ΕΘΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΔΗΜΟΣΙΑΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΥΤΟΔΙΟΙΚΗΣΗΣ (ΕΘΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΠΙΚΗΣ ΑΥΤΟΔΙΟΙΚΗΣΗΣ) ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Δ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΣΕΙΡΑ ΤΕΛΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα. Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Σπουδάστρια: Λαζάνη Αδαμαντία Επιβλ.Καθηγητής: Χάλαρης Μιχαήλ Αθήνα 2011
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» «Στην πραγματικότητα δεν καταλαβαίνουμε τίποτα σταθερό, αλλά μόνο ό,τι μεταβάλλεται ανάλογα με την κατάσταση του σώματος και τη φύση των εξωτερικών επιδράσεων και των αντεπιδράσεων που προέρχονται μέσα από τους ίδιους. Στη συμβατική μας καθημερινή γλώσσα μιλάμε για γλυκό, πικρό, θερμό, ψυχρό, για χρώματα ενώ στην πραγματικότητα υπάρχουν μόνο άτομα και κενό.» Δημόκριτος, 460 π.χ.- 370 π.χ Σελίδα 2
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Πίνακας Περιεχομένων Περίληψη... 6 Abstract... 8 Πίνακας Συντμήσεων και Συντομογραφιών... 9 Εισαγωγή... 11 Σκοπός... 11 Στόχος... 12 Μέσα... 12 Μεθοδολογία... 13 Υποθέσεις εργασίας... 14 Διάρθρωση κεφαλαίων... 16 Κεφάλαιο 1 ο : Πυρηνική ενέργεια... 18 1.1. Εισαγωγικά... 18 1.1.1. Τι είναι η ραδιενέργεια... 18 1.1.2. Πυρήνες και νουκλίδια... 19 1.1.3. Πυρηνική σχάση... 21 1.1.4. Ακτινοβολίες... 22 1.1.5. Μέτρηση ραδιενέργειας... 30 1.1.6. Όρια δόσεων και αρνητικές επιπτώσεις... 31 1.2. Πυρηνικοί αντιδραστήρες... 35 1.2.1. Ερευνητικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες... 38 Κεφάλαιο 2 ο : Πυρηνικά ατυχήματα και ραδιολογικά συμβάντα... 40 2.1. Ταξινόμηση πυρηνικών ατυχημάτων και ραδιολογικών περιστατικών... 40 2.2. Βασικές αιτίες πυρηνικών και ραδιολογικών συμβάντων... 44 2.3. Ασφάλεια στις διαδικασίες... 47 2.3.1. Η αρχή ALARA... 49 2.3.2. Περίπτωση ραδιολογικού συμβάντος στην Ελλάδα... 50 Κεφάλαιο 3 ο : Ποιοτική έρευνα και αξιολόγηση της χρήσης πυρηνικής ενέργειας... 52 3.1. Ποιοτική έρευνα πεδίου... 52 3.2. Στατιστική ανάλυση και συμπερασματολογία... 54 3.3. Αξιολόγηση της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο του 21 ου αιώνα... 60 3.3.1. SWOT Ανάλυση... 60 3.3.2. Συμπεράσματα αξιολόγησης... 64 Κεφάλαιο 4 ο : Σενάρια συμβάντων... 66 4.1. Υποθέσεις εργασίας... 66 Σελίδα 3
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» 4.2. Μελέτη Περίπτωσης στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»... 67 4.2.1. Πιθανά ατυχήματα μηχανικής φύσεως... 72 4.3. Σενάρια συμβάντος... 76 4.3.1. Θερινή περίοδος... 79 4.3.2. Θερινή περίοδος: Κοβάλτιο-60... 83 4.3.3. Θερινή περίοδος: Καίσιο-137... 84 4.3.4. Θερινή περίοδος: Ιώδιο-131... 85 4.3.5. Θερινή περίοδος: Στρόντιο-90... 86 4.3.6. Χειμερινή περίοδος... 87 4.3.7. Χειμερινή περίοδος: Κοβάλτιο-60... 92 4.3.8. Χειμερινή περίοδος: Καίσιο-137... 93 4.3.9. Χειμερινή περίοδος: Ιώδιο-131... 94 4.3.10. Χειμερινή περίοδος: Στρόντιο-90... 95 4.4. Συμπεράσματα μελέτης περίπτωσης ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»... 96 4.5. Μελέτη περίπτωσης στο Ινστιτούτο Φαρμακευτικής Έρευνας και Τεχνολογίας... 101 4.5.1. Πιθανά συμβάντα... 103 4.5.2. Σενάριο συμβάντος... 104 4.5.3. Χειμερινή περίοδος... 105 4.5.4. Θερινή περίοδος... 108 4.5.5. Μελέτη περίπτωσης επικρατέστερου συμβάντος εντός των εγκαταστάσεων... 110 4.5.6. Συμπεράσματα μελέτης περίπτωσης Ινστιτούτου Φαρμακευτικής Έρευνας και Τεχνολογίας... 113 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτη Περίπτωσης: Δήμος Πεύκης-Λυκόβρυσης... 114 5.1. Νομοθεσία... 114 5.1.1. Απόκριση σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης... 116 5.1.2. Ρόλος Οργανισμών Τοπικής Αυτοδιοίκησης... 117 5.2. Σχέδιο Δήμου Πεύκης-Λυκόβρυσης... 119 5.2.1. Η αναγκαιότητα του σχεδιασμού... 119 5.2.2. Πληροφορίες Δήμου... 121 5.2.3. Δομή και Σχέδιο... 123 Συμπεράσματα... 126 Γενικά συμπεράσματα... 126 Προτάσεις... 128 Πίνακες Εικονογράφησης... 131 Εικόνες... 131 Διαγράμματα... 132 Πίνακες... 134 Σελίδα 4
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Βιβλιογραφία... 135 Πρωτογενείς πηγές... 135 Βιβλία... 136 Άρθρα... 137 Διαδικτυακές πηγές... 144 Παράρτημα Ι... 146 Σχέδιο Δήμου Πεύκης-Λυκόβρυσης για ραδιολογικό συμβάν... 146 Παράρτημα ΙΙ... 169 Απαντήσεις συνεντεύξεων... 169 Ποιοτική έρευνα: Minitab- Cluster Analysis... 188 Μετεωρολογικά δεδομένα... 188 Αποτελέσματα Σεναρίων... 191 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Θερινής περιόδου... 191 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Θερινής περιόδου για Κοβάλτιο-60... 200 ΕΚΕΦΕ: Σενάριο Θερινής περιόδου για Καίσιο-137... 204 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Θερινής περιόδου για Ιώδιο-131... 208 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Θερινής περιόδου για Στρόντιο-90... 210 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Χειμερινής περιόδου... 212 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Χειμερινής περιόδου για Κοβάλτιο-60... 221 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Χειμερινής περιόδου για Ιώδιο-131... 225 ΕΚΕΦΕ-Σενάρια Χειμερινής περιόδου για Καίσιο-137... 227 ΕΚΕΦΕ-Σενάριο Χειμερινής περιόδου για Στρόντιο-90... 231 ΙΦΕΤ-Σενάριο Χειμερινής περιόδου... 233 ΙΦΕΤ-Σενάριο Θερινής περιόδου... 237 Συνέντευξη στο Δήμο Πεύκης-Λυκόβρυσης... 241 Σελίδα 5
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Περίληψη Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται την παρουσίαση και ανάλυση πυρηνικών και ραδιολογικών συμβάντων στον ερευνητικό πυρηνικό αντιδραστήρα του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και στον ακτινοβολητή Κοβαλτίου-60 του ΙΦΕΤ, υπό το πρίσμα του υπαλλήλου πολιτικής προστασίας ενός Δήμου, με στόχο την κατάρτιση του ορθού τρόπου διαχείρισης ανάλογων συμβάντων σε τοπικό επίπεδο Δήμου. Ταυτόχρονα, μετά από τη σχετική έρευνα, αξιολογείται πρισματικά η χρήση πυρηνικής ενέργειας στον 21 ο αιώνα, μέσω της ανάλυσης SWOT. Παράλληλα με τα οφέλη της πυρηνικής ενέργειας συνυπάρχουν σημαντικές επικινδυνότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη, προκειμένου να συμπεριληφθεί η χρήση της στο ενεργειακό ισοζύγιο μιας χώρας. Το σενάριο που αναπτύχθηκε στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» κατέδειξε μεγάλη έκταση αποτελεσμάτων στα πρώτα 10 λεπτά, η οποία διαφοροποιείται με την κατεύθυνση και ένταση του ανέμου, σε περιοχές με απόσταση περίπου 10 χιλιομέτρων από τον αντιδραστήρα. Με βάση τα δεδομένα και τη χρήση ειδικού λογισμικού (GIS) δημιουργήθηκαν χάρτες επικινδυνότητας για τους Δήμους των Βορείων Προαστίων Αττικής. Το σενάριο στον ακτινοβολητή Κοβαλτίου-60 παρουσίασε επιπτώσεις με ισχυρά αποτελέσματα εντός των εγκαταστάσεων του ακτινοβολητή. Το πρότυπο του ειδικού λογισμικού (HotSpot) που χρησιμοποιήθηκε, κατέδειξε ότι ο τύπος των εγκαταστάσεων για την προστασία από τα ραδιονουκλίδια βρέθηκε να είναι «μέσης προστασίας», με ανάγκη πλήρωσης ειδικών προδιαγραφών εντός του χώρου του ακτινοβολητή. Η διενέργεια ποιοτικής και βιβλιογραφικής έρευνας κατέδειξε σημαντικές ελλείψεις στον τομέα της ενημέρωσης από τα όργανα τοπικής αυτοδιοίκησης της Πολιτείας. Ταυτόχρονα, παρατηρήθηκαν διοικητικά νομοθετικά «κενά», με βασικότερο τη μη δημοσίευση του Παραρτήματος «Ρ» του γενικού σχεδίου πολιτικής προστασίας «Ξενοκράτη». Ο καθ ύλην αρμόδιος φορέας, ΕΕΑΕ, είναι καθόλα γνώστης του αντικειμένου και διαθέτει όλα τα σχέδια και μέσα για την προστασία του πληθυσμού από ραδιολογικές απειλές. Σελίδα 6
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Με βάση τα παραπάνω, δημιουργήθηκε το σχέδιο αντιμετώπισης ραδιολογικών συμβάντων για τον Δήμο Πεύκης-Λυκόβρυσης Αττικής, ο οποίος κατατάχθηκε στην κατηγορία μέσης επικινδυνότητας. Ταυτόχρονα, έγιναν προτάσεις για την υποστήριξη της ετοιμότητας και ορθής ενεργοποίησης των Δήμων και των πολιτών στην περίπτωση ραδιολογικών και πυρηνικών συμβάντων. Σελίδα 7
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Abstract This study aims to present nuclear and radiological event scenarios of the research nuclear reactor at EKEFE Demokritos and the Cobalt-60 radiator at IFET, through a local civil servants perspective. The results aim to establish a correct method of incident management at a Municipality level. At the same time, the use of nuclear energy as fuel of the 21 st century is evaluated after relative research, through SWOT analysis. Apart from the benefits of nuclear energy, there are important risks that must be taken into account, in order to include nuclear energy at a country s energy balance. The scenario at EKEFE Demokritos demonstrated vast results within the first 10 minutes, which differentiate by wind speed and direction. It affects regions about 10 km away from the reactor. As a result, we created risk maps for Municipalities in the Northern Suburbs of Attica, using scenario data and GIS tools. The scenario at the Cobalt-60 radiator has severe results mainly inside the facility. Concerning protection levels of employees inside the facility, the specific programmed used (HotSpot) presented a type of average protection, resulting to a need of specific standards fulfillment inside the facility. Significant lack in briefing issues concerning local administrative bodies was observed after quality and bibliographical research. At the same time, administrative legal voids, such as the non-post of Annex R of the general civil protection plan Xenokratis were observed. EEAE, the competent body, is aware of all aspects and possesses all plans and means to protect the public from radiological threats. On this basis, a radiological incidents response plan for the medium risk type Municipality of Pefki-Lykobrysi was created. All this led to remarks and suggestions to facilitate response and correct activation of Municipalities and citizens in the event of radiological and nuclear incidents. Σελίδα 8
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Πίνακας Συντμήσεων και Συντομογραφιών Συντομογραφία ALARA ΓΓΠΠ Επεξήγηση As Low As Reasonably Possible Ελαχιστοποίηση χρόνου στην περιοχή έκθεσης, μεγιστοποίηση απόστασης από τις πηγές ακτινοβολίας, χρήση κατάλληλης θωράκισης Γενική Γραμματεία Πολιτικής Προστασίας ΓΣΠ GIS ΔΕΑΕ IAEA ΔΕΡΠ ICRP Δ/νση Δ/ντης ΕΕΑΕ GAEC ΕΕΡΚ ECRR ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» NCSR Demokritos ev (Electron Volt) ΕΜΥ ΕΜΠ ΥΑ ΚΥΑ LOCA W (Watt) NARAC Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Geographical Information Systems Διεθνής Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας International Atomic Energy Agency Διεθνής Επιτροπή Ραδιολογικής Προστασίας International Commission on Radiological Protection Διεύθυνση Διευθυντής Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας Greek Atomic Energy Commission Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ραδιολογικού Κινδύνου European Committee on Radiation Risk Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος» National Center for Scientific Research Demokritos Μονάδα μέτρησης ενέργειας: 1 kev=1000ev, 1MeV=1εκατ.eV, 1GeV=1 δις.ev, 1TeV=1τρις. ev Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο Υπουργική Απόφαση Κοινή Υπουργική Απόφαση Loss Of Coolant Accident Ατύχημα σχεδιαστικής βάσης με απώλεια ψυκτικού μέσου Μονάδα μέτρησης ισχύος: 1kW (kilo Watt)=1000 W, 1MW (Mega Watt)=1εκατ. W, 1 GW (Giga Watt)= 1 δισ. W, 1TW (Tera Watt)=1 τρισ. W National Atmospheric Release Advisory Center Εθνικό Συμβουλευτικό κέντρο για θέματα ατμοσφαιρικής διάχυσης (των ΗΠΑ) Σελίδα 9
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Συντομογραφία NEA ΟΟΣΑ OECD OTA Παράρτημα «Ρ» «Ξενοκράτη» ΠΣΕΑ psi (pound per square inch) ΠΔ SI SWOT Ανάλυση TNT IABTI INES ISOE ΙΦΕΤ Α.Ε ΥΟΔ ΧΒΡΠ CBRN USNRC GM Επεξήγηση Nuclear Energy Agency Υπηρεσία Πυρηνικής Ενέργειας Οργανισμός Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης Organization for Economic Co-operation and Development Οργανισμοί Τοπικής Αυτοδιοίκησης Παράρτημα του γενικού σχεδίου πολιτικής προστασίας «Ξενοκράτης» με θέμα: «Αντιμετώπιση κατάστασης έκτακτης ανάγκης από σημαντική και εκτεταμένη ραδιενεργό ρύπανση λόγω διαρροής ραδιενέργειας από ατυχήματα εντός και εκτός Ελλάδας» Πολιτική Σχεδίαση Έκτακτης Ανάγκης Μονάδα μέτρησης πίεσης Προεδρικό Διάταγμα International System of Units Διεθνές Σύστημα Μονάδων Εργαλείο Ανάλυσης: Δυνάμεων (S), Αδυναμιών (W), Ευκαιριών (Ο) και Απειλών (Τ) Χημικό εκρηκτικό: τρινιτροτολουόλη (trinitrotoluene) International Association of Bomb Technicians and Investigators Διεθνής Ένωσης Τεχνικών και Ερευνητών Εκρήξεων International Nuclear and Radiological Event Scale Διεθνής Πυρηνική και Ραδιολογική Κλίμακα Συμβάντων Information System on Occupational Exposure Σύστημα πληροφόρησης για την επαγγελματική έκθεση Ινστιτούτο Φαρμακευτικής Έρευνας και Τεχνολογίας A.E. Υποστηρικτική Ομάδα Διαχείρισης Χημικών, Βιολογικών, Ραδιολογικών και Πυρηνικών Απειλών και Συμβάντων Χημικά, Βιολογικά, Ραδιολογικά, Πυρηνικά Chemical, Biological, Radiological, Nuclear United States Nuclear Regulatory Commission Ρυθμιστική αρχή πυρηνικών θεμάτων των ΗΠΑ Ανιχνευτής ραδιενέργειας τύπου Geiger-Mueller (Γκάιγκερ-Μούλλερ) Σελίδα 10
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Εισαγωγή Στις 11 Μαρτίου του 2011 στον πυρηνικό σταθμό της TEPCO στην περιοχή Fukushima Daiichi της Ιαπωνίας, συνέβη ένα από τα μεγαλύτερα σύνθετα πυρηνικά ατυχήματα της εποχής μας. Στην Ευρώπη, ήδη από την περίοδο του ατυχήματος στο Chernobyl, η κοινή γνώμη είναι εξαιρετικά συνειδητοποιημένη για την ανάγκη ανάπτυξης δομημένων και ολιστικών διαδικασιών για προστατευτικές δράσεις σε περίπτωση πυρηνικού ατυχήματος ή ραδιολογικού συμβάντος (Hämäläinen et al, 2000). Παρόλα αυτά, η Διεθνής Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (IAEA) αναφέρει ότι πολλά κράτη μέλη δεν είναι επαρκώς προετοιμασμένα για την απόκριση σε τέτοιου είδους καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Επίσης, αναφέρει την έλλειψη ενοποιημένων διαδικασιών μεταξύ των χωρών, η οποία προκαλεί σύγχυση και έλλειψη εμπιστοσύνης στο κοινό, δυσχεραίνει τις προσπάθειες αποκατάστασης και μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές κοινωνικοοικονομικές και πολιτικές επιπτώσεις (http://wwwns.iaea.org τελευταία επίσκεψη 10/07/2011). Σκοπός Η παρούσα εργασία «Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα. Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» έχει ως βασικό σκοπό την πρόταση σχεδίου αντιμετώπισης ραδιολογικών συμβάντων σε τοπικό επίπεδο Δήμου, αφού προβεί σε μια παρουσίαση σεναρίων πυρηνικού και ραδιολογικού συμβάντος και αξιολογήσει την έκταση των επιπτώσεών τους στην περιοχή που αφορούν. Ταυτόχρονα, πραγματεύεται την αξιολόγηση της χρήσης πυρηνικής ενέργειας, μέσα από ανάλυση της στη σύγχρονη εποχή, με στόχο την παρουσίαση των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων της. Όλα τα παραπάνω, μέσα από το πρίσμα του υπαλλήλου που εργάζεται στον τομέα Πολιτικής Προστασίας ενός Δήμου που επηρεάζεται από τυχόν ανάλογα συμβάντα. Σελίδα 11
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Στόχος Οι επιμέρους στόχοι της εργασίας αφορούν τον προσδιορισμό των σημαντικότερων πυρηνικών ατυχημάτων στην ιστορία, την ανάλυση των βασικών αιτιών ενός πυρηνικού ατυχήματος και ραδιολογικού συμβάντος και κυρίως την παρουσίαση της κατάστασης στην περιοχή της Αττικής, όπου βρίσκονται ο πυρηνικός αντιδραστήρας του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και ο ακτινοβολητής Κοβαλτίου-60 του ΙΦΕΤ. Γι αυτό το σκοπό εκτελέσθηκε ποιοτική έρευνα στις τοπικές υπηρεσίες και τους φορείς που ασχολούνται με το θέμα. Ταυτόχρονα, αναπτύχθηκαν δύο σενάρια ατυχημάτων στις προαναφερθέντες εγκαταστάσεις, με βασική επιδίωξη την παρουσίαση της έκτασης των επιπτώσεών τους. Προσδιορίζοντας τις επιπτώσεις και τα προβλήματα που θα υπάρξουν, θα μπορέσουμε να αξιολογήσουμε τη χρήση της πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο, αλλά και να αναπτύξουμε τις δράσεις της Πολιτείας σε τοπικό επίπεδο, ώστε το κοινό και οι τοπικοί φορείς να γνωρίζουν τα μέτρα αυτοπροστασίας και τις δράσεις που θα πρέπει να εκτελέσουν σε κάθε περίπτωση (Λέκκας, 2000, σελ. 224). Οι προτάσεις μας θα βοηθήσουν στην ετοιμότητα και σωστή ενεργοποίηση των Δήμων και των πολιτών, στην περίπτωση ραδιενεργών και πυρηνικών συμβάντων. Μέσα Τα μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για την επίτευξη των παραπάνω στόχων ήταν αρχικά η βιβλιογραφική έρευνα και η μελέτη σχετικά με τα πυρηνικά ατυχήματα και τα ραδιολογικά συμβάντα. Μελετήθηκαν άρθρα από επιστημονικά περιοδικά καθώς και έγκυρες διαδικτυακές πηγές, ενώ ερευνήθηκαν διάφορα τεχνικά χαρακτηριστικά σχετικά με τη ραδιοχημεία και την πυρηνική χημεία. Βασικό μέσο της εργασίας μας ήταν οι επαφές και συνεντεύξεις με τους εξειδικευμένους φορείς και επιστήμονες του αντικειμένου, οι οποίοι κατέδειξαν τις σωστές κατευθύνσεις για την ανάλυση των σεναρίων στη μελέτη. Ταυτόχρονα, χρησιμοποιήθηκε η ανάλυση SWOT για την αξιολόγηση της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο. Σχετικά με τα τεχνολογικά μέσα εκπόνησης της μελέτης, χρησιμοποιήθηκαν τα ειδικά λογισμικά: στατιστικής ανάλυσης Minitab, ανάλυσης διασποράς HotSpot και χωρικής ανάλυσης ArcGIS για την ανάλυση των δεδομένων μας, ενώ Σελίδα 12
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» παρουσιάσθηκαν χάρτες από την «ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε.» για καλύτερη ποιότητα ανάλυσης. Μεθοδολογία Η εκπόνηση της εργασίας βασίστηκε στην εξής μεθοδολογία: Αρχικά δημιουργήθηκε η βασική δομή και κατόπιν στενής συνεργασίας με τον επιβλέποντα καθηγητή επιλύθηκαν αρκετές απορίες, λόγω της φύσης του αντικειμένου. Ακολούθως πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις στις εγκαταστάσεις του ΕΚΕΦΕ (Αγ.Παρασκευή) και του ΙΦΕΤ (Μαγούλα-Παλλήνη). Έγινε η πρώτη επαφή με το προσωπικό και ακολούθησαν οι βιβλιογραφικές αναζητήσεις και η συγκέντρωση όλου του κατάλληλου υλικού για την ανάλυση της εργασίας. Κατόπιν ακολούθησε η ποιοτική έρευνα και στατιστική συμπερασματολογία. Διενεργήθηκαν 6 ατομικές συνεντεύξεις σε βάθος (In Depth Interviews), με τη χρήση δομημένου ερωτηματολογίου με κλίμακα ισοδιαστήματος για την ανάλυση των δεδομένων, αλλά και την επιλογή επεξηγήσεων και παρατηρήσεων επί των ερωτήσεων. Η έρευνα αφορούσε ειδικούς επιστήμονες και φορείς Πολιτικής Προστασίας σε επίπεδο Περιφέρειας και Αποκεντρωμένης Διοίκησης 1 : Τον κ. Μαρκάτο Ν., Καθηγητή του Ε.Μ.Π. ως ειδικό επιστήμονα για τα μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς, τον κ. Μπέλλο Θ., Υπάλληλο Δ/νσης Πολιτικής Προστασίας της Αποκεντρωμένης Διοίκησης Αττικής, την κ. Καμενοπούλου Β., Διευθύντρια Αδειών και Ελέγχων στην ΕΕΑΕ, τον κ. Μαλτέζο Α., στο Τμήμα Ελέγχου Ραδιενέργειας Περιβάλλοντος στην ΕΕΑΕ, τον κ. Τρουμπούκη Γ., Υπάλληλο Δ/νσης Πολιτικής Προστασίας Περιφέρειας Αττικής και τον κ. Κωνσταντινόπουλο Α., Δ/ντη Δ/κων Υπηρεσιών του ΙΦΕΤ ΑΕ. Χρησιμοποιήθηκε το ειδικό λογισμικό στατιστικής ανάλυσης Minitab, προκειμένου να αποτυπωθούν τα αποτελέσματα της ποιοτικής έρευνας με ερωτηματολόγια, το οποίο δημιούργησε τις βάσεις για την περαιτέρω ανάλυσή μας. 1 Επίσης υπήρξε επικοινωνία με την κ. Ανεζίρη Ο., τον κ. Κολλά Ι. και την κ. Βαρβαγιάννη Μ. από το ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», με την κ. Σαρλή Ι. από την Περιφέρεια Ανατολικής Αττικής, ενώ επικοινωνήσαμε μέσω e-mail με πολλούς φορείς και άτομα που σχετίζονται με το αντικείμενο, με κυριότερη την επικοινωνία με το Πανεπιστήμιο του Harvard, το οποίο μας παρέπεμψε στον οργανισμό Health Physics Society (http://hps.org/ τελευταία επίσκεψη 21/07/2011), όπου διατηρούσαμε συχνή επικοινωνία με τον κ. Karam A., ειδικό για το θέμα που μας αφορά. Σελίδα 13
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Για την αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο, βασισθήκαμε στην ανάλυση SWOT και στα αποτελέσματα της ποιοτικής έρευνας. Ταυτόχρονα υπήρξε συνάντηση και στενή συνεργασία με τον Αντιδήμαρχο Πολιτικής Προστασίας του Δήμου Πεύκης-Λυκόβρυσης και υπάλληλο του Δήμου, για την εκπόνηση του σχεδίου αντιμετώπισης ραδιολογικού συμβάντος. Την έρευνα ακολούθησε η εκτέλεση των σεναρίων, με τη χρήση του ειδικού λογισμικού HotSpot, κατόπιν προτάσεων των εξειδικευμένων επιστημόνων. Έτσι πραγματοποιήθηκε η ζωνοποίηση του συμβάντος. Ιδιαίτερα για την περίπτωση του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», έγινε εκτίμηση των επικινδυνοτήτων στους Δήμους των Βορείων Προαστίων της Αττικής στη θερινή και χειμερινή περίοδο, με τη χρήση του ειδικού λογισμικού ArcGIS, όπου παρατηρήσαμε ότι ο Δήμος Πεύκης ανήκει στις περιοχές που επηρεάζονται από τυχόν συμβάν στις εγκαταστάσεις. Κατόπιν εκτελέσθηκαν τα σενάρια στον ακτινοβολητή του ΙΦΕΤ και παρουσιάσθηκε, με τη χρήση του ειδικού λογισμικού HotSpot, η έκταση των επιπτώσεων και ο τύπος προστασίας από τα ραδιονουκλίδια για την ασφάλεια των εργαζομένων. Τέλος, με βάση όλα τα παραπάνω και αφού έγινε η νομοθετική ανασκόπηση των βασικών νομοθετημάτων που διέπουν τη ραδιοπροστασία, αλλά αναλύθηκε και η αναγκαιότητα του σχεδιασμού με βάση τα διεθνή δεδομένα, δημιουργήσαμε το βασικό σχέδιο έκτακτης ανάγκης του Δήμου για ραδιολογικά συμβάντα. Υποθέσεις εργασίας Στη συγκεκριμένη μελέτη είναι σαφές ότι θα πρέπει να γίνουν σημαντικές υποθέσεις εργασίας, για τη λειτουργικότητα των μοντέλων των σεναρίων. Είναι πολύ σημαντικό να διευκρινιστεί ότι στην παρούσα εργασία δε θα γίνει αναφορά των δράσεων των φορέων της πολιτείας in situ. Αυτό αποτελεί σαφέστατα αντικείμενο μια διαφορετικής μελέτης. Έτσι οι δράσεις του Πυροσβεστικού Σώματος, της Ελληνικής Αστυνομία και των λοιπόν φορέων πρώτης απόκρισης δεν αποτελούν αντικείμενο της παρούσας μελέτης. Σελίδα 14
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Ταυτόχρονα δεν πραγματευόμαστε το θέμα από την άποψη του Υπουργείου Προστασίας του Πολίτη και της ΓΓΠΠ, καθώς εστιάζουμε στο τοπικό επίπεδο Δήμου, αναφέροντας την κατάσταση στην Περιφέρεια και Αποκεντρωμένη Διοίκηση που αφορά το συγκεκριμένο Δήμο προς εξέταση (Δήμος Πεύκης-Λυκόβρυσης). Η εργασία εστιάζει στην εκτίμηση της έκτασης των επιπτώσεων ενός πυρηνικού και ραδιολογικού συμβάντος, ενώ στο κομμάτι της απόκρισης εστιάζει στα μέτρα αυτοπροστασίας και στις οδηγίες της Πολιτείας σε τοπικό επίπεδο Δήμου, σε συνεργασία και κατόπιν οδηγιών των καθ ύλην αρμόδιων φορέων για το θέμα. Λόγω εμπιστευτικότητας των δεδομένων, δεν είχαμε πρόσβαση στο σύνολο των πληροφοριών που θα καθιστούσαν πληρέστερο το σενάριό μας. Τα επιμέρους προβλήματα αναφέρονται στο κυρίως σώμα της εργασίας. Όμως αυτά μας προετοιμάζουν για ανάλογη πραγματική κατάσταση, όπου ο υπάλληλος Πολιτικής Προστασίας ενός Δήμου δε θα έχει πλήρη πρόσβαση σε στοιχεία και θα πρέπει να ανατρέξει σε βιβλιογραφικές πηγές και στην εκτέλεση υποθέσεων, προκειμένου να δράσει αποτελεσματικά τα πρώτα λεπτά μετά το συμβάν. Γι αυτό ακριβώς το λόγο θεωρούμε την παρούσα μελέτη μια καλή προσέγγιση της πραγματικής κατάστασης. Λόγω των απορρήτων των σχεδίων ετοιμότητας από τους αρμόδιους φορείς, δεν υπήρχε πρόσβαση ώστε να δημιουργηθεί ένα σχέδιο με βάση τα επιστημονικά και εξειδικευμένα δεδομένα των φορέων. Και πάλι αυτό αντιμετωπίσθηκε υπό το πρίσμα του υπαλλήλου Πολιτικής Προστασίας ενός Δήμου, ο οποίος θα κληθεί να συντάξει σχέδια χωρίς να διαθέτει τις παραπάνω πληροφορίες. Για την χρήση των ειδικών λογισμικών Minitab, ArcGIS και HotSpot ισχύουν οι υποθέσεις εργασίας που αναφέρονται στα εγχειρίδια των οδηγιών τους. Πιο συγκεκριμένα, για το Minitab χρησιμοποιήθηκαν αποκλειστικά συναρτήσεις ποιοτικών δεδομένων (μικρό δείγμα), για το HotSpot χρησιμοποιήθηκαν οι συναρτήσεις για εκτιμήσεις στα πρώτα 10 λεπτά απ το συμβάν, ενώ διατηρήθηκαν οι βασικές προεπιλογές στα μοντέλα διασποράς, ενώ στο ArcGIS η ψηφιοποίηση έγινε προσεγγιστικά, καθώς τα δεδομένα δημιουργήθηκαν απ την αρχή. Οι επιμέρους υποθέσεις εργασίας αναφέρονται κατά περίπτωση στα σενάρια και στα ανάλογα κεφάλαια της μελέτης. Σελίδα 15
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Διάρθρωση κεφαλαίων Η παρούσα εργασία ξεκινά όπως ακριβώς θα εκκινούσε τη μελέτη για τη συγγραφή ενός σχεδίου ετοιμότητας ένας υπάλληλος Πολιτικής Προστασίας Δήμου, ο οποίος δεν είναι εξειδικευμένος επιστήμονας και γνώστης του θέματος. Έτσι, στο πρώτο κεφάλαιο, αναφέρουμε εισαγωγικά θέματα που αφορούν την πυρηνική ενέργεια. Αρχικά τον τρόπο δημιουργίας της, τις ακτινοβολίες που παράγονται, τους τρόπους μέτρησης και τα όρια έκθεσης δόσεων για τον πληθυσμό. Επίσης παρουσιάζονται πολύ συνοπτικά ορισμένες αρνητικές επιπτώσεις, επιπλέων των ήδη γνωστών επιπτώσεων της ραδιενέργειας. Καταλήγουμε με μια αναφορά στα είδη των πυρηνικών και ερευνητικών πυρηνικών αντιδραστήρων, με απόπειρα να κατανοήσουμε τον τρόπο γένεσης ενός ατυχήματος ή συμβάντος. Το δεύτερο κεφάλαιο απαρτίζεται από μια καταγραφή και ταξινόμηση των βασικών πυρηνικών ατυχημάτων και ραδιολογικών συμβάντων, με βάση την κλίμακα INES. Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών αιτιών, με πρωταρχική το ανθρώπινο σφάλμα, ενώ παρουσιάζονται οι σύγχρονες μέθοδοι ασφάλειας στις διαδικασίες. Ολοκληρώνεται με την παρουσίαση της επιχειρησιακής αρχής ALARA και του μοναδικού ραδιολογικού συμβάντος στον ελλαδικό χώρο. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ποιοτική έρευνα και στατιστική συμπερασματολογία, ενώ γίνεται και η αξιολόγηση της χρήσης πυρηνικής ενέργειας με την ανάλυση SWOT. Τα συμπεράσματα της ποιοτικής έρευνας αποτελούν εργαλεία για το επόμενο κεφάλαιο των μελετών περιπτώσεων σεναρίων συμβάντων. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται περαιτέρω οι συγκεκριμένες υποθέσεις εργασίας για τα σενάρια. Κατόπιν παρουσιάζονται βασικά δεδομένα του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος», τα οποία θα υποστηρίξουν το σενάριό μας, ενώ παρουσιάζονται βιβλιογραφικά πιθανά ατυχήματα. Στα υποκεφάλαια που ακολουθούν εκτελούνται τα σενάρια για θερινή και χειμερινή περίοδο, με βάση τα δεδομένα της ΕΜΥ, ενώ παρουσιάζονται ανά περίοδο οι εκτάσεις των επιπτώσεων ανά ραδιονουκλίδιο (Κοβάλτιο-60, Καίσιο-137, Ιώδιο-131, Στρόντιο-90). Στη συνέχεια του τέταρτου κεφαλαίου παρουσιάζονται δεδομένα του ΙΦΕΤ, με πιθανά συμβάντα σε ανάλογους ακτινοβολητές Κοβαλτίου-60, ενώ ακολουθούν τα σενάρια σε θερινή και χειμερινή περίοδο. Λόγω της εξαιρετικά χαμηλής πιθανότητας του σεναρίου, παρουσιάζεται ανάλυση του τύπου των εργασιακών εγκαταστάσεων Σελίδα 16
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» που απαιτείται για την προστασία των εργαζομένων στον ακτινοβολητή, στο υποκεφάλαιο «Ραδιονουκλίδια εντός των εγκαταστάσεων», με τη χρήση του HotSpot. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η Μελέτη Περίπτωσης του Δήμου Πεύκης- Λυκόβρυσης, όπου παρουσιάζονται αρχικά η νομοθεσία, ώστε να διαπιστωθούν τυχών υποχρεώσεις των Δήμων, τα συμπεράσματα των σεναρίων, όπως αποτυπώνονται με τη χρήση του ArcGIS και το Σχέδιο του Δήμου για ραδιολογικά και πυρηνικά συμβάντα. Το αναλυτικό σχέδιο βρίσκεται, λόγω μεγάλης έκτασης, στο Παράρτημα Ι (βλ. Σχέδιο Δήμου Πεύκης-Λυκόβρυσης για ραδιολογικό συμβάν). Η μελέτη ολοκληρώνεται στο κεφάλαιο των συμπερασμάτων, όπου παρουσιάζονται τα κύρια συμπεράσματα και οι προτάσεις για βελτίωση της υπάρχουσας κατάστασης, στον τομέα της τοπικής αυτοδιοίκησης. Σελίδα 17
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Κεφάλαιο 1 ο : Πυρηνική ενέργεια 1.1. Εισαγωγικά 1.1.1. Τι είναι η ραδιενέργεια Η ραδιενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας που προέρχεται από μια πηγή, μεταφέρεται στο χώρο και έχει τη δυνατότητα να διαπερνά ορισμένα υλικά (http://hps.org/publicinformation/radterms/ τελευταία επίσκεψη 04/07/2011). Αποτελεί ένα φαινόμενο εκπομπής σωματιδίων ή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τους πυρήνες ορισμένων χημικών στοιχείων, που γι' αυτό το λόγο ονομάζονται ραδιενεργά στοιχεία. Τυπικά, η ραδιενέργεια ορίζεται ως «το πηλίκο dn δια dt, μιας ποσότητας ραδιενεργών πυρήνων σε συγκεκριμένη ενεργειακή κατάσταση σε δεδομένη χρονική στιγμή, όπου dn είναι η αναμενόμενη τιμή του αριθμού των αυτόματων πυρηνικών μετατροπών από την ενεργειακή κατάσταση στο χρονικό διάστημα dt, επομένως Ραδιενέργεια dn A» (ΚΥΑ 1014/2001). dt Η ραδιενέργεια προέρχεται τόσο από φυσικές πηγές (όπως π.χ. ουράνιο ή ραδόνιο στο έδαφος) όσο και από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Στις ανθρωπογενείς δραστηριότητες περιλαμβάνονται κάποιες ηλεκτρονικές συσκευές (όπως φούρνοι μικροκυμάτων και τηλεοράσεις), ιατρικές πηγές (όπως ακτίνες Χ, κάποια διαγνωστικά τεστ και θεραπείες) και από δοκιμές πυρηνικών όπλων. Επίσης, ακόμα και στα τρόφιμα ή στο πόσιμο νερό βρίσκονται μικρές ποσότητες ραδιενέργειας (Σκληβανιώτης, 2004). Για θέματα ραδιενέργειας μας ενδιαφέρει κυρίως η ιοντίζουσα ακτινοβολία, που ουσιαστικά σημαίνει ότι επειδή αυτή η ακτινοβολία μπορεί να διαπεράσει την ύλη, μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρική φόρτιση ή ιονισμό της ύλης (www.iaea.org/publications/factsheets/english/radlife τελευταία επίσκεψη 05/09/2011). Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι της ραδιενεργού (ιοντίζουσας) ακτινοβολίας, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (γ), που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός (φωτόνια) και τα σωματίδια υψηλής ταχύτητας (α, β, νετρόνια). Και οι δύο τύποι, Σελίδα 18
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» καθώς διαπερνούν μια ουσία, μπορούν να μετατρέψουν τα ουδέτερα άτομα ή μόρια, σε φορτισμένα ιόντα (Χάλαρης, 2011, σελ. 15-20). Καθημερινά εκτιθέμαστε σε μικρές ποσότητες ακτινοβολίας, εκ των οποίων μικρότερες ποσότητες αφορούν ραδιενεργό έκθεση. Εικόνα 1 : Ιοντίζουσες και μη ιοντίζουσες ακτινοβολίες Πηγή: www.eeae.gr/gr/index. τελευταία επίσκεψη 17/07/2011 1.1.2. Πυρήνες και νουκλίδια Τα πειράματα του Βρετανού φυσικού Ernest Rutherford το 1910-1911 για την ανακάλυψη του πυρήνα του ατόμου και η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου (Hewitt, 2005, pp.35-40), συντέλεσαν στην πρόταση ενός μοντέλου από τον Heisenberg, όπου τα συστατικά στοιχεία του πυρήνα των ατόμων ονομάζονται νουκλίδια και είναι τα στοιχειώδη σωματίδια πρωτόνιο και νετρόνιο (Αντωνόπουλος- Ντόμης, 2011). Έτσι, οι πυρήνες των ατόμων αποτελούνται από θετικά φορτισμένα σωματίδια, τα πρωτόνια, και από ουδέτερα φορτισμένα σωματίδια, τα νετρόνια. Εικόνα 2: Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια Πηγή: Αντωνόπουλος-Ντόμης, 2011 Σελίδα 19
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Το πρωτόνιο αποτελεί το βασικότερο συστατικό του πυρήνα και από τον αριθμό των πρωτονίων καθορίζεται το είδος του ατόμου. Είναι θετικά φορτισμένο με ίσο και αντίθετο φορτίο με αυτό του ηλεκτρονίου ( 27 m p 1,6723*10 kg ). Από την άλλη, το νετρόνιο (υπάρχει σε όλα τα άτομα εκτός του Υδρογόνου) είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και η μάζα του είναι παραπλήσια με αυτή του πρωτονίου ( m n 27 1,6746*10 kg ) (Σουμάκης, 2005, σελ. 7-8). Ένα άτομο χαρακτηρίζεται από τον ατομικό αριθμό (Ζ), ο οποίος εκφράζει τον αριθμό των πρωτονίων του πυρήνα του (ή γενικότερα τον αριθμό των θετικών στοιχειωδών ηλεκτρικών φορτίων του) και το μαζικό αριθμό (Α), ο οποίος ορίζεται ως ο συνολικός αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων του πυρήνα του (Λοΐζου, 2006, σελ.21-33). Mε αυτό τον τρόπο παρατηρούμε ότι ο αναλυτικός συμβολισμός ενός ατόμου χημικού στοιχείου Χ είναι A X, όπου το χημικό σύμβολο Χ ταυτοποιεί το στοιχείο Z που έχει έναν και μοναδικό αριθμό Ζ και αριθμός των νετρονίων είναι Ν=Α-Ζ. Έτσι 131 π.χ. το I 78 συνήθως γράφεται ως 131 Ι ή ως Ι-131. Το φορτίο ενός ατόμου 153 αναγράφεται στην πάνω δεξιά θέση του χημικού συμβόλου, π.χ. Ca 2+, που μαρτυρεί ότι το άτομο του ασβεστίου έχει χάσει δύο ηλεκτρόνια (http://panacea.med.uoa.gr/topic τελευταία επίσκεψη 05/09/2011). Από τα παραπάνω φαίνεται ότι για την πλήρη περιγραφή ενός ατομικού είδους είναι απαραίτητη η γνώση του ατομικού αριθμού, του μαζικού αριθμού και της ατομικής μάζας του. Έτσι, χρησιμοποιείται ο όρος νουκλίδιο, για να χαρακτηρίσει κάθε διαφορετικό ατομικό είδος (αποτελούμενο από τον πυρήνα και τα περιφερειακά του ηλεκτρόνια), που προσδιορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων, τον αριθμό των νετρονίων και την ενεργειακή κατάσταση του πυρήνα του (Λοΐζου, 2006, σελ. 22). Τα νουκλίδια διακρίνονται με βάση τον ατομικό και μαζικό τους αριθμό σε: ισότοπα, ισοβαρή, ισότονα, ισοδιαφορικά και ισομερή (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.27-36). Έτσι, ο όρος «ισότοπο» δεν είναι συνώνυμος του όρου νουκλίδιο, αφού αναφέρεται σε νουκλίδια του ίδιου χημικού στοιχείου, δηλαδή με τον ίδιο ατομικό αριθμό, αλλά διαφορετικούς μαζικούς αριθμούς και κατά συνέπεια διαφορετικές Σελίδα 20
