czwartek, 25 września 2014

Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku - wycieczka

Hala reaktora - widok z zewnątrz.

Mniej więcej rok temu z okazji Festiwalu Nauki miałem możliwość uczestniczenia w wycieczce do NCBJ w Świerku koło Otwocka. Ponieważ wtedy jeszcze nie prowadziłem bloga, relację z wizyty umieszczę z okazji przypadającej rocznicy.

Wycieczka cieszyła się ogromnym powodzeniem, choć termin - wtorek, godz. 8:30 i 9:30 dość mocno ograniczał możliwość przybycia. Sam musiałem wziąć dzień wolny w pracy, ale domyślam się, że gdyby terminem byłaby sobota, autokar przeżywałby istne oblężenie. Dlatego też w tym roku odpuściłem sobie wycieczkę, by nie zabierać możliwości osobom, które jadą tam pierwszy raz.

Świerk jest dzielnicą Otwocka, położoną 31 km od Warszawy. Samo Centrum wywodzi się z powstałego w 1955 r. Instytutu Badań Jądrowych. Pominę tu organizacyjne przekształcenia i zmiany nazw, gdyż nie one są tu najważniejsze. Centrum ma wiele działów i placówek o bardzo zróżnicowanych zadaniach (badania naukowe, produkcja izotopów, unieszkodliwianie odpadów).
Badania wytrzymałościowe materiałów.
W NCBJ działa jedyny obecnie w Polsce badawczy reaktor jądrowy "Maria". Łącznie funkcjonowało tam 6 różnych reaktorów:
  • EWA - Eksperymentalny Wodny Atomowy - pierwszy reaktor, produkcji radzieckiej, działał w latach 1956-1995, moc maksymalna po modernizacjach 10MW
  • Agata - reaktor "mocy zerowej" (moc cieplna ledwie 10W), powstały w 1973 r.
  • Maryla - Mały Reaktor Laboratoryjny, uruchomiony w 1963 r. jako reaktor "mocy zerowej" (moc cieplna 100W), dwukrotnie modernizowany, trzecia przeróbka zaowocowała reaktorem UR-100
  • Anna - powstały wg polskiego projektu w 1963 r., moc cieplna 10kW, później przebudowany do prac z neutronami prędkimi jako tzw. Prędka Anna
  • UR-100 - prototyp reaktora "uniwersyteckiego" o mocy cieplnej 100kW, rozmontowany w 1985 r. i przekazany AGH w Krakowie, gdzie nieużywany stoi do dziś
  •  Maria - uruchomiony w 1974 r., funkcjonuje do chwili obecnej, moc cieplna 30MW. Reaktor służy do produkcji izotopów dla medycyny i przemysłu oraz do badań naukowych.

Tablica wskazująca stan reaktora.
Hala reaktora - urządzenie załadowcze.

W programie zwiedzania, oprócz wykładu z podstaw działania reaktora jądrowego i bezpieczeństwa techniki jądrowej, było zwiedzanie pracowni izotopowych, samej hali reaktora oraz pokaz praktyczny z użyciem monitora skażeń EKO-C :)
EKO-C - starsza wersja - taki jak u mnie :)
Pracownia izotopowa - komory rękawicowe.
Pracownia izotopowa - boksy z manipulatorami.
Co ciekawe, wśród publiczności przeważały osoby starsze - spodziewałem się większej liczby "atomowych nerdów" - i nikt poza mną nie miał dozymetru :) Moja ANRI Sosna robiła furorę, choć zdążyłem wykonać tylko parę pomiarów (radiometr ten mierzy w czasie 20s). Na szczycie reaktora, oddzielony od rdzenia wziernikiem z ołowiowego szkła i 7 metrami wody zmierzyłem 28mR/h. Licznik teoretycznie ma zakres do 10mR/h, ale w czasie 20 s pomiaru pokazał 9,999mR/h, zaczął liczyć od zera, znowu cztery dziewiątki, a potem dobił do 8 z kawałkiem - czyli po zsumowaniu 28mR/h. Przydałby się dozymetr rejestrujący moc dawki, np. Radiatex MDR-2 albo Gamma Scout, choć ten drugi podejrzewam, że mógłby ulec przeciążeniu.

