Monitorizarea Emisiilor Radioactive la Centralele Nucleare

1.Ce este radioactivitatea?

Radioactivitatea este proprietatea unor elemente chimice de a emite prin dezintegrare spontană radiaţii corpusculare şi/sau electromagnetice. Aceasta este un fenomen natural ce se manifestă în mediu.

Radioactivitatea naturală este determinată de substanţele radioactive (radionuclizi) de origine terestră (precum U-238, U-235, Th-232, Ac-228 etc.), la care se adaugă substanţele radioactive de origine cosmogenă (H-3, Be-7, C-14 etc) şi radiaţia cosmică. Substanţele radioactive de origine terestră există în natură din cele mai vechi timpuri, iar abundenţa lor este dependentă de conformaţia geologică a diferitelor zone, variind de la un loc la altul. Componenta extraterestră a radioactivităţii naturale este constituită din radiaţiile de origine cosmică provenite din spaţiul cosmic şi de la Soare. Substanţele radioactive de origine cosmogenă se formează în straturile înalte ale atmosferei, prin interacţia radiaţiei cosmice cu elemente stabile.

Toate radiaţiile ionizante, de origine terestră sau cosmică, constituie fondul natural de radiaţii care acţionează asupra organismelor vii.

Alături de radionuclizii naturali se găsesc radionuclizii artificiali care au pătruns în mediu pe diferite căi: intenţionat, în urma testelor nucleare şi prin deversări de la diverse instalaţii nucleare (centrale nuclear-electrice, reactoare de cercetare, etc.) şi accidental, în urma unor defecţiuni la instalaţiile nucleare (ex. accidentul nuclear de la Cernobîl).

Principii de bază

Viteza dezintegrării

Dezintegrarea radioactivă este un fenomen spontan (se produce fără a fi provocat extern). Nu depinde de temperatură, presiune sau de combinaţia chimică în care apare atomul al cărui nucleu suferă dezintegrarea. Pe de altă parte, dezintegrarea este un fenomen aleator: nu se poate determina când se va dezintegra un anumit nucleu atomic, deşi pentru o populaţie mare de nuclee de un anumit tip se poate estima câte nuclee vor suferi dezintegrarea într-un anumit interval de timp.

Cantitatea de substanţă variază după o lege exponenţială: , unde:

- n0 este cantitatea iniţială de substanţă (dată ca masă sau ca număr de atomi),

- nt este cantitatea rămasă (dată sub aceeaşi formă),

- t este timpul scurs de la începutul experimentului,

- Δt este o mărime numită perioadă de înjumătăţire, specifică speciei de atomi, şi reprezintă timpul după care dintr-o cantitate dată de substanţă radioactivă rămâne jumătate din cantitatea iniţială.

- De remarcat că asta înseamnă că prin dezintegrare radioactivă o substanţă radioactivă nu dispare niciodată complet. Practic, după 100-200 de perioade de înjumătăţire dintr-o cantitate egală cu masa Pământului ar rămâne un singur atom.

- Timpul de înjumătăţire variază în limite foarte largi, de la fracţiuni de secundă până la miliarde de ani. Printre cele mai lungi perioade de înjumătăţire au Uraniu-238, Uraniu-235, Thorium-232 şi Kalium-40.

Radiaţiile emise

Există două tipuri de „radiaţii” emise cu ocazia dezintegrării radioactive:

- Particule subatomice. Acestea au primit iniţial nume de raze deoarece natura lor nu era cunoscută la început.

o nuclee de heliu (He2+) de mare viteză, numite şi raze α,

o electroni, numiţi şi raze β,

o pozitroni, numiţi şi raze β+,

o neutroni

- Unde electromagnetice de mare energie (frecvenţă mare sau, echivalent, lungime de undă mică), numite radiaţii (raze) gamma.

Toate aceste „radiaţii” au proprietatea de-a ioniza gazele prin care trec, făcându-le astfel conductoare electrice. Din acest motiv, aceste „radiaţii” se numesc radiaţii ionizante.

„Radiaţiile” α, β şi γ se deosebesc prin puterea de penetrare (distanţa pe care o pot parcurge într-un anumit mediu, până sunt absorbite complet). Razele α sunt cele mai rapide, dar sunt complet oprite în grosimea unei foi de hârtie obişnuită sau în cel mult o zecime de milimetru de aluminiu. În aer, distanţa maximă pe care o poate străbate nu depăşeşte 11cm. Razele β sunt mai puţin rapide, dar considerabil mai dure decât cele α, putând să străbată 2-3mm de aluminiu. În aer distanţa nu depăşeşte mai mult de 10-15m. În schimb razele γ sunt cele mai penetrante datorită puterii lor de ionizare foarte scăzută(procesele de interacţiune cu atomii substanţei prin care trec sunt foarte rare), neavând nici sarcină electrică şi nici masă. Razele γ pot străbate cu uşurinţă grosimi considerabile din ţesuturi animale şi vegetale, substanţe uşoare şi chiar câţiva centimetri din substanţe grele cum ar fi de exemplu plumbul. Datorită puterii lor mari de penetrare, mai mare chiar decât a razelor X descoperite de Röentgen, razele γ sunt folosite în aceleaşi scopuri ca cele dintâi. Astfel sunt folosite în medicină, sau la măsurarea unor obiecte metalice din exterior, fără să fie nevoie măcar desfacerea acestora, se poate face controlul unor piese de maşini fabricate în serie, se pot face cercetări geologice cu privire la zăcămintele de petrol şi multe altele.

Detectarea radiaţiilor se poate face pe mai multe căi:

- datorită efectului de ionizare, pot fi detectate cu electrometre sensibile; pe acest principiu funcţionează de exemplu detectorul Geiger-Müller;

- prin înnegrirea unei plăci fotografice

- cu ajutorul camerei cu ceaţă

- Radioactivitatea se măsoară prin numărul de dezintegrări produse într-o secundă.

Unitatea de măsură este unitatea becquerel (bq) prin care se exprimă cantitatea de radiaţii pe secundă.

2.Ce este un reactor nuclear si cum se construieste?

Reactorul nuclear este o instalaţie în care este iniţiată o reacţie nucleară în lanţ, controlată şi susţinută la o rată staţionară (în opoziţie cu o bombă nucleară, în care reacţia în lanţ apare într-o fracţiune de secundă şi este complet necontrolată).

Reactoarele nucleare sunt folosite pentru numeroase scopuri. Cea mai semnificativă utilizarea curentă este pentru generarea de putere electrică. Reactoarele de cercetare sunt folosite pentru producerea de izotopi şi pentru experimente cu neutroni liberi. Din punct de vedere istoric, prima folosire a reactoarelor nucleare a fost producerea plutoniului pentru bomba atomică. O altă utilizare militară este propulsia submarinelor şi a vapoarelor (deşi aceasta presupune un reactor mult mai mic decât cel folosit într-o centrală nuclearo-electrică).