Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 359

Výzkumná plavba v západním Pacifiku

11. března 2011 došlo v Tichém oceánu 130 kilometrů východně od pobřeží Japonska k zemětřesení. Zemětřesením vyvolané vlny cunami poškodily chladicí systém v jaderné elektrárně Fukushima Daiichi. V důsledku přehřátí došlo k explozi, která uvolnila do atmosféry radioaktivní prvky. Další kontaminaci do okolí elektrárny zanesla voda použitá k chlazení reaktorů a bazénů s použitým palivem. Jak se projevila kontaminace ve vodách Pacifiku?

Fotogalerie (6)
Výzkumná loď Kaimikai-O-Kanaloa. Byla postavena v roce 1979. Je dlouhá 68 metrů, v nejširším místě měří 12 metrů, pohybuje se v průměru rychlostí 20 kilometrů za hodinu a plně naložená vydrží na moři 50 dní.

Soukromá nezávislá a nezisková výzkumná instituce Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI, Massachusetts, USA) získala v souvislosti s touto událostí finanční podporu od nadace Gorgona a Betty Moore na uskutečnění mezinárodního multidisciplinárního projektu zabývajícího se stanovením úrovní radioaktivní kontaminace v Tichém oceánu.

Projekt

Účelem projektu bylo zjistit druhy, množství a způsoby šíření uvolněných radionuklidů, jejich případný vliv na život v moři a možné nebezpečí pro zdraví lidí. Stěžejní částí projektu byla výzkumná plavba západní částí Tichého oceánu východně od pobřeží Japonska, které jsem měla to štěstí se zúčastnit. Výzkumnou loď Kaimikai‑O‑Kanaloa (Nebeský průzkumník moře) poskytla University of Hawaii.

Vypluli jsme 4. června z přístavu Jokohama. Za dva dny jsme dopluli do vzdálenosti 200 kilometrů od pobřeží Japonska a poté se vraceli zpět podél a přes proud Kuroshio. Plavba trvala celkem 15 dní a nejblíže k Fukushimě jsme se dostali na vzdálenost 30 kilometrů.

Mezinárodní posádka

Na palubě bylo 17 vědců, osm zástupců WHOI, po dvou zástupcích z University of Tokyo a State University of New York at Stony Brook a po jednom zástupci z University of Hawaii (já), University of California Santa Cruz, Scripps Institution of Oceanography, Oregon State University a University Barcelona Autonoma. Úkolem týmu vedeného Kenem Buesselerem z katedry mořské chemie a geochemie WHOI bylo měření fyzikálních vlastností mořské vody a mořských proudů a odběr vzorků vody a mořské flóry a fauny z 32 odběrových stanic na trase lodi. Odebrané vzorky směřovaly k analýze i do dalších institucí v Americe a Evropě, včetně laboratoří Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA).

Vědecké vybavení

Pro měření fyzikálních vlastností mořské vody a mořských proudů byla loď vybavena plováky pro sledování směru a rychlosti pohybu vodních mas, akustickým Dopplerovým měřičem rychlostního profilu vodního sloupce a čidly pro měření vodivosti, teploty a hloubky. K odběru mořské vody sloužila „rozeta“ tvořená 24 Niskinovými láhvemi o objemu 12 litrů, které se na pokyn z palubního řídicího ovladače uzavírají v různých hloubkách oceánu. K odběru planktonu byly používány sítě označované podle svého tvaru Bongo a k chytání vybraných druhů ryb vlečné sítě s čtvercovým rámem.

Měření radiace a jeho výsledky

O měření radioaktivity se staral dozimetrista, který minimálně jednou denně procházel loď a měřil dávkové příkony ve společných prostorách. Zjištěné hodnoty se pohybovaly v rozmezí 0,02‑0,10 μSv/h (pro porovnání: ve střední Evropě je přírodní pozadí asi 0,4 μSv/h). Z nejvíce exponovaných míst (zábradlí, kliky) prováděl stěry filtračním papírem, které následně po dobu 60 minut měřil Geiger‑Müllerovým počítačem. Žádná povrchová kontaminace na lodi nebyla zaznamenána. Celková radiační dávka obdržená během pobytu na lodi byla stanovena dvěma elektronickými osobními dozimetry s křemíkovými detektory, jedním umístěným v podpalubní laboratoři a druhým na opasku dozimetristy. Podle těchto měření obdržel pracovník za dobu pobytu na výzkumné plavbě průměrně celkovou dávku 10 μSv (pro porovnání: ve střední Evropě za 15 dní obdržíme z přírodního pozadí asi 140 μSv).

Starala jsem se o izotopy cesia

Přímo na lodi probíhalo stanovení radioaktivních izotopů cesia, které bylo i náplní mojí práce, a přírodních izotopů radia s krátkým poločasem přeměny. Radium z mořské vody se zachycovalo na filtrech z akrylových vláken potažených oxidem manganičitým a měřilo v zařízení RaDeCC (delayed coincidence counting system). V něm se radon vznikající přeměnou radia zachyceného na filtrech přivádí proudem helia do komůrky s vnitřními stěnami potaženými stříbrem aktivovaným sulfidem zinečnatým. Po zaznamenání alfa částice z přeměny radonu na polonium se spustí zpožděný koincidenční okruh, který musí do určité doby (tři poločasy přeměny dceřiného polonia) zaznamenat další částici, aby byl signál vyhodnocen jako přítomnost určitého izotopu radia. Výskyt krátkodobých izotopů radia 223Ra (poločas přeměny 11,1 dní) a 224Ra (poločas přeměny 3,6 dní) v mořské vodě znamená jejich trvalý přísun z pevniny a tedy možnost kontaminace oceánu z povrchových a podzemních vod.

Cesium z okyselené mořské vody bylo zkoncentrováno na koloně s kompozitním sorbentem AMP‑PAN. Sorbent obsahuje jako aktivní složku amonnou sůl kyseliny trihydrogenfosforečnano‑dodekamolybdenové (AMP) upravenou do granulí pomocí pojícího polymeru, jehož základem je polyakrylonitril (PAN). Po zkoncentrování byl v sorbentu gama spektrometrií stanoven obsah radioaktivních izotopů cesia 137Cs (poločas přeměny 30 roků) a 134Cs (poločas přeměny 2 roky). Toto stanovení přímo na palubě lodi mělo především orientační a bezpečnostní charakter a poskytlo údaje o relativním rozložení kontaminace ve zkoumané oblasti. Přesně byl sorbent s cesiem přeměřen až na pevnině v laboratořích WHOI.

Výsledky

Nejvyšší obsah radioaktivního cesia byl zjištěn v oblastech blízko pobřeží, i když ne ve stanicích nejblíže Fukushimě. Nejvyšší aktivita, 3 900 Bq·m‑3, se nacházela v oblasti semipermanentního víru, jehož střed je umístěn na 37°s.š. a 142,5°v.d. Aktivity kolem 300 Bq·m‑3 byly zjištěny i na východní hranici zkoumané oblasti. Poměr aktivit 137Cs:134Cs byl blízký jedné, což potvrzuje původ z úniků z jaderné elektrárny. V oblasti pod mořským proudem Kuroshio byly hodnoty objemové aktivity 134Cs pod hranicí detekovatelnosti 137Cs na úrovni hodnot před havárií, 1‑2 Bq·m‑3 (pozůstatek kontaminace z období testování jaderných zbraní v 60. letech 20. století a v menší míře z havárie v jaderné elektrárně Černobyl), což naznačuje, že proud Kuroshio tvoří bariéru průniku kontaminace na jih.

Zjištěné hodnoty ukazují na významné zředění unikající aktivity již ve stanicích nejblíže Fukushimě. Hodnoty v místech úniků v elektrárně byly v červnu průměrně 33 000 Bq·m‑3. V důsledku mísení poklesly všechny hodnoty objemových aktivit naměřené v námi zkoumané oblasti podstatně pod japonské regulační limity pro oceán (90 000 Bq·m‑3) a ve stanicích vzdálených 30 km od Fukushimy se pohybovaly v rozmezí 600‑800 Bq·m‑3.Tyto hodnoty byly též pod úrovní aktivity nejrozšířenějšího přírodního radionuklidu v oceánu – draslíku 40K (~12 000 Bq·m‑3).

Odebrané vzorky mořské vody, flóry a fauny byly dále analyzovány v laboratořích celého světa. Byly zjišťovány obsahy mnoha radionuklidů (izotopů cesia, stroncia, jodu, ruthenia, promethia, plutonia, radia, uranu a dalších) v mořské vodě a jejich akumulace v mořských řasách, korýších a vybraných druzích malých mořských ryb. Společně s hodnotami fyzikálních veličin popisujících vlastnosti mořské vody a mořských proudů poskytnou vstupní údaje pro vývoj modelů popisujících způsob a cesty šíření a odstraňování kontaminantů v prostředí oceánu.

Za svou účast na výzkumné plavbě děkuji Henrietě Dulaiové z University of Hawaii a panu docentu Ferdinandu Šebestovi z Katedry jaderné chemie Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT.

Weby:

http://www.whoi.edu
http://www.moore.org
http://www.soest.hawaii.edu/UMC/RVKOK.htm
http://ie.lbl.gov/education/isotopes.htm
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1120794109

Literatura:

Waska H., et al., J. Environ. Radioactiv., 99 (2008) 1859.
Šebesta F., Rádioaktivita a životné prostredie, 12 (1989) 181.
Buesseler K.O., et al., PNAS, 109 (2012) 5984.

Kamila Šťastná
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Fyziklání 2020

Dne 14. 2. 2020, tedy ještě před uzavřením škol kvůli koronavirové epidemii, se uskutečnila mezinárodní fyzikální soutěž pro týmy středoškoláků Fyziklání 2020, kterou pořádá skupina vysokoškolských studentů FYKOS (Fyzikální korespondenční seminář).

Krev od vyléčených pacientů se může stát lékem na Covid-19

Tento týden v New Yorku začíná test experimentální terapie současné pandemické nemoci Covid-19, způsobené novým koronavirem. Tento typ terapie je znám již více než 100 let, byl použit v roce 1918 při pandemii tzv. španělské chřipky. Tehdy nebyly k dispozici žádná antivirotika ani očkování.

www.rouskyvsem.cz.

Je období řádícího koronaviru způsobujícího nemoc Covid-19. Podpořme dobrou věc, nic nás to nestojí. V této vypjaté situaci lze na internetu najít spoustu informací. Některé jsou ověřené, jiné typické “fakenews”. A to je problém. Proto se tým stojící za webem rouskyvsem.

Sluncem poháněné vzducholodě

Byly doby, kdy byly vzducholodě považovány za budoucnost létání. Pak upadly v zapomnění, aby se nyní vrátily jako „zelenější“ způsob dopravy. Britská firma Varialift Airships plánuje stavět vzducholodě poháněné sluncem, které by se měly používat v mezinárodní přepravě nákladů.

Amatérská ochranná rouška

V boji proti koronaviru je potřeba velkého množství ochranných roušek a zdravotnických masek. Odborníci vyzývají: „Noste všichni masku, abyste se vyhnuli infekci!“. Rostoucí poptávka způsobila vážný nedostatek masek. Ochranné roušky v lékárnách byly brzy vykoupené, což mezi lidmi vyvolávalo paniku.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail