Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

8. fejezet - 7. A radioaktivitás a környezetben

8. fejezet - 7. A radioaktivitás a környezetben

A radioaktivitás, mint természeti jelenség az ember által történt felfedezésétől függetlenül, azt megelőzően is létezett. A radioaktivitást, mint az atommag spontán hasadását, melynek következménye a sugárzás, 1896-ban A. Becquerel az urán nevű fémben fedezte fel, majd két évvel később 1898-ban Pierrre és Marie Curie két radioaktív elemet a rádiumot és a polóniumot fedezték fel, és a két elem izolálásával rájöttek, hogy csak bizonyos elemeknek vannak radioaktív izotópjai.

1899-ben E. Rutherford megkülönböztette az urán által kibocsátott kétféle sugárzást, az alfa-részecskéket és a béta-részecskéket.

1905-ben Albert Einstein megfogalmazta a relativitáselmélet egyik alap összefüggését az E = m·c2 képletet, ami a tömeg és az energia egymásba átalakulható, azonos fizikai valóság kétféle megjelenési formáját fejezi ki. Ez a felismerés alapozta meg az atombomba és atomerőművek kifejlesztését.

1906-ban P. Villard kimutatta, hogy a rádium egy harmadik típusú sugárzást bocsát ki, a gamma-sugárzást, mely tulajdonságaiban hasonlít a röntgen sugárhoz, de hullámhossza rövidebb.

1939-ben jelentette be O. Hahn felfedezését a maghasadást, melynek eredményeként az urán-235 atommagok neutronokkal való bombázásával nagy mennnyiségű energia szabadul fel.

Az előzőekben ismertetett felfedezések tették lehetővé a maghasadás révén képződő nagy mennyiségű energia különböző célú felhasználását, ill. a radioaktivitás gyógyászati alkalmazását.

1942-ben E. Fermi Chicagóban megépítette az első atomreaktort, amely a maghasadás révén energiát termelt.

1954-ben a volt Szovjetúnióban építették meg az első áramfejlesztő atomerőművet egy 6000 lakosú város elektromos áramellátására,, 1956-ban lépett üzembe az angliai Calder Hall-ban az első nagy atomerőmű.

1957-ben épült fel Pennsylvaniában (USA) az első ún. nyomottvizes reaktor, majd 1959-ben a skóciai Dounreayban az első ún. tenyésztőreaktor.

1992-ben világszerte mintegy 420 különböző műszaki színvonalú, különböző biztonsági berendezésekkel ellátott atomerőmű működött.

Az 1979-ben a Pennsylvaniai Three Mile Island-en lévő, majd az 1986-ban az Ukrajnai Csernobili atomerőműben bekövetkezett baleset az ilyen jellegű erőművek káros környezeti hatása, ill. a biztonság fokozására vonatkozó intézkedések felé irányította a szakemberek és a közvélemény figyelmét.

1945-ben a J. Oppenheimer által vezetett kutatócsoport fejlesztette ki az első atombombát, és 1945-ben a Japán Hirosimára vetették be az első „Little Boy” elnevezésű atombombát, amely 120 000 ember halálát okozta.

1952-ben az USA robbantotta fel kipróbálási céllal a magfúzión alapuló első hidrogénbombát.

1977-ben fejlesztették ki az Egyesült Államokban a neutronbombát, azonban gyártását nem kezdték meg.

1963-ig jelentős számú légköri, víz alatti és föld alatti kísérleti atomrobbantást hajtottak végre a Föld több országában, elsősorban az USA-ban és a volt Szovjetúnióban. Az időközben megszületett és számos ország által aláírt egyezmények minimálisra csökkentették az ilyen jellegű veszélyeket, azonban a korábban és még a közelmúltban is végrehajtott kísérleti robbantások, valamint a felhalmozott fegyverarzenál számos potenciális környezeti veszélyt rejt magában.

Ugyancsak széles körben kerülnek alkalmazásra a – bár az előzőeknél lényegesen kisebb veszélyt jelentő – radioaktív izotópok a gyógyászatban, részben diagnosztikai, részben terápiai célból.

A fentiek miatt fontos feladat a környezet radioaktív elszennyeződésével, valamint a radioaktív kontamináció elleni védekezéssel, mint a környezetvédelem és ezen belül a környezettechnika fontos területével való beható foglalkozás, ill. e terület ismereteiben való elmélyülés.

Ezen belül fontos feladat a környezet sugárszennyezettségének, a szennyezés forrásainak, valamint a sugárzások biológiai hatásainak ismerete. Így többek között fontos a különböző radioaktív izotópok, koncentrációjának, aktivitásának, a táplálékláncban betöltött szerepének, a radioaktív izotópok migrációjának ismerete is.

Ezek ismeretében tehetők meg a sugárvédelemmel kapcsolatos intézkedések.

7.1. A radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak

A későbbiekben tárgyalásra kerülő témák megértése érdekében szükségesnek tartjuk a radioaktivitással kapcsolatos alapfogalmak előzetes tisztázását anélkül, hogy ezekben különösebben elmélyülnénk.

A kémiai elemek kémiai módszerekkel tovább már nem bontható, önmagukban még önálló kémiai reakcióra képes részecskéi, az atomok.

Az atomok központi részei az atommagok, amelyek nukleonokból (protonok és neutronok) állnak, térfogatuk az atom térfogatához képest kicsi (sugara az atom sugará-naka10–5-szerese), ugyanakkor tömegük az atom teljes tömegével majdnem megegyező.

A protonok az atommagban lévő pozitív töltésű részecskék, amelyek meghatározzák az elem tulajdonságait. Számuk azonos az elektronok számával, ezért az atommag elektromosan semleges.

A neutronok az atommag elektromosan semleges részecskéi, melyek száma egy adott elem atomjaiban változhat.

Az elektronok a mag körüli elektronhéjakon lévő kis tömegű negatív töltésű részecskék.

Az elektronhéjak, vagy energiaszintek az atommag körül elhelyezkedő térközök, amelyeken belül találhatók az elektronok. Egy atomnak maximum hét elektronhéja le-het (elnevezésük belülről kiindulva: K, L, M, N, O, P, és Q héj)

A kötési energia az az energia, amely az atom vagy az atommag alkotó részeire bontásához szükséges. Minél nagyobb az atom, vagy az atommag kötési energiája, annál stabilabb. Az atom potenciális energiája kisebb, mint az egyes alkotórészek potenciális energiájának az összege. Természeti törvény az energia minimumra való törekvés, ill. a legnagyobb stabilitású ún. alapállapot elérése. Ez alkotóelemek leadásával vagy felvételével jár, amely energia felszabadulást eredményez.

A nukleáris erő az atommagban a nukleonokat összetartó és ugyanakkor a protonok közötti elektromos taszítóerőt legyőző erő. Minél nagyobb a nukleáris vonzóerő, annál nagyobb a kötési energia.

Az atomi energia egysége egyenlő azzal a kinetikus energiaváltozással, amelyet 1 V gyorsítófeszültség hatására egy elektron szerez, ez az elektronvolt (eV)

1 eV 16·10‑19 J

A nukleáris energia egysége a megaelektronvolt (MeV)

1 MeV 16·10‑13 J

A tömegszám az atommagban lévő nukleonok (protonok és neutronok) száma, az atom relatív atomtömegéhez legközelebb álló egész szám.

A relatív atomtömeg az elem egyetlen atomjának a tömege, egy meghatározott atomtömeg egységben. Ez a szám megmutatja, hogy az adott elem atomjának tömege, hányszorosa a 12-es tömegszámú szénatom (12C-izotóp) tömege 1/12 részének. Tekintettel arra, hogy figyelembe veszik az adott elem izotópjait is, ezek nem egész számok.

A rendszám az atommagban lévő protonok száma.

Az adott elem tömegszámát a felső, a rendszámát az alsó indexben adjuk meg az elem vegyjele előtt, pl. 238U, ill. 92U.

Az ugyanazon rendszámú, de eltérő tömegszámú (eltérő neutron számú) elem atomjai az izotópok. Így pl. a szénnek három izotópja létezik; 12C (neutronok száma 6), 13C (neutronok száma 7), 14C (neutronok száma 8). Minden elemnek van természetes vagy mesterségesen előállított (monoizotópikus elemek) izotópja.

A radioaktivitás az instabil atommagok tulajdonsága, melynek során az atom sugárzás formájában energiát bocsát ki és e közben más elem atomjai jönnek létre. Ez a folyamat a radioaktív bomlás, melynek azaz oka, hogy az adott nuklidok igyekeznek minimális energiaállapotba kerülni, ill. az energia minimumnak megfelelő proton: neutron arányt kialakítani. Így pl. ha az atommagban neutron felesleg van, akkor ettől β-sugárzással képes megszabadulni.

A radioaktív atommag spontán hasadása során ionizáló α-részecs-kék (α-sugárzás), β-részecskék (β-sugárzás) kibocsátására és γ-su-gárzásra kerül sor. Az ionizáció az a folyamat, melynek során az elektromosan semleges atomok elektronok leadásával vagy felvételével pozitív töltésű kationokká, vagy negatív töltésű anionokká alakulnak. (7.1. ábra) A sugárzáskor az alfa-, ill. a bétarészecskék ionizálják azon közeg atomjait, amelyen keresztül haladnak, tekintettel arra, hogy ezek a nagy energiájú részecskék képesek egy vagy több elektront kilökni az atomból. Ugyancsak ionizálásra képes a gamma sugárzás is.

7-1. ábra - Az ionizáció folyamata (Forrás: Stockley et al. 1995.)

Az ionizáció folyamata (Forrás: Stockley et al. 1995.)


Az α-bomlásnál az atommag átalakul, és mivel az α-részecske tulajdonképpen egy két pozitív töltésű He-atommag , ezért két proton és két neutron távozik, így a rendszám kettővel, a tömegszám néggyel csökken a következő séma szerint:

X n m αbomlás X n2 m4 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaqhbaWcbaGaamOBaaqaaiaad2gaaaGccaWGybWaa4ajaSqaaiabeg7aHjabgkHiTiaadkgacaWGVbGaamyBaiaadYgacaWGHdGaam4CaaqabOGaayPKHaWaa0raaSqaaiaad6gacqGHsislcaaIYaaabaGaamyBaiabgkHiTiaaisdaaaGcceWGybGbauaaaaa@49BC@

A sugarak keskeny nyaláb formájában a mágneses térben elhajlanak. Sebességük a kibocsátó anyagtól függően 14 000–22 000 km · s–1. A nagy sebesség és mozgási energia következtében a sugarak áthatoló képessége viszonylag nagy. Normál nyomású levegőben a részecskék a molekulákkal való ütközés következtében hamar lefékeződnek, így hatótávolságuk csak néhány cm. Nagy az ionizáló hatásuk , de kis hatótávolságuk miatt csak akkor veszélyesek, ha az emberi szervezetbe kerülnek (inkorporáció).

A β-bomlást alkotó részecskék elektronok, amelyek széthajló nyalábban terjednek A bomlásnál a tömegszám nem változik, a rendszám azonban eggyel nő. Az átalakulás a következők szerint jellemezhető.

X n m βbomlás X n+1 m MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaqhbaWcbaGaamOBaaqaaiaad2gaaaGccaWGybWaa4ajaSqaaiabek7aIjabgkHiTiaadkgacaWGVbGaamyBaiaadYgacaWGHdGaam4CaaqabOGaayPKHaWaa0raaSqaaiaad6gacqGHRaWkcaaIXaaabaGaamyBaaaakiqadIfagaGbaaaa@4808@

A részecskék sebessége 105–3×105 km·s–1 között változik, ionizáló képességük kisebb, mint az α-részecskéké. A részecskék tömege az α-részecskéknél kisebb, de a nagy sebesség miatt hatótávolságuk levegőben néhány méter. Ionizáló képességük gyengébb, mint az alfa részecskéké.

A γ-sugárzás általában az α-vagy a β-sugárzás kísérője, amely egy diszkrét energiájú, igen kis hullámhosszú elektromágneses sugárzás. A gerjesztett magból ered, nem következik be sem a rendszám, sem a tömegszám megváltozása. A gamma sugárzás azonban gyakran lehet az elektronbefogás (a mag protonja befog egy héj elektront és neutronná egyesül) kísérője. Ilyen esetben a rendszám eggyel csökken és így új elem keletkezik a következők szerint.

X n m E C X n1 m MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaqhbaWcbaGaamOBaaqaaiaad2gaaaGccaWGybWaa4ajaSqaaiaadweadaWgaaadbaGaam4qaaqabaaaleqakiaawkziamaaDeaaleaacaWGUbGaeyOeI0IaaGymaaqaaiaad2gaaaGcceWGybGbaibaaaa@413F@

A γ-sugárzás ionizáló képessége a legkisebb, azonban áthatoló képessége a legnagyobb, így a legveszélyesebb.

Az α-, ill. β-részecskék valamint a g-sugárzás hatótávolságát és áthatolóképességét mutatjuk be a 7.2. ábrán.

7-2. ábra - Az α- β- és γ-sugárzás hatótávolsága és áthatoló képessége (Forrás: Stockley et al. 1995.)

Az α- β- és γ-sugárzás hatótávolsága és áthatoló képessége (Forrás: Stockley et al. 1995.)


A nukleáris bomláskor az anyaelem sugarakat bocsát ki, energia szabadul fel és egy másik atommag (leányelem) jön létre. Amennyiben az így létrejövő atom is radioaktív akkor a bomlási folyamat addig folytatódik, amíg egy stabil elem nem jön létre. Ezt a bomlás sorozatot nevezzük bomlási sornak vagy bomlási láncnak.

238U bomlási sorát mutatja be a 7.3. ábra.

7-3. ábra - A 238U bomlás-sora (Forrás: Botkin–Keller 1998.)

A 238U bomlás-sora (Forrás: Botkin–Keller 1998.)


A radioaktív izotópok olyan sugárzó anyagok, amelyek bomló képes atommagokat tartalmaznak, és minden külső behatás nélkül, spontán módon sugároznak. Jelenleg mintegy 2000-re tehető az ismert izotópok száma, melyek közül megközelítőleg 300 a stabilis. A radioaktív bomlás oka, hogy az adott nuklidok igyekeznek a minimális energiaállapotot elérni, és az energiaminimumnak megfelelő proton: neutron arányt elérni. Így pl. az atommag neutron feleslege esetén, β-sugárzással képes ettől megszabadulni.

A radioaktív izotópok egyik legfontosabb jellemzője az elbomlás valószínűsége. A radioaktív bomlás időbeli lefolyását a bomlás törvény írja le, amely statisztikai jellege miatt csak nagy számú radioaktív atomra tekinthető érvényesnek. Az időegység alatt lebomló atomok száma a bomlásra képes atomok számával arányos, a következő differenciál egyenlet szerint

dN dt =λN, MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaWcaaqaaiaadsgacaWGobaabaGaamizaiaadshaaaGaeyypa0JaeyOeI0Iaeq4UdWMaamOtaiaacYcaaaa@3F00@

ahol:

λ– a bomlási állandó (l. később).

Az előbbi differenciál egyenletet megoldva kapjuk a következő összefüggést:

N = N0eλt

Tehát a radioaktív atomok száma, és ezzel az aktivitás (l. később) az idő függvényében exponenciálisan csökken.

Egy adott rendszerben a radioaktivitás következtében az aktív anyag koncentrációja állandóan csökken, ugyanakkor a bomlástermék koncentrációja pedig nő.

Ha egy A elem B elemmé, ez pedig C elemmé alakul, a következők szerint.

A λ 1 B λ 2 C MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaacaWGbbWaa4ajaSqaaiabeU7aSnaaBaaameaacaaIXaaabeaaaSqabOGaayPKHaGaamOqamaaoqcaleaacqaH7oaBdaWgaaadbaGaaGOmaaqabaaaleqakiaawkziaiaadoeaaaa@40FC@

akkor az A elem mennyiségének időbeli változása a

d N 1 dt =λ N 1 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaWcaaqaaiaadsgacaWGobWaaSbaaSqaaiaaigdaaeqaaaGcbaGaamizaiaadshaaaGaeyypa0JaeyOeI0Iaeq4UdWMaamOtamaaBaaaleaacaaIXaaabeaaaaa@4028@

