Nukle´ aris lelt´ ar

Az alap reakci´oegyenlet egyb˝ol megmutatja a f˝o probl´emaforr´asokat: D + T → He + n.

A tr´ıcium, a radioakt´ıv ³H izot´op r´esze az ¨uzemanyagciklusnak. A neutronok elhagyj´ak a plazm´at hogy tr´ıciumot teny´esszenek. Ugyanakkor a reaktor szerkezeti anyagaival k¨olcs¨onhat´asba l´epve aktiv´al´od´ast is okoznak. Ennek f˝o ´aldozata a reaktor plazma fel´e n´ez˝o fala.

13.3.1. Tr´ıcium

Egy f´uzi´os er˝om˝uvi telephely ¨osszes tr´ıciumk´eszlete n´eh´any kg. A plazm´aban tetsz˝oleges id˝oben nagyj´ab´ol 0.5 g tal´alhat´o. Sokkal nagyobb mennyis´egben van viszont jelen egy´eb rendszerekben, ´ugy mint a teny´eszk¨openy, keringet˝o rendszerek, tr´ıciumelv´alaszt´as- ´es t´arol´as.

13.5. ´abra. Egyszer˝us´ıtett f´uzi´os er˝om˝uvi v´azlatrajt. A biztons´agi elemz´es sor´an minden fontos komponenst figyelembe kell venni. Sz´ınek jel¨olik a k¨ul¨onb¨oz˝o vesz´elyforr´asokat:

s´arga az elektromoss´ag, barna a radioakt´ıv anyagok, k´ek az ultraalacsony h˝om´ers´eklet˝u, v¨or¨os a h˝o ´utja.

A tr´ıcium alacsony energi´aj´u β⁻ boml´o izot´op 12.3 ´eves felez´esi id˝ovel. A maxim´alis b´eta energia 18.5 keV az ´atlag pedig 5.7 keV. Az alacsony energi´anak k¨osz¨onhet˝oen a behatol´asi m´elys´eg ´el˝o sz¨ovetben 6 µm. Az emberi b˝or legk¨uls˝o, ´elettelen r´etege ∼ 70 µm vastag. A tr´ıcium teh´at k¨uls˝o sug´arforr´ask´ent nem vesz´elyes, de m´as a helyzet ha beker¨ul a szervezetbe lenyel´es, bel´elegz´es vagy b˝or¨on kereszt¨uli felsz´ıv´od´as ´altal. A tr´ıciumot tartalmaz´o molekul´ak leggyakoribb form´ai a HTO (tr´ıciumos v´ız) illetve a HT (tr´ıciumos hidrog´en g´az). Mindk´et megjelen´esi forma rendk´ıv¨ul mobilis, a norm´alis v´ızhez ´es hidrog´eng´azhoz hasonl´oan. A HTO k¨ul¨on¨osen k¨onnyen sz´ıv´odik fel az emberi szervezetben, ´es amint beker¨ult, nagyon gyorsan sz´etterjed az emberi v´ızh´aztart´asnak k¨osz¨onhet˝oen.

A tr´ıcium emberi testen bel¨uli viselked´es´et balesetekb˝ol ismerj¨uk. A tr´ıciumkoncent-r´aci´o cs¨okken´es´et h´arom id˝osk´ala ´ırja le. A domin´ans felez´esi id˝o ∼10 nap, ez az emberi

v´ızh´aztart´as k¨orforg´asi ideje. Egy 70 kg-os referenciaszem´ely test´eben 42 liter v´ız ta-l´alhat´o ´es a napi 3 literes v´ızcsere nagyj´ab´ol 10 napos biol´ogiai felez´esi id˝oh¨oz vezet.

A hosszabb t´av´u komponens nagyj´ab´ol 30-300 napos, ami a v´ızh´aztart´as ´es a szervek k¨oz¨otti v´ızcser´enek k¨osz¨onhet˝o. ´Atlagosan ez a lassabb folyamat a tr´ıciumd´ozis mintegy 10%-´a´ert felel˝os. A tr´ıcium effekt´ıv felez´esi ideje az emberi testben 11 nap.

Egy egyszer˝u sz´am´ıt´assal megbecs¨ulhetj¨uk hogy 1 Bq HTO a szervezetbe ker¨ulve 1.8· 10⁻¹¹ Sv effekt´ıv d´ozishoz vezet. Amennyiben a tr´ıcium szerves form´aban jut a szervezetbe, pl. szennyezett ´etellel, ´ugy az effekt´ıv d´ozis 2.5x-es´ere n˝o. Ennek oka hogy

´ıgy a tr´ıcium nagyobbik h´anyada ´ep¨ul be a szervekbe ami hosszabb biol´ogiai felez´esi id˝oh¨oz vezet. Azonos l´egk¨ori koncentr´aci´o mellett a tr´ıciumos hidrog´en 10⁴-szer kev´esb´e vesz´elyes mint a HTO, mert hidrog´en g´az form´aban a szervezetbe val´o bejut´as jelent˝osen nehezebb.

Izot´op DCