Promieniowanie jonizujące wokół elektrowni jądrowej

Z tego punktu widzenia systemy podstawowe, pomocnicze i awaryjne reaktora jądrowego powinny zapewnić ciągłą i niezawodną izolację materiałów promieniotwórczych od otoczenia oraz właściwe chłodzenie rdzenia reaktora w każdych warunkach pracy oraz w stanach awaryjnych.

Skupiając się tutaj na zagadnieniu związanym z izolacją materiału radioaktywnego od otoczenia należy zaznaczyć, iż energetyczne reaktory jądrowe wykorzystują technologię wielu barier odgradzających paliwo jądrowe od środowiska.

Techniczne rozwiązania mogą nieco różnić się w zależności od typu reaktora, ale w przypadku najbardziej rozpowszechnionych reaktorów chłodzonych i moderowanych wodą można wyodrębnić cztery bariery:
1) struktura paliwa jądrowego – najczęściej są to pastylki (pelety) wykonane z dwutlenku uranu UO2, który jest w stanie zatrzymać w swojej strukturze większość produktów rozszczepienia,
2) koszulka paliwowa – wykonana ze stopu cyrkonu cienkościenna rurka, której zadaniem jest zatrzymywanie gazowych produktów rozszczepienia mogących wydostać się ze struktury pastylek paliwowych,
3) ciśnieniowe ściany pierwotnego obiegu chłodzenia – zbiornik ciśnieniowy reaktora, rurociągi,
4) obudowa bezpieczeństwa – budynek ze zbrojonego i wstępnie naprężonego betonu, który mieści w sobie reaktor i cały pierwotny obieg chłodzenia oraz większość układów pomocniczych i awaryjnych.

Niezawodność wszystkich barier jest bardzo wysoka, a prawdopodobieństwo ich jednoczesnego uszkodzenia znikome. Niemniej jednak wiele uwagi poświęca się analizom bezpieczeństwa reaktorów jądrowych, zarówno tych pracujących, jak i dopiero projektowanych.

Podczas normalnej pracy elektrowni jądrowej do otoczenia emitowane są niewielkie ilości substancji promieniotwórczych w postaci gazowej (głównie gazy szlachetne – argon, krypton, ksenon – a więc obojętne chemicznie) i ciekłej. Substancje te pochodzą z układów przewietrzania i wentylacji pomieszczeń elektrowni oraz systemów oczyszczania ciekłych odpadów promieniotwórczych. Emisje te są ściśle monitorowane, zarówno przez samą elektrownię, jak również przez wyznaczone organy dozoru. W większości przypadków krajowy dozór jądrowy wyznacza przynajmniej dwie, niezależne od elektrowni, instytucje kontrolujące i monitorujące poziom emisji zanieczyszczeń oraz skażenia w środowisku. Badania próbek gleby, wody i powietrza, a także żywności, prowadzone są w promieniu do 30 km od elektrowni.

Jaki jest więc wpływ elektrowni jądrowej na poziom promieniowania jonizującego w jej okolicy? Odpowiedź na to pytanie wymaga zdefiniowania poziomu odniesienia, gdyż w środowisku występują naturalne substancje promieniotwórcze tworzące tzw. promieniowanie tła. Występujące powszechnie w skałach skorupy ziemskiej oraz wodach izotopy uranu U-235 i U-238 oraz toru Th-232 inicjują naturalne szeregi promieniotwórcze zawierające w sumie ponad 40 radioaktywnych izotopów. Równie powszechny w hydrosferze, litosferze i biosferze jest potas K-40, który nie wchodzi w skład żadnego szeregu promieniotwórczego. Część radioizotopów w przyrodzie ma pochodzenie kosmogenne (beryl Be-7, tryt H-3, węgiel C-14) – powstają w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania kosmicznego, a następnie wraz z ruchami powietrza i opadami docierają do powierzchni Ziemi. Przeprowadzane w ubiegłym wieku próby z bronią jądrową, a także awarie w elektrowniach jądrowych, spowodowały uwolnienie do środowiska sztucznych izotopów promieniotwórczych, z których największe znaczenie mają izotopy cezu Cs-137 i jodu I-129, I-131 oraz strontu Sr-90.

Poziom promieniowania tła jest dość mocno zróżnicowany w zależności od lokalizacji, co oczywiście skutkuje różnymi dawkami promieniowania pochodzącymi z natury: w Polsce średnia dawka wynosi rocznie około 2,4 mSv, ale np. w Finlandii jest ponad dwa razy wyższa. Są takie miejsca na świecie, gdzie dawki roczne są wiele razy większe: Kerala (Indie) – 35 mSv, Ramsar (Iran) – 260 mSv ! Różnice wynikają przede wszystkim ze zmiennego stężenia radonu i produktów jego rozpadu w glebie.

Dodatkowo przeciętny mieszkaniec Polski otrzymuje rocznie dawkę rzędu 0,8-0,9 mSv pochodzącą ze sztucznych źródeł, głównie związanych z diagnostyką medyczną. Dopuszczalne dawki promieniowania jonizującego pochodzącego ze sztucznych źródeł promieniowania są limitowane przez przepisy. W Polsce limit wynosi 1 mSv rocznie ponad dawkę pochodzącą od promieniowania tła.

Prowadzone od wielu lat pomiary mocy dawek w okolicach elektrowni jądrowych wskazują na ich znikomy udział w rocznej dawce. Wieloletnie programy badawcze dotyczące poziomu promieniowania wokół elektrowni jądrowych oraz jego wpływu na zdrowie okolicznej ludności prowadzone były, z różną intensywnością, praktycznie w każdym kraju posiadającym elektrownie jądrowe. Pomiary wykazują, że dawka otrzymywana przez mieszkańców okolic elektrowni jądrowej nie przekracza 0,01 mSv rocznie. Przeciętny Amerykanin mieszkający w pobliżu elektrowni jądrowej otrzymuje rocznie dawkę rzędu 0,007 mSv, co stanowi około 0,2% całkowitej rocznej dawki od naturalnego tła promieniowania.