Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 35 – vyšlo 4. září, ročník 18 (2020) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

35/2020

Radiační mimořádné události, část II

David Zoul, Markéta Koplová, Petra Krejčová

V minulém bulletinu AB 34 jsme se zabývali radiačními mimořádnými událostmi (RMURMU – radiační mimořádná událost, událost důležitá z hlediska jaderné bez­peč­nos­ti nebo radiační ochrany, která vede nebo může vést k nepří­pust­nému uvolnění radioaktivních látek nebo ionizujícího záření, případně ke vzniku radiační nehody nebo radiační havárie.). Seznámili jsme se s řešením radiačních mimořádných událostí, s mezinárodní stupnicí INESINES – International Nuclear Event Scale, mezinárodní stupnice hodnocení závažnosti jaderných událostí zavedená v březnu 1990 Mezinárodní agenturou pro jadernou energii (IAEA) a Agenturou pro jadernou energii Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD/NEA). Jejím primárním účelem je usnadnit komunikaci mezi odborným nukleárním společenstvím, sdělovacími prostředky a veřejností v případech výskytu událostí na jaderných zařízeních či událostí spojených s radioaktivním materiálem nebo s radiací, včetně přepravy radioaktivních materiálů. hodnocení závažnosti jaderných událostí a ukázali si několik vybraných příkladů závažnosti stupňů 3 a 4. Věnovali jsme se také deterministickým účinkům ozáření kůže a biologickým účinkům ionizujícího zářeníIonizující záření – jakékoli radiační pole, jehož kvanta mají dostatečnou energii, aby ionizovaly atomy a molekuly. V biomedicíně musí proniknout do těla a ionizovat biomolekuly.. V dnešním pokračování se seznámíme s některými vybranými příklady vyšších stupňů závažnosti.

RMU – radiační mimořádná událost, událost důležitá z hlediska jaderné bez­peč­nos­ti nebo radiační ochrany, která vede nebo může vést k nepří­pust­nému uvolnění radioaktivních látek nebo ionizujícího záření, případně ke vzniku radiační nehody nebo radiační havárie. INES – International Nuclear Event Scale, mezinárodní stupnice hodnocení závažnosti jaderných událostí zavedená v březnu 1990 Mezinárodní agenturou pro jadernou energii (IAEA) a Agenturou pro jadernou energii Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj (OECD/NEA). Jejím primárním účelem je usnadnit komunikaci mezi odborným nukleárním společenstvím, sdělovacími prostředky a veřejností v případech výskytu událostí na jaderných zařízeních či událostí spojených s radioaktivním materiálem nebo s radiací, včetně přepravy radioaktivních materiálů. Absorbovaná dávka – D, energie ionizujícího záření pohlcená při průchodu látkou jednotkovým množstvím hmoty (dE/dm). Jednotkou je jeden gray (Gy = J/kg). U člověka dochází k prvním projevům nemoci z ozáření po celotělové aplikaci dávky 1 Gy, za smrtelnou je považována dávka cca 5 Gy. Dávky nad 100 Gy mohou člověka usmrtit i na místě. Ekvivalentní dávka – H, radiobiologická veličina kvantifikující rozdílný radio­bio­logický účinek různých druhů záření prostřednictvím tzv. radiačního váhového faktoru wR. Ten je roven jedné pro řídce ionizující záření (fotony, elektrony) a narůstá až na hodnotu 20 pro hustě ionizující částice (neutrony, alfa částice, štěpné fragmenty, urychlená jádra apod.). Ekvivalentní dávka je součinem H = wRD radiačního váhového faktoru wR (bezrozměrný) a absor­bo­vané dávky D (gray). Jednotkou je jeden sievert (Sv). Dávkový ekvivalent – radiobiologická veličina kvantifikující rozdílný radio­bio­lo­gický účinek různých druhů záření prostřednictvím funkce LET (Linear Energy Transfer). Jednotkou je jeden sievert (Sv). Efektivní dávka – E, radiobiologická veličina kvantifikující celkovou újmu organizmu s ohledem na rozdílný radiobiologický účinek různých druhů záření a současně na rozdílnou radiosenzitivitu různých orgánů a tkání exponovaných ionizujícím zářením. Efektivní dávka je součinem E = wTH tkáňového váhového faktoru wT (bezrozměrný) a ekvivalentní dávky H (sievert). Tkáňové váhové faktory vyjadřují míru radiosenzitivity jednotlivých orgánů a tkání lidského těla. Suma váhových faktorů přes všechny orgány a tkáně je rovna jedné, takže při zcela homogenním ozáření celého těla by se efektivní dávka rovnala ekvivalentní dávce. Jednotkou je jeden sievert (Sv).

STUPEŇ 4 až 5

Některé události přesahují stupeň 4 buď počtem zasažených osob, nebo rozsahem vlivu na okolí, nedosahují však plně hrůznosti událostí stupně 5, o kterých budeme hovořit za chvíli. Proto jsme si dovolili poněkud uměle vytvořit tento mezistupeň.

Účinky záření na vývoj lidského zárodku a plodu

Několik vybraných příkladů

Šan-si, Čína, 1992

Dne 19. listopadu 1992 si pracovník zemědělské firmy v Šan-si odnesl domů průmyslový zdroj ⁶⁰Co o aktivitě 370 GBqBecquerel – Bq, fyzikální jednotka aktivity udávající počet radioaktivních přeměn za jednotku času ve studovaném objektu. V jaderné fyzice se používají zejména násobky této jednotky: kilobecquerel kBq (10³ Bq), megabecquerel MBq (10⁶ Bq), gigabecquerel GBq (10⁹ Bq) nebo terabecquerel TBq (10¹² Bq). Starší jednotkou radioaktivity je curie, 1 Ci = 3,7×10¹⁰ Bq.. To mělo za následek tři úmrtí a ozářeno bylo přes sto osob, včetně jedné těhotné ženy. Žena byla vystavena ozáření v dávce 2,3 GyGray – Gy, jednotka absorbované dávky záření, energie ionizujícího záření absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadřuje pouze energii absorbovaného ionizujícího záření, nikoli jeho účinky na danou látku. Menší jednotkou je centigray (cGy), setina graye. odhadnuté pomocí krevního testu 41 dnů po nehodě. Její plod obdržel v děloze dávku téměř 2 Gy. Dítě se narodilo s porodní hmotností 2 kg. Ve věku 16 let mělo IQ 46 [2].

Tókaimura, Japonsko, 1999

V závodě na obohacování uranu došlo dne 30. září 1999 k vážné havárii, kterou způsobili tři pracovníci – Hisaši Óuči (35 let), Masato Šinohara (39 let) a Jutaka Jokokawa (54 let), nedostatečně kvalifikovaní pro tuto práci. Obvykle pracovali s 5% roztokem ²³⁵UO₂, ale tentokrát měli vytvořit 18,8% roztok ²³⁵UO₂ pro rychlý reaktor Jojo. Do nádoby s obsahem 40 litrů doplnili postupně 16 kg tohoto paliva, čímž odstartovali štěpnou řetězovou reakci. K výbuchu nedošlo, ze štěpné reakce se však začala šířit silná gama a neutronová radiace. Tento proces trval 20 hodin, než se jej podařilo zastavit.

Tři pracovníci, kteří zapříčinili havárii, obdrželi efektivní dávky v rozmezí 1 – 20 GyGray – Gy, jednotka absorbované dávky záření, energie ionizujícího záření absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadřuje pouze energii absorbovaného ionizujícího záření, nikoli jeho účinky na danou látku. Menší jednotkou je centigray (cGy), setina graye.. Byli hospitalizováni, dva z nich zemřeli na akutní nemoc z ozáření, viz [3], [4].

Obr. 1: Vývoj radiační nekrózy ruky Šinohary v řádu týdnů (3, 4, 11 týdnů,
transplantace štěpů, 21 týdnů)

Z důvodu havárie byli evakuováni lidé v okruhu 350 m od budovy závodu. V okruhu 10 km byli lidé nuceni zůstat ve svých domovech. Celkem bylo ozářeno asi 440 lidí. U nikoho však efektivní dávka nepřesáhla 50 mSv. 56 pracovníků dostalo efektivní dávku přes 20 mSv. Provoz závodu byl obnoven na začátku roku 2000.

Obr. 2: Letecký snímek jaderného zařízení Tokaimura

Video popisující havárii jaderného zařízení Tokaimura. Zdroj: The Robertson.

STUPEŇ 5

Radiační mimořádné události stupně 5 jsou typické zasažením vysokého počtu osob, úmrtími na akutní nemoc z ozáření a kontaminací rozsáhlých oblastí životního prostředí.

Juaréz, Mexiko, 1983

Nepoužívaný radioterapeutický zářič ⁶⁰Co (30 TBqBecquerel – Bq, fyzikální jednotka aktivity udávající počet radioaktivních přeměn za jednotku času ve studovaném objektu. V jaderné fyzice se používají zejména násobky této jednotky: kilobecquerel kBq (10³ Bq), megabecquerel MBq (10⁶ Bq), gigabecquerel GBq (10⁹ Bq) nebo terabecquerel TBq (10¹² Bq). Starší jednotkou radioaktivity je curie, 1 Ci = 3,7×10¹⁰ Bq.) se při neodborné demontáži poškodil a během následné přepravy se 6 000 milimetrových kovových peletek kobaltu 60 vysypalo (některé skončily až na silnici) a následně bylo prodáno spolu s ostatním kovovým materiálem do sběrny šrotu. Zde se peletky přimíchaly k dalšímu kovovému šrotu a postupně se dostaly i do hutí, kde kontaminovaly mnoho různých kovových výrobků. Tím došlo k rozsáhlé kontaminaci města, surovin a stavebních materiálů, které byly dále používány.

Na incident se přišlo až v Los Alamos National LaboratoryLANL – Los Alamos National Laboratory, jedna z deseti národních laboratoří Spojených států amerických, vědecká základna nacházející se ve státě Nové Mexiko. Laboratoř je jednou z největších vědeckých institucí na světě s mnohostranným zaměřením. Byla zřízena roku 1943, pokrývá oblast o rozloze větší než 90 km² a má zhruba 13 000 zaměstnanců. Ve 40. letech 20. století se zde v rámci projektu Manhattan pod vedením amerického fyzika Roberta Oppenheimera zrodily první jaderné zbraně., kde detekovali kontaminovanou dodávku stavebního materiálu a začalo se pátrat po jejím původu. Došlo k ozáření 4 000 osob, z toho pět osob efektivní dávkou v rozmezí 3 až 7 Sv, 17 636 budov bylo testováno, 814 budov muselo být strženo [5].

Obr. 3: Kobaltový zdroj, který způsobil incident v Mexiku

Goiania, Brazílie, 1987

V roce 1985 se odstěhovala radioterapeutická klinika z budovy ve městě Goiania. V této budově však zapomněli radioterapeutický zářič – práškový chlorid cesia ¹³⁷Cs o aktivitě 51 TBqBecquerel – Bq, fyzikální jednotka aktivity udávající počet radioaktivních přeměn za jednotku času ve studovaném objektu. V jaderné fyzice se používají zejména násobky této jednotky: kilobecquerel kBq (10³ Bq), megabecquerel MBq (10⁶ Bq), gigabecquerel GBq (10⁹ Bq) nebo terabecquerel TBq (10¹² Bq). Starší jednotkou radioaktivity je curie, 1 Ci = 3,7×10¹⁰ Bq..

Dne 13. září 1987 opuštěnou budovu navštívili dva metaři Roberto Santos Alves a Wagner Mota Pereira, kteří přístroj našli a odvezli si jej domů. Alvesovi se podařilo protrhnout kapsli s cesiem, které vydávalo namodralé světlo (kombinace fluorescenceFluorescence – jev, při kterém je v důsledku absorpce světla látkou vyzářeno světlo na jiné, zpravidla delší vlnové délce. Pohlcené fotony excitují elektrony v atomárních obalech a ty poté při přechodu na nižší hladinu vyzáří opět světlo. Při pohlcení dvou fotonů naráz může být vyzářeno i světlo kratší vlnové délky. Jev poprvé pojmenoval v roce 1852 George Gabriel Stokes. a Čerenkovova zářeníČerenkovovo záření – kužel elektromagnetického záření v podobě rázové vlny, který vzniká za nabitou částicí pohybující se nadsvětelnou rychlostí v daném prostředí., vyvolaného průchodem beta částic krystaly CsCl). Schránku záhy prodali majiteli šrotiště Ferreirovi. Ten si sezval rodinu a přátele, aby schránku prozkoumávali. Lidé si brali kousky ze schránky domů. Někteří si mysleli, že modré světlo musí být léčivé a nanášeli si práškové cesium na tělo. Tím se radiace rychle šířila po městě. Lidem, kteří onemocněli, lékaři chybně diagnostikovali různé alergie.

Dne 29. září místní fyzik zjistil přítomnost radiace ve městě a odhalil vysokou míru zamoření. Na následky ozáření zemřeli čtyři lidé. Manželka a dcera majitele šrotiště Ferreiry, dále pak jeho dva zaměstnanci, kteří se ze schránky snažili vydolovat olověné těleso. Tito lidé obdrželi dávky v rozmezí 4,5 až 6 GyGray – Gy, jednotka absorbované dávky záření, energie ionizujícího záření absorbovaného v 1 kg látky. 1 Gy = 1 J/kg. Vyjadřuje pouze energii absorbovaného ionizujícího záření, nikoli jeho účinky na danou látku. Menší jednotkou je centigray (cGy), setina graye.. Dalších 112 000 osob bylo testováno na kontaminaci, 250 z nich pozitivně.

Na výskyt radiace bylo proměřeno 67 kilometrů čtverečných a 159 domů. Některé domy musely být strženy. Zlikvidováno muselo být celkem 35 000 kubických metrů materiálu. Likvidace následků stála desítky miliónů dolarů [6].

Obr. 4: Demolice kontaminovaných budov v Goianii

Video popisující události v brazilském městě Goiania. Zdroj: Neptunium.

STUPEŇ 6

Kromě několika notoricky známých havárií energetických jaderných reaktorů (vyjma havárie černobylského jaderného reaktoru, která byla jako doposud jediná v dějinách ohodnocena stupněm 7), byla stupněm 6 charakterizována pouze průmyslová havárie v sovětském průmyslovém závodě Majak, k níž došlo roku 1957. Zde je její příběh:

Kyštym, SSSR, 1957

Majak je kombinát pro zpracování radioaktivních materiálů vybudovaný ve městě Kyštym v Čeljabinské oblasti v Rusku. V závodě se původně obohacoval uran pro jaderné elektrárny a vyrábělo plutonium do jaderných hlavic. Dnes se zde vyrábí zejména různé radioizotopy pro lékařské účely a tritium. Také se zde likvidují vyřazené jaderné hlavice a přepracovává jaderný odpad z atomových elektráren k dalšímu použití.

Od roku 1948, odkdy je závod v provozu, se vypouštělo množství radioaktivní odpadní vody, občas přímo využité na chlazení jaderného paliva, do místní řeky Teča. Nebezpečný odpad se tak ukládal do půdy na břehu obývaném cca 100 000 lidmi. Pro omezení šíření nuklidů byly na řece Teča vybudovány dvě přehradní nádrže – objekt N10 v roce 1956 a objekt N11 v roce 1960. Tyto dvě nádrže spolu s třemi staršími obsahují odhadem aktivitu 60 PBqBecquerel – Bq, fyzikální jednotka aktivity udávající počet radioaktivních přeměn za jednotku času ve studovaném objektu. V jaderné fyzice se používají zejména násobky této jednotky: kilobecquerel kBq (10³ Bq), megabecquerel MBq (10⁶ Bq), gigabecquerel GBq (10⁹ Bq) nebo terabecquerel TBq (10¹² Bq). Starší jednotkou radioaktivity je curie, 1 Ci = 3,7×10¹⁰ Bq.. Dnes se vynakládají velké zdroje na jejich dekontaminaci.

K nejhorší z množství havárií došlo 29. září 1957 v 16:20 místního času, kdy vybuchla nádrž, ve které se skladovala směs acetátů a nitrátů různých radionuklidů, a koncentrátu kobaltnatých solí. K výbuchu došlo následkem odpaření chladící vody v důsledku poškozené chladicí soustavy, bez které se nádrž díky probíhajícím jaderným přeměnám rychle ohřála na 350 °C. Následný chemický výbuch o síle 100 tun TNT odmrštil 160 tun vážící betonový uzávěr nádrže a vyvrhl přibližně 80 tun směsi o aktivitě 600 PBq do výšky 1 km, z čehož asi 90 % dopadlo v nejbližším okolí a zhruba 60 PBq se rozptýlilo na několika stech čtverečních kilometrech v tzv. „východouralské radioaktivní stopě“ směrem na severoseverovýchod, napříč celou Sverdlovskou oblastí. Během rozvoje havárie a její likvidace bylo ozářeno několik tisíc lidí.

Do rozšířené kohorty osob sledovaných v rámci vlivu havárie bylo zahrnuto 30 000 osob narozených před rokem 1950 a v letech 1950 až 1960 pobývajících na březích řeky Teča. Pro většinu osob zařazených do této kohorty jsou k dispozici údaje o jejich zdravotním stavu a příčinách úmrtí. Ty obsahují 1842 případů úmrtí na rozsáhlé tumory a 61 úmrtí na leukémie.

Obr. 5: Východouralská radioaktivní stopa

Video popisující události v sovětském Kyštymu. Zdroj: YT.

Závěr

V případech, kdy došlo k destrukci radionuklidového zářiče, bývá průvodním jevem takové události nejen ozáření a kontaminace osob, ale i kontaminace nemalého území a obydlí. Likvidace nehody pak představuje, vedle významných nákladů na dozimetrii a zdravotní péči, i nemalé náklady na dekontaminaci a likvidaci vzniklých radioaktivních odpadů. Radiační nehody mimo pracoviště se ZIZZIZ – zdroj ionizujícího záření, radioaktivní látka či elektronický generátor ionizujícího záření emitující částice s energií alespoň 5 keV. bývají často závažnější než nehody na pracovištích s nimi.

Prvotní diagnóza zdravotních následků ozáření, zpravidla provedená praktickými lékaři, dermatology, či specialisty na infekční nemoci, mnohdy nebývá správná. Zejména u nehod mimo pracoviště se ZIZZIZ – zdroj ionizujícího záření, radioaktivní látka či elektronický generátor ionizujícího záření emitující částice s energií alespoň 5 keV. byly zdravotní příznaky často posuzovány jako běžné popálení, infekce, bodnutí hmyzem, dietetická chyba, viróza a takto i dlouhodobě léčeny. IAEAIAEA – International Atomic Energy Agency v roce 2000 publikovala dokument „How to recognize and initially respond to an accidental radiation injury“, ve kterém stručnou formou shrnuje zásady, jak rozpoznat radiační nehodu a jaké činnosti provést v první fázi po jejím zjištění, aby se snížilo riziko špatné diagnózy [7].

Radiační nehody, ke kterým došlo v posledních desetiletích, rovněž ukazují na to, že není tak obtížné získat vysokoaktivní ZIZZIZ – zdroj ionizujícího záření, radioaktivní látka či elektronický generátor ionizujícího záření emitující částice s energií alespoň 5 keV. a případně jej zneužít. Dalším smutným zjištěním je velmi nízká úroveň znalostí mezi běžnými obyvateli o riziku ozáření při manipulaci se ZIZ. Tato skutečnosti volá po účinné a trvalé osvětě v dané oblasti. Negativní je i fakt, že vidina snadně vydělaných peněz vede k nehodám v souvislosti se snahou ilegálně získat kovový šrot, který může obsahovat i nedostatečně zajištěné ZIZ o nemalých aktivitách.

I když radiačním nehodám nelze zcela zabránit, je třeba se systematicky snažit riziko jejich vzniku omezovat – zvyšováním kvality zabezpečení ZIZZIZ – zdroj ionizujícího záření, radioaktivní látka či elektronický generátor ionizujícího záření emitující částice s energií alespoň 5 keV., zvyšováním úrovně znalostí nejen mezi radiačními pracovníky, ale i mezi obyvateli, a konečně, využíváním poznatků z průběhu a likvidace následků těchto nehod pro zefektivnění systému radiační ochrany a havarijní připravenosti.

*  *  *

Prezentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce byla realizována na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektů CZ.1.05/2.1.00/03.0108 a CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_008/0000293.

Konec

Odkazy