Z. Dlouhý, V. Kouřím - ÚJV. 1. Úvod

Transkript

1 Z. Dlouhý, V. Kouřím - ÚJV 1. Úvod S rozvojem Jaderných věd a jaderné techniky nabývá problematika dezaktivace radioaktivní kontaminace stále většího významu. Zatímco v počátečním etadiu prací s radioaktivními látkami šlo pouze o čištění laboratorních povrchů a ochranných pomůcek, je dnes třeba řešit nepoměrně náročnější úkoly, vyplývající z provozu jaderných zaří:sení» Ekonomické i radiologické důvody vedly k zřizování dezaktivačních center, specializovaných na dezaktivaci rozměrných předmětů i na zpracování velkých objemů odpadních vod. Rozvoj problematiky dekontaminace povrchů přinesl sebou řadu nových metod. Ve většině případů nešlo o nové metody ve vlastním slova smyslu, ale pouze o aplikaci metod již známých a používaných k jiným účelům, jako jsou elektrolytické čištění kovů, čištění parou, m«ření, ultrazvukové čistění atd. Klasická metoda dekontaminace - chemické čištění - byla obohacena o řadu nových činidel, které lépe splňovaly všechny kladené požadavky. Účinnost fyzikálních (mechanických) metod dekontaminace povrchů se stále samostatným oborem, kde pracovníci disponují nákladnými zařízeními, nejen aby zachránili ještě nákladnější předměty a snížili ekonomické ztráty způsobené odstavením jaderného zařízení z provozu na minimum, ale kde s-3 zejména dbá o to, aby stykem s kontaminovanými, předměty nebyl ohrožen člověk a jeho okolí. Spolu a rozvojem technické stránky věci se postupně rozvíjely a upřesňovaly názory na účinnost a účelnost jednotlivých metod i celého syatému vcelku.

2 2. Bezpečnostní e ekonoraioké aspekty Všeobecně se připouští, že každá lidská činnost přináší s sebou určité nebezpečí pro zdraví nebo život* Ačkoliv je možno snížit toto nebezpečí vhodným souborem opatření* nelze dosáhnout "nulového rizika" nebo "absolutní bezpečnosti", jak ee to někdy požaduje. Z této skutečnosti vyplývá potřeba nějak definovat úroveň bezpečnosti, která by byla ještě pro společnost přijatelná. Existuje pro to několik metod, z nichž nej častěji.se užívá porovnaní vynaloženého úsilí s dosaženým výsledkem nebo rozboru s použitím údajů o ná& adech a efektivnosti jejich využití. Náklady na bezpečnost se zpravidla řídí ekonomickým zákonem snižujících se zisků. Znamená to, že počáteční relativně vysoké riziko lze cel kem levně snížit o značnou část, že však další snižování je stále dražší. Grafické znázornění vztahu mesi stupněm nebezpečí a náklady na jeho snížení představuje křivka asymptotická k nulovému nebezpečí* Zakřivení této křivky (nebo její první derivace v každém bodě) je mírou pro vztah mezi náklady a účinnosti pro ten který bod, charakterizující určitou úroveň bezpečnosti* Náklady na snížení nebezpečí se vyjadřují s výhodou jako snížení negativních účinků na lidský organizmus, jehož bylo dosaženo určitým finančním nákladem, konkrétně jako počet zameškaných směn v důsledku onemocnění nebo úmrtí v případě, že příslušná částka nebyla vydána. Souhrnem lze konstatovat: a/ náklady na snížení rizika se zvyšují se zvyšující se úrovní bezpečnosti b/ při každé úrovni bezpečnosti je možno riziko ještě dále snížit, nelze je však snížit na nulu.

3 Před dalšími úvahami je třeba vyjasnit dvě otázky. Ze prvé, může-li být technologie tak bezpečná, jak dovoluje současný stav techniky. Přes podvědomou snahu odpovědět kladně na tuto otázku praxe ukazuje, že to ve skutečnosti možné není. Rozhodování o Btupni přijatelné bezpečnosti je výrazně ovlivněno úvahou, jak vynaložit vždy omezené prostředky společnosti způsobem co nejefektivnějším. Proto je úroveň bezpečnosti dána vždy kompromisem, jenž vyplývá z nutného požadavku snižovat riziko s vynaložením minimálních nákladů. Příkladem zde může být automobilová doprava, v nížexistuje - teoreticky i prakticky - neobyčejně velké množství technických řešení k zvýšení bezpečnosti provozu. V praxi však nelze realizovat na všech vozovkách dokonalé osvětlení, svodnice, mimoúrovňové křižovatky, podchody pro pěší, vyhřívání povrchu při námraze a radarovou kontrolu vzdálenosti vozidel. Druhá otázka zní, může-li být lidský život ohodnocen finančně. Tato částka, pokud je možno ji stanovit, odpovídá asi 6000 pracovních směn. Ačkoliv se řešením zabývala řada odborníků, existují námitky jak proti výsledkům, tak proti metodikám, jichž bylo použito. V úvahu je třeba vzít, že existují velmi odlišné podmínky v každé společnosti, dané státňám společenským zřízením, úrovní vzdělání a sociálního zabezpečení, školství a důchodového zabezpečení a v neposlední řadě i produktivitou práce a životním standartem. Někteří autoři založili svůj odhad na částce, kterou je občan schopen a ochoten zaplatit k zachování svého zdraví nebo života; takový přístup je však společensky nepřijatelný. Někteří ekonomové však užívají odhadnuté částky (která se pohybuje např. pro USA v roce 1980 mezi čtvrt a půl miliónem dolarů) jako hrubého měřítka k doporučení účelnosti. Překračuje-li předpokládaná investice tuto částku velmi podstatně, považuje se za účelné přesunout příslušnou částku do oblasti, kde se očekává vyšší zisk z hlediska zvýšení bezpečnosti. Je však třeba poznamenat, že tento přístup spíše

4 odráží v širokém rozmezí o.xistující praxi a že není založen na exaktní bázi vyplývající z dokonalé metodologie. V dalším zkoumání této problematiky je účelné položit si třetí otázku: jak dalece je možno zvyšovat bezpečnost určitého zařízení či proceau, aniž by byla ohrožena celková bezpečnost společnosti Nebezpečí při výrobě bwpečnostního zařízení V dřívějších úvahách se objevovaly náklady na zvýšení bezpečnosti pouze ve finančních ukazatelícho V těch však není zřetelně rozeznatelná složka, připadající na ztráty, způsobené úrazy při výrobě bezpečnostního zařízení. Tak např. výroba nástrojů a zařízení zahrnuje v sobě dobývání rudy a uhlí, jejich úpravu, výrobu toksu, výrobu oceli, odlévání, opracování a transport. V každé této činnosti, tvořící souvislý komplex, existují určitá rizika 'z nichž nejvyšší, jak ukazují statistiky, se vyskytují v oboru, dobývání surovin). Jejich součet pak představuje další hodnotu, kterou je nutno brát v úvahu. Průběh výše zmíněné závislosti stupně nebezpečí na nákladech k jeho snížení se pozmění tak, že od určitých hodnot nákladů nedochází k dalšímu snižování, nýbrž naopak růstu nebezpečí. Rozborem prauovní úrazovosti v různých oborech spd e- čenské činnosti a poměrně složitým zpracováním těchto dat, které bylo provedeno v sedmdesátých létech v NSR, byla pro jeden zachráněný lidský život nalezena odpovídající částka kolem 30 miliónů dolarů. Takový nebo podobný údaj tedy představuje patrně hranici, po jejímž překročení společnost ztrácí. Je možno poznamenat, že podobného postupu bylo použito

5 v lékařské praxi, kdy se ustoupilo od da'tšího očkování proti neštovicím, nebot riziko z vlastního očkováni se ukázalo vyšší, než riziko z nákazy Aplikace bezpečnostních a ekonomických hledisek na dezaktivaci Co bylo v předchozím řečeno, platí obseně pro každou činnost. V oboru dezaktivace bude teprve třeba vypracovat příslušnou metodiku, založenou na spolehlivých vstupních datech a umožňující rozhodnout o vhodnosti postupu v konkrétních případech. Dosud se jednotlivá řešení řídila v nejasných případech tzv. technickým citem odpovědného pracovníka, který - jak ukazuje praxe - dává přednost konzervativnímu přístupu. Takový postup je v současné době patrně nejserioznejsi. Při úvahách je možno s výhodou vycházet z normativně stanovených hodnot přípustného zamořen.' povrchů, koncentrací toxických látek v životním prostředí a dávek ionizujícího záření. Počítá se s účinností a cenou dezaktivačních činidel a postupů, s hodnotou předmětu, jena má být dekontaminován a také se stupněm poškození předmětu, kturé by mohlo zhoršit jeho použitelnost. Váží se riziko, kterému je vystaven obsluhující personál i obyvatelstvo o Někdy je třeba brát v úvahu i další činitele, jako napro emotivní vztah společnosti k ochraně dětí nebo mimořádný státn í zájem. 3«Technické řešení Radioaktivní kontaminace můžeme kvalifikovat z různých hledisek, a to podle typu vysílaného záření, podle fyzikální či chemické formy kontaminatrtu nebo podle míry jeho nekoutro-

6 lovatelné pohyblivosti. Tím je do značné míry určen i účelný dezaktivační postup. Častým případem v praxi je dekontaminace zamořených povrchů, na níž se v dalším omezíme. Jako příklad uvedeme poznámky k dekontaminaci horkých komor a jaderných reaktorů. Účelem dekontaminace povrchů je snížit na přijatelnou úroveň množství radionuklidů na površích, které jsou zdrojem nebezpečí pro člověka a ohrožují plynulý provoz na pracovištích se zäoji ionizjícíiio záření. V laboratorním měřítku při práci s nízkými a středními aktivitami představuje kontaminant sice zdroj záření, avšak daleko větší potenciální nebezpečí představuje možnost sekundární kontaminace člověka. Povrch těla pracovníka v radioizotopové laboratoři může být kontaminován dotykem se zamořeným místem a jeho vnitřní orgány mohou být zamořeny vdechováním radioaktivních částic ve formě prachu nebo aerosolů, anebo se může dít kontaminace ústy prostřednictvím kontaminovaných rukou. Dalším důsledkem nežádoucí kontaminace může být zvýšení úrovně radioaktivity, které může nepříznivě působit na kontrolní dozimetrická a měřící zařízení. Aby se nezískávaly zkreslené výsledky, je obvykle nutno provést dokonalou dekontaminaci jak vlastního měřícího zařízení, tak i po případě povrchů celé laboratoře. Značné zdroje záření představují např. pracovní plochy horkých cel, kde se zpracovává ozářené palivo. Zde po překročení určité hranice radiace nastává dvojí možnost; buá přerušit práoe v horkých komorách a vyčkat, až radiace cestou přirozeného rozpadu radionuklidů poklesne na přijatelné hodnoty, anebo provést částečnou dekontaminaci. Taková možnost přlohází v úvahu také tehdy, choeme-li provést úpravy ve vybavení horkých komor, at již v důsledku změny technologie provozu anebo z jiných důvodů. Podobné situaco se vyskytují během provozu jedssrných ' reaktorů a jederných energetických zařízení. Kromě plánované

7 dekontaminace reaktoru a Jeho primárního okruhu je nutno uvažovat havarijní stavy, které mohou být způsobeny porušením obalu palivového článku nebo únikem cirkulujícího media z primárního okruhu. V prvém případě může dojít k nahromadění značných zdrojů radiace v některých částech primárního okruhu, který je nutno např* v důsledku opotřebování některých důležitých součástí demontovat. Prováděná dekontaminace má charakter preventivní, aby mohl být zabezpečen přístup pracovníkům provádějícím údržbu či demontáž do příslušných prostor. Pokud, nedojde k nekontrolovanému úniku radioaktivních látek do prostředí, není obsluhující personál přímo ohrožen* Druhý případ představuje nouzovou dekontaminaci, při níž je nutno dekontaminovat veškeré plochy vnějších povrchů zařízení» které jsou v přímém dosahu obsluhujícího personálu* Nepřichází-li pracovník do přímého styku s kontaminantem, není obvykle úplná dekontaminace nutná a je možno spokojit se s částečným odstraněním kontaminantu z prostředí. Máme tím na mysli takové pracovní plochy, které jsou obsluhujícímu personálu jinak nepříptupné a práce v nich je prováděna s pomocí dálkově ovládaných manipulátorů. 3»1» Dekontaminace horkých komor Práce s radioaktivními látkami o vysoké aktivitě^ at již se vyskytují v tuhé nebo kapalné formě, si vyžadiá í speciálního prostředí, v kterém musí být maximálně zajištěna bezpečnost pracovníků a jejich ochrana před radioaktivním zářením. Pracoviště musí být vybaveno zařízením, ovlávaným dálkově, a veškeré práce se musí provádět za silnýmiochrannými stěnami. Manipulace s vysokoaktivními látkami bývá obtížná a možnost kontaminace prostředí, t.j. kontaminace pracovních ploch, vnějších povrchů vybavení horkých komor, podlah a stěn je proto vysoká. Rovněž celková úroveň lonta-

8 - 102 «minace bývá značně vysoká, zvláště jde-li o součásti zařízení* s nimiž přicházejí vyaoceaktivní látky do přímého kontaktu, t.j. v nichž se radioaktivní látky přechovávají, nebo podrobují přímému mechanickému či chemickému zpracování* Protože se zde často poušívájísilně kyselé a alkalické roztoky, značně koroaivní vůči většině povrchů, omezují se konstrukční Materiály většinou na nerezavějící oceli a vysocelegované slitiny vzdorující působení agresivních činidel. Pokud jde o konečnou úpravu povrchů těchto materiálů, i zde se vyžadují povrchy hladké, neporézní a tudíž snáze dekontaminovatelné. Dekontaminace představuje v tomto případě totiž zpravidla velice obtížnou, zdlouhavou a ekonomicky nákladnou operaci. Zkrácení dekontaminační doby na minimum představuje téměř vždy významnou ekonomickou úsporu a může být dosaženo za těchto podmínek* a) počítá-li se při konstrukci horké komory předem s nároky na dekontaminaci, a je-li komora vybavena vhodným pomocným zařízením pro tento účel (sprchy, vakuové odsávání, možnost oplachu různými dekontaminaoními činidly)o b) jsoutli veškeré operace prováděny tak, aby nedocházelo k rozptylu radioaktivních látek mimo vlastní zařízení, t.j. jsou-li vyloučeny nebo alespoň omezeny na minimum takové operace, při nichž může docházet k úniku plynných zplodin a aeroslů*. c) jsou-li na vnějších površích zařízení i na pracovních plochách, stěnách a podlahách aplikovány silné ochranné, lehce snímatelné nátěry, aby se usnadnila a zkrátila dekontaminace těchto povrchů. Kontaminace v horkých komorách se děje v depozicích pevných částic či plynů a aerosolů na površích, nebo přímým kontaktem s kapalným roztokem kontaminantu. Radioaktivní Jatky

9 mohou být k povrchu vázány různými způsoby, nejčastěji chemisorpoí, t.j. iontovýměnnými silami, ale také fyzikální sorpcí a volnou adhezí, podle povahy kontaminujícího redionuklidu a v závislosti na druhu a stavu povrchu. Delší doba atyku kontaminantu e povrchem vyúsíuje obvykle v migraci radionuklidu póry do hloubky konstrukčního materiálu. Řada zkušeností ukázala, še radionuklidy se fixují na oxidické vrstvě na povrohu kovů a po přiměřené době. styku (řádově měsíce) difundují do hloubky z této vrstvy a kontaminují záludní kov. Podmínkám kontaminace musí odpovídat i mechanismus dekontaminace, při níž se uplatňují jak chemické, tak mechanické metody. Mezi chemické metody zahrnujeme procesy, které slouží k rozpouštění radionuklidů společně s oxidickou vrstvou a s částí základního kovu, za použití silných kyselin a louhů. Aby se radionuklidy udržely v roztoku a aby se zabránilo jejich redepozici, je nutno přidat dostatečné množství lo mplexotvorných látek. Nevylučuje se i použití vhodného povrchově aktivního činidla. Pyzikální metody zahrnují odstranění lehce ulpělých okují, nečistcfc, solí a pevných částic mechanickými metodami, zejména obrusovaním vrstvy oxidů a podložního tovu. Použitelných metod je však celá řada a patří mezi ně odsávání, otírání, kartáčování ocelovou vlnou, oplachy tlakovou vodou či parou a pískování. 3»2# Dezaktivacím činidla používaná v reaktorové technice Činidla pro dezaktivaci primárních okruhů reaktorů lze rozdělit zhruba do tří skupin. V prvé skupině se nalézají směsi, kterých se používá zejména pro rozpouštění zbytků paliva v primárním okruhu po havárii palivového článku, které však také mohou sloužit jako dezaktivační činidla schopná odstraňovat oxidickou vrstvu

10 -104- z vnitřních povrohú konstrukčních materiálů. Jde o látky na basi kyseliny šíavelové a peroxidu vodíku, ke kterým se přidává kyselina fluorovodíková, je-li třeba dezaktivovat povrchy z nerezavějící oceli. V druhé skupině jsou směsi používané pro předzpracování povrchu, aby odstranění oxidické vrstvy v dal í fázi proběhlo snadněji. Tyto roztoky obsahují hydroxid sodný a s manganistan nem draselným a obvykle se nepoužívají pojge v jednom stupni; po jejich aplikaci následuje oplach povrohu kyselým roztokem. Kyselých a komplexotvorných činidel tvořících třetí skupinu je celá řada; používají Be k definitivnímu odstranění oxidické vrstvy a k dezaktivaci povrchů ocelí a slitin, buď samostatně anebo po předchozím zpracování alkalickým roztokem. Je-li nebezpečí koroze přidává se ke kyselinám roztoku inhibitor v dostatečném množství. Vzhledem k tomu, že reaktory jak z konstrukčního, tak z provozního hlediska se mezi sebou velmi liší, není možné vypracovat jednotný univerzální dezaktivační postup a je nutno volit nejvhodnější metody dezaktivace případ po případu. Celý dezaktivační proces se pak obvykle skládá z několika stupňů, při nichž se provádí promývání primárního okruhu reaktoru jedním, dvěma nebo několika činidly jmenovanými ve shora uvedeném přehledu. Mezi jednotlivými stupni se provádí oplach vodou až do vymizení posledních stop zbytků předchozího činidla. 4i Souhrn Referát pojednává o některých bezpečnostních a ekonomických aspektech dezaktivace a uvádí vybrané příklady technického řešení* Ukazuje na skutečnost, ŽG při postupně se zvyšujícím úsilí o snížení rizika v jednom konkrétním případě

11 «105 - může dojít k zvýšení celkového rizika společnosti. Zpracováním příslušných dat lze stanovit hranici, po jejímž překročení jsou další výdaje na bezpečnost neúčelné a další hranici, vymezující počátek škodlivé oblasti pro společnost. Dezaktivace horkých komor a jaderných reaktorů ilustruje samotnou technickou stránku řešení.