Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku - wycieczka

Rok temu, z okazji Festiwalu Nauki, miałem możliwość uczestniczenia w wycieczce do Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Ponieważ wtedy jeszcze nie prowadziłem bloga, relację z wizyty umieszczam 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 wyjazd, by nie zabierać możliwości osobom, które jadą tam pierwszy raz. Co ciekawe, wśród publiczności przeważały osoby starsze - spodziewałem się większej liczby "atomowych nerdów" - i nikt poza mną nie miał dozymetru.

Narodowe Centrum Badań Jądrowych wywodzi się z powstałego w 1955 r. Instytutu Badań Jądrowych w Świerku, będącym obecnie dzielnicą Otwocka, 31 km od Warszawy. IBJ funkcjonował do 1982 r., a następnie został podzielony na 3 instytucje (w tym Instytut Energii Atomowej), które w 2011 r. połączyły się w NCBJ. Pełną strukturę instytucji możemy poznać na stronie NCBJ - https://www.ncbj.gov.pl/o-nas/struktura 

Po przyjeździe do Świerku odbył się wykład, rozpoczynający się słowami: 97% procent spośród Państwa boi się promieniowania. A te 3% to ja i mój asystent.  Miałem ochotę wstać i dołączyć do tych 3%, ale nie chciałem przerywać ciekawego wystąpienia. Wykład dotyczył przede wszystkim podstaw fizyki jądrowej, zasad działania reaktorów oraz niesłuszności obaw przed energetyką jądrową. Po krótkiej dyskusji udaliśmy się na zwiedzanie pracowni izotopowych. To był pierwszy punkt wycieczki.
Poniżej komory rękawicowe, służące do pracy z emiterami cząstek alfa - jak wiadomo, cząstki te nie są w stanie pokonać kartki papieru czy zewnętrznej warstwy naskórka, zatem rękawice i pleksiglasowe ściany są wystarczającą osłoną. W komorach jest utrzymywane podciśnienie, utrudniające wydostawanie się skażeń przez ewentualnie nieszczelności, do tego tematu jeszcze wrócę przy omawianiu hali reaktora.

Jeśli jednak izotop emituje promieniowanie gamma, a jego aktywność jest znaczna, prace z nim odbywają się w tzw. komorach gorących, czyli boksach z cegieł ołowianych. 

Narzędziami porusza się poprzez manipulatory osadzone w przepustach kulowych. Cegły są pomalowane farbą ułatwiającą zmywanie ich powierzchni - faktura "gołego" ołowiu jest porowata i bardzo łatwo utrzymuje skażenia, które trudno z niej usunąć. Pojedynczą cegłę - tzw. kształtkę ołowianą dwudaszkową - omawiam TUTAJ.

Wizjery wykonane są ze szkła ołowiowego, które zapewnia przezroczystość przy jednoczesnym osłabianiu promieniowania. Oczywiście z racji mniejszej zawartości ołowiu w porównaniu z cegłą grubość wizjera musi być znacznie większa niż cegieł:

Do prac wymagających większej siły lub precyzji stosuje się bardziej zaawansowane manipulatory:

Kto dostrzega sygnalizator progowy ST-03 na poniższym zdjęciu? Przyrząd monitoruje moc dawki promieniowania gamma, a w razie przekroczenia ustawionego progu poziomu promieniowania uruchamia sygnalizację świetlną i dźwiękową.

Mikroskop "Telatom 62" austriackiej firmy Reichert w ścianie komory gorącej:

Izotopów produkowanych w NCBJ używa się m.in. do badań wytrzymałościowych materiałów - poniżej badane próbki:

I pulsator dynamiczny Instron 8501, służący do przeprowadzania badań w zakresie wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie:

Po zwiedzeniu pracowni izotopowej udaliśmy się do budynku mieszczącego główny cel wycieczki, czyli reaktor "Maria". Jest to obecnie jedyny w Polsce funkcjonujący reaktor jądrowy. W ciągu blisko 60-letniej historii IBJ w Świerku pracowało łącznie 6 różnych reaktorów i jeden zestaw podkrytyczny:

• EWA - Eksperymentalny Wodny Atomowy - pierwszy reaktor, produkcji radzieckiej (model WWR-S), działał w latach 1958-1995, moc początkowo 2 MW, później 4 MW, ostatecznie po modernizacjach - 10 MW. Wyłączony z powodu zużycia materiałów, w roku 1997 rozpoczęto usuwanie paliwa, większość prac zakończono w 2002 r. Poniżej zdjęcie z lat 70., fot. Zbyszko Siemaszko, zbiory NAC:

• Agata - reaktor "mocy zerowej" (moc cieplna zaledwie 10 W), powstały w 1973 r., służył do testowania rozwiązań zastosowanych w późniejszej "Marii", a także do szkolenia jej operatorów. Wyłączony w latach 80.
• Maryla (Mały Reaktor Laboratoryjny), uruchomiony w 1963 r. jako reaktor "mocy zerowej" (moc cieplna 100 W), dwukrotnie modernizowany, trzecia przeróbka zaowocowała reaktorem UR-100
• Zestaw podkrytyczny "Helena", powstały w 1963 r., służył do testowania paliwa reaktorowego i badań strumienia neutronów, zdemontowany w 1980 r. [LINK] Określenie "podkrytyczny" oznacza, że liczba neutronów wydzielających się w reakcji rozszczepienia jest zbyt mała, aby wystąpiła samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa i konieczne jest zewnętrzne źródło neutronów, którego usunięcie wygasza rozszczepienia. 
• Anna - powstały wg polskiego projektu w 1963 r., moc cieplna 10 kW, później przebudowany do prac z neutronami prędkimi na paliwie z niewzbogaconego uranu, jako tzw. Prędka Anna. Wyłączony w latach 80.

http://nuclear.pl/polska,doswiadczalne,reaktory-doswiadczalne,0,0.html

• UR-100 "Wanda" - prototyp reaktora "uniwersyteckiego" o mocy cieplnej 100 kW, przeznaczonego dla planowanego ośrodka badawczego w Krakowie, pomyślnie przeszedł test krytyczności, jednak w związku z kryzysem gospodarczym lat 80. i rezygnacją z budowy placówki został rozmontowany w 1985 r. i przekazany Akademii Górniczo-Hutniczej, gdzie nieużywany stoi do dziś jako eksponat [LINK].
•  Maria - reaktor basenowy z moderatorem wodnym i berylowym oraz reflektorem grafitowym, uruchomiony w 1974 r., funkcjonuje do chwili obecnej, moc cieplna 30 MW. Reaktor służy do produkcji izotopów dla medycyny i przemysłu oraz do badań naukowych. Poniżej zdjęcie z budowy, fot. Zbyszko Siemaszko, zbiory NAC:

Patrząc na powyższe zestawienie można zauważyć, że przez okres od 1974 r. do lat 80. Świerk posiadał aż 3 równocześnie pracujące reaktory osiągające stan krytyczny, nie licząc reaktorów mocy zerowej i zestawu podkrytycznego.

***

Wróćmy na teren NCBJ. Hala reaktora "Maria" wraz z pomocniczymi pomieszczeniami stanowi osobny budynek. Teren jest strzeżony i monitorowany, obowiązuje zakaz fotografowania wejścia do obiektu [edit 2016: nie można niczego fotografować, dobrze że zdążyłem zrobić fotorelację]

Przed wejściem do budynku trzeba się przebrać w fartuchy i ochraniacze na buty oraz pobrać dozymetry indywidualne, a także zostawić w szatni wszelki bagaż podręczny. Wchodzimy do pomieszczenia przed śluzą, która prowadzi na halę. Możemy tu zobaczyć modele i schematy reaktora:

Model samego basenu reaktora:

Makieta rdzenia:

Osłony prętów paliwowych:

W pomieszczeniu tym znajduje się też sterownia, jednak tam nie wchodziliśmy. Na hali reaktora (podobnie jak w komorach rękawicowych) utrzymywane jest niewielkie podciśnienie, aby ewentualne nieszczelności powodował zasysanie powietrza, a nie jego wydmuchiwanie - czyli mechanizm odwrotny niż w schronach, gdzie stosuje się nadciśnienie, utrudniające przenikanie skażeń do wnętrza. Z powodu ten różnicy ciśnień na halę reaktora wchodzi się przez śluzę. Sama śluza była jednym z tych obiektów, których nie wolno fotografować. Przejście przez śluzę zajmuje zaledwie kilkadziesiąt sekund, zatem pierwszy pomiar mocy dawki wykonałem zaraz za śluzą, już na hali reaktora. Wynik wyniósł 0,046 mR/h (0,46 µSv/h), dla porównania, tło naturalne zawiera się między 0,010 a 0,020 mR/h (0,1-0,2 µSv/h),choć np. nad Morskim Okiem w Tatrach zmierzyć można i 0,04 mR/h.

W bloku reaktora znajdują się komory gorące, służące do badania substancji napromieniowanych  strumieniem neutronów:

Pierwiastki naświetlane neutronami mogą stawać się radioaktywne, dochodzi wtedy do tzw. aktywacji neutronowej. W ten sposób produkuje się izotopy stosowane w medycynie i przemyśle, np. kobalt-60, powstały w wyniku aktywacji nieradioaktywnego naturalnego izotopu kobaltu-59. O samej aktywacji napiszę osobno.

Poniżej maszyna załadowcza w postaci suwnicy, służąca do przemieszczania elementów paliwowych z rdzenia do basenu przechowalnikowego  i odwrotnie:

Wchodzimy na szczyt obudowy zbiornika reaktora, moc dawki rośnie - 0,161 mRh (1,61 µSv/h):

Na hali znajduje się tablica wyświetlająca etap pracy reaktora, aby z każdego punktu pomieszczenia można było od razu wiedzieć, czy reaktor pracuje, czy jest wyłączony lub w fazie rozruchu:

Jesteśmy już na szczycie reaktora, a ściślej - basenu, w którym przechowuje się zużyte paliwo.

Przed nami komora demontażowa z manipulatorami (por. schemat reaktora poniżej):

Jesteśmy mniej więcej pośrodku na górze:

Idziemy teraz na szczyt basenu reaktora - przezroczyste okienka pozwalają zobaczyć promieniowanie Czerenkowa w wodzie chłodzącej reaktor. Promieniowanie to 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.

Przyszedł czas na najważniejszy pomiar. Dozymetr ANRI 01-02 Sosna ma zakres do 10 mR/h (100 µSv/h) i czas zliczania 20 s, czyli przez 20 s mierzy, a następnie podaje wynik, nie jest to przyrząd, który stale uśrednia pomiar, jak np. Polaron Pripyat. W tym miejscu podczas 20 s pomiaru bardzo szybko pokazał 9,999 mR/h, zaczął liczyć od zera, znowu pokazał cztery dziewiątki, a potem dobił do 8295  - czyli po zsumowaniu wyszło 28 mR/h.

Przydałby się dozymetr rejestrujący bieżącą moc dawki, np. Radiatex MDR-2, Gamma Scout czy GQ GMC-320 Plus. Z uzyskanych później od NCBJ informacji dowiedziałem się, że moc dawki na hali powinna wynosić ok. 100 µSv/h, czyli 10 mR/h. Widziałem również pomiary dokonywane Polaronem, rzędu 120 µSv/h, zatem Sosna musiała przekłamywać. Nic dziwnego, w końcu od rdzenia reaktora oddzielało mnie jedynie 7 metrów wody i częściowo pokrywa basenu. Mierzona moc dawki obejmowała jedynie promieniowanie gamma, gdyż miernik ten nie wykrywa np. promieniowania neutronowego. Pozostawiam temat do dalszej weryfikacji.

