Primjena radioaktivnosti Radioaktivnost ima svoju primjenu u različitim ljudskim djelatnostima (industrija, energetika, medicina, znanost,…), stoga su one i mjesto nastajanja radioaktivnog otpada.
Unatoč tome što se za ionizirajuće zračenje zna od 90-ih godina 19. stoljeća, znanstvenici su razvili širok raspon primjena ove prirodne pojave. Danas ionizirajuće zračenje ima svoju primjenu u različitim ljudskim djelatnostima, od znanosti, preko medicine, industrije do poljoprivrede.
Ionizirajuće zračenje uključuje:
X-zrake, gama zrake, zračenje iz radioaktivnih izvora i izvora prirodnog zračenja.
Izvorima ionizirajućeg zračenja nazivaju se uređaji, postrojenja ili tvari koje proizvode ili odašilju ionizirajuće zračenje. Može ih se podijeliti na radioaktivne izvore (zatvorene i otvorene) i na električne uređaje koji proizvode ionizirajuće zračenje (npr. rendgenski uređaji i akceleratori). U Republici Hrvatskoj se izvori ionizirajućeg zračenja široko primjenjuju u industriji, istraživačkim i obrazovnim institucijama, kao i u zdravstvenim i veterinarskim ustanovama.
Ionizirajuće zračenje ima mnogo primjena u industriji (poput proizvodnje električne energije), medicini, znanosti, poljoprivredi i sl., te donosi mnoge dobrobiti društvu. Međutim, važno je da se rizicima od ionizirajućeg zračenja upravlja na adekvatan način kako bi se zaštitili radnici u navedenim granama, stanovništvo i okoliš.
Industrija Primjena ionizirajućeg zračenja u industriji je raznolika, te pokriva područja od poljoprivrede i sterilizacije hrane, proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama, niz različitih kontrolnih mjerenja u proizvodnji i građevini, pa sve do istraživanja ležišta za eksploataciju ugljikovodika ili ruda.
Jedna od najznačajnijih primjena u industriji je korištenje sterilizacije ionizirajućim zračenjem, kojom se u potpunosti odstranjuju ili uništavaju svi mikroorganizmi i njihove spore bez da se materijali izlažu otrovnim kemikalijama ili visokim temperaturama. Vrlo je zastupljena u medicini, proizvodnji hrane te uzgoju novih vrsta bilja. Sterilizacijom hrane, prvenstveno svježeg voća i povrća te začina i čajeva uništavaju se prisutni mikrobi i gljivice, čime se sama trajnost hrane povećava, bez negativnog efekta na kvalitetu proizvoda i ljudi.
U masovnoj proizvodnji uređaji s izvorima ionizirajućeg zračenja koriste se za industrijsku radiografiju. Tom metodom dobiva se slika unutrašnjosti proizvoda, tj. koristi se za provjeru ispunjenosti spremnika (npr. limenke s pićima) i detekciju grešaka i nehomogenosti u materijalu (npr. varovi na brodovima). U građevini i geotehnici kao kontrolu izvedbe radova koriste nuklearne densimetre, s kojima dobivaju informacije o gustoći i vlažnosti ugrađenih materijala na objektima (brane, nasipi).
U prošlosti U prošlosti su u primjeni bili ionizacijski detektori dima te gromobrani, koji su sadržavali radioaktivni izotope.
U ionizacijskoj komori detektora dima nalazila se mala količina americija-241. Ukoliko bi došlo do požara, čestice dima koje su ušle u komoru remetile bi nisku i stabilnu struju koju bi proizvodile radioaktivne čestice americija te bi došlo do aktivacije detektora. Prednost ovakvog detektora je brzo reagiranje na male količinama dima te rano javljanje prisutnosti požara.
U gromobranima najzastupljeniji radioaktivni izvori bili su kobalt-60, europij-152 i europij-154. Oko posude u kojoj se nalazi izvor ionizirajućeg zračenja dolazi do ionizacije zraka iznad gromobrana, čime se povećava vodljivost zraka, te dolazi do usmjeravanja i pražnjenja atmosferskog elektriciteta na željenom mjestu. Ionizirajuće polje radioaktivnog gromobrana prostire se u promjeru od 300 metara iznad gromobrana, a kako ima oblik stošca okrenutog prema gore ne djeluje na prizemne slojeve.
Ukoliko bi došlo do oštećivanja komora s radioaktivnim izotopima u gromobranima ili detektorima dima, dolazilo bi do nekontroliranog širenja ionizirajućeg zračenja, te su iz tog razloga povučeni iz uporabe.
U rudarstvu i naftnom rudarstvu eksploatacijom, oplemenjivanjem i korištenjem mineralnih sirovina, nafte i plina koje prirodno sadrže poveće koncentracije radionuklida dolazi do nakupljanja većih količina niskoradioaktivnog otpadnog materijala, koji se mora propisno odložiti. Takav tip otpada ulazi u posebnu kategoriju koja se naziva NORM rezidui.
Premda se prirodno radioaktivni materijali (NORM) i rezidui ne smatraju radioaktivnim otpadom, upravljanje njima je regulirano istom regulativom kao radioaktivni otpad. Prema Zakonu o radiološkoj i nuklearnoj sigurnosti NORM materijali su definirani kao „prirodna radioaktivna tvar sa svojstvima promijenjenim korištenjem tehnoloških postupaka u kojoj je koncentracija pojedinih radionuklida promijenjena ljudskim djelovanjem izvan nuklearnog gorivog ciklusa tako da je aktivnost ili koncentracija aktivnosti radionuklida koje sadržava takva radioaktivna tvar iznad granice koju pravilnikom propisuje ministar unutarnjih poslova“.
Pojave prirodno radioaktivnih materijala, bilo u obliku prirodnih izvora ionizirajućeg zračenja, rezidua ili povećanih koncentracija radona, predstavljaju bitan čimbenik u kvaliteti života. S obzirom na to da postoji mogućnost izlaganja ljudi ionizirajućem zračenju te određeni rizik za biotu, nužno je poznavati lokacije na kojima se javljaju prirodno radioaktivni materijali te mogući rezidui, odnosno područja s povećanim koncentracijama aktivnosti radona. Pojam „rezidui“ definiran je u Pravilniku o praćenju stanja radioaktivnosti u okolišu (“Narodne novine” br. 40/18) kao: „materijal koji ostaje nakon industrijskog procesa, a koji se sastoji od ili koji je onečišćen prirodnim radionuklidima i nastaje u industrijskim sektorima“.
U Republici Hrvatskoj postoje tri službeno navedene lokacije na kojima se nalaze prirodno radioaktivni materijali, međutim, osim službeno navedenih lokacija postoji niz manjih. Neke od tih lokacija u su:
odlagališta pepela i šljake termoelektrana Plomin I (sanirana lokacija) i Plomin II; odlagalište pepela i šljake u okviru nekadašnje tvornice Jugovinil u Kaštelanskom zaljevu ; odlagalište pepela i šljake na području mjesta Kaštel Sućurac; odlagalište fosfogipsa Petrokemije d.d., Tvornica gnojiva, Kutina; jalovišta otpadnih materijala iz proizvodnje nafte i plina (kalcifikati iz naftnih bušotina); jalovište šljake i otpada iz primarne proizvodnje željeza; jalovište kalcifikata i sličnih materijala iz postrojenja za filtraciju podzemnih voda.
Termelektrana Plomin
Na lokaciji termoelektrane Plomin nalazi se odlagalište pepela i šljake nastalih sagorijevanjem ugljena u TE Plomin 1 i TE Plomin 2. Procijenjeno je da se na odlagalištu nalazi oko 900.000 m 3 pepela i šljake nastalih radom TE Plomin 1, u periodu od 1970. do 2001. godine, kada je termoelektrana koristila lokalne ugljene s visokom koncentracijom radija i uranija. Odlagalište je sanirano u periodu od 2000. do 2002. godine kako bi se maksimalno smanjio radiološki utjecaj odloženog materijala na ljude i okoliš. TE Plomin od 2001. godine koristi uvozni ugljen sa smanjenim sadržajem radioaktivnih elemenata i manjim količinama elemenata sumpora. Pepeo i šljaka nastali sagorijevanjem uvoznog ugljena se dijelom koristi pri proizvodnji cementa, a preostali se dio odlaže na uređeno odlagalište. Propisan je redoviti monitoring, odnosno praćenje koncentracija radionuklida u okolišu odlagališta kojim se dokazuje da nema negativnog utjecaja na ljude i okoliš.
slika 1 Slika 1. Odlagalište šljake i pepela porijeklom iz proizvodnog procesa dobivanja električne energije izgaranjem ugljena u Termoelektrani Plomin I i II (Izvor: HEP)
Lokacija Kaštela
Na lokaciji Kaštela, na području bivše tvornice Jugovinil nalaze se uređeno odlagalište pepela i šljake, u koje je odložen materijal dopremljen iz termoelektrana bivše SFRJ. To odlagalište sadrži oko 38.000 m 3 pepela i šljake. Produkti sagorijevanja ugljena u tvorničkoj termoelektrani najvećim su dijelom odloženi na lokaciji velike taložnice, ali dijelom su rasipani po lokaciji. Predložen je plan sanacije koji je u skladu s budućom namjenom lokacije i provedena je procjena utjecaja na okoliš i analize rizika kojima je dokazano da neće biti povišenja doze za stanovništvo. Ukupno treba sanirati oko 180.000 m 3 pepela i šljake. Sanacija tog dijela lokacije je u tijeku.
slika2 Slika 2.-Područje nekadašnje tvornice Jugovinil u Kaštelanskom zaljevu (Izvor: Geoportal)
Područje A – uređeno odlagalište pepela i šljake svojevremeno dopremljenih iz drugih termoelektrana SFRJ na području mjesta Kaštel Gomilica
Područje B – neuređeno odlagalište pepela i šljake termoelektrane koja je pripadala tvornici Jugovinil, na području mjesta Kaštel Sućurac
Lokacija Kutina
Na lokaciji Kutina nalazi se fosfogips, koji je nastao preradom fosfatne rude u mineralno gnojivo. U fosfogipsu je povišena koncentracija radija, nastalog raspadom uranija. Odlagalište se nalazi na udaljenosti od 5 km od tvornice Petrokemija. Čine ga četiri kasete ukupne površine 1,6 km 2 . Volumen kaseta na nivou zemljanih brana iznosi oko 7x10 6 m 3 . Na odlagalištu se nalazi oko 5x10 9 kg fosfogipsa i oko 2x10 6 m 3 vode. Ovakav se materijal se može koristiti u druge svrhe, primjerice u industriji i poljoprivredi. Prethodno se međutim analizama rizika mora dokazati da takav način korištenja neće uzrokovati povišenje doze za ljude niti imati utjecaja na okoliš.
slika3 Slika 3. Lokacija za privremeno pohranjivanje fosfogipsa (Izvor: Geoportal)
Sanacija lokacija s povišenim koncentracijama prirodno radioaktivnih materijala nije obveza Fonda, već vlasnika lokacije i jedinice lokalne samouprave, uz nadzor nadležnih tijela.
Energetika Najviše otpada stvara se radom nuklearnih elektrana i u svim fazama nuklearnog gorivnog ciklusa , počevši od kopanja rude uranija do razgradnje nuklearnih postrojenja:
rudarenje uranovijevih ruda, proces obogaćivanja uranija za korištenje u nuklearnim reaktorima, reprocesiranje goriva – fisijski produkti koji ostaju u procesu prerade istrošenoga nuklearnog goriva, radioaktivni otpad nastao tijekom pogona, održavanja i razgradnje nuklearnih elektrana (istrošeno nuklearno gorivo i pogonski otpad uključuje različite dijelove opreme, otpad nastao pročišćavanjem vode i plinova te različitu zaštitnu opremu).
Medicina
Ionizirajuće zračenje u medicini koristi se na nekoliko načina – za dijagnostiku te radioterapiju. U dijagnostici se primjenjuju uređaji koji proizvode ionizirajuće zračenje kako bi se dobila slika unutar pacijentovog tijela. Najčešće se primjenjuju uređaji poput rendgenskog uređaja i uređaja za kompjutersku tomografiju. Radioterapija je metoda liječenja u kojoj se primjenjuje biološko djelovanje ionizirajućeg zračenja na stanice organizma, čime se postižu željene mutacije ili uništavanje određenih stanica. Dijeli se na teleradioterapiju, brahiterapiju i sistematsko zračenje. Teleradioterapija se odnosi na liječenje s izvorom koji je udaljen od bolesnika, brahiterapija na liječenje s unošenjem izvora ionizirajućeg zračenja u organizam, dok se sistematsko zračenje odnosi na primjenu radioaktivnih lijekova.
