Co robiła Maria Skłodowska – Curie z odpadami promieniotwórczymi?

Opublikowano: 13/03/2019

Maria Skłodowska-Curie jest jedyną kobietą, która zdobyła Nagrodę Nobla z zakresu dwóch nauk przyrodniczych – fizyki i chemii. Odkryła promieniotwórcze pierwiastki: rad i polon.

Artykuł porusza kwestię produkcji i wykorzystania izotopów promieniotwórczych oraz tematykę gospodarki niskoaktywnymi odpadami promieniotwórczymi, powstałymi wskutek zastosowania tych izotopów w różnych dziedzinach nauki i przemysłu. Izotop promieniotwórczy to pierwiastek lub odmiana danego pierwiastka ulegająca samorzutnym przemianom jądrowym.

Czy promieniotwórczość może wskazać nam czas?

Przemysł korzysta z izotopów promieniotwórczych między innymi przy budowie różnego rodzaju urządzeń pomiarowych, np. poziomu cieczy, grubości materiałów. Ponadto izotopy promieniotwórcze są wykorzystywane w czujnikach dymu. Znajdujący się w nich izotop ameryku (Ameryk-241) pozwala na zwiększenie wykrywalności pożarów, jeszcze na etapie tlenia się materiału. Skuteczne okazało się też zastosowanie napromienienia do wyniszczenia szkodliwych mikroorganizmów np. bakterii i wirusów. W ten sposób można również wyeliminować pasożyty oraz drobnoustroje. Okazuje się więc, że urządzenia z którymi spotykamy się na co dzień, mogą zawierać izotopy promieniotwórcze.

Wykorzystanie izotopów promieniotwórczych sprawdza się w diagnostyce i leczeniu, a zajmuje się tym medycyna nuklearna. Dzięki wykorzystaniu izotopów promieniotwórczych, pod postacią radiofarmaceutyków (związki wykorzystywane w celu diagnostyki lub leczenia, które zawierają izotopy promieniotwórcze), możliwa jest diagnostyka poprzez obserwację zmian w funkcjonowaniu komórek i rozkładu promieniowania w ciele pacjenta. Izotopy promieniotwórcze znalazły zastosowanie w terapii nowotworowej, gdzie wykorzystywane są do niszczenia komórek rakowych.

Co więcej, promieniotwórczość wykorzystujemy nawet do mierzenia czasu! Zegary atomowe korzystają z dokładności, jaką można osiągnąć przez zastosowanie izotopów cezu. Dokonuje się w nich pomiarów częstotliwości promieniowania, co, znając zależność promieniowania od czasu dla izotopów cezu, pozwala na bardzo dokładne wyznaczenie godziny. Swoje zalety utrzymują przez bardzo długi czas (aż miliony lat). To właśnie one „wyznaczają czas”. Międzynarodowe Biuro Miar i Wag porównuje wskazania cezowych atomowych zegarów w różnych krajach i to właśnie ich wskazania stanowią wzorzec godziny.

Zegar atomowy wykorzystujący zjawisko rozpadu strontu / Źródło: www.nist.gov (autor: G.E. Marti/JILA)

Skoro już jesteśmy przy zegarach – również w osobistych zegarkach wykorzystuje się promieniotwórczość. Dzięki izotopowi wodoru (Tryt, H-3), możemy bez zasilania z baterii i dodatkowych przycisków podświetlić wskazówki zegarka i jego tarcze. Tryt jest szczelnie zamknięty w szklanej rurce pokrytej luminoforem. Efektem takiego działania są podświetlone wskazania zegarka utrzymujące skuteczność świecenia przez ok. 24 lata. Wynika to z czasu połowicznego rozpadu Trytu – jest to czas, w jakim liczba jąder Trytu zmniejsza się o połowę. Dla Trytu wynosi on ok. 12 lat. W związku z tym po 12 latach siła świecenia zegarka spada o połowę, natomiast po 24 latach – do ¼.

Skąd biorą się odpady promieniotwórcze?

Większość osób na to pytanie odpowie, że pochodzą one z elektrowni jądrowej. I faktycznie, na skutek eksploatacji reaktorów jądrowych powstają odpady promieniotwórcze. Zaliczają się do nich wypalone paliwo jądrowe oraz elementy układów filtrujących wodę i powietrze np. żywice jonowymienne. Ponadto odpady to również niektóre z narzędzi i środków ochronnych stosowanych przez obsługę elektrowni jądrowej.

To jednak nie wszystko. Promieniotwórcze odpady nie pochodzą tylko z reaktorów jądrowych. Powstają wszędzie tam, gdzie korzysta się z izotopów promieniotwórczych. Ich źródłem, obok elektrowni jądrowych, są również: medycyna, przemysł zbrojeniowy, badania naukowe oraz przemysł technologii pomiarowych. Co za tym idzie, wszystkie wymienione wcześniej zastosowania, w mniejszym lub większym stopniu, powodują powstawanie odpadów promieniotwórczych.

Rozwój różnych dziedzin nauki pozwala na ciągłe poszerzanie możliwości związanych z wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych. Jednocześnie każde z zastosowań przyczynia się do generacji odpadów promieniotwórczych. Materiały promieniotwórcze i napromieniowane, które zostały zużyte przy produkcji i eksploatacji urządzeń oraz przy przeprowadzanych badaniach i leczeniu, np. odzież, fiolki, strzykawki, są odpadami promieniotwórczymi. Zgodnie z definicją zawartą w Ustawie Prawo Atomowe, odpady promieniotwórcze to „materiały stałe, ciekłe lub gazowe zawierające substancje promieniotwórcze lub skażone tymi substancjami, których wykorzystanie jest niecelowe lub niemożliwe (…)”.

Jak unieszkodliwić odpady promieniotwórcze?

Odpady promieniotwórcze w dużej mierze są składowane na przeznaczonych do tego składowiskach odpadów. Przykładem jest, jedyne działające w Polsce, Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie, na którego terenie składuje się promieniotwórcze odpady nisko-i średnioaktywne. Obydwie kategorie muszą być składowane na przystosowanych do tego obiektach, odpady niskoaktywne (z ang. Low Level Waste – LLW) wymagają osłon i głębokości składowania od powierzchni gruntu wynoszącej do 30 m. Średnioaktywne odpady (z ang. Intermediate Level Waste – ILW) powinny natomiast być umieszczone nawet do kilkuset metrów pod ziemią. Dokładne określenie głębokości oraz wyznaczenie granicy między odpadami LLW i ILW zależy od konkretnego składowiska i jego stanu bezpieczeństwa. Metoda składowania odpadów radioaktywnych wymaga jednak odpowiednio dużej ilości miejsca, budzi też niechęć społeczeństwa.

Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie / Źródło: ZUOP

Jaka jest alternatywna dla składowania nieprzetworzonych odpadów promieniotwórczych?

Alternatywnie, odpady stałe mogą zostać poddane procesowi fragmentacji, prasowania, utrwalania lub termicznego przekształcania, np. spalania. Wszystkie z tych metod dążą do ułatwienia składowania odpadów, zmniejszenia ich wymiarów lub objętości.

Najefektywniejszą metodą zmniejszania objętości odpadów promieniotwórczych jest ich spalanie. Stosunek objętości odpadów przed spaleniem, do objętości popiołu po spaleniu wynosi średnio 20 do 1. Osiągamy w tym wypadku oszczędność miejsca, wynikającą z konieczności składowania 20-krotnie mniejszej ilości odpadów.

Instalacja spalania niskoaktywnych odpadów promieniotwórczych CILVA / Źródło: www.euronuclear.org (© Belgoprocess)

W trakcie spalania w nowoczesnej instalacji, niskoaktywne izotopy promieniotwórcze wydostają się do środowiska jedynie w śladowych ilościach, nie szkodliwych dla organizmów żywych. Cząstki promieniotwórcze zostają wyłapane w ponad 99,99% i podlegają składowaniu. Czyni to tę metodę bezpieczną i stosowaną w wielu instalacjach przetwarzania odpadów promieniotwórczych na całym świecie.

Uczony jest w swojej pracowni nie tylko technikiem, lecz również dzieckiem wpatrzonym w zjawiska przyrody, wzruszające jak czarodziejska baśń. | Maria Skłodowska-Curie

Co prawda nie wiemy, co robiła z odpadami promieniotwórczymi Maria Skłodowska-Curie, ale domyślamy się, że nie spełniało to obecnych norm zagospodarowania odpadów promieniotwórczych. Na szczęście obecnie mamy bezpieczne metody ich przetwarzania i składowania. Dzięki nim możemy korzystać z właściwości izotopów promieniotwórczych i z fascynacją odkrywać ich kolejne zastosowania.

Autor: Aleksander Korytowski, Inżynier ds. Energetyki