Tretman nuklearnog otpada

RADIOAKTIVNOST, RADIOAKTIVNI RASPAD

Radioaktivnostje pojava pri pretvaranju atoma u kojoj atomska jezgra zrače čestice ili elektromagnetsko zračenje. Mnoga atomska jezgra nisu u stanju svoje atomske energije. Kako svaki sistem u prirodi teži da se menja pri stanju niže energije, takva se jezgra raspadaju i oslobađaju višak energije emisijom čestice ili fotona. Postoje dve vrste radioaktivnosti i to:
• prirodna i
• veštačka
Prirodna radioaktivnost. U prirodi je nađeno oko 45 radionuklida. Neki od njih su zaostali od vremena stvaranja elemenata (zbog svog vrlo sporog raspadanja),drugi nastaju raspadima prvih, a treću grupu čine radionuklidi koji se neprekidno stvaraju (najviše kosmičkim zračenjem).
Starost elementa tj. koliko je vremena prošlo od nastanka atoma od kojih je sagrađen naš svet, ocenjuje se na oko 1,3×1010 godina. U prirodi je nađen 21 radionuklid, kojima je vreme poluraspada između 1,7×108 i oko 1016 godina, a očekuje se da ce biti ustanovljena radioaktivnost još oko 10 nuklida koji se vrlo sporo raspadaju. Količina svake od tih vrsta neprekidno se eksponencijalno smanjuje, ali to ide tako sporo da se mnoge vrste još uvek nalaze u velikim količinama. Najpoznatiji su radionuklidi u toj grupi dva uranijumova izotopa 238U i 235U, koji se nalaze s udelom od 0,72% odnosno 99,27% u prirodnom uranijumu, zatim torijumov izotop 232Th, kalijumov 40K i rubidijumov 87Rb. Pri raspadu ovih triju nuklida iz te grupe, uranijumovih izotopa 238U i 235U kao i torijumov 232Th nastaje mnogo radionuklida kojima su vremena raspada veoma kratka. Bez tog stvaranja ti se radioaktivni potomci ne bi nalazili u prirodi.
Radioaktivni raspad je posledica pretvaranjajednog radioaktivnog atoma u drugi atom, iz nestabilnog u stabilnije stanje, pa je negativna promena broja atoma jednaka broju raspada. Aktivnost uzorka definiše se brojem raspada radioaktivnih atoma u vremenu:

gde dn/dt označava aktivnost uzorka u trenutku t. Broj atoma u izvoru i njegova aktivnost smanjuju se pri jednostavnom raspadu. Jedinica aktivnosti radioaktivnog izvora u SI je bekerel (znak Bq). Postoji α, β i γ raspad. (1)
NUKLEARNA FISIJA I FUZIJA

Kada jezgro atoma uranijuma (U-235) apsorbuje jedan slobodan neutron, dolazi do cepanja (dezintegracije) jezgra. Pri ovoj nuklearnoj reakciji oslobađaju se: 2 slobodna neutrona, α, β, γ zraci, fisioni fragmenti, energija. Oslobođena dva neutrona iz jezgra uranijuma stupaju u reakciju sa druga dva jezgra uranijuma-235 i tako nastaje lančana reakcija koju nazivamo nuklearnom fisijom.
Ako je dosta izotopa uranijuma-235 prisutno na jednom mestu fisiona nuklearna reakcija oslobađa velike količine toplotne energije koja može poslužiti za dobijanje npr. električne energije (nuklearne elektrane). Po istom principu uranijum-235 može poslužiti (i služi) kao gorivni materijal za dobijanje nuklearnog oružja.
I u jednom i u drugom slučaju javlja se radioaktivni otpadni materijal koji predstavlja veliki ekološki problem i životnu opasnost po svekolike biološke sisteme (i čoveka) koji se trenutno nalaze na Zemlji.
Uranijum je elemenat (metal) koji se nalazi na poslednjem 92. Mestu Mendeljejevog periodnog sistema elemenata koji se nalaze na Zemlji. Jedino je izotop uranijuma-235 (od ukupno 40 izotopa ovog elementa) prirodan materijal sposoban da pretrpi nuklearnu fisiju neutronskim bombardovanjem jezgra ovog izotopa.
Nuklearna fuzija je suprotan proces fisiji: umesto cepanja jezgra atoma dolazi do spajanja dva jezgra u jedan nukleus. Pri tome se oslobađa enormno velika količina energije.
Prednosti nuklearne fuzije nad nuklearnom fisijom su:
– za nuklearnu fuziju je potrebno jeftino gorivo čiji je izvor gotovo neiscrpan;
– nuklearna fuzija stvara relativno manji radioaktivni materijal u odnosu na nuklearnu fisiju i time umanjuje probleme vezane za adekvatni smestaj tog otpada.
Međutim, nuklearna fuzija stvara dodatne probleme:
– pri ovoj nuklearnoj reakciji javlja se nerešiv problem stvaranje smese koja sadrži 100 milijardi/1 cm 2/1s i temperature od 44 miliona C ;
– nuklearni fuzioni reaktori će verovatno biti komplikovani, velikih dimenzija, bez mogućnosti primene u određenim oblastima (npr. kao propulziona sila za pokretanje podmornica). (2)