Znanost Sveučilišta, instituti i druge akademske i znanstvene institucije koriste izvore ionizirajućeg zračenja u radu u laboratorijima, edukativnim programima, demonstracijama, eksperimentalnim istraživanjima, itd. Samo neki primjeri korištenja ionizirajućeg zračenja u znanosti su: aktivacijska analiza, određivanje starosti materijala, istraživanje utjecaja ionizirajućeg zračenja na živa bića, istraživanje štitova od ionizirajućeg zračenja, ali i istraživanje svemira.
U znanosti se često koristi radioizotopno datiranje za određivanje starosti materijala promjenom koncentracija radionuklida tijekom vremena. Ukoliko je poznato vrijeme poluraspada i broj početnih i novonastalih radionuklida u uzorku, može se odrediti starost materijala. Najčešće se koristi datiranje izotopa ugljika-14, helijsko datiranje te kalij-argonsko datiranje. Helijsko i kalij-argonsko datiranje se koristi za određivanje starosti stijenskih naslaga, dok se datiranje ugljika-14 koristi za određivanje starosti fosila.
U arheološkim istraživanjima se koristi datiranje radioaktivnog izotopa ugljika-14 koji nastaje na gornjim slojevima atmosfere interakcijom kozmičkih zraka i atoma dušika, kako bi se odredila starost fosila i drugih organskih tvari. Do nakupljanja ugljika-14 u organizmu dolazi isključivo dok je organizam živ, tj. kod biljaka do nakupljanja dolazi fotosintezom, dok životinje nakupljaju ugljik u organizmu hraneći se biljkama. Kad organizam ugine prestaje nakupljanje ugljika-14, te ona količina koja se skupila tijekom života započinje proces radioaktivnog raspada, tj. smanjuje se. Određivanje starosti radi se temeljom omjera broja atoma stabilnog ugljikovog izotopa C-12 i radioaktivnog izotopa C-14. Najpogodniji uzorci za karbonsko datiranje su prvenstveno oni koji sadrže organski ugljik, a mjerenje aktivnosti zahtijeva vrlo osjetljive tehnike: koriste se plinski proporcionalni brojači za uzorke starosti do 40.000 godina, tekući scintilacijski brojači za uzorke starosti do 50.000 godina te akceleratorska masena spektroskopija za uzorke starije od 60.000 godina.
U kriminalistici, mjerenju onečišćenja i određivanju autentičnosti umjetnina često se koristi aktivacijska analiza. Aktivacijska analiza je metoda određivanja kemijskog sastava tvari, koja se zasniva na ozračivanju uzoraka neutronima ili električni nabijenim česticama. Prilikom toga svaka vrsta atoma prelazi u sebi svojstvenu vrstu radionuklida, tj. dolazi do aktivacije. Metoda se primjenjuje za određivanje elemenata u tragovima.
Vojna primjena
Najčešća primjena ionizirajućeg zračenja u vojne svrhe jest pokretanje nuklearnih podmornica, ledolomaca i nosača zrakoplova, te proizvodnja nuklearnog oružja.
Nuklearne podmornice, ledolomci i nosači zrakoplova pokreću se pomoću toplinske energije (para) koja se stvara u nuklearnom reaktoru te pokreće propelere. Dodatna turbina na nuklearnom reaktoru omogućuje proizvodnju električne energije za sustave na podmornici ili brodu.
Nuklearno oružje dijeli se na dva tipa: atomska bomba (fisijska bomba) u kojem se masa fisijskog materijala stavlja u superkritičnu masu, tj. nalazi se određena količina materijala koja je potrebna da bi počeo eksponencijalni rast nuklearne lančane reakcije. Drugi tip nuklearnog oružja je hidrogenska bomba ili termonuklearna bomba, koja proizvodi energiju iz nuklearne fuzije.
