BIOINDIKACE A BIOMONITORING

Transkript

1 Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta životního prostředí Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. BIOINDIKACE A BIOMONITORING (studijní texty) 2010

2 8. VYBRANÉ TOXIKANTY

3 OBSAH: 1. Persistentní organické polutanty 2. Radionuklidy

4 8.1. PERSISTENTNÍ ORGANICKÉ POLUTANTY (POPs)

5 ORGANOCHLOROVANÉ PESTICIDY (OCPs)

6 Hexachlorhexan (HCH) pesticid širokého použití výroba ve Spolaně Neratovice obchodní název LINDAN (gama-hch) relativně stálý, lipofilní povahy mikrobiálním rozkladem vznikají trichlorbenzeny a tetrachlorbenzeny nyní používání v ČR zakázáno klasifikován jako toxická látka, nebezpečná pro životní prostředí

7 DDT a jeho metabolity první syntéza už 1874 používán od roku 1939 rozšíření během války boj proti hmyzu po válce univerzální insekticid s požerovým a kontaktním účinkem zákaz v ČR od roku 1974 pokles v ŽP pomalý poločas rozpadu 8 15 let jeho metabolity: - DDD (dichlordifenyldichlorethan) - DDE (dichlordifenyldichlorethen) metabolity jsou rovněž toxické působení neurotoxický a hepatotoxický

8 Hexachlorbenzen(HCB) široké rozšíření jako průmyslová chemikálie při výrobě vznikají jako nečistoty dioxiny výroba ve Spolaně Neratovice zastaven 1968 fungicid a dezinfekční prostředek pomalý rozklad v životním prostředí potenciální karcinogen pro člověka

9 POLYCHLOROVANÉ BIFENYLY

10 Polychlorované bifenyly (PCBs) skupina 209 izomerů, počet atomů chlóru 1 až 10 syntetizovány 1881, výroba od 1929 v Československu výroba v CHEMKO Strážské zastavena od 1984 olejovité až voskovité látky výborných technických vlastností (stabilita, nehořlavost, vysoký elektrický odpor ) nebezpečnost PCB zjištěna až v 70. letech potenciální karcinogeny

11 DIOXINY

12 Dioxiny PCDD polychlorované dibenzodioxiny PCDF polychlorované bibenzofurany látky vznikající při splování látek za přítomnosti chlóru a při některých chemických výrobách vysoce toxické v malých množstvích

13 POLYAROMATICKÉ UHLOVODÍKY

14 Polyaromatické uhlovodíky (PAHs) tvořené 2 nebo více kondenzovanými benzenovými jádry karcinogenní a mutagenní účinky zdroje přírodní (lesní požáry) zdroje antropogenní spalovací procesy, automobilová doprava

15 Monitorování POPs

18 Centre of Excellence Dlouhodobý monitoring persistentních organických polutantů Aktivity Centra RECETOX Studie Liberecko; pasivní vzorkování Ivan Holoubek, Jana Klánová, Pavel Čupr, Petr Anděl, Milan Sáňka RECETOX, Masaryk University, Brno, CR Prezentace KÚ Libereckého kraje Praha, 18/01/2007

19 UNEP Stockholm Convention on POPs, May 17, 2004 The Dirty Dozen

20 Koncentrace Σ PAHs ve voln ém ovzduší (ng/puf filtr) pasivní vzorkování (28/12/05 27/12/06)

21 Koncentrace Σ PCBs ve volném ovzduší (ng/puf filtr) pasivní vzorkování (28/12/05 27/12/06)

22 Koncentrace Σ PCBs v půdě (ng/g)

23 Koncentrace Σ PAHs v půdě (ng/g)

24 Koncentrace benzo(a)pyrenu v půdě (ng/g)

25 Koncentrace Σ DDT v půdě (ng/g)

26 Koncentrace Σ DDT v půdě (ng/g)

27 Koncentrace PAH v jehličí (ng/g)

28 8.2. RADIONUKLIDY

29 Radioaktivita

30 Typy radioaktivního záření alfa = 2 protony + 2 neutrony - malá pronikavost - velká ionizační schopnost beta = elektrony vysílané z jádra - střední pronikavost - střední ionizační schopnost gama = krátkovlnné elektromagnetické záření - velká pronikavost - malá ionizační schopnost

31 Základní pojmy Radioaktivita = schopnost některých atomových jader se samovolně přeměnit (rozpadat) Ionizující záření = záření, které způsobuje při průchodu látkou ionizaci, tj. přeměnu neutrálních atomů na elektricky nabité částice (ionty) Radioizotop = nestabilní, samovolně se přeměňující izotop chemického prvku (Izotopy = atomy jednoho prvku, lišící se nukleonovým číslem mají stejný počet protonů, ale různý počet neutronů)

32 Charakteristika zářiče Aktivita radionuklidu = počet radioaktivních přeměn jednotlivého radionuklidu za jednotku času jednotkou 1 Becquerel /Bq/ 1 Bq = s -1 používána pro popis radioaktivity ploch a těles s obsahem radionuklidů (tj. zářičů) - plošná aktivita - měrná hmotnostní aktivita - měrná objemová aktivity

33 Charakteristika zářiče Poločas rozpadu = doba, za kterou se rozpadne polovina původního množství atomů u jednotlivých radionuklidů se liší v rozsahu mnoha řádů: miliardy let zlomky sekundy

34 Charakteristika přijaté dávky Dávka = střední energie sdělená ionizujícím zářením látce, vztažená na hmotnost látky jednotkou 1 Gray /Gy/ 1 Gy = J/kg

35 Charakteristika přijaté dávky Dávkový ekvivalent: - vychází z přijaté dávky - modifikuje tuto hodnotu tak, aby co nejvíce odpovídala pravděpodobnosti biologického účinku - vyjadřuje míru nebezpečnosti přijatého záření pro člověka jednotkou 1 Sievert /Sv/ 1 Sv = J/kg

36 Zásady radiační ochrany Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu (ICRP International Commission on Radiological Protection) 1. žádná praxe nesmí být přijata, pokud její zavedení nepovede k pozitivnímu přinosu, prokazatelně převyšujícímu negativní důsledky 2. veškeré ozáření musí být udržováno na tak nízké úrovni, jak je to rozumně dosažitelné z ekonomických a sociálních hledisek (tzv. princip ALARA) 3. dávkový ekvivalent pro jednotlivce nesmí překročit stanovené limity

37 10000 ORIENTAČNÍ SCHEMA CITLIVOSTI RŮZNÝCH DRUHŮ NA OZÁŘENÍ (řádové hodnoty dávkového ekvivalentu, který přežije polovina ozářených jedinců) [Sv] virus tabákové mozaiky měňavka, vosa hlemýžď 40 bakterie ,6 3 2,4 pstruh krysa myš člověk koza 1

38 Obr. 2 ORIENTAČNÍ SCHÉMA POROVNÁNÍ POTENCIÁLNÍCH DÁVEK A LIMITŮ RADIAČNÍ OCHRANY LIMITY [Sv] 10 1 POTENCIÁLNÍ DÁVKY > 3 Sv akutní nemoc z ozáření 10 0 > 500 msv/rok lékařsky zjistitelné účinky záření dávkový limit pro pracovníky se zářením 50 msv/rok msv CT vyšetření hrudníku 2,5 msv/rok typické přírodní pozadí dávkový limit pro obyvatelstvo 1 msv/rok µsv RTG snímek plic limit pro uvolnění do ŽP se souhlasem SÚJB 250 µsv/rok µsv/rok dávka, která nebude u úložišť RAO překročena úroveň zanedbatelné dávky µsv/rok současný příspěvek od všech jaderných zařízení

39 LIŠEJNÍK SOB - ČLOVĚK

40 Jaderně palivový cyklus

41 JADERNĚ PALIVOVÝ CYKLUS těžba a zpracování uranové rudy obohacování uranu a výroba paliva jaderná elektrárna zpracování a ukládání odpadů