***

Pomiar dokonany, czas opuścić halę, jeszcze tylko rzut oka do komór gorących w bloku reaktora:

Znowu przechodzimy przez śluzę, w pobliżu zauważyłem radiometr RUST-3 z sondą okienkową SGB-2P do wykrywania skażeń powierzchni, głównie odzieży, jednak nie byliśmy sprawdzani tym sprzętem:

Kontrola dozymetryczna odbywa się na bramkach, mierzących aktywność promieniotwórczą na butach, dłoniach i odzieży. Przez bramki przechodzimy zarówno wchodząc, jak i wychodząc, a wynik zapisywany jest na karcie otrzymanej przy wejściu. Prośba do Pań - nie wchodzić w szpilkach, okienkowe liczniki G-M są podatne na uszkodzenia.

Po opuszczeniu budynku reaktora udaliśmy się na pokaz praktyczny z użyciem monitora skażeń EKO-C, udowadniający, że promieniowanie jest wszędzie, gdyż stanowi element środowiska naturalnego. Pomiar jak widać wykonywany był z zamkniętą klapką, zatem mierzona była głównie emisja gamma, gdyby odsunąć przesłonę, do detektora trafiłyby również cząstki alfa i beta.

Podczas pokazu obejrzeliśmy również pojemniki do przechowywania izotopów oraz odpadów promieniotwórczych. Masywny ołowiano-betonowy zasobnik robi wrażenie, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że przechowuje się w nim malutkie igły radowe:

Pojemnik transportowy typu "A" - jak widać, zasuwa wykonana jest z wyjątkowo grubej stali, transport wymaga dźwigu i samochodu ciężarowego:

Beczka na odpady o pojemności 50 l, z blachy stalowej ocynkowanej - raczej na mniejsze aktywności:

Nie są to oczywiście jedyne pojemniki stosowane w polskiej atomistyce, gama jest bardzo szeroka, a rozmiar zależy od przechowywanych aktywności - poniżej archiwalne zdjęcie ze zbiorów NAC:

https://audiovis.nac.gov.pl/obraz/151170/053f0b67eda9e980c508221f17e701b1/

Przeznaczone do utylizacji jonizacyjne czujniki dymu, o samych czujnikach pisałem osobno [LINK]:

Modele wykonań źródeł promieniowania gamma, stosowanych głównie w defektoskopii:

Na sam koniec parę plansz ukazujących działalność poszczególnych działów Centrum:

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 było praktycznie wszędzie, oprócz wejścia do budynku reaktora i drzwi śluzy prowadzącej na halę, zatem poniższy zakaz wisiał tam trochę z przyzwyczajenia. 

Niestety od ok. 2016 r. nie można robić zdjęć na terenie NCBJ, o czym dowiedziałem się ze strony Centrum na Facebooku. Dobrze, że zdążyłem wykonać moją fotorelację przed wprowadzeniem zakazu.

Wycieczkę do NCBJ polecam każdemu, nie tylko osobom szczególnie zainteresowanym tematyką, ale również tym, który mają nieprawidłowe wyobrażenia na temat radioaktywności i promieniowania. Obsługa Centrum chętnie odpowie na wszystkie pytania i pomoże wyjaśnić wątpliwości, zaś stanie przez kilka minut na szczycie pracującego reaktora z nikogo nie uczyni mutanta ani nie przyprawi o nowotwór. Można się również dowiedzieć o bardzo szerokim zastosowaniu promieniowania jonizującego w przemyśle, medycynie i nauce. Jeżeli byliście w Świerku i dokonywaliście własnych pomiarów mocy dawki na hali reaktora, dajcie znać w komentarzach. Mam nadzieję, że jeszcze kiedyś odwiedzę to miejsce, tym razem wyposażony w lepszy sprzęt dozymetryczny.

Na sam koniec, położenie NCBJ zaznaczone na radiomapie Warszawy i okolic - jak widać, pomimo 50 lat funkcjonowania tam różnych reaktorów atomowych, okolica jest nadal czysta, choć niskie tło promieniowania na tym terenie powinno uwypuklać wszelkie skażenia: