Radioaktiivisuus. Radioaktiivisuudesta: alfasäteily

Transkriptio

1 Radioaktiivisen säteilyn päälajit ovat: Radioaktiivisuus Radioaktiiviseksi sanotaan atomia, jonka ydin ei ole pysyvä, vaan hajoaa tietyllä tilastollisella todennäköisyydellä, ja säteilee ympäristöönsä ionisoivaa säteilyä. Säteily voi olla hiukkassäteilyä tai sähkömagneettista säteilyä. Hajoamisessa radioaktiivinen alkuaine muuttuu toiseksi alkuaineeksi, joka on pysyvä tai radioaktiivisesti edelleen hajoava. - alfasäteily, jossa emittoituva hiukkanen on He-ydin eli 2 protonia ja 2 neutronia. Alfa-säteily ei tunkeudu syvälle väliaineeseen, vaan jo 0.1 mm:n paksuinen paperiarkki absorboi siitä pääosan. - beettasäteily, jossa emittoituva hiukkanen on elektroni. Beettasäteilyn tunkeutuvuus on jonkin verran suurempi, n. 1 mm:n alumiinilevy tarjoaa riittävän suojan. - gammasäteily on kvantittunutta sähkömagneettista säteilyä, jonka riittävään vaimentamiseen tarvitaan jo paksuhko betoniseinä Lisäksi kosminen säteily on pääosin suuren energian protoneja 1 Radioaktiivisuudesta: alfasäteily LÄHTEET: Lukion fysiikka: Vuorovaikutus (WSOY, 1994) JGYG KM-radioakt S-E HjeltGalilei 8: moderni fysiikka (W&G, 1996) 2

2 Radioaktiivisuudesta: beettasäteily LÄHTEET: Lukion fysiikka: Vuorovaikutus (WSOY, 1994) Galilei 8: moderni fysiikka (W&G, 1996) JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 3 Radioaktiivisuudesta: gammasäteily LÄHTEET: Lukion fysiikka: Vuorovaikutus (WSOY, 1994) Galilei 8: moderni fysiikka (W&G, 1996) JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 4

3 Radioaktiivinen hajoaminen Peltoniemi, M., Maa- ja kallioperän geofysikaaliset tutkimusmenetelmät. Radiometrinen iänmääritys Peltoniemi, M., Maa- ja kallioperän geofysikaaliset tutkimusmenetelmät.

4 Radioaktiivinen iänmääritys JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 8 Radioaktiivisuuden mittayksiköitä RADIOAKTIIVISUUDEN MITTAYKSIKÖITÄ AKTIIVISUUS: A = dn/dt [A] = Bq =becquerel = 1/s 1 Curie = 1 Ci = 3.7*10 10 Bq AKTIIVISUUSKATE: A s = A/S [A s ] = Bq/m AKTIIVISUUSKONSENTRAATIO: c = A/V [c] = Bq/m 3 OMINAISAKTIIVISUUS: = A/m [ ] = Bq/kg HAJOAMISVAKIO: = dp/dt [ ] = 1/s PUOLIINTUMISAIKA: t 1/2 = ln 2/ [t 1/2 ] = s Toivonen, H., Rytömaa, T. & Vuorinen, A., Säteily ja turvallisuus. VAPK, Helsinki, 640 s. Kuva Eräitä radioaktiivisuuteen liittyviä suureita ja niiden yksiköitä JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 9

5 Radioaktiivisuuden mittayksiköitä, 2 ABSORBOITUNUTANNOS: D = de/dm [D] = Gy = gray = J/kg { 1 rad = 0.01 Gy} E = säteilynkeskimääräinenenergia, m = ainesalkionmassa SÄTEILYTYS: X = dq/dm [X] = C/ kg = As / kg {1 Röntgen= 1 R = 2.58 * 10-4 C/kg} Q = fotonientuottamavaraus ANNOSEKVIVALENTTI : H = QD [H] = Sv = Sievert= J/kg {1 rem = 0.01 Sv} Q = kudokseenabsorboitunutannos,d = laatukerroin KOLLEKTIIVINENANNOS: S = H P(H) dh [S] = mansv = mansievert P(H) dh= henkilömäärä,joka saanutannosekvivalentinvälillä H, H+dH ANNOSKERTYMÄ: HT = H(t) dt yleensät = 50 a Kollektiivinen efektiivinen annos lasketaan kertomalla ihmisryhmän keskimääräinen efektiivinen annos ryhmään kuuluvien ihmisten lukumäärällä. Jos esimerkiksi ihmisen (man) ryhmä altistuu säteilylle siten, että ryhmän keskimääräinen efektiivinen annos on 1 Sv, on ryhmän kollektiivinen efektiivinen annos man 1 Sv = mansv. Toivonen,H., Rytömaa,T. & Vuorinen,A., Säteilyja turvallisuus.vapk, Helsinki, 640 s JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 11 Luonnon radioaktiivisuudesta JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 12

6 Eräitä radioaktiivisia isotooppeja JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 13 Radioaktiiviseksi hajoamissarjaksi sanotaan sellaista alkuaineiden ryhmää, jossa sarjan seuraava alkuaine syntyy edellisestä radioaktiivisen hajoamisen kautta. Kunkin radioaktiivisen sarjan kantaaineena on pitkäaikainen alfa-aktiivinen nuklidi, jonka mukaan sarja on saanut nimensä. Sarjan viimeinen alkuaine on pysyvä, joko lyijy tai vismutti. Luonnosta tunnetaan kolme hajoamissarjaa, U 238, U 235 ja Th

7 Radioaktiivisuudesta Eräiden luonnon radioaktiivisten isotooppien pitoisuuksia Suomen maaperässä. ISOTOOPPI PITOISUUS LASKEUMA SUOMEN MAAPERÄSSÄ [Bq/kg] [kbq/m2] Uraani U Thorium Th Kalium K Cesium Cs JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 15 Luonnon radioaktiivisuus: energiaspektri 16

8 Radionuklidien kulkeutuminen veden ja vesiravinteiden välityksellä JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 18 Huoneilman radonkaasun lähteet Radon (lat. radon) on hajuton, mauton ja näkymätön radioaktiivinen jalokaasu. Se aiheuttaa Suomessa arviolta 300 keuhkosyöpää vuosittain. Radon syntyy maankuoressa ja kaikessa kiviaineksessa jatkuvasti uraanin ja toriumin hajoamisen välituotteena

9 Suomen radonkartta Säteilyturvakeskus Pohjakartta: Tilastokeskus Kartta perustuu sisäilman radonpitoisuuden mittauksiin pientaloasunnoissa. Mittaukset on tehty Säteilyturvakeskuksen radonmittauspurkeilla. Sosiaali- ja terveysministeriön päätöksen 944/92 mukaan asunnon huoneilman radonpitoisuus ei saisi ylittää arvoa 400 becquereliä kuutiometrissä (Bq/m 3 ). Uusi asunto tulee suunnitella ja rakentaa siten, että radonpitoisuus ei ylittäisi arvoa 200 Bq/m Suomen radonkartta Säteilyturvakeskus Pohjakartta: Tilastokeskus Kartta perustuu sisäilman radonpitoisuuden mittauksiin pientaloasunnoissa. Mittaukset on tehty Säteilyturvakeskuksen radonmittauspurkeilla. Sosiaali- ja terveysministeriön päätöksen 944/92 mukaan asunnon huoneilman radonpitoisuus ei saisi ylittää arvoa 400 becquereliä kuutiometrissä (Bq/m 3 ). Uusi asunto tulee suunnitella ja rakentaa siten, että radonpitoisuus ei ylittäisi arvoa 200 Bq/m 3. 21

10 22 Radioaktiivisuuden säteilyvaikutuksia JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 23

11 SÄTEILYVALVONTA: viranomaiset ja laitokset JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 24 SÄTEILYVALVONTA: ilmoitus- ja valvontarajat JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 25

12 SÄTEILYVALVONTA: viranomaiset ja laitokset Säteilyvalvonnalla tarkoitetaan jatkuvaa tai määräajoin tapahtuvaa ulkoisen säteilyn mittaamista ympäristössä ja säteilyvaaran ennakointia. Tavoitteena on kokonaiskuvan saaminen vallitsevasta säteilytilanteesta ja sen kehittymisestä. Säteilyvalvonnan tietoja tarvitaan normaalista poikkeavassa säteilytilanteessa perustaksi oikein määritellyille ja ajoitetuille suojelutoimille. Säteilyn määrää ilmaiseva yksikkö on becquerel (Bq). Yksi becquerel tarkoittaa, että radioaktiivisessa aineessa tapahtuu yksi hajoaminen sekunnissa. Säteilyn vaarallisuutta kuvaa säteilyannos, jonka yksikkö on sievert (Sv). Sievert on niin suuri yksikkö, että yleensä puhutaan millisieverteistä eli sievertin tuhannesosista tai mikrosieverteistä eli miljoonasosista. Säteilyn voimakkuutta kuvaava mittayksikkö on sievert/tunti (Sv/h). Käytännössä puhutaan aina mikrosieverteistä tunnissa. Luonnossa on aina taustasäteilyä. Itä-Suomen alueella taustasäteily vaihtelee 0,06-0,13 mikrosv tunnissa. Viranomaiset noudattavat toimenpiteissään sovittuja annosnopeustasoja: 0,4 mikrosv/h = viranomaisten välinen ilmoitusraja 10 mikrosv/h = ohjeet väestön suojaamiseen 100 mikrosv/h = suojautuminen ja kulkurajoitukset Keskeiset säteilyvalvontaviranomaiset ovat Säteilyturvakeskus, sisäasiainministeriö, puolustusvoimat ja Ilmatieteenlaitos. SÄTEILYVALVONTA: USVA (valtakunnallinen säteilyvalvonnan tietojärjestelmä) (STUK, 2012)