42 URANOVÝ PRŮMYSL

43 HORNICKÁ TĚŽBA URANU HLUBINNÝ DŮL CHEMICKÁ ÚPRAVNA ODKALIŠTĚ ruda loužení kyselinou sírovou, separace uranu 99 % původní radioaktivity vyloužená ruda nepropustná vrstva uranonosná vrstva

44 CHEMICKÁ TĚŽBA - kontaminace roztok kyseliny sírové CHEMICKÁ STANICE (separace uranu) kontaminace okolí povrch nepropustná vrstva uranonosná vrstva

45 JADERNÁ ELEKTRÁRNA

46 OKOLÍ JE TEMELÍN

47 JE TEMELÍN

48 SCHEMA JE

49 JADERNÉ PALIVO

50 ŘÍZENÁ ŠTĚPNÁ REAKCE

51 NAKLÁDÁNÍ S ODPADY

52 TŘÍDĚNÍ RADIOAKTIVNÍCH ODPADŮ TŘÍDĚNÍ PODLE RŮZNÝCH HLEDISEK PRAKTICKÉ TŘÍDĚNÍ PODLE EVROPSKÉ KOMISE a Skupenství: plynné, kapalné, pevné PEVNÉ RADIOAKTIVNÍ ODPADY b Původce jaderná energetika institucionální odpady 1 přechodné - do 5 let uvolnitelné do prostředí c Složení: radionuklidové + chemické d Aktivita: velmi nízko nízko středně vysoce aktivní 2 nízko a středně aktivní (nízká produkce tepla) 2.1 krátkodobé T1/2<30 roků e Poločas rozpadu krátkodobé dlouhodobé 2.2 dlouhodobé T1/2>30 roků f Produkce tepla nízká vysoká 3 vysoce aktivní (vysoká produkce tepla) Obr. 1

53 ZÁKLADNÍ SCHEMA KONCEPCE NAKLÁDÁNÍ S RADIOAKTIVNÍMI ODPADY přechodné skladování u původců do dosažení uvolňovací úrovně uvolnění do životního prostředí Řízené uvolňování KATEGORIE ODPADŮ nízko a středně aktivní vysoce aktivní a vyhořelé jaderné palivo institucionální lékařství, průmysl z jaderné energetiky vysoce aktivní odpady vyhořelé jaderné palivo umístění u reaktorů úprava u původců sběrné a zpracovatelské středisko úprava v JE Dukovany JE Temelín úprava a skladování u původců sklad VJP JE Dukovany JE Temelín možnosti využití v budoucnosti úložiště Bratrství úložiště Richard úložiště Dukovany hlubinné úložiště Dlouhodobá izolace STRATEGIE Z HLEDISKA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ přepracování VJP energetické využití zbylé odpady transmutace VJP Obr. 11

54 UMÍSTĚNÍ HLAVNÍCH LOKALIT SOUVISEJÍCÍCH KONCEPCÍ NAKLÁDANÍ RAO A VJP S Richard Bratrství Řež Hostim Skalka JE Temelín JE Dukovany Vysvětlivky: NÍZKO A STŘEDNĚ AKTIVNÍ ODPADY VYHOŘELÉ JADERNÉ PALIVO úložiště - v provozu jaderný reaktor - experimentální - uzavřené - energetika sklad VJP - v provozu - v přípravě - záložní lokalita

55 SKLAD VYHOŘELÉHO PALIVA

56 SKLAD VYHOŘELÉHO PALIVA

57 Obr. 10 SCHÉMA MULTIBARIÉROVÉHO SYSTÉMU HLUBINNÉHO ÚLOŽIŠTĚ Bariéry, které by musely radionuklidy překonat, aby se dostaly do životního prostředí 5 Horninové prostředí zemí) (min. 500 m pod 4 Zásypové materiály schopnost) (silná sorbční 3 Úložný kontejner (hermetický, ušlechtilá ocel silné stěny) 2 Povlak palivových kazet (zirkonium) vysoká korozní odolnost 1 Vlastní chemická forma odpadu (keramický nebo kovový materiál) 5 1,2 4

58 ULOŽIŠTĚ BRATRSTVÍ

59 obr. 7 ÚLOŽIŠTĚ BRATRSTVÍ Foto 4: Nadzemní část úložiště Bratrství pro institucionální RAO Foto 5: Úložiště RAO Bratrství, (detail chodba pro obsluhu a manipulaci s RAO) Foto 6: Úložiště RAO Bratrství, (detail úložné prostory se sudy s RAO)

60 ULOŽIŠTĚ BRATRSTVÍ

61 ULOŽIŠTĚ RICHARD

62 ÚLOŽIŠTĚ RICHARD Foto 1: Nadzemní část úložiště Richard pro institucionální RAO Foto 2: Úložiště RAO Richard (detail chodba pro obsluhu a manipulaci s RAO Foto 3: Úložiště RAO Richard (detail úložiště prostory se sudy RAO

63 ULOŽIŠTĚ RICHARD

64 ULOŽIŠTĚ DUKOVANY

65 obr. 8 ÚLOŽIŠTĚ DUKOVANY Foto 7: Úložiště RAO v areálu jaderné elektrárny Dukovany Foto 8: Úložiště RAO Dukovany zakládací jímky Foto 9: Úložiště RAO v areálu jaderné elektrárny Dukovany (detail odkryté části vyplňování volných prostor jímek se sudy s RAO betonem)

66 ULOŽIŠTĚ DUKOVANY

67 JADERNÁ HAVÁRIE

68 ČERNOBYL

69 Plán ČERNOBYL bylo zahájeno plánované odstavení 4. bloku před odstavením měl být proveden běžný experiment měl ověřit, jestli elektrický generátor po rychlém ostavení páry bude schopen při svém setrvačném doběhu ještě zhruba 40 sekund napájet čerpadla havarijního chlazení

70 ČERNOBYL Průběh experimentu: v 1hod začalo snižování výkonu reaktoru v 13 h energetický dispečink přerušil experiment v 23 h pokračování experimentu ale jinou nepřipravenou směnou v 23:10 chyba operátora, prudké snížení výkonu, reaktor v nestabilním stavu měl být okamžitě odstaven, ale bylo rozhodnuto pokračovat za každou cenu vytáhli z aktivní zóny tolik regulačních tyčí, že nezbyla rezerva na manipulaci v tomto stavu je provoz zakázán operátoři ale pokračovali dál

71 ČERNOBYL vznikly problémy s udržení tlaku páry, v této situaci by zasáhly automatické havarijní systémy, operátoři je však zlikvidovali v 01:22 si nechali operátoři počítačem vypsat stav reaktoru. Viděli, že počet regulačních tyčí odpovídá necelé polovině povolené hodnoty měli okamžitě reaktor odstavit opět se rozhodli pokračovat dál v 01:23 se dopustili poslední osudové chyby. Zablokovali havarijní signál, který by po uzavření přívodu páry automaticky odstavil reaktor (v rozporu s plánem chtěli mít možnost experiment opakovat) reaktor pracoval v nestabilním stavu a katastrofa se neodvratně blížila v reaktoru rychle rostla teplota a tlak páry

72 ČERNOBYL v 01:23:40 se operátoři pokusili zasunout regulační tyče ty však byly téměř všechny vytaženy z aktivní zóny v 01:23:44 došlo krátce po sobě ke dvěma mohutným výbuchům, reaktor byl přetlakován tak, že pára při první explozi zvedla horní betonovou desku o váze 1000 t do reaktoru vnikl vzduch, reakcí vodní páry s rozžhaveným grafitem vznikl vodík, který explodoval a rozmetal do okolí část aktivní zóny (uvolnily se asi 4 % radioaktivity) v 02:20 byl požár lokalizován a za další 3 hodiny uhašen (za cenu života 31 hasičů)

73 ČERNOBYL