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» ατομικές μάζες. Τα νουκλίδια που παρουσιάζουν ραδιενεργό συμπεριφορά ονομάζονται ραδιενεργά νουκλίδια ή ραδιονουκλίδια (Λοΐζου, 2006, σελ. 23-27). 1.1.3. Πυρηνική σχάση Τα πρωτόνια και νετρόνια ενός πυρήνα συγκρατούνται μεταξύ τους με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις και με τη βαρύτητα. Η σταθερότητα επομένως ενός πυρήνα εκφράζεται με το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να διαχωρισθεί ο πυρήνας στα πρωτόνια και νετρόνια από τα οποία αποτελείται. Έχει παρατηρηθεί ότι οι ελαφρείς και βαρείς πυρήνες έχουν μικρότερη ενέργεια σύνδεσης από τους πυρήνες μεσαίου βάρους, έτσι σχάση (fission) μπορεί να παρατηρηθεί στους βαρείς πυρήνες, ενώ σύντηξη (fusion) στους ελαφρείς (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.34-35). Ορισμένα άτομα είναι ασταθή, δηλαδή οι πυρήνες τους έχουν την τάση να αλλάζουν αυθόρμητα τη δομή τους, έως ότου προκύψει ένας πυρήνας με σταθερή δομή (ΕΕΑΕ, 2006): μετατρέπονται δηλαδή σε κάποιο άλλο πυρήνα εκπέμποντας σωματίδια ή και μετάβαση από κάποια στάθμη διέγερσης σε κάποια άλλη χαμηλότερη, εκπέμποντας φωτόνια. Μιλάμε τότε για ραδιενεργό διάσπαση του ασταθούς πυρήνα. Ο διασπώμενος πυρήνας ονομάζεται μητρικός και ο πυρήνας που προκύπτει από τη διάσπαση ονομάζεται θυγατρικός (Αντωνόπουλος-Ντόμης, 2011). Η «ραδιενεργότητα» ενός υλικού μετράται με την μονάδα Becquerel (Bq) που ισούται με τον αριθμό των διασπάσεων ανά δευτερόλεπτο (Σκληβανιώτης, 2004). Έτσι, τα σωματίδια εκπέμπονται με σημαντική ενέργεια και η εκπομπή τους χαρακτηρίζεται ως ραδιενεργός ακτινοβολία, ενώ ραδιενέργεια ονομάζεται η ιδιότητα της αυθόρμητης διάσπασης, δηλαδή της διάσπασης χωρίς εξωτερική διέγερση, των ραδιενεργών πυρήνων, με ταυτόχρονη εκπομπή ραδιενεργών ακτινοβολιών. O όρος ραδιενέργεια (radioactivity) αποδόθηκε το 1898, από την Marie Curie, για να περιγράψει τη ραδιενεργό συμπεριφορά του ουρανίου και του θορίου, που η Curie είχε παρατηρήσει (Αντωνόπουλος-Ντόμης, 2011). Οι ραδιενεργοί πυρήνες δεν διασπώνται με τον ίδιο ρυθμό. Έτσι χρησιμοποιούμε τον όρο «χρόνος ημιζωής» για να δηλώσει το ρυθμό αυτό και ορίζεται ως ο χρόνος που απαιτείται για μειωθεί ένας αριθμός πυρήνων στο μισό (Σκληβανιώτης, 2004). Σελίδα 21
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Στα παραπροϊόντα της σχάσης περιλαμβάνονται και νετρόνια, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω σχάσεις, δημιουργώντας έτσι μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία σε ελεγχόμενα, χαμηλή ταχύτητα, παράγει εκμεταλλεύσιμη ενέργεια. Σε μη ελεγχόμενη, προκαλεί έκρηξη της οποίας η ισχύς είναι μεγαλύτερη από κάθε άλλη έκρηξη προκαλούμενη από χημικές αντιδράσεις (Αθανασάκη-Μιχαηλίδου, 2011). Η πυρηνική σχάση εξαπολύει ενέργεια, και εάν το ραδιοϊσότοπο που χρησιμοποιηθεί είναι το Ουράνιο-235 εντός ενός αντιδραστήρα, εκτός από την απελευθέρωση ενέργειας, απελευθερώνονται τρία ακόμη νετρόνια. Επομένως, εάν περιφέρονται κοντά και άλλα νουκλίδια Ουρανίου-235, τότε δημιουργείται μια αλυσιδωτή αντίδραση, που απελευθερώνει ακόμη περισσότερη ενέργεια και ακόμη περισσότερα νετρόνια, όπως βλέπουμε παρακάτω. Εικόνα 3: Πυρηνική Σχάση Ουρανίου-235 Πηγή: Ανδρονόπουλος, 2010 1.1.4. Ακτινοβολίες Ο όρος ακτινοβολία χαρακτηρίζει τη ροή ατομικών ή υποατομικών σωματιδίων και κυμάτων, όπως είναι αυτά που συνδέονται με τις θερμικές και φωτεινές ακτίνες ή με τις ακτίνες Χ. Η ακτινοβολία ονομάζεται ιοντίζουσα όταν αποτελείται είτε από φωτόνια (ακτίνες Χ και γ) είτε από σωματίδια α, β, νετρόνια, κτλ., ικανά να προξενήσουν άμεσα ή έμμεσα σχηματισμό ιόντων (Καλδέλλης et al, 2005). Σελίδα 22
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Οι άνθρωποι εκτίθενται σε φυσική ακτινοβολία από τον ήλιο, κοσμικές ακτίνες και ραδιενεργά στοιχεία που υπάρχουν στο φλοιό της γης, όπως το ραδόνιο. Επίσης, η κοσμική ακτινοβολία από το διάστημα περιλαμβάνει πρωτόνια, ηλεκτρόνια, ακτίνες γ και ακτίνες Χ. Η έκθεση των ατόμων στη φυσική ακτινοβολία δεν ξεπερνά τα 40 millirems ετησίως, επομένως είναι πολύ μικρή για την πρόκληση σοβαρών βλαβών (USNRC, 2011). Πέρα από τη φυσική ακτινοβολία, υπάρχει η τεχνητή, που χρησιμοποιείται ευρέως σε ιατρικές και βιομηχανικές εφαρμογές, όπως και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες και στην κατασκευή πυρηνικών όπλων. Σε πολλές από τις παραπάνω εγκαταστάσεις δημιουργούνται ραδιενεργά απόβλητα και σε μερικές απελευθερώνεται ελεγχόμενη ποσότητα ακτινοβολίας στο περιβάλλον. Η βασική έκθεση των ατόμων σε ακτινοβολία είναι κυρίως από ιατρικές διαδικασίες (ισότοπα I-131, Tc-99m, Co-60, Ir-192, Cs-137, και άλλα), όμως υπάρχει και έκθεση από καταναλωτικά αγαθά, όπως ο καπνός (θόριο), υλικά κατασκευών, συσκευές πυρανίχνευσης (αμερίκιο), και άλλα (USNRC, 2011). Κατά τη διάρκεια της μετάπτωσης από έναν ασταθή πυρήνα σε ένα σταθερότερο, τα άτομα εκπέμπουν ακτινοβολία (ΕΕΑΕ, 2006).Τα ραδιοϊσότοπα εκπέμπουν μόνο ακτίνες α, β και γ, ενώ τα νετρόνια συνήθως εκπέμπονται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις μέσα σε αντιδραστήρες και κυρίως μετά από βομβαρδισμό με 4 ακτίνες α ( He ) (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.37-61). 2 Ουσιαστικά ο πυρήνας των ραδιονουκλιδίων, στην μετάπτωσή του σε άλλη, σταθερότερη κατάσταση, εκπέμπει υποατομικά σωματίδια και υψηλής ενέργειας φωτόνια (ακτίνες γ). Η διαδικασία αυτή ονομάζεται ραδιενεργός εκφυλισμός. Στους ζωντανούς ιστούς, τα ηλεκτρισμένα ιόντα που προκαλούνται από την ακτινοβολία αυτή μπορούν να επιδράσουν σοβαρά στις βιολογικές διαδικασίες (www.iaea.org/ns/tutorials τελευταία επίσκεψη 18/07/2011). Σελίδα 23