13 ERÄIDEN YDINVOIMALAONNETTOMUUKSIEN AIHEUTTAMAT PÄÄSTÖT (10 15 Bq) JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 28 Tshernobyl-laskeuma Tshernobylissä (Tshernobyl), nykyisen Ukrainan alueella, tapahtui ydinvoimalaonnettomuus huhtikuun lopussa vuonna Radioaktiivisia aineita levisi usean päivän ajan monen maan alueelle. Tsernobyllaskeuma lisää vielä nykyäänkin suomalaisten säteilyannosta, mutta määrä on vain sadasosa vuosittaisesta noin 3,7 millisievertin annoksestamme. Tshernobylin onnettomuus aiheuttaa suomalaisille 50 vuoden aikana kaikkiaan noin 2 millisievertin suuruisen säteilyannoksen. Saman määrän me saamme joka vuosi radonista. Puolet Tshernobylin kokonaisannoksesta tuli kymmenen ensimmäisen vuoden aikana. Oheisessa kuvassa on havainnollistettu tilannetta laskemalla eri säteilylähteistä 50 vuoden aikana saatu säteilyannos. Se on keskimäärin 184 millisievertiä suomalaista kohti.

14 Tsernobylin päästöt ja niiden leviäminen ilmavirtojen mukana Tsernobylin aiheuttama Cslaskeuma Norjan Meråkerissa JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 31

15 Fukushiman ydinvoimalaitoksen onnettomuus International Nuclear Event Scale Fukushima lyhyesti Japanin historian suurin maanjäristys ja sitä seurannut tsunami vaurioittivat pahoin Japanin itärannikolla sijaitsevaa Fukushiman ydinvoimalaitosta. Laitokselta vapautui ilmaan ja mereen radioaktiivisia aineita. Fukushiman onnettomuus on luokiteltu kansainvälisellä ydinlaitostapahtumien vakavuusasteikolla (INES) vakavimpaan luokkaan 7. Fukushiman onnettomuudessa ympäristöön päässeitä radioaktiivisia aineita on havaittu kaikkialla pohjoisella pallonpuoliskolla, myös Euroopassa. Pitoisuudet ulkoilmassa Suomessa ja muualla Euroopassa ovat kuitenkin olleet niin pieniä, etteivät ne ole edellyttäneet suojelutoimenpiteitä. Suomessa säteilyn aiheuttamat annosnopeudet ovat olleet normaalia luonnon taustasäteilyä. Suomalaisissa elintarvikkeissa ei myöskään ole havaittu Fukushimasta peräisin olevia radioaktiivisia aineita. Fukushima Dai-ichi, tilanne Kuluneen viikon aikana laitostilanteessa ei ole tapahtunut merkittäviä muutoksia. Kaikkien reaktoreiden paineastioiden ulkopinnoilta mitatut lämpötilat ovat jatkaneet vähittäistä laskuaan. Reaktorien jäähdytykseen käytettyä vettä on saatu puhdistettua ja kierrätettyä jäähdytyksen edellyttämässä tahdissa. Saastunutta vettä on siirretty turpiinihalleissa lauhduttimista hallien lattialle. Tarkoituksena on saada myös lauhduttimissa oleva vesi puhdistuskierron piiriin. Veden pinta turpiinihalleissa pyritään toistaiseksi pitämään noin kolmessa metrissä, jotta se on toisaalta pohjaveden pinnan alapuolella, mutta toisaalta sisään vuotavan pohjaveden määrä pysyy pienenä. Lisätietoa reaktorien ja polttoaineen tilasta ei ole saatu. Säteilytilanne Japanissa Ulkoisen säteilyn annosnopeutta valvotaan Japanissa edelleen tehostetusti. Onnettomuuslaitoksen alueella annosnopeudet ovat mikrosievertiä tunnissa. Kaikissa mittauspisteissä annosnopeudet ovat viime viikkojen aikana hieman pienentyneet. Voimalaitoksen edustalla olevista merivesialtaista on edelleen mitattu cesium-134:n ja cesium-137:n aktiivisuuspitoisuuksia, noin 200 becquerelia litrassa. Kauempana rannikolla tai merellä sijaitsevissa mittauspisteissä ei havaittu keinotekoisia radioaktiivisia aineita kerätyissä merivesinäytteissä. Evakuointialueen asukkaat ovat parin viime viikon aikana saaneet käydä kodeissaan. Virallisia evakuointialueita ei kuitenkaan ole muutettu, mutta kilometrin etäisyydellä laitoksesta oleva evakuoinnin varautumisalue on purettu. Elintarvikkeiden käyttöä koskevat rajoitukset Japanissa ovat ennallaan. Heinäkuun jälkeen mitatuista yli kahdestatuhannesta elintarvikenäytteestä vain 13 näytteessä on havaittu raja-arvot ylittäviä pitoisuuksia radioaktiivista 32 cesiumia. Ylityksiä on esiintynyt muun muassa villisian- ja peuranlihassa, siitakesienissä, teelehdissä, naudanlihassa ja kalassa Fukushiman, Chiban, Tochikin, Saitaman ja Miyagin prefektuureissa. Fukushiman ydinvoimalaitoksen onnettomuus This Sept. 18, 2010 aerial photo shows the Fukushima Dai-ichi nuclear complex in Okumamachi, northern Japan. (Unknown source)

16 Fukushiman ydinvoimalaitoksen onnettomuus The height of the tsunami that struck the station approximately 30 minutes after the earthquake. A:Power station buildings B:peak height of tsunami C:Ground level of site D:average sea level E: Sea Wall to block waves. Position of Japanese nuclear power stations as they relate to the epicenter of the quake and the tsunami that followed. Fukushima I was the second closest power station to the epicenter of the earthquake, after Onagawa Nuclear Power Plant. Fukushiman ydinvoimalaitoksen onnettomuus Tepco päivitti arviotaan päästöistä ilmaan ja mereen Voimayhtiö Tepco päivitti toukokuussa 2012 arvioitaan onnettomuuden aikana ilmaan ja mereen vapautuneista fissiotuotteista. Uudet arviot ilmapäästöstä Uudet arviot mereen vapautuneista fissiotuotteista jalokaasut 5x1017 Bq jodi-131 1,1x1016 Bq jodi-131 5x1017 Bq cesium-134 3,5x1015 Bq cesium-134 1x1016 Bq cesium-137 3,6x1015 Bq cesium-137 1x1016 Bq

17 Ydinpolttainekierto alkaa uraanikaivoksesta, josta uraani toimitetaan rikastettavaksi (1). Rikastetusta uraanioksidista valmistetaan polttoainetta, joka toimitetaan voimalaitokselle. Voimalaitokselta käytetty polttoaine toimitetaan jälleenkäsittelyyn (2) tai loppusijoitettavaksi (3). Jälleenkäsittelylaitoksella 95% polttoaineesta pystytään kierrättämään ja toimittamaan jälleen käytettäväksi voimalaitoksella (4). Ydinpolttoaine, eli uraani-isotooppien seos ladataan ydinreaktoriin, jossa se osallistuu ydinreaktioihin tyypillisesti useiden vuosien ajan. Geologinen loppusijoitus on tärkein ydinjätehuollon ratkaisuista, jonka tarkoituksena on eristää ydinjätteet ympäristöstä syvälle maanpinnan alle siten, että niiden vaikutukset ympäristöön ovat yhtäläiset tai vähäisemmät kuin luonnossa esiintyvän radioaktiivisuuden. Korkea-aktiiviset ydinjätteet ovat lähes kokonaan peräisin käytetystä ydinpolttoaineesta. Uusi rakenteilla oleva Olkiluodon kolmas ydinvoimala tulee tuottamaan 1600 MW tehon 32 tonnin vuotuisella polttoainekulutuksella, kun vanhempaa tekniikkaa edustavat Olkiluoto 1 ja 2 ovat tuottavat 880 MW sähkötehon noin 20 tonnin polttoainekulutuksella. Uudessa ydinvoimalassa varsinaisen polttoaineen, eli fissiokelpoisen U235:n, käyttö on siis tehokkaampaa, mutta vastaavasti myös muodostuva ydinjäte on radioaktiivisempaa. 9] Geologisen loppusijoituksen ohjelmat ovat käynnissä muun muassa Yhdysvalloissa, Britanniassa, Ranskassa, Saksassa, Sveitsissä, Ruotsissa ja Suomessa. Ydinjätteiden sijoituksesta kallioperään ( B-E Forstén, Vuoriteollisuus 3/2001, 6-9) JGYG KM-radioakt S-E Hjelt 38

18 Ydinjätteiden sijoituksesta kallioperään Ydinjätteiden sijoituksesta kallioperään ( B-E Forstén, Vuoriteollisuus 3/2001, 6-9) Loviisa 1 ja 2, käyttö Loviisan välivarasto, laajent & käyttö Loviisna KPA-palautukset Olkiluoto 1 & 2, käyttö Olkiluoto, KPA-varasto, rakent & käyttö Loppusijoitus, tekn suunn., turvall.analyysit Sijoituspaikka, tutkimukset Sijoituspaikka, valinta Täydentävät paikkatutk. Ykistyikoht suunn. Rakentaminen, kapselointilaitos, kalliotilat Kapselointi ja loppusijoitus Loppusijoituslaitos: poist. käytöstä, ja suljetaan Koko maan alueseulonta Alustavat paikkatutkimukset Yksityiskohtaiset paikkatutkimukset JGYG KM-radioakt 2000 Loppusijoituspaikan valinta S-E Hjelt Alunperin pyrkimys oli sijoittaa käytetty ydinpolttoaine "peruuttamattomasti ulkomaille". Alkuperäisistä pyrkimyksistä huolimatta kotimainenkin vaihtoehto huomioitiin. Posiva päätyi vuonna 1999 esittämään loppusijoituslaitoksen sijoittamista Olkiluotoon. Vuonna 2001 eduskunta vahvisti valtioneuvoston myönteisen periaatepäätöksen äänin

19 Ydinjätteiden sijoituksesta kallioperään 2050 ( B-E Forstén, Vuoriteollisuus 3/2001, 6-9) Tutkimuskuilu ja täydent. tutkimukset Rakentaminen (kapselointilaitos ja kalliotilat Loppusijoitus alkaa JGYG KM-radioakt Ydinjätteiden sijoituksesta kallioperään ( B-E Forstén, Vuoriteollisuus 3/2001, 6-9) S-E Hjelt 41 Loppusijoituskapseli Loppusijoituskapseli on KBS-3-konseptin tärkein tekninen vapautumiseste. Loppusijoituskapseli on metallinen säiliö, joka koostuu noin 50 mm paksusta kuparisesta ulkokuoresta ja pallografiittivaluraudasta valmistetusta sisäosasta. Kapselin kuparinen ulkokuori on kaasutiivis, ja se suojaa kapselin valurautaista sisäosaa ja polttoainenippuja pohjaveden vaikutuksilta. Loppusijoituskapselin on säilytettävä tiiveytensä hyvin pitkään. Suunnitteluperusteena on yli vuoden kesto. Tämän vuoksi kapselilla on oltava erinomainen mekaaninen lujuus ja korroosionkestävyys. Mekaaninen kestävyys saavutetaan valurautaisella sisäosalla, joka mitoitetaan kestämään mm. jäätiköitymisestä aiheutuvat paineet ja kalliosiirrokset. Korroosionkestävyyden antaa kuparinen päällyskapseli, joka on kemiallisesti vakaa syvällä kalliossa vallitsevissa hapettomissa oloissa. Kestävyyden varmistamiseksi kapselin on täytettävä tiukat laatuvaatimukset. Käytössä olevien neljän ydinvoimalaitoksen (Loviisa 1-2 ja Olkiluoto 12), rakenteilla olevan viidennen ydinvoimalaitoksen (Olkiluoto 3) sekä myönteisen periaatepäätöksen saaneen ydinvoimalaitoksen (Olkiluoto 4) käytetyn polttoaineen loppusijoittamiseen tarvitaan yhteensä noin 4500 kapselia. apselointi_ja_ls_laitos/fi_fi/loppusijoituskapseli/ Loppusijoituskapselit Loviisan ja Olkiluodon käytössä ja rakenteilla olevien ydinvoimalaitosten polttoaineelle. Kapselin ulkohalkaisija on 1,05 m ja pituus 3,8 5,2 m. Kapselin massa on kg. (Posiva, TKS2009)