruševac-Bor, Uroševac- Kosovska Mitrovica i Sremska Mitrovica-Kanjiža. Povećani sadržaji Ra (>0.2 Bq/1) utvrđeni su u dva velika područja: Vranje-Kuršumlija-Zaječar i Peć- Beograd-Zrenjanin-Novi Sad, a povećani sadržaji Rn (>30 Bq/1) vezani su za područja gde ima i Ra (Niš-Aleksinac i Prijepolje-Aranđelovac).

Radionuklidi i životna sredina

Kosmičko zračenje varira sa nadmorskom visinom i geografskom širinom - veće je na većoj visini nego na nivou mora i veće je na polovima nego na ekvatoru. Torijumova radioaktivna serija ima veću specifičnu toksičnost i zastupljenost u prirodi.

Količina apsorbovane ekvivalentne doze zračenja izražava se u sivertima (1 Sv = 1 J/kg; tj. u džulima apsorbovane energije po kilogramu mase). Kako je sivert velika jedinica obično se koristi milisivert (mSv). Ranije se koristila jedinica irem koja je 100 puta manja od Sv. Jedan sivert jednak je jednom greju (Gy), tj. količini energije koja odgovara. količini toplotne energije

8

Page 9: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

koja je potrebna da se temperatura jednog litra vode poveća za 0.00024 °C. Grej je jedinica za merenje apsorbovane doze zračenja, a sivert uzima u obzir i relativni biološki uticaj raznih vrsta zračenja.

Srednje godišnje prirodno ozračivanje iznosi oko 2 mSv zavisno od mesta i načina života (tabele 7, 8). U Indiji, u državi Kerala, godišnje zračenje iznosi oko 11 mSv. Od ukupne godišnje ozračenosti oko 80 % otpada na prirodne izvore, a oko 20 % na veštačke izvore zračenja.

Maksimalna dozvoljena godišnja količina zračenja za radnike koji su u čestom kontaktu sa radionuklidima jeste 50 mSv, a za stanovništvo - 5 mSv, ne uzimajući u obzir prirodno zračenje i zračenje pri medicinskim ispitivanjima.

Smatra se da je radioaktivnost u vazduhu od nuklearnih elektrana znatno manja nego od termoelektrana i toplana. Iako je Rn gas koji iako odlazi iz Zemljine kore u atmosferu, pod određenim uslovima on se može koncentrisati u životnoj i radnoj sredini. U slabo ventilisanim podzemnim prostorijama, gde se eksploatišu metali i U, sadržaj Rn može daleko prevazići dozvoljeni nivo od 100 pCi/I. Dobra ventilacija i stalna kontrola sadržaja Rn efikasno su rešenje tog problema. Takođe i u kućama sagrađenim od granita Rn se može koncentrisati, ali tamo gde se živi i normalno provetrava nema mogućnosti za veće koncentracije. Produkti raspadanja Rn: Po-218, Po-214 i Po-210 spadaju u najopasnije radionuklide po ljudsko zdravlje.

Tabela 7. Izlozenost čoveka zračenju iz različitih izvora

Prirodni izvori Ekvivalentnagodišnja doza

Kosmičko zračenje na nivou mora 0.30 mSv (12.4 %)

U-238 i Th-232 1.37 mSv (56.8%)

K-40 0.30 mSv (12.4%)Ostalo 0.02 mSv (0.83 %)

Ukupno 1.99 mSv

Veštački izvori Ekvivalentna godišnja dozaMedicinski izvori 0.40 mSv (16.6 %)

Vojni nuklearni eksperimenti 0.02 mSv (0.83 %)

Nuklearne elektrane 0.001 mSv (0.04 %)

Tabela 8. Godišnja doza zračenja u mSv od građevinskog materijala

Drvo, veštački materijali, gips 0

Crep, beton 0.10-0.20

Kamen, veštački gips , 0.20-0.80Šljaka, plovućac 0.80-1.70

Uranonosni glinci kao građevinski materijal još su opasniji nego graniti, jer sadrže više od 100 puta U nego najbogatiji graniti.

Izotop K-40 se pojavljuje u svim cerealijama, voću i povrću, pa se na taj način akumulira u organizmima. Preko inhalacije unose se dugoživeći izotopi: Pb-210, Bi-210 i Po-210 koji nastaju raspadanjem Rn.

Toksični nivoi radioaktivnih elemenata u životnoj sredini najčešće se ocenjuju preko doze jonizujućeg zračenja. I dok su alfa-čestice najmanje prodorne, beta-čestice mogu biti apsorbovane od stena ili zemljišta debljine 0.5 cm, a prodor gama-zračenja sprečava 0.5 m debele stene ili zemljišta.

9

Page 10: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Ako se uzme u obzir kuća s dvorištem dimenzija 40 x 10 m i debljina zemljišta 1 m, onda se ispod površine Zemlje na tom području nalazi 7000 kg K koji sadrži 0.8 kg K-40,2.0 kg U i 6.0 kg Th.

Intenzivna upotreba fosfatnih đubriva povećava nivo U u zemljištima i okolini (Michie, Cooper, 1979). Sprašeni stenski fosfat može da sadrži 100-200 ppm U.

Da bi moglo da se govori o eventualnim povećanjima radioaktivnosti u životnoj sredini neophodno je preko regionalnih geohemijskih istraživanja utvrditi fon za radioaktivne elemente.

Radionuklidi i zdravlje

U regionalnom pogledu nema za sada pouzdanih dokaza da su razlike u prirodnim nivoima radijacije u nekoj vezi s bolestima u Velikoj Britaniji. Takođe nema dokaza o uzrocima i efektima između uzimanja prirodnih radionuklida i bolesti. To je veoma složen problem i više zavisi od biološke raspoloživosti radionuklida nego od njihove ukupne koncentracije. Sadržaj U u vodama ne mora biti u direktnoj vezi sa sadržajem U stenama i zemljištima, nego pre sa vodama visokog pH, visoke provodljivosti i visoke koncentracije rastvorenih karbonata.

Uran može biti prisutan u vodama u obliku rastvornih karbonatnih i fosfatnih kompleksa, hidroksida, fluorida, sulfata i verovatno silikata, kao i organskih kompleksa koji su posebno važni za područja s mekom kiselom vodom.

Akcesorni minerali u magmatskim stenama mogu da sadrže više od 75 % ukupnog U i Th, ali su oni tu imobilni. Neki minerali mogu da gube kristalnu strukuru preko alfa-bombardovanja i da postanu metamiktni, a samim tim i hemijski reaktivni i rastvorni u podzemnim vodama.

Uran, Th i K iz stena, zemljišta i voda uzimaju biljke, a neke vrste ih i akumuliraju. To je naročito izraženo u aridnim i semiaridnim oblastima gde se korenje pruža do dubine od 20 m pa i više i apsorbuje radionuklide.

Prema britanskim podacima (National Radiological Protection Board, 1981) oko 80 % godišnje doze zračenja u Velikoj Britaniji dolazi od prirodne radijacije. U tabeli 9 prikazana je raspodela radionuklida u ljudskom telu.

Maksimalni dozvoljeni nivo kontaminacije ljudi sa Ra-226 i Ra-228 iznosi 5 pCi l*1

(Rajagopal, Tobin, 1990).Među radioaktivnim supstancama koje ugrožavaju životnu sredinu posebno mesto

zauzimaju Cs-134, Cs-137, Co-58, Co-60, Sb-125, Ba-133, Ce- 144, Sr-90 i Cd-109. Skoro nijedan od ovih izotopa ne može se naći kao prirodni zagađivač, već predstavljaju produkte raspada urana i elemenata bliskih uranu koji se koriste u mirnodopske ili vojne svrhe.

Tabela 9. Raspodela radionuklida u ljudskom telu

Organ Način unošenjaRadionukliđi

prirodni veštački

Plućaudisanje gasova i

aerosolaRn-222, Po-210, Kr-85, Xe-133

Po-218, Pb-210, Pu-239, Pu-240

Kostiunošenje vodom i

hranomRa-226, Ra-228,

Pb-210Sr-90, Pu-239, . Pu-

240Štitna žlezda „ Ra-226, Ra-228 J-129, J-131

Bubrezi „Th-230, Th-232, U-

235, U-238Pu-239, Pu-240

Jetra „ Po-210Au-198, Pu-239,

Pu-240

10

Page 11: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Pod dejstvom atmosferskih padavina pojedini radionuklidi se ispiraju iz šljake uranskih ruda i transportuju u okolno zemljište gde se vremenom nagomilavaju. Analitički je ustanovljeno da se K, Sr i Cs vezuju najčešće procesima jonske izmene za slojevite silikate (gline), dok se izotopi Co i retkih zemalja talože u finozrnastim frakcijama u zemljištu, na primer u karbonatima.

