ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Transcript

1 ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών Ιωάννα Δ. Αναστασοπούλου Βασιλική Δρίτσα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

2 ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 3 Η διάχυση στην ατμόσφαιρα ραδιενεργών ρύπων έχει ως αποτέλεσμα την εισπνοή των ραδιενεργών ισοτόπων και σε ακραίες περιπτώσεις την ακτινοβόληση με ακτίνες γ που προέρχονται από διερχόμενο ραδιενεργό νέφος ή τέλος να εναποτεθεί η ραδιενεργός σκόνη στο έδαφος. Η άμεση επαφή της ραδιενεργού σκόνης με το δέρμα έχει ως αποτέλεσμα την πρόκληση εγκαυμάτων του δέρματος, ενώ η εναπόθεση ή προσρόφηση από τα φυτά της έχει ως αποτέλεσμα την ρύπανση της διατροφής. Η ατμόσφαιρα αποτελεί επίσης το ενδιάμεσο μέσον, μέσω της οποίας μεταφέρονται τα ραδιοϊσότοπα στο έδαφος και στο νερό. Για να εκτιμήσει κανείς τις επιπτώσεις που έχει η ραδιενέργεια της ατμόσφαιρας στο περιβάλλον πρέπει να γνωρίζει τις κλιματολογικές συνθήκες στη δεδομένη στιγμή. Η βλάβη που θα προκληθεί θα εξαρτηθεί από το πόσο θα αραιωθεί η ραδιενεργός σκόνη στην ατμόσφαιρα, από τον τρόπο μεταφοράς της σκόνης και τον μηχανισμό εναπόθεσης στην επιφάνεια του εδάφους. Γνωρίζουμε ότι η ατμόσφαιρα περιέχει διάφορα αέρια και το 99,9% του βάρους του αέρα προέρχεται από άζωτο, οξυγόνο και αργό (Πίνακας 7.1). Η σχετική αναλογία των αερίων παραμένει σταθερή για μεγάλες αποστάσεις, ενώ για ύψος μεγαλύτερο από 60 km αρχίζει ένας διαχωρισμός βάσει του μοριακού βάρους των στοιχείων.

4 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 4 Η συνολική μάζα της ξηρής ατμόσφαιρας υπολογίζεται σε 50x1017 kg περίπου στην οποία πρέπει να προστεθούν περίπου 1,5x1017 kg υδρατμών. Η μάζα αυτή των υδρατμών επηρεάζει τα θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας. Η πυκνότητα της ατμόσφαιρας στην επιφάνεια της θάλασσας είναι 0,0013 g/cm3 για πίεση 760 mm Hg. Σε ύψος 50 km από την επιφάνεια της θάλασσας η πυκνότητα μειώνεται στα 10-3 g/cm 3 και στα 100 km μειώνεται κατά έναν παράγοντα Σε απόσταση πάνω από 600 km τα μόρια του αέρια θεωρούνται μεμονωμένα και εκτελούν ελεύθερες τροχιές γύρω από τη Γη.

5 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 5 Πίνακας 7.1 Συστατικά του Αέρα

6 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 6 Ο αέρας περιέχει επίσης και αέρια που παράγονται από τις καθημερινές δραστηριότητες του ανθρώπου. Εκτός όμως από τα αέρια που παράγονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες εκλύονται στην ατμόσφαιρα αέρια που προέρχονται από τα ηφαίστεια, τους μετεωρίτες, της πυρκαγιές των δασών, τους μουσώνες κ.ά. Επίσης, εκτός των αερίων διαχέονται και αιωρούμενα σωματίδια. Ο τρόπος διάχυσης των αερίων ή αιωρούμενων σωματιδίων εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας. Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας μεταβάλλεται με το ύψος και στα 11 περίπου km λαμβάνει την μικρότερη τιμή (Σχήμα 7. 5). Η περιοχή της ατμόσφαιρας που παρατηρείται η μείωση της θερμοκρασίας κατά κανονική θερμοβαθμίδα περίπου 0,6 o C/100m καλείται τροπόσφαιρα. Μέχρι τα 32 km περίπου η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, η ατμόσφαιρα είναι ξηρή και χωρίς σύννεφα και λέγεται στρατόσφαιρα. Μετά τα 32 km η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνει και λέγεται μεσόσφαιρα. Είναι δυνατόν στην τροπόσφαιρα να μην έχουμε μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος, αλλά αύξηση. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει θερμική αναστροφή. Οι λόγοι που προκαλούν την θερμική αναστροφή είναι πολλοί.

7 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 7 Ένας από τους λόγους είναι η επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Κατά τη διάρκεια της ημέρας ο ήλιος θερμαίνει την επιφάνεια της Γης η οποία εκπέμπει την θερμότητα προς την ατμόσφαιρα. Τα κάτω στρώματα της ατμόσφαιρας θερμαίνονται με συνέπεια ψυχρές μάζες να κατεβαίνουν προς τα κάτω και να έχουμε συνεχή κυκλοφορία αερίων μαζών. Το βράδυ που το έδαφος ψύχεται τα πλησιέστερα προς τη Γη στρώματα ψύχονται πιο γρήγορα με αποτέλεσμα οι αέριες μάζες σε μεγαλύτερα ύψη να είναι θερμότερες. Έτσι παρουσιάζεται αναστροφή της θερμοκρασίας. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να εμφανισθεί και κατά τη διάρκεια της ημέρας αν υπάρχουν σύννεφα στην ατμόσφαιρα. Η θερμοκρασία σε συνδυασμό με τον άνεμο παίζει σημαντικό ρόλο στη διασπορά των ρύπων που παράγονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Στο Σχήμα 7.6 φαίνονται οι διάφορες μορφές που παίρνουν οι ρύποι που εκπέμπονται από εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οριζόντια δίνεται η μεταβολή της θερμοκρασίας και η κατεύθυνση του ανέμου, ενώ κάθετα δίνεται το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους. Σχήμα 7.5 Μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος

8 8 Η Εικόνα 1 αναφέρεται στην έντονη διαταραχή των μαζών, η εικόνα 2 σε ήπια αναταραχή. Οι Εικόνες 3 μέχρι 5 αναφέρονται στα φαινόμενα αναστροφής. Ιδιαίτερα για την Εικόνα 4 όπου η αναστροφή εμφανίζεται πάνω από το επίπεδο παραγωγής των ρύπων δημιουργείται δυσμενής κατάσταση για τη διάχυση των ρύπων (νέφος). Η μεταφορά των ρύπων εξαρτάται και από την μορφολογία του εδάφους. Στην περίπτωση μιας κοιλάδας έχουμε μετακίνηση ψυχρών μαζών από τις ψυχρές περιοχές που δεν θερμαίνονται από τον ήλιο (Σχήμα 7.7). Σχήμα 7.6. Επίδραση του ανέμου και της θερμοκρασίας στη διάδοση των ρύπων. Η καμπύλη 1 αντιστοιχεί σε έντονη διακίνηση αερίων μαζών. 2. Ήπια μετακίνηση αερίων μαζών. 3-5 Αναστροφή. Η εστιγμένη γραμμή δηλώνει την αδιαβατική μεταβολή της θερμοκρασίας

9 9 Σχήμα 7.7. Μετακίνηση ψυχρών μαζών. Το αντίθετο παρατηρείται τη νύχτα Στην περίπτωση αυτή αν οι μετακινούμενες μάζες του αέρα είναι θερμές, τότε δημιουργείται αναστροφή και οι ρύποι δεν απομακρύνονται από την κοιλάδα (Σχήμα 7.7). Έτσι τα ραδιοϊσότοπα δε διαχέονται προς μεγαλύτερες αποστάσεις και η συγκέντρωσή τους είναι υψηλή. Το φαινόμενο γίνεται περισσότερο έντονο αν η κοιλάδα διαρρέεται από ποτάμι, οπότε η υγρασία επιτείνει το φαινόμενο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.8.

10 10 Σχήμα 7.8 Φαινόμενο αναστροφής στην κοιλάδα. Το φαινόμενο είναι περισσότερο έντονο αν η κοιλάδα διαρρέεται από ποτάμι. Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που επιβάλλεται να επιλύσουμε είναι η αύξηση της συγκέντρωσης του τριτίου (3H,t) και του κρυπτού (86Kr) στην ατμόσφαιρα. Το τρίτιο μέχρι τον Δεύτερο Παγκόσμιο πόλεμο βρισκόταν σε ισορροπία με το υδρογόνο της ατμόσφαιρας. Με την αύξηση όμως των πυρηνικών δοκιμών αυξήθηκε επικίνδυνα. Έτσι οι πηγές υδρογόνου ουσιαστικά μολύνονται από το τρίτιο.

11 7.2 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 11 Το τρίτιο εκπέμπεται επίσης και από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Δεδομένου ότι το τρίτιο σχηματίζει νερό, πρέπει να το διαχωρίζουμε από τους ατμούς. Είχε υπολογιστεί μαθηματικά το 1968 ότι η εκπομπή τριτίου στην ατμόσφαιρα θα έφθανε το 2000 σε 96 MCi. H εκπομπή σε τρίτιο πρέπει να έχει φθάσει τα 260 MCi, αφού ο ρυθμός παραγωγής από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος ανέρχεται σε 15 MCi τον χρόνο. Οι χρήση πυρηνικών όπλων στους πολέμους του Ιράκ, Βοσνίας, Κοσσόβου, Αφγανιστάν θα πρέπει να αυξήσουν έντονα την ποσότητα του τριτίου στην ατμόσφαιρα. Το τρίτιο σχηματίζει με το οξυγόνο νερό και επομένως επηρεάζει την υδρόσφαιρα, δηλαδή τους ωκεανούς, τις θάλασσες, τις λίμνες κ.ά. Η αύξηση επίσης του κρυπτού (86Kr) έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των ακτίνων β. Το δέρμα αποτελεί το κυριότερο τμήμα του σώματος που προσβάλλεται από τις ακτίνες β. Υπολογίζεται ότι η δόση ακτινοβολίας που δέχεται το δέρμα λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης του κρυπτού στην ατμόσφαιρα ανέρχεται σε 300 mrem/ετος. Η διαπερατότητα των ακτίνων β στο δέρμα είναι 2,3 mm και ποικίλει μεταξύ 0,07 mm και 2,3 mm για την κερατοειδή στοιβάδα των ιστών της επιδερμίδας και των κυττάρων αντίστοιχα. Η απομάκρυνση επομένως των πτητικών αυτών ραδιενεργών στοιχείων κατά την παραγωγή τους στους πυρηνικούς αντιδραστήρες κρίνεται περισσότερο από αναγκαία.

12 ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.