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Σωματίδια α Είναι δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια τα οποία μπορεί να αποτελούν ένα σύμπλεγμα ραδιενεργού σκόνης (Καζαμίας, 2010). Η ακτινοβολία α αποτελείται από βαριά, θετικά φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπονται από άτομα στοιχείων όπως το ουράνιο και το ράδιο. Τα σωματίδια α αναφέρονται και σαν ίδιο με τους πυρήνες ηλίου, σαν (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.37-61). 4 He 2 4 a 2 ή, επειδή είναι το και είναι σχετικά αργά και βαριά Εικόνα 4: Εκπομπή σωματίου α Πηγή: ΕΕΑΕ, 2006 Γι αυτό το λόγο έχουν μικρή διεισδυτικότητα (στους ιστούς σε βάθος περίπου 0,06mm) (Καλδέλλης et al, 2005) και ουσιαστικά σταματούν σε μια κόλλα χαρτιού ή στην εξωτερική στοιβάδα του δέρματος. Μπορεί όμως να προκαλέσουν τοπική κυτταρική βλάβη εάν πεφθούν ή εισπνευσθούν (Καζαμίας, 2010), δηλαδή η βλάβη μπορεί να γίνει μόνο με άμεση έκθεση των εσωτερικών ιστών. Επίσης τα σωματίδια α διανύουν πολύ μικρές αποστάσεις στον αέρα και έτσι δεν αποτελούν άμεσο κίνδυνο (http://hps.org/publicinformation/radterms/ τελευταία επίσκεψη 19/07/2011). Έχει υπολογισθεί ότι οι ακτίνες α που παράγονται από το ραδιονουκλίδιο αμερίκιο 241 Am 95 με μέση ενέργεια 5,5 MeV διατρέχουν στον αέρα, με κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας απόσταση 3,9 cm. Ο χρόνος ημιζωής των στοιχείων που εκπέμπουν ακτίνες α δεν είναι για όλα τα στοιχεία ο ίδιος, αλλά κυμαίνεται από λίγα δευτερόλεπτα μέχρι 10 15 χρόνια (εξαρτάται βέβαια και από το ποσό της ενέργειας) (Αναστασοπούλου, 2003, σελ. 37-61). Σελίδα 24
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Για την μέτρηση της ακτινοβολίας α έχουν σχεδιαστεί διάφορα είδη οργάνων, όπως ο ανιχνευτής Geiger-Mueller (GM). Τα όργανα δε μπορούν όμως να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία μέσα από μια μικρή στρώση χώματος, νερού, χαρτιού ή άλλου υλικού (http://hps.org/publicinformation/radterms τελευταία επίσκεψη 19/07/2011). Εικόνα 5: Ανιχνευτής Geiger-Mueller Εικόνα 6: Έλεγχος πληθυσμού στην Ιαπωνία με τη χρήση του ανιχνευτή GM Πηγή: www.uos.harvard.edu τελευταία επίσκεψη 19/07/2011 Σωματίδια β Τα σωματίδια β είναι υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνια που προέρχονται από τον πυρήνα κατά το ραδιενεργό εκφυλισμό (Καζαμίας, 2010). Σύμφωνα με την κλασική πυρηνική, ο πυρήνας σε αυτή τη διαδικασία εκπέμπει ένα σωματίδιο β και ένα άλλο στοιχειώδες υποατομικό σωματίδιο που ονομάζεται νετρίνο. Η ακτινοβολία β αποτελείται κατά κανόνα από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και διεισδύει στους ιστούς σε βάθος περίπου 20mm (Καλδέλλης et al, 2005). Εικόνα 7: Εκπομπή σωματίου β Πηγή: ΕΕΑΕ, 2006 Σελίδα 25
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Οι άνθρωποι εκτίθενται σε σωματίδια β από φυσικές ή τεχνητές πηγές όπως Τρίτιο, Άνθρακας-14 και Στρόντιο-90. Παρατηρούμε ότι τα σωματίδια β είναι πιο διεισδυτικά από τα σωματίδια α και μπορούν προκαλέσουν βλάβη γιατί διαπερνούν τις βαθύτερες στοιβάδες του δέρματος (Καζαμίας, 2010), ωστόσο όπως και τα ραδιοϊσότοπα που εκπέμπουν σωματίδια α είναι πιο επιβλαβή με την εισπνοή ή κατάποσή τους. Τα σωματίδια β διανύουν αρκετή απόσταση στον αέρα και διαπερνούν 1-2cm νερού αλλά μπορεί να τα σταματήσει ύφασμα ή μερικά χιλιοστά αλουμινίου. Επίσης ο ρουχισμός μπορεί να προσφέρει κάποια προστασία από την ακτινοβολία β (http://hps.org/publicinformation/radterms/ τελευταία επίσκεψη 20/07/2011). Η ανίχνευση των σωματιδίων β μπορεί να γίνει με έναν ανιχνευτή Geiger- Mueller (GM), όμως θεωρείται αρκετά δύσκολο να ανιχνευτεί από χαμηλής ενέργειας και μικρής διείσδυσης πυρήνες, όπως του Τριτίου, του Άνθρακα-14 και του Θείου-35. Γι αυτό χρησιμοποιούνται ειδικά όργανα, όπως ο Υγρός σπινθηρογράφος Liquid Scintillation Counter (LSC). Ακτινοβολία γ Οι ακτίνες γ είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης και εκπέμπονται κατά τη μετάβαση ενός στοιχείου από μια διηγερμένη κατάσταση σε στάθμη χαμηλότερης ενέργειας ή στη βασική κατάσταση (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.60). Όπως τα ραδιοκύματα, το ορατό φως και τις ακτίνες Χ, οι ακτίνες γ είναι δέσμες ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Οι ακτίνες γ συχνά συνοδεύουν την εκπομπή σωματιδίων α και β από τον πυρήνα. Η εκπομπή ακτίνων γ αποτελείται από φωτόνια που πρακτικά διεισδύουν σε κάθε απροστάτευτο ιστό (Καλδέλλης et al, 2005) και συνιστά ένα εξωτερικό καταστροφικό παράγοντα για τον άνθρωπο. Οι ακτίνες γ μπορούν να διαπεράσουν το ανθρώπινο σώμα ή να απορροφηθούν από τους ιστούς, αποτελώντας κίνδυνο για ολόκληρο το σώμα, όμως δε διαπερνούν το τσιμέντο (σκυρόδεμα πάχους αρκετών μέτρων) ή το μόλυβδο (Καζαμίας, 2010). Η ανίχνευση της ακτινοβολίας γ είναι σχετικά εύκολη με καθετήρες ανιχνευτές ιωδιούχου νατρίου. Παραδείγματα ακτινοβολητών γ ακτινοβολίας αποτελούν το Ιώδιο-131, Καίσιο-137, Κοβάλτιο-60 και Ράδιο-226 (http://hps.org/publicinformation/radterms/ τελευταία επίσκεψη 20/07/2011). Σελίδα 26
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Για την ανίχνευση της ακτινοβολίας εκτός εργαστηρίων, χρησιμοποιούνται ανιχνευτές όπως οι θάλαμοι Ιονισμού, οι οποίοι είναι κατάλληλοι για τη μέτρηση του ποσοστού έκθεσης στην ακτινοβολία ή την αθροιστική έκθεση στην ακτινοβολία (www.uos.harvard.edu τελευταία επίσκεψη 20/07/2011). Ακτίνες Χ Οι ακτίνες Χ, γνωστές και σαν ακτίνες Ρέντγκεν (Röntgen radiation) αποτελούν τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και είναι υψηλής ενέργειας φωτόνια που παράγονται από την αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματιδίων με την ύλη. Οι ακτίνες Χ και γ έχουν τις ίδιες ιδιότητες αλλά διαφορετική πηγή. Οι ακτίνες Χ δημιουργούνται από τη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από εξωτερική στοιβάδα μεγαλύτερης ενέργειας προς την εσωτερική στοιβάδα (Αναστασοπούλου, 2003, σελ.44-53) και έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος από τις ακτίνες γ. Είναι γενικά χαμηλότερης ενέργειας και επομένως λιγότερο διεισδυτικές από τις γ. Οι συσκευές ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται καθημερινά στην ιατρική και τη βιομηχανία για εξετάσεις, επιθεωρήσεις και έλεγχο παραγωγής. Η δέσμη ακτινών Χ έχει την ιδιότητα, αφού υποστεί κάποια εξασθένηση λόγω απορρόφησης και σκέδασης των φωτονίων που τη συνθέτουν να εξέρχεται από το ανθρώπινο σώμα μεταφέροντας τη δισδιάστατη προβολή της ανατομίας με τη μορφή εικόνας (ακτινογραφία) (Ορφανουδάκης και Μαριάς, 2004). Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται επίσης στη θεραπεία του καρκίνου για την καταστροφή καρκινικών κυττάρων. Μερικά χιλιοστά μολύβδου μπορούν να σταματήσουν τις ακτίνες Χ που χρησιμοποιούνται για ιατρικούς σκοπούς. Για τη μέτρηση της ακτινοβολίας Χ και γ στην περιοχή της ενέργειας 20 kev - 10 MeV χρησιμοποιείται μετρητής Ακτινοβολίας - Μετρητής Ραδιενέργειας, ενώ υπάρχουν επαγγελματικά προσωπικά δοσίμετρα για τη μέτρηση συνεχούς και παλμικής X και γ ακτινοβολίας Ο μετρητής ακτινοβολίας μας επιτρέπει να ανιχνεύουμε και να μετρήσουμε την επιζήμια ραδιενέργεια βρίσκοντας την πηγή της εύκολα και γρήγορα. Σελίδα 27
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» Εικόνα 8: Ατομικό δοσίμετρο αμέσου αναγνώσεως Πηγή: www.eeae.gr/gr/index.php?fvar=html/president/ τελευταία επίσκεψη 21/07/2011 Νετρόνια Εκπέμπονται από τον πυρήνα ενός ατόμου, κυρίως κατά την πυρηνική σχάση. Είναι μη φορτισμένα σωματίδια και δεν παράγουν ιοντίζουσες ακτινοβολίες απευθείας. Όμως η αλληλεπίδρασή τους με τα άτομα μπορεί να προκαλέσει αύξηση της α, β, γ και Χ ακτινοβολίας (http://hps.org/publicinformation/radterms/τελευταία επίσκεψη 21/07/2011). Το νετρόνιο διασπάται στον ελεύθερο χώρο με χρόνο υποδιπλασιασμού 12 έως 13 λεπτά της ώρας, δηλαδή το 50% από ένα δεδομένο αριθμό νετρονίων διασπώνται σε 12 με 13 λεπτά (Καλδέλλης et al, 2005). Έτσι τα εκτός του ατομικού πυρήνα υπάρχοντα νετρόνια είναι ασταθή και έχουν μέσο χρόνο ζωής 885,8 ± 3,4 s (περίπου 13 λεπτά). Τα νετρόνια είναι εξαιρετικά διεισδυτικά-διαπερνούν πολύ εύκολα τους ιστούς- και μια απευθείας έκθεση σε ελεύθερα νετρόνια μπορεί να προκαλέσει σοβαρές επιπτώσεις στον άνθρωπο (Καζαμίας, 2010). Παρόλο που η μέθοδος προστασίας συχνά είναι η χρήση μεγάλων ποσοτήτων μολύβδου, σκυροδέματος, ή άλλων ειδικών υλικών, όπως η παραφίνη, σήμερα προτείνεται και η χρήση υλικών πλούσιων σε υδρογόνο, καθώς έχει την ιδιότητα να σκορπίζει και να ελαχιστοποιεί την ταχύτητα των νετρονίων, ώστε να απορροφηθούν μετά με ένα ισότοπο όπως το Λίθιο-6 (www-naweb.iaea.org/napc/ih/documents/userupdate/ τελευταία επίσκεψη 21/07/2011). Επειδή το νετρόνιο δεν έχει ηλεκτρικό φορτίου, δεν μπορούμε άμεσα να εφαρμόσουμε τις ίδιες μεθόδους ανίχνευσης με τις ακτινοβολίες α, β, γ και Χ. Συνήθως για την ανίχνευση των νετρονίων στηριζόμαστε στην αλληλεπίδρασή τους με άλλους ατομικούς πυρήνες, όπως το Ήλιο-3, Λίθιο-6, Ουράνιο-233 και Ουράνιο- 235. Στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» - Ινστιτούτο Πυρηνικής Τεχνολογίας και Σελίδα 28
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Ακτινοπροστασίας, λειτουργεί εργαστήριο ανάπτυξης ανιχνευτών νετρονίων (http://ipta.demokritos.gr/ τελευταία επίσκεψη 21/07/2011). Στην παρακάτω εικόνα παρατηρούμε τη διαπερατότητα των προαναφερόμενων ακτίνων στο χαρτί, πλαστικό, μέταλλο και μόλυβδο. Εικόνα 9: Διαπερατότητα ακτίνων α, β, γ, Χ και νετρονίων Πηγή: www.iaea.org/publications/booklets/sealedradioactivesources/pdfs/fs_radioactivity τελευταία επίσκεψη 05/09/2011 Παρακάτω παρατίθεται λίστα των ραδιονουκλιδίων που συναντώνται συχνότερα, των ατομικών τους αριθμών και των ακτινοβολιών που αυτά εκπέμπουν. Βασικά ραδιονουκλίδια Τύπος ακτινοβολίας Όνομα Ατομικός αριθμός α β γ Αμερίκιο-241 95 Καίσιο-137 55 Κοβάλτιο-60 27 Ιώδιο-129 &-131 53 Πλουτώνιο 94 Ράδιο 88 Ραδόνιο 86 Στρόντιο-90 38 Τρίτιο 1 Θόριο 90 Ουράνιο 92 Πίνακας 1: Στοιχεία βασικών ραδιονουκλιδίων Πηγή: www.epa.gov/radiation/radionuclides/ τελευταία επίσκεψη 21/07/2011 Σελίδα 29
«Μελέτη Περίπτωσης για πιθανά ατυχήματα (δυσμενέστερο σενάριο) στους πυρηνικούς αντιδραστήρες του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και του ΙΦΕΤ Α.Ε.» 1.1.5. Μέτρηση ραδιενέργειας Με τον όρο ραδιενέργεια R χαρακτηρίσαμε τον αριθμό των διασπώμενων ραδιενεργών ατόμων (dn) στη μονάδα του χρόνου, δηλαδή μέτρησης χωρίζονται ανάλογα με το μέγεθος που μετρούν: dn R. Οι μονάδες dt Παλαιά μονάδα μέτρησης SI μονάδα Ενεργητικότητα πηγής Απορροφούμενη δόση Δόση βιολογικής επίδρασης Curie Rad Rem Becquerel 1 mci = 37 mbq Gray 1 Gy = 100 rad Sievert 1 Sv = 100 rem Ένταση έκθεσης Coulomb/kg του αέρα (C/kg) 1 C/kg = 3876 Πίνακας 2: Μονάδες μέτρησης ραδιενέργειας και αναλογίες Πηγή: www.bipm.org/en/si/ τελευταία επίσκεψη 07/09/2011 Έτσι για την εκτίμηση των συνεπειών της ραδιενέργειας παρουσιάζονται οι βασικοί όροι, με τους οποίους περιγράφεται η ένταση και το αποτέλεσμα της ραδιενέργειας, στον παρακάτω πίνακα: Μονάδα Είδος Περιγραφή 1 Curie (Ci) =3,7*10 10 διασπάσεις/sec ή 1 Ci = 3,7*10 10 Bq Μονάδα μέτρησης έντασης ακτινοβολίας ραδιενεργού πηγής, έχει αντικατασταθεί από το Becquerel. 1 Becquerel (Bq) = 2,70*10 11 Ci Δραστικότητα της ποσότητας ενός ραδιενεργού υλικού, σε ρυθμό μετάπτωσης ενός πυρήνα το δευτερόλεπτο Röntgen (R) Μονάδα μέτρησης έκθεσης σε ακτινοβολία για τη γ ακτινοβολία. Δε χρησιμοποιείται πλέον 1 Rad (Radiation Absorbed Dose) =10-2 Joule/ 1kgr δέκτη Απορροφούμενη ενέργεια ακτινοβολούμενου δέκτη (απορροφούμενη δόση). Έχει αντικατασταθεί με το Gray. 1 Gy (1 Gray) =1 Joule/1 kgr = 100 rad RBE (Relative Biological 1cGy=1/100 Gray=1Rad Νέα μονάδα μέτρησης απορροφούμενης δόσης, για κάθε είδος ακτινοβολίας. Συντελεστής σχετικής βιολογικής δραστικότητας, μετράει πόσο δραστικότερη είναι η κάθε ακτινοβολία σε σχέση με ίδια Σελίδα 30
«Αξιολόγηση της εφαρμογής της χρήσης πυρηνικής ενέργειας ως καύσιμο τον 21 ο αιώνα» Μονάδα Είδος Περιγραφή Effectiveness) δόση ακτίνων 1 Rem (Röntgen equivalent man) = δόση σε Rad x RBE 1 Rem=0,01 Sv Μονάδα μέτρησης δόσης που απορροφάται στον ιστό όλου του σώματος. Ένα Rem είναι περίπου η δόση από οποιαδήποτε ακτινοβολία που αντιστοιχεί σε έκθεση ενός Röntgen της γ ατκινοβολίας. Πλέον δε χρησιμοποιείται. 1 Sievert (Sv) =100 rem Μέτρηση ισοδύναμης δόσης σε όλους τους ιστούς και σε όλο το σώμα 1mSv= 0,001Sv Rem/h ή Sv/h Rad/h ή Gy/h 1μSv= 0,000001 Sv Ρυθμός ισοδύναμης δόσης ανά ώρα Ρυθμός απορροφούμενης δόσης ανά ώρα Πίνακας 3: Οι συνηθέστερες μονάδες μέτρησης ραδιενέργειας Πηγές: Καλδέλλης Ι.et al, 2005; Χάλαρης Μ., 2011,σελ. 85-87; ECRR, 2010 Η συνήθης πρακτική βάσει των διεθνών προτύπων SI είναι η ποσότητα της ραδιενέργειας που απελευθερώνεται στο περιβάλλον μετράται σε Becquerel ενώ η δόση της ραδιενέργειας που ένα άτομο λαμβάνει μετράται σε Sievert. 1.1.6. Όρια δόσεων και αρνητικές επιπτώσεις Όρια δόσεων Η έννοια της μέγιστης επιτρεπόμενης έκθεσης σε ακτινοβολία αποτελεί σήμερα ένα πολυσυζητημένο θέμα, ενώ παρατηρούνται αποκλίσεις ακόμη και μεταξύ κρατών. Ο κύριος περιοριστικός παράγοντας έκθεσης για άτομα που δεν εκτίθενται συστηματικά σε ακτινοβολία (μη εργαζόμενοι σε περιβάλλον με ακτινοβολίες) έχει ως βάση τον γενετικό κίνδυνο. Βάσει αυτού, η Διεθνής Επιτροπή Ακτινολογικής Προστασίας συστήνει η έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία να μην υπερβαίνει τα 0,5 rem ετησίως (Καλδέλλης et al, 2005). Παρακάτω παρουσιάζονται τα ενδεικτικά όρια δόσεων για εργαζόμενους και κοινό, όπως προτείνονται από την ΕΕΑΕ και όπως συστήνονται από ευρωπαϊκούς οργανισμούς (ECRR). Σελίδα 31