Osiromašeni uran

Da bi se koristio kao nuklearno gorivo, prirodni U mora biti obogaćen sa U-235 jer se na taj način potpomaže i održava lančana reakcija. Međutim, prilikom obogaćivanja U otklanja se nepoželjni izotop U-238, pa se dobija nusprodukt - uran osiromašen u U-235. (ima 0.2 % U-235 za razliku od prirodnog koji ima 0.7 % U-235).

Osiromašeni U odlikuje se manjom radioaktivnošću, ali se proizvode njegove velike količine i nagomilavaju u nuklearnoj industriji. U početku se mislilo da se osiromašeni U može iskoristiti u oplodnim reaktorima, gde bi se proizveli drugi fisijski elementi (npr. Pu). Međutim, korišćenje osiromašenog U uglavnom je ograničeno kao zaštitnog agensa, koji zbog velike gustine i niske radioaktivnosti, nalazi primenu kod kontejnera za transport nuklearnog goriva i kao kolimator u aparatima za nuklearnu medicinu, ali nažalost, i za proizvodnju oružja.

Legura od osiromašenog U i malih količina Ti koristi se za ubojite bojeve glave i zaštitne oklope. Iako je načinjena sedamdesetih godina XX veka, ta legura je prvi put upotrebljena u Zalivskom ratu, a zatim i u Jugoslaviji. Oružje sa osiromašenim U verovatno poseduje više od deset država. Poseban je problem za životnu sredinu kada se osiromašeni U koristi u vojne svrhe, jer se šire rasejava i predstavlja veliku opasnost za ljudsko zdravlje (inhalacija prašine bogate U posle eksplozije projektila; prašina i komadi projektila zagađuju poljoprivredne kulture i pijaću vodu, itd,). Na osnovu eksperimenata na životinjama utvrđeno je da osiromašeni U najviše deluje na bubrege, slično drugim teškim metalima.

Odlaganje radioaktivnog otpada

U današnje vreme odlaganje radioaktivnog otpada predstavlja jedan od najvećih problema svih zemalja koje imaju nuklearna postrojenja. Postoji veliki broj predloženih načina, a neki od njih su i testirani. Za većinu načina odlaganja neophodno je poznavanje geoloških, odnosno geohemijskih karakteristika terena gde će se odložiti otpad. Potrebno je više od 100 godina da bi se radioaktivnost i toplota smanjile na nekoliko procenata od početnih vrednosti (Draganić, 1996). Otpad mora biti tako dobro uskladišten da se radioaktivni izotopi nikada ne oslobode u životnu sredinu (atmosferu, hidrosferu, biosferu, pedosferu, litosferu). U svetu ima više od 400 nuklearnih elektrana.

Istrošeno fisiono gorivo predstavlja najvažniji i najopasniji radioaktivni otpad. Treba istaći da se svake godine menja jedna trećina fisionog goriva u reaktoru, što ukazuje koliko se uvećava radioaktivni otpad. Pošto istrošeno gorivo ima visoku radioaktivnost i oslobađa veliku toplotu, mora se najpre odložiti u bazenu sa vodom, gde će biti ohlađeno, a istovremeno voda služi i kao dobra zaštita od radioaktivnog zračenja.

Istrošeno radioaktivno gorivo se može koristiti za preradu jer sadrži značajne količine U i Pu. Radioaktivni otpad predstavlja neiskoristive radioaktivne materije čija je radioaktivnost viša od dozvoljene. Taj otpad može biti čvrst, tečan i gasovit, a prema radioaktivnosti - nisko, srednje i visoko radioaktivan. On može da sadrži dugoživuće ili kratkoživuće radionuklide.

11

Page 12: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Visokoaktivni otpad ima radioaktivnost veću od 5 x 1014 Bq/m3, a predstavlja jak izvor alfa -, beta - i gama-zračenja. Dobija se iz istrošenog radioaktivnog goriva. U NE Krško godišnje naštaje oko 1000 kg takvog otpada. Nisko i srednje aktivni otpad čine samo 1 % od ukupnog otpada (99 % je visokoaktivni otpad). Niskoaktivni otpad iz kruga nuklearne elektrane čine zaštitne rukavice, radna odela, navlake za obući itd., a srednje aktivni - filteri, smole jonskih izmenjivača, koncentrati od prerade tečnog otpada itd. U NE Krško godišnje nastaje oko 180 m3

nisko i srednje aktivnog otpada.Iz nuklearnih elektrana dolazi oko 50 % radioaktivnog otpada, a 50 % iz . institucija koje

koriste radionuklide (instituti, bolnice i druge medicinske ustanove).

Odlaganje u kosmosu

Odstranjivanje radioaktivnog otpada sa Zmije moguće je preko izbacivanja u kosmos - u orbite oko Sunca ili čak iza Sunčevog sistema. Na taj način mogu se male količine najtoksičnijeg otpada odstraniti. Ovo je samo predlog koji nije detaljnije razvijan i istraživan, jer je još uvek veoma skup i dosta rizičan postupak.

Smeštanje u dubokim bušotinama

Čvrsti otpad može se smestiti u dubokim bušotinama od nekoliko kilometara, a prečnika manjeg od 1 m. Kontejneri sa otpadom mogu se redati direktno jedan iznad drugog ili biti međusobno odvojeni slojem bentonita ili cementa. Takva bušotina se u najvišim delovima (prva dva kilometra) zapunjava bentonitom, asfaltom ili betonom. Ovaj način odlaganja radioaktivnog otpada proučavan je u Švedskoj, Finskoj, Rusiji i drugim zemljama. Bušotine mogu biti na kopnu ili u moru. Teorijski gledano, ovaj koncept pretpostavlja dugoročnu bezbednost za ljude i okolnu sredinu. Sa praktične strane, mnogi tehnički problemi još nisu rešeni. Za sada, čini se, mogu se male količine visokoaktivnog otpada odložiti na ovaj način.

Direktno injektiranje

Kod ove metode tečni radioaktivni otpad direktno se injektira u dubinski sloj stena. U SAD na taj način odlagan je tečni opasni i niskoaktivni otpad, dok je u bivšem SSSR odlagan tečni visokoaktivni otpad na više lokacija. Za ovakvo odlaganje neophodno je detaljno poznavanje geološke građe terena, jer posle injektiranja radioaktivnog materijala on se ne može više kontrolisati. Mnogi tehnički detalji još uvek nisu potpuno istraženi, pa se ovaj način ne koristi u većini zemalja.

Stapanje stena

Čvrsti ili tečni otpad najpre se odloži u formiranu podzemnu šupljinu ili duboku bušotinu. Toplota. koju otpad stvara daće povoljne temperature da se stope okolne stene i rastvori radioaktivni otpad. Kada se stene ohlade, radionuklidi će ući u stenski matriks i biti rasejani u steni. Ova metoda je detaljno tehnički razrađena pre dvadesetak godina. Obično se odlaže na dubini od 2 do 5 km. Procenjeno je da se određena količina otpada rasejava u 1000 puta većoj zapremini stene. Postoji nekoliko varijanti ove metode. Jedna od njih podrazumeva korišćenje teških kontejnera sa otpadom koji proizvodi toplotu i stapa stene ispod otpada i kreće se naniže, u veće dubine. Ovo je razrađeno i korišćeno u Rusiji za odlaganje ograničenih količina

12

Page 13: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

specijalnog otpada (plutonijuma). Oni su u dubokom oknu izazivati nuklearnu eksploziju koja je stapala okolne stene.

Odlaganje ispod morskog dna

Kontejneri sa radioaktivnim otpadom zakopavaju se ispod morskog dna dubokih okeana, na mestima gde je povoljna geološka sredina. Kontejneri sa čvrstim otpadom imaju oblik projektila i izbacuju se sa brodova i ulaze nekoliko metara ispod sedimenata morskog dna. Sedimenti moraju biti dovoljno plastični i odgovarajućeg sastava da bi apsorbovali radionuklide, a dubina vode iznad njih nekoliko kilometara. Smatra se da će ovako odloženi otpad u kontejnerima ispod sedimenata omogućiti da radionuklidi više hiljada godina ne dospeju u okean. Postoji alternativni način sa bušotinama ispod okeanskog dna, dubine od 800 m, a najviši kontejner je oko 300 m ispod okeanskog dna. Međutim, međunarodne konvencije zabranjuju ovakav način odlaganja radioaktivnog otpada.

Odlaganje na morskom dnu

Čvrsti otpad se smešta u specijalne posude koje su napravljene tako da traju više od hiljadu godina, a odlažu se na dno dubokih okeana. Vodeni stub mora biti debljine od više kilometara, tako da ne postoji mogućnost da ljudske aktivnosti utiču na otpad, a i ako se oslobodi doći će do velikog razblaženja. I ovaj način odlaganja zabranjen je međunarodnim konvencijama.

Razblazenje i rasejavanje

Otpad se rastvara u kiselom neutrališućem rastvoru i ispušta kroz cevovode u more. Mesto i brzina ispuštanja određuju se tako da doza zračenja za ljude ne pređe dozvoljene granice prema međunarodnim standardima. Drugi način je da se rastvoreni otpad preveze tankerom na otvoreni okean i tamo ispusti. Dolazi do velikog razblaženja i rasejavanja radionuklida. Međunarodne konvencije ne dopuštaju ovakav način odlaganja otpada.

Odlaganje u zonama subdukcije

Pre dvadesetak godina predloženo je odlaganje radioaktivnog otpada u zonama subdukcije ploča Zemljine kore (podvlačenje jedne ploče pod drugu). Teorijski gledano, pomoću prokopanog tunela ili duboke bušotine otpad se može odložiti blizu aktivne zone subdukcije. Međutim, pošto je neizvesna sudbina ovako odloženog otpada, ovaj način nije primenjivan. Naime, taj otpad mogao bi da se vrati na površinu Zemlje preko vulkanskih erupcija.

Odlaganje u ledenom pokrivaču

Kontejneri sa otpadom mogu se smestiti u vrlo debeli ledeni pokrivač na Grenlandu 1 Antarktiku. Toplota koju razvija otpad dovešće do otapanja okolnog leda, pa će kontejner padati sve dublje, a iznad će doći do ponovnog stvaranja leda, tako da će kontejner biti zaštićen debelim ledenim pokrivačem. Drugi način je da se kontejneri vežu tako da mogu pasti samo 200-500 m, da bi se eventualno kroz nekoliko stotina godina mogli izvaditi. Treći način je da še kontejneri smeste u skladišta na površini ledenog pokrivača. Odlaganje u ledenom pokrivaču zabranjeno je međunarodnim konvencijama (Antarktik) i danskim zakonom (Grenland).

13

Page 14: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Reprocesiranje - razdvajanje i transmutacija

Reprocesiranje podrazumeva korišćenje hemijskih i fizičkih procesa za istrošeno nuklearno gorivo i razvijano je u Francuskoj, Velikoj Britaniji i još nekim zemljama. Cilj je izdvajanje Pu-239 i U-235 koji služe za proizvodnju oružja. Ono se izvodi na istrošenom gorivu koje je hlađeno nekoliko godina. To gorivo se smešta u olovnu i čeličnu burad, a zatim se rastvara u azotnoj kiselini, dok se izdvojeni gasovi zadržavaju. Dobijaju se tri vrste proizvoda: U-235 i Pu- 239; visokoaktivni tečni otpad; niskoaktivni čvrsti i tečni otpad i gasovi. Tako, na primer, od 100 tona istrošenog goriva može se izdvojiti 3.5 tone fisionih produkata, 94.3 tone U-238, 0.8 tona U-235, 0.8 tona Pu-239 i 0.5 tona transuranskih elemenata. Reprocesiranje i razdvajanje predstavlja samo preuređenje otpada, ali ne i smanjenje njegove količine ili toksičnosti. Dalje se radioaktivni elementi mogu prevesti u neradioaktivne preko nuklearnih reakcija (transmutacija).

Duboko geološko odlaganje

Ovaj način odlaganja otpada predlažu mnoge međunarodne organizacije i podržavaju mnoge zemlje. Glavni problem predstavlja sprečavanje migracije radioaktivnih izotopa iz istrošenog goriva u podzemne vode, pa se oko otpada postavljaju barijere. Istrošeno gorivo se prevodi u pelet od keramike da bi se zadržali fisioni produkti, a materijal za izradu kontejnera mora biti otporan na koroziju i stvaranje prslina i drugih deformacija. Oko kontejnera postavlja se više zaštitnih zona, a geološka sredina mora biti odgovarajuća da spreči migraciju izotopa u dužem vremenskom periodu. Pogodne su sledeće stene: graniti, sedimentne gline, vulkanski tufovi, kamena so. Zavisno od geološke građe određene zemlje, odlaganje se može obaviti: u granitima (Kanada), u naslagama kamene soli (Nemačka), u glinama (Italija), u vulkanskim tufovima (SAD).

