Radioaktivní mrak nad Evropou

Obsah: Nečekaný objev – Co může být zdrojem? – Ruthenium v RTG bateriích – S čím máme tu čest, Ruthenium 106 – Škodlivost nedávného zamoření rutheniem (délka blogu 6 min.)

Nečekaný objev

Různé evropské měřící stanice registrovaly na konci září a začátku října ve vzduchu zvýšený výskyt radioaktivního izotopu ruthenia-106. Jeho koncentrace byly na různých místech různé – a proto se podařilo provést přibližnou rekonstrukci jeho přenosu a odhadnout, odkud pocházel. Podle německé a francouzské agentury pro ochranu před ionizujícím zářením (IRSN a BfS) pocházel tento radioaktivní izotop z jižního Ruska, konkrétně z jižního Uralu. Do atmosféry se dostal nejspíše v posledním zářijovém týdnu.

Ruské zdroje (Rosatom) naopak tvrzení německého a francouzského úřadu odmítly a popřely, že by na území Ruska ve vzduchu registrovaly zvýšenou hladinu radioaktivity. Výjimkou byla stanice v St. Petersburgu, kde byly naměřeny minimální hodnoty.

Becquerel

Je jednotka, kterou se označuje rozpad radioaktivního prvku. 1 becquerel znamená, že se v dané látce za 1 s uskutečnil jeden radioaktivní rozpad. Měřitelným výsledkem rozpadu může být jak alfa záření (jádro helia se čtyřmi nukleony) nebo beta záření (volný elektron s určitou rychlostí a energií), gama záření (vysoce energetický foton) nebo například neutron (volný neutron s určitou energií a tím i rychlostí).

Ruský Rosatom poukázal také na to, že nevyšší koncentrace se daly naměřit například v Rumunsku (145 000 mikro becquerelů v krychlovém metru vzduchu, v Itálii 54 300 mikro becquerelů, na Ukrajině a Slovinsku 40 000 mikro becquerelů a v Polsku 9,93 mikro becquerelů). Potvrdil, že všechny ruské atomové elektrárny pracují bezchybně a radioaktivita v jejich okolí se pohybuje na úrovni přirozeného přírodního záření. Na jižním Uralu prý žádná zvýšená hodnota radioaktivity pozorována nebyla.

Díky tomu, že se ruthenium vyskytovalo v našem vzduchu v naprosto minimální koncentraci, nehrozilo žádné nebezpečí pro zdraví lidí nebo zvířat.

I přesto, že nás náhlý výskyt ruthenia-106 ve vzduchu nijak neohrozil, bylo by zajímavé zjistit, jak a kde opravdu došlo k jeho uvolnění.

Jedno je jisté – nepochází z žádného jaderného výbuchu nebo z nehody jaderné elektrárny. Jedná se totiž o výskyt jen jednoho jediného osamělého izotopu. V případě nehody v jaderné elektrárně nebo atomového výbuchu by stanice zaregistrovaly celou řadu různých izotopů.

Co může být zdrojem?

Ruthenium-106 se používá mimo jiné jako zdroj záření u terapie rakoviny nebo jako náplň tzv. RTG – radioizotopových termoelektrických generátorů. To jsou zdroje tepla nebo elektrické energie, které se využívají v odlehlých oblastech, například v Rusku na majácích, stojících daleko civilizace. RTG jsou spolehlivé zdroje energie, jsou tedy využívány i při výzkumu kosmu. Dají se nalézt v některých satelitech nebo sondách, zasílaných ke vzdáleným planetám.

Ruthenium v RTG-bateriích

Radioizotopový termoelektrický generátor, zkratkou RTG (z angl. Radioisotope Thermoelectric Generator) je dlouhodobý a spolehlivý zdroj stejnosměrného elektrického proudu, využívající k získání tepelné energie rozpadu radioaktivních prvků.

RTG-baterie jsou velice zajímavé a užitečné přístroje. V době, kdy ještě neexistovaly jiné a méně nebezpečné baterie, se radioaktivní zdroje mimochodem používaly také v medicíně – jako zdroje energie pro kardiostimulátory. Dodnes se rozpadu radionuklidů s úspěchem využívá všude tam, kam se lidský personál nedostane moc často a moc lehce, kde je ale přesto nutný zdroj energie.

Aby byl zdroj dostatečně stabilní a jeho výkon neklesal, bývá jako zdroj energie zvolen takový izotop, jehož poločas rozpadu (doba, za kterou se rozpadne polovina aktivní látky) zvolen tak, aby 2x až 5x převyšoval dobu, po kterou je potřeba zajistit práci baterie.

Kosmický výzkum navíc vyžaduje určitou efektivitu – baterie musí mít dostatečně velký výkon a nesmí být zároveň moc velké a moc těžké. Ionizující záření, které se uvolňuje, nesmí vyžadovat příliš mohutné odstínění. Pro pozemské využití je tento bod většinou bezpředmětný, zato se přidává ekonomická stránka věci – a izotopy nesmí být příliš drahé.

Je tedy zřejmé, že se na využití v RTG bateriích hodí jen malá skupina izotopů. Jedním z nich je právě ruthemium-106.

S čím máme tu čest: Ruthenium-106

Ru-106 vzniká jako odpad při provozu jaderných reaktorů.

Možná to někoho překvapí – zelení aktivisté se totiž snaží ve svých spoluobčanech vzbudit dojem, že jaderná energie je „špinavá“ a jaderná energetika produkuje nesmírná množství úžasně nebezpečného odpadu, který se bude na naší Zemi povalovat další milióny let a bude nás ohrožovat na životě. Odpad sice vzniká, to je pravda, ale už dnes se dá alespoň část tohoto „odpadu“ proměnit na velice cenné suroviny.

Ru-106 je beta zářič, uvolňuje záření ve formě elektronů. Jeho poločas rozpadu činí 373,6 dne – přibližně jeden rok. Rozpadá se na rhodium-106. Pokud jste sledovali předchozí blogy, jistě víte, jak tato přeměna probíhá. Jeden z neutronů, který se nachází v jádře, se rozpadá na proton a elektron. Elektron opustí jádro ve formě beta záření a proton „posune“ materiál v Mendělejevově tabulce o příčku výš. Je to totiž počet protonů, kdo v jádře rozhoduje o identitě chemického prvku.

Brzdné rentgenové záření

Rychle letící elektrony se po dopadu na materiál brzdí a dochází ke změně jejich dráhy. Energie, kterou elektrony přitom ztratily, se vyzáří ve formě tzv. brzdného rentgenova záření. Toto záření je charakteristické širokým, spojitým energetickým spektrem. Čím je větší energie (rychlost) elektronů, tím tvrdší záření vzniká. Energie brzdného rentgenova záření nezávisí na materiálu, na který beta záření dopadlo, ale jen na jeho původní rychlosti. Udává se zpravidla v elektronvoltech (eV).

Ruthenium tedy poměrně rychle ztrácí schopnost dodávat energii – a pro využití ve vesmíru se spíše nehodí. Zato má vysoký výkon a taví se až při 2310 °C, což ho dělá zajímavým pro pozemské využití. Beta záření, které se při rozpadu uvolňuje, vyvolává sekundární brzdné záření, rutheniové zdroje tedy vyžadují poměrně silné odstínění. V pozemských podmínkách to nebývá problém.

Produkt jeho rozpadu, rhodium-106 je také beta zářič. Jeho poločas rozpadu je pro změnu opravdu krátký – činí 29,8 sekundy. Produkuje přitom tvrdé beta záření, které má za následek další sekundární brzdné záření. Výsledkem rozpadu je (už stabilní) paladium-106.

Škodlivost nedávného zamoření rutheniem

Aktivita ruthenia v ovzduší se v našem okolí pohybovala několik dnů až týdnů v rozmezí milióntiny becquerelu nebo tisíciny becquerelu v krychlovém metru vzduchu. Prakticky to znamená, že došlo k několika rozpadům v objemu, který odpovídá tisíci nebo dokonce miliónu krychlových metrů. Taková koncentrace není nebezpečná pro lidi ani pro užitková zvířata.

Pro srovnání – jeden příklad, se kterým se dá setkat každý den: radioaktivita, se kterou přijdou do styku kuřáci a jejich okolí.  

Radioaktivní izotopy se nacházejí na listech tabáku. Dostávají se sem během růstu rostliny. Ta má sklony zachytávat pevné radioaktivní částice díky chloupkům na povrchu listů. Odkud se bere radioaktivní prach?

Na vině je převážně radon, který se uvolňuje z nitra Země. Radon sám je radioaktivní plyn. Tím ale jeho neblahé působení nekončí. Jeden z jeho izotopů se rozpadá na polonium a dále na olovo. Oba prvky už plyny nejsou, jsou to kovy. Mají tendenci se zachytávat na pevných částicích, větších než 0,3 mikrometru. Výsledkem je prach zamořený radioaktivním izotopem.

Podle toho, ve které oblasti tabákové listy vyrostly, mohou vykazovat různou aktivitu ionizujícího záření. Pohybuje se mezi 1,5 a 15 mili becquerely u polonia-210 a 2 až 25 mili becquerely u olova 210.

Při vysokých teplotách během hoření tabáku se oba prvky vypařují a zhruba polovina jich přechází přímo do vdechovaného kouře. Zbytek přechází do dýmu, který kuřák nevdechl a do popela cigarety. Odhaduje se, že silný kuřák vdechne za rok takové množství radioaktivních izotopů, že jejich aktivita odpovídá 250 násobku běžného ozáření při rentgenování plic.  

Zhruba se dá říci, že ozáření, které nás postihlo následkem nedávného zamoření rutheniem, bylo o několik řádů slabší, než ozáření, které běžně absolvují kuřáci.  Navíc se jednalo o jiný druh záření (beta), které není zdaleka tak nebezpečné jako příslušné alfa částice z rozpadu radioaktivního polonia, kterými devastuje svoje i cizí plíce kuřácká část populace.   

Celou pravdu o původu nynějšího zamoření se nejspíš nedozvíme, podobně jako tomu bylo při letošní kauze s odhaleným izotopem jódu-131. Pravděpodobně se jedná o lidské selhání nebo nelegální likvidaci odpadů z oblasti medicíny nebo speciálních technologií.