összefüggéssel, a B elem mennyiségének időbeli változása a

d N 2 dt = λ 1 N 1 λ 2 N 2 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaWcaaqaaiaadsgacaWGobWaaSbaaSqaaiaaikdaaeqaaaGcbaGaamizaiaadshaaaGaeyypa0Jaeq4UdW2aaSbaaSqaaiaaigdaaeqaaOGaamOtamaaBaaaleaacaaIXaaabeaakiabgkHiTiabeU7aSnaaBaaaleaacaaIYaaabeaakiaad6eadaWgaaWcbaGaaGOmaaqabaaaaa@4585@

összefüggéssel jellemezhető.

Amennyiben a λ2 //>// λ1 (ezt nevezzük szekuláris egyensúlynak), akkor az anyaelem és a leányelem aktivitása közel azonosnak tekinthető.

Jellemzője a radioaktív anyagoknak az aktivitás, az időegység alatt elbomló magok száma. Mértékegysége a Bq (Becquerel). 1 Bq = 1 bomlás · s–1.

A felezési idő (T1/2) az az időtartam, amely alatt a radioaktív anyag atomjainak a fele bomlik el (fizikai felezési idő). A különböző radioaktív izotópok esetében a fizikai felezési idő (Tfiz.) a másodperc milliomod részétől több millió évig terjedhet. Néhány természetes izotóp jellemző adatait a 7.1. táblázat mutatja be.

A biológiai felezési idő (Tbiol.) alatt azt az időtartamot értjük, amely alatt a szervezetbe kerülő adott mennyiségű radioaktív anyag természetes úton történő kiürüléssel (széklet, vizelet, veríték) a felére csökken. Néhány fontosabb hasadóanyag fizikai és biológiai felezési idejét mutatjuk be a 7.2. táblázatban.

Az effektív felezési idő (Teff) a két folyamat együttes élettani hatását fejezi ki.

A radioaktív anyagok alapvető jellemzője a bomlási állandó (λ), az atom egységnyi idő alatt bekövetkező bomlásának sebessége a következő összefüggés szerint

λ ln2 T 1/2 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaacqaH7oaBdaWcaaqaaiGacYgacaGGUbGaaGOmaaqaaiaadsfadaWgaaWcbaWaaSGbaeaacaaIXaaabaGaaGOmaaaaaeqaaaaaaaa@3D1E@

Amint erről már az előzőekben szó volt, az atommag jelentős mennnyiségű energiát tárol. Ez az energia az un magreakciók , mint a maghasadás (fisszió) vagy a fuzió révén felszabadulhat.

A maghasadás olyan folyamat, amelyben egy nehéz nem stabil atommag két vagy több könnyebb nagyjából azonos méretű atommagra hasad, miközben két vagy három neutron és nagy mennyiségű energia szabadul fel. A két könnyebb atommag a hasadási termék, amelyek gyakran ugyancsak radioaktívak.

7-1. táblázat - Könnyű és közepes tömegű természetes radioaktív izotópok

Radioaktív izotóp

Százalékos izotóparány az elemben

Felezési idő (év)

Kibocsátott sugárzás

3H

változó

12,3000

b

Be

változó

0,1500

g

14C

változó

5570,0000

b

22Na

változó

2,6000

b,g

24Na

változó

0,0017

b,g

40K

0,0119

1,3 × 109

b,g

50V

0,2500

4 × 1014

a

87Rb

27,8500

6 × 1010

b

115In

95,7700

6 × 1014

b

138La

0,0890

2 × 1011

b,g

144Nd

23,8700

1,5 × 1015

a

150Nd

5,6000

1,0 × 1015

b

147Sm

15,0700

1,2 × 1011

b

175Lu

2,6000

2,1 × 1010

b,g

187Re

62,9300

5 × 1010

b


7-2. táblázat - Néhány fontosabb hasadóanyag fizikai és biológiai felezési ideje

Elem

Felezési idő

Veszélyeztetett szerv

Fizikai

Biológiai

Stroncium–89

54 nap

50 év

Csontok

Stroncium–90

28 év

50 év

Csontok

Jód–131

8 nap

138 nap

Pajzsmirigy

Cézium–137

30 év

140 nap

Izomzat

Bárium–140

13 nap

200 nap

Csontok


Forrás: Förstner (1993)

A hasadás lehet spontán vagy mesterségesen előidézett (indukált) maghasadás.

A spontán maghasadás természetes körülmények között, külső ráhatás nélkül megy végbe, amely ritka jelenség. Ez egy nehéz elem (pl. az urán 238-as izotópja) esetében fordulhat elő, de ennek előfordulási valószínűsége igen kicsi

Az indukált maghasadás mesterségesen pl. gyors részecskével (neutronnal) bombázva instabillá tett atommag hasadása. A folyamatban az atommag a gyors részecskét befogja és közben széthasad. Erre a célra csak az átalakítható magok, az ún. hasadóanyagok mint pl. az urán-235, plutónium-239 alkalmasak.

Az urán-235 maghasadása a következők szerint jellemezhető.

U 92 235 + n 0 1 U 92 236 L 57 148 a+ B 35 85 r+3 n 0 1 +energia MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaqhbaWcbaGaaGyoaiaaikdaaeaacaaIYaGaaG4maiaaiwdaaaGccaWGvbGaey4kaSYaa0raaSqaaiaaicdaaeaacaaIXaaaaOGaamOBaiabgkziUoaaDeaaleaacaaI5aGaaGOmaaqaaiaaikdacaaIZaGaaGOnaaaakiaadwfacqGHsgIRdaqhbaWcbaGaaGynaiaaiEdaaeaacaaIXaGaaGinaiaaiIdaaaGccaWGmbGaamyyaiabgUcaRmaaDeaaleaacaaIZaGaaGynaaqaaiaaiIdacaaI1aaaaOGaamOqaiaadkhacqGHRaWkcaaIZaWaa0raaSqaaiaaicdaaeaacaaIXaaaaOGaamOBaiabgUcaRiaadwgacaWGUbGaamyzaiaadkhacaWGNbGaamyAaiaadggaaaa@5E35@

A folyamat lényege, hogy a gyors neutronok ütköznek az urán maggal, és instabil urán-236 jön létre, ill. a hasadási termékek, a lantán -148, és a bróm 85. Az instabil urán-236 széthasad, három neutron és jelentős energia szabadul fel.

Ha egy anyagban elegendő a hasadó mag, akkor az indukált hasadással felszabaduló neutronok további neutronokat szakítanak le, és beindul a láncreakció.

A láncreakció szabályozottan megy végbe az atomreaktorokban, és szabályozatlanul az atombombában.

A láncreakció beindításához szükséges minimális hasadóanyag mennyiség a kritikus tömeg.

A magfúzió két könnyű atommag egyesülése, melynek során nagy energia mennyiség szabadul fel és stabil atommag jön létre, azonban ebben az esetben nem keletkeznek radioaktív termékek. Létrejöttéhez több millió °C hőmérséklet szükséges hogy a magok nagy kinetikus energiával rendelkezzenek. Ezért nevezik a magfúziót termonukleáris reakciónak (7.4 ábra).

7-4. ábra - A magfúzió lényege (Forrás Stockley 1995.)

A magfúzió lényege (Forrás Stockley 1995.)


A magfúzió a deutérium-és a trícium atommag egyesülése a következő reakcióegyenlet szerint:

H 1 2 + H 1 3 H 2 4 e+ n 0 1 +energia MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaadaqhbaWcbaGaaGymaaqaaiaaikdaaaGccaWGibGaey4kaSYaa0raaSqaaiaaigdaaeaacaaIZaaaaOGaamisaiabgkziUoaaDeaaleaacaaIYaaabaGaaGinaaaakiaadIeacaWGLbGaey4kaSYaa0raaSqaaiaaicdaaeaacaaIXaaaaOGaamOBaiabgUcaRiaadwgacaWGUbGaamyzaiaadkhacaWGNbGaamyAaiaadggaaaa@4C3B@

Természetes körülmények között magfúziós energiatermelés csak a Naphoz hasonló égitesteken lehetséges. Kísérletek folynak a fúziós reaktorban történő szabályozott magfúzió létrehozására. Ennek megoldása a jövőszázad egyik energiaforrását jelentheti.