Dugoročno skladištenje

U nekim zemljama pribegava se dugoročnom skladištenju nuklearnog otpada umesto njegovom odlaganju. Skladištenje se može vršiti nadzemno ili podzemno. Iznad zemlje grade se specijalne zgrade - skladišta koja mogu trajati stotinak godina ili "mauzoleji" ili "monoliti" za trajnije hermetičko čuvanje otpada. Podzemno skladištenje se obavlja u šupljinama ili tunelima, nekoliko desetina metara ispod površine Zemlje. Ovaj način je jeftiniji (nema građevina i njihovog održavanja u dužem vremenskom periodu) i sigurniji u odnosu na nadzemno čuvanje.

Radioaktivna zagađenja životne sredine

U nuklearnim postrojenjima, kojih ima sve više u svetu, ponekad se dogodi nekontrolisani udes izazvan ljudskom greškom. Veliko ozračivanje i kontaminacija ljudi i životne sredine, razume se, izazove veliku pažnju javnosti i pokrene niz pitanja o svrsishodnosti takvih postrojenja kada predstavljaju stalnu opasnost za sadašnje i buduće; generacije. Dodatni problem jesu skladištenja i odlaganja radioaktivnog otpada koja se danas ne mogu učiniti potpuno bezopasnim za životnu sredinu,' nego se i rešavanje otpada prenosi u budućnost.

Do sada je poznato oko 30 nuklearnih nesreća u svetu. Nekoliko udesa u nuklearnim postrojenjima ušli su u istoriju. Prvi od njih, udes li nuklearnom reaktoru u Vindskejlu (Velika|

14

Page 15: RADIOAKTIVNOST I ŽIVOTNA SREDINA

Britanija) desio se još 1957. godine, ali je to obelodanjeno tek 1983. godine/Velike količine radioaktivnih produkata dospele su u atmosferu i zagadile zemljište na površini od oko 500 km2.

Veliki udes u nuklearnoj elektrani na Ostrvu tri milje (SAD) odigrao se 1979. godine, kada je otkazala automatika i došlo je do pregrevanja jezgra reaktora. Okolina nije bila mnogo zagađena, ali je elektrana bila upropašćena. Više od 15 godina trajalo je čišćenje i uklanjanje radioaktivnog materijala, a sve to koštalo je koliko i sama izgradnja elektrane.

Za Černobilj u u Ukrajini vezuje se najveći udes jedne nuklearne elektrane. Ljudskom greškom došlo je 1986. godine do pregrevanja nuklearnog goriva i hemijske eksplozije koja je dovela do probijanja reaktora i krovne konstrukcije. Smatra se da je u atmosferu ispušteno oko 50 miliona kirija radioaktivnosti. Oko 150.000 ljudi evakuisano je iz okoline, a zabeleženo je više od 30 smrtnih slučajeva i više od 200 ljudi primilo je velike doze zračenja. Radioaktivne padavine zahvatile su različite delove Evrope, tako da je oko 200 miliona ljudi u izvesnoj meri ozračeno. Dekontaminirano je oko 500 naselja i više od 60.000 zgrada u okolini Černobilja.

Pri havarijama nuklearnih podmornica na morsko dno dospele su brojne nuklearne glave i nuklearni reaktori koji će vremenom zbog korozije zagaditi okolnu morsku vodu i živi svet.

Literatura

Armands G. (1967): In: Geochemical Prospecting in Fennćscandia, 127-154,Intersciencei New York. Bowen H. J. M. (1979): Environmental Chemistry of the Elements. Academic Press,

New York.Bowie S. H. U„ Plant J. A. (1983): Natural Radioacitivty in the Erivironment. In: I. Thfornton (editor), Applied

Environmental Geochemistry, 481-494, Academic Press, London.Draganić I. (1996): Kroz svet radijacija i radioaktivnostu Muzej nauke i tehnike, Geoinstitut, Zavod za udžbenike i

nastavna sredstva, Beograd, 152 str.Draganić I. G., Draganić Z. D., Adlof Ž.-P. (1991): Radijacije i radio-aktivnost na Zemlji i u vasioni. Dečje no^ine,

Gornj i Milanovac, 366 str.Gough L. P., Severson R. C. (1976): Impact of point source emission from phosphate processing on the element

content of piants and soils, Soda Spring, Idaho. In: D. D: Ifemphili (editor), Trace Substances and Environmental Health, Vol. l0» 225, University of Missouri, Coiumbia, Mo.

15