Na halę reaktora nie można wnosić żadnych toreb i innego bagażu ręcznego, zatem odpadają wszystkie wojskowe rentgenoradiometry, nawet niezbyt duże DP-5, a szkoda - miałyby pole do popisu, trzeba byłoby włączyć zakres x10 :)


W wodzie chłodzącej reaktor można zaobserwować promieniowanie Czerenkowa, które powstaje, gdy wysokoenergetyczne elektrony osiągają prędkość większą niż prędkość fazowa światła w danym ośrodku - objawia się to emisją fotonów światła. Zjawisko jest analogiczne do "grzmotu dźwiękowego" podczas przekraczania bariery dźwięku, gdy statek powietrzny porusza się szybciej niż wytwarzany przezeń dźwięk. Wizjer w pokrywie reaktora pozwala obserwować poświatę promieniowania Czerenkowa w wodzie chłodzącej.


Na wypadek, gdyby ktoś chciał się skąpać - koło ratunkowe :)
Podczas zajęć praktycznych obejrzeliśmy pojemniki do przechowywania izotopów oraz odpadów promieniotwórczych.  Masywny ołowiano-betonowy pojemnik robi wrażenie, zwłaszcza że przechowuje się w nim malutkie igły radowe (poniżej z prawej):


 Wjazd na teren NCBJ podlega pewnym ograniczeniom. Dostępny jest tylko dla obywateli Polski, mających ukończone 15 lat. Zwiedzanie odbywa się w małych grupach, na halę reaktora wchodzi się w fartuchach i ochraniaczach na buty. Przed wejściem i po wyjściu z hali trzeba poddać się kontroli dozymetrycznej na specjalnej bramce (uwaga do Pań - nie wchodzić w szpilkach!). Swoją drogą ciekawe, jak by zareagowała bramka na mój szwajcarski zegarek z farbą świecącą starego typu :)
Kontrola jest prowadzona zapobiegawczo, na wypadek, gdyby ktoś uległ skażeniu na hali reaktora (dostajemy specjalną kartę, na której zapisywany jest wynik obu pomiarów). Samo skażenie jest bardzo mało prawdopodobne, ale procedury obowiązują.


Fotografować można praktycznie wszędzie, oprócz wejścia do budynku reaktora i drzwi śluzy prowadzącej na halę. Zatem poniższy zakaz wisi tam trochę z przyzwyczajenia:


Dodaj napis
 Uratowani! Jak on żyje, to my też! :)

Na sam koniec kilka plansz przybliżających zadania i działalność NCBJ oraz ogólne zagadnienia związane z przemysłem atomowym:

Rodzaje źródeł promieniowania gamma.




czwartek, 18 września 2014

Potas-40 - radioaktywność w naszym ciele

Pierwiastki promieniotwórcze są wszędzie wokół nas, jak również wewnątrz naszego ciała. Tak, tak, jesteśmy solą ziemi, zatem to, co w ziemi, to i w nas :)
W naszych ciałach największa procentowo jest zawartość potasu-40, promieniotwórczego izotopu potasu o bardzo długim czasie połowicznego rozpadu. Przyjmuje się, że potas-40 stanowi 0,012% potasu naturalnego, czyli 120 ppm (części na milion). Nie jest to wiele, ale daje się go wykryć nawet za pomocą tanich liczników Geigera. Potas-40 ulega wszystkim 3 rozpadom beta - w 89% rozpadowi beta minus (1,33MeV) do wapnia-40, w 10% przez wychwyt elektronu z emisją kwantu gamma 1,46MeV (do argonu-40) i w śladowym procencie rozpadowi beta plus do argonu-40. 
Człowiek ważący 70 kg zawiera ok. 160 g potasu, z czego 0,0187 g przypada na radioaktywny potas-40, dający 4900 rozpadów promieniotwórczych na sekundę w całym ciele człowieka. Nie jest to jakoś szczególnie dużo, zważywszy na masę i powierzchnię ciała ludzkiego. Aktywność 1 grama radu wynosi 37 miliardów rozpadów promieniotwórczych na sekundę, a malutkie źródełko amerykowe z czujki dymu ma ich 33 tysiące. Nie ma się wiec czego obawiać, jest to też najlepszy argument przeciwko radiofobii - skoro sami promieniujemy, a mimo to żyjemy, widać promieniowanie nie jest aż tak zabójcze!
Potas zawarty jest również w glebie oraz roślinach. Można go łatwo odzyskać z popiołu, powstałego po spaleniu np. drewna. Oczywiście będzie to mieszanina różnych związków zarówno potasu jak i sodu. Związki te są rozpuszczalne w wodzie, zatem możemy zwiększyć ich koncentrację, mieszając popiół z wodą a następnie odfiltrowując roztwór. Stałe pozostałości (szara masa) będzie praktycznie pozbawiona aktywności większej niż tło naturalne, choć popiół przed rozpuszczeniem wykazywał podniesiony poziom promieniowania. Rozpuszczalne związki potasu, głównie węglan (potaż) i azotan (saletra) przejdą do roztworu, skąd możemy je łatwo wykrystalizować. Nie będą czyste chemicznie, ani nawet w stopniu technicznym, gdyż towarzyszą im związki sodu - węglan, azotan i inne. Nadają one roztworowi zdolność pienienia się i śliskość w dotyku, ale to tak na marginesie (nasi przodkowie używali popiołu do prania).
Jeżeli nie mamy wiadra popiołu z pieca lub z ogniska, możemy udać się do sklepu chemicznego i kupić saletrę potasową (KNO3), nadmanganian (KMnO4) lub jodek (KI) albo chlorek (KCl). Bardziej złożone związki też powinny się nadać, choć im bardziej skomplikowana budowa cząsteczki, tym słabszy wynik mierzony licznikiem Geigera - jak widać na poniższym filmie:

 Eksperyment jest łatwy do przeprowadzenia, nie trzeba mieć od razu licznika EKO-C, można użyć zwykłego Polarona lub ANRI Sosna - ważne, by miał zdejmowalną osłonę beta. Biełła czy Master-1 nie bardzo się nadadzą. Oczywiście, im większa ilość danej substancji, tym wyższy odczyt, naturalnie do pewnej granicy, ponieważ później dochodzi tłumienie w samym materiale. Krótko mówiąc, worek saletry da zdecydowanie wyższy  wynik niż talerzyk. Pamiętajmy też, by kupić saletrę POTASOWĄ, nie sodową ani amonową.
PS. powyższy eksperyment zapoczątkował moją przygodę z fizyką jądrową - zapraszam do pierwszej notki na blogu.

piątek, 12 września 2014

Radioaktywność granitu

Granit to często występująca skała magmowa, złożona z kwarcu, miki i skalenia potasowego. W Polsce występuje głównie na południu kraju w kilku masywach. Stosuje się go do wyrobu pomników, nagrobków, blatów, krawężników, grysu, kostki brukowej itp. Granit wykazuje nieznacznie podwyższoną radioaktywność dzięki zawartości uranu i toru. Wg Wikipedii aktywność 1kg granitu wynosi 7000 Bq, czyli  więcej niż analogicznej ilości popiołu (2000).  Cytując za Gazetą Uniwersytecką, 1 kilometr sześcienny uranu zawiera 9.000 ton uranu i 46.000 ton toru. Miejscowości położone na podłożu granitowym wykazują znacznie podniesione tło promieniowania, choć nie zanotowano tam zwiększonej podatności na choroby nowotworowe, a wręcz przeciwnie, ludzie wykazują się długowiecznością - vide teoria hormezy radiacyjnej.
Granit jest występuje powszechnie, zarówno w formie naturalnej (głazy narzutowe), jak i przetworzonej (pomniki, kostka), zatem mając w miarę czuły radiometr ze zdejmowalną osłoną beta (Sosna, Polaron, RKSB-104, czy jeszcze lepiej EKO-C, RKP-1-2) możemy zmierzyć jego aktywność. Poniżej pomiar granitowego głazu w parku za pomocą "żelazka" RKP-1-2:


Inny głaz, mierzony ANRI Sosna:


Rozmaite gatunki granitu wykazują różną aktywność - niektóre tylko ledwo przewyższają tło naturalne, inne zaś potrafią przekroczyć je ponad dwukrotnie. Warto używać czułych mierników laboratoryjnych, mających mniejszy uchyb pomiaru i najlepiej wyposażonych w okienko mikowe, przepuszczalne dla promieniowania alfa od uranu i toru. Standardowe liczniki, wykorzystujące metalowe tuby (STS-5/SBM-20), mogą przy słabszych źródłach nie wykazać aktywności, gdyż metal pochłania cząstki alfa i sporą część towarzyszącego im słabego promieniowania gamma.