Izotopii si eliminarea deseurilor radioactive

1. Inv. Stan Mariana – Scoala nr. 4 Pitesti Izotopii si eliminarea deseurilor radioactive

2. Deseuri de productie • Deşeurile sunt substanţe rezultate în urma unor procese biologice sau tehnologice, care nu mai pot fi folosite ca atare, pe care deţinătorul le înlătură, are intenţia sau obligaţia de a le înlătura, dintre care unele sunt refolosibile. De regulă, deşeurile reprezintă ultima etapă din ciclul de viaţă al unui produs. Ciclul de viaţă al produsului reprezintă perioada cuprinsă între data de fabricaţie a produsului şi data la care acesta devine deşeu.Una dintre cele mai acute probleme legate de protecţia mediului este reprezentată de generarea deşeurilor în cantităţi mari şi gestiunea necorespunzătoare a acestora. Dezvoltarea economică din ultimii ani, creşterea producţiei şi a consumului, dar şi existenţa tehnologiilor şi a instalaţiilor deja învechite din industrie, care consumă energie şi materiale în exces, au condus, anual, la generarea de cantităţi mari de deşeuri. Gestionarea necorespunzătoare a deşeurilor conduce la numeroase cazuri de contaminare a solului şi a apelor subterane şi de suprafaţă, ameninţând totodată şi sănătatea populaţiei.

3. Deseuri de productie

4. Problema deteriorării stratului de ozon a fost abordată la nivel mondial prin Convenţia de la Viena, intrată în vigoare în anul 1985. Obiectivele Convenţiei constau în găsirea de substanţe şi tehnologii alternative, efectuarea de cercetări şi furnizarea de cunoştinţe în privinţa substanţelor dăunătoare stratului de ozon. Protocolul de la Montreal, intrat în vigoare în anul 1989, se ocupă de „restricţionarea şi eliminarea substanţele controlate” – în mod special freoni şi haloni – responsabile de distrugerea stratului de ozon.

5. Atomi care au acelaşi nr. de electroni dar mase atomice diferite se numesc izotopi. Numele vine de la cuvintele greceşti “isos topos” care înseamnă în acelaşi loc , deoarece ei se găsesc pe acelaşi loc în sistemul periodic. Fenomenul de izotopie se întâlneşte atât la elementele radioactive cât şi la elementele stabile. Izotopii aceluiaşi element radioactiv se deosebesc şi prin proprietăţile radioactive.

6. Izotopii

8. Importanta izotopilor • Izotopii radioactivi artificiali şi naturali constituie un instrument eficient şi de mare fineţe pentru crearea unor procedee extrem de sensibile de analiză şi control în industrie, un mijloc unic de diagnoză medicală şi de terapie a diferitelor boli, o unealtă uimitoare cu care se poate acţiona asupra diferitelor substanţe. • În metalurgie – izotopii sunt utilizaţi la elaboarrea fontelor, a oţelurilor şi pentru studiul feroaliajelor; • În industria constructoare de maşini -se pot controla sudurile; se pot descoperi defecte ale unor materiale; • În domeniul chimiei – care utilizează izotopii radioactivi – vulcanizarea cauciucurilor – obţinerea unor polimeri cu calităţi deosebite, obţinerea unor materiale speciale prin tratarea lemnului şi a unor materiale plastice cu izpotopii radioactivi, descompunerea grăsimilor, prelucrarea petrolului, etc. • În agricultură – ca metodă de cercetare ştiinţifică în selecţia plantelor şi pentru creşterea productivităţii acestora, pentru măsurarea umidităţii şi a densităţii solurilor şi terenurilor. • În medicină – pentru diagnosticarea şi pentru terapia duferitelor boli, obţinându-se numeroase preparate. • În arheologie – pentru datarea diferitelor materiale se utilizează izotopul carbonului.

9. Dupa mai bine de 30 ani de studii si cercetari, metodele de separare a izotopilor stabili si de producere a izotopilor radioactivi si a compusilor marcati sunt in general bine puse la punct. Astazi exista peste 1000 de compusi marcati si izotopi ai aprope tuturor elementele chimice. • Din cele 90 de elemente naturale care intra in compozitia corpurilor terestre, numai 23 sunt elemente unitare sau pure, adica formate dintr-o singura specie de atomi (Be, F, Na, Al, P etc.), restul de 67 se gasesc in natura( ca elemente sau compusi chimici) sub forma unui amestec de doua sau mai multe specii de atomi cu proprietati chimice identice, dar cu mase atomice diferite. • Astfel de elemente care au acelasi numar atomic (Z) si fac parte din aceeasi casuta a sistemului periodic al lui Mendeleev, dar au masa atomice diferite, se numesc izotopi (din greceste: isos=acelasi, topos=loc). • In prezent se cunosc 300 de izotopi pentru 60 de elemente ale sistemului periodic si aproximativ 800 de izotopi radioactivi naturali sau artificiali.

10. Atomul Caramida de baza a materiei "normale" din care este alcatuit Universul o reprezinta atomii. Combinatiile de atomi se numesc molecule. Consideram mai intii atomii, apoi moleculele. Elementele au proprietati ce se repeta periodic odata cu variatia numarului de electroni (numarul atomic). O diagrama elementelor aranjate intr-un mod pentru a prezenta aceasta periodicitate se numeste tabel periodic (de elemente chimice) Masa atomica diferita a aceluiasi element se datoreaza numarului diferit de neutroni continut in nucleul elementului respectiv. Fenomenul de izotopie a explicat existenta maselor atomice frationare ale elementelor. Proportia de izotopi care intra in alcatuirea unui element mixt natural este totdeauna aceeasi, indiferent de originea lui. Pentru a deosebii izotopii aceluiasi element, notarea lui se face astfel: se scrie simbolul elementului, in stanga simbolului, sus, se noteaza numarul de masa (A), iar in stanga, jos, numarul atomic(Z).

13. Producerea radioizotopilor Principalele tendinte ale cercetarii in acest domeniu privesc urmatoarele probleme: -producerea speciilor radioactive avand o activitate specifica mare; -producerea unor puternice surse de radiatii; -producerea unor izotopi cu un grad mare de puritate; -producerea unor izotopi foarte rari; -producerea unor izotopi cu continut redus de neutoni.

14. Particule elementare

15. Prepararea compusilor marcati • Desi exista peste 1000 de compusi marcati este absolut nevoie sa se produca si compusi si mai complexi, ceea ce necesita punerea la punct a unor metode de preparare foarte noi. Dar oricare ar fi metoda folosita o conditie esentiala in producerea acestora este ca ea sa posede cel mai inalt grad de puritate chimica. • Principalele cauze intalnite la preparare sunt : - instabilitatea atomului; - izomerizarea.

16. Instalatia de preparare

17. Izotopi stabili

18. Sectii producere

19. Aspecte metrologice ale utilizarii radioizotopilor • Principalele tendinte in domeniul producerii izotopilor privesc mai ales : • 1.Perfectionarea metodelor de producere in scopul de a satisface cresterea cererii de surse de radiatii speciale , indeosebi in privinta producerii unor izotopi saraci in neutroni; • 2.Determinarea precisa a activitatii radioizotopilor si problema unui etalonaj international • 3. Aspecte economice ale producerii radioizotopilor

20. Fisiunea nucleara • Fisiunea nucleară, cunoscută şi sub denumirea de fisiune atomică, este un proces în care nucleul unui atom se rupe în două sau mai multe nuclee mai mici, numite produşi de fisiune şi, în mod uzual, un număr oarecare de particule individuale. Aşadar, fisiunea este o formă de transmutaţie elementară. Particulele individuale pot fi neutroni, fotoni (uzual sub formă de raze gamma) şi alte fragmente nucleare cum ar fi particulele beta şi particulele alfa. Fisiunea elementelor grele este o reacţie exotermică şi poate să elibereze cantităţi substanţiale de energie sub formă de radiaţii gamma şi energie cinetică a fragmentelor (încălzind volumul de material în care fisiunea are loc).

21. Energia nucleara

22. Schematic, o reacţie de fisiune nucleară în lanţ ar putea fi restrânsă la următoarele trei secvenţe: • 1.Un atom de uraniu-235 absoarbe un neutron şi se sparge în doi atomi noi (fragmente de fisiune), eliberând trei neutroni şi o oarecare cantitate de energie de legătură. • 2.Unul din aceşti neutroni este absorbit de un atom de uraniu-238 şi nu mai participă, în continuare, la reacţie. Al doilea neutron este pur şi simplu pierdut în mediul/materialul înconjurător, nu se mai ciocneşte cu alţi atomi de uraniu, fapt pentru care nici el nu mai participă la continuarea reacţiei. Al treilea neutron se ciocneşte cu un atom de uraniu-235 care se sparge şi eliberează doi neutroni şi, din nou, energie de legătură. • 3.Ultimii doi neutroni se ciocnesc fiecare cu câte un atom de uraniu-235 care se sparg şi eliberează de la unu la trei neutroni ce pot continua reacţia. • O reacţie nucleară în lanţ apare atunci când, în medie, cel puţin o reacţie nucleară este cauzată de o reacţie nucleară anterioară, acest lucru putând conduce la o creştere exponenţială a numărului de reacţii nucleare.

23. Eliminarea deseurilor radioactive • Deseurile radioactive provin mai ales de la noul tratament la care sunt supuse cartusele de combustibil dupa folosirea partiala a combustibilului nuclear. Sunt doua posibilitati: • Ele pot fi stanse si pastrate in locuri unde nu prezinta nici un pericol pentru om; • Deseurile se pot dilua pana inceteaza a mai fi periculoase. Metodele si tehnicile aplicate la ora actuala sunt inca imperfecte.

24. Analizele efectuate în cadrul programelor de supraveghere a obiectivelor ce produc modificarea nivelelor radioactivităţii naturale (zone cu activităţi miniere uranifere, combinate de îngrăşăminte chimice) au indicat faptul că, activităţile desfăşurate produc modificarea fondului radioactiv pe zone restrânse în cadrul amplasamentului (datorită în principal, prezenţei haldelor), iar în scopul asigurării radioprotecţiei mediului şi a populaţiei din zonă, agenţiile locale pentru protecţia mediului au stabilit o serie de măsuri specifice.

25. Duşmanul care nu se vede • Explozia de la Cernobîl a ucis 30 de oameni în primă fază, din care 28 din cauza expunerii la radiaţii. De atunci, în Ucraina au murit aproximativ 4.400 de oameni din cauza radiaţiilor. Alţii s-au îmbolnăvit în anii următori. Peste şapte milioane de oameni au avut de suferit de pe urma catastrofei atomice. Cancerul tiroidian şi afecţiunile neurologice au devenit boli obişnuite în zonele contaminate din Ucraina, Rusia şi Belarus. Astăzi se adaugă un val de cancer al sînului, cataracte şi depresii. Cazurile de cancere tiroidiene la copiii din zonele contaminate sînt de 30 de ori mai multe decît în restul Rusiei. 94% dintre cei care au stins incendiul suferă de diverse boli, 65.000 dintre ei sînt invalizi. Ultimele reactoare ale centralei de la Cernobîl au fost închise în 2000, dar în Ucraina mai există încă 15. Termenul lor de exploatare expiră în 2011. Bulgarii au şi ei un reactor dezactivat la Koslodui. Au trecut multi ani.. N-am simţit nimic, nu ne-a apărut nimic pe piele, nici măcar dureri de cap n-am avut. Totuşi, am fost expuşi unui factor extrem de nociv, cu efecte lente şi cu bătaie lungă. Inamicul invizibil, radioactivitatea, ne-a lovit din plin şi continuă să ne influenţeze sănătatea. Norul radioactiv de atunci a trecut, dar a impregnat România cu izotopi activi. Împotriva lor nu se poate face nimic. Trebuie doar să aşteptăm încă 10 ani, cînd va expira timpul de înjumătăţire al cesiului-137 aruncat în atmosferă de reactorul de la Cernobîl. Dacă mai adăugăm şi radiaţiile naturale şi cele generate de aparatura folosită zilnic, putem să ne facem o idee despre cît de expuşi sîntem şi să nu ne mai mirăm cînd auzim că din ce în ce mai mulţi oameni au cancer, că femeile sînt infertile sau nasc copii bolnavi.

26. Eliminarea deseurilor radioactive • „Omul e expus unui cîmp de radiaţii încă de la naştere“, spune Mihaela Apan (foto), fizician la Staţia de Radioactivitate din cadrul Agenţiei Judeţene de Protecţie a Mediului. Dar acestea sînt radiaţii provenite din surse naturale. Din cosmos, ne bombardează constant particulele de energie înaltă şi razele gamma.

27. Cantitatea de radiaţii se măsoară în unităţi Sievert. În medie, în fiecare an, în România, o persoană este expusă la aproximativ 2,4 mSv de la sursele de radiaţii naturale şi artificiale, din care:- 0,04 mSv radiaţie cosmică- 0,05 mSv radiaţie telurică- 0,01 mSv privind la televizor- 1 mSv prin inhalare de radon- 0,03 mSv prin alimente- 0,05 mSv după un zbor cu avionul pe ruta Bucureşti-Paris- 1 mSv de la radiografiile medicale- 0,0001 mSv energie nucleară şi aplicaţii industriale- 0, 002 mSv efectele Cernobîl (de 20 de ori mai puţin ca în 1986).O urgenţă nucleară se declanşează la o cotă de peste 3 mSv. Un lucrător în domeniul nuclear suportă 50 mSv pe an. Primele efecte biologice apar la 250 mSv. Personalul navigant pe liniile aeriene este expus la 3 mSv pe an, minerii la 2,7 mSv. •  Dacă în anii 90 erau aproximativ 20 de cazuri noi pe an, acum, în patru luni, s-au înregistrat 216 noi bolnavi, constata medicii, care arătat că, în 2003 şi 2004, cazurile noi de cancer tiroidian au fost anual între 250 şi 270. •    -In evidenţele IOCN sunt 5.000 de pacienţi de cancer tiroidian care sunt monitorizaţi, în vreme ce alte 35.000 de persoane cu guşă nodulară sunt investigate, anual, în Laboratorul de Medicină Nucleară pentru a se preveni instalarea cancerului.

28. Evaluarea si alegerea locurilor de eliminare definitiva a deseurilor • Conditiile de securitate, de pret de cost si de mijloace tehnice sunt factori determinanti. Ingroparea deseurilor in zacaminte de sare pare sa constitue o metoda de viitor. Straturile poroase alternand cu straturile impermeabile dintr-o structura sinclina, capata un deosebit interes pentru eliminarea marilor cantitati de deseuri ce se vor produce in viitor. • La ora actuala se folosesc in mod curent otelul inoxidabil si betonul.

30. Multumin ! • Bibliografie • 1. Exarhu Mihai   "Masurarea unor parametri fizici ai mediului ", Editura Printech, 2005 • 2.http://europa.eu.int/comm/life/nature/index.htm • http://www.europa.eu.int/comm/environment/nature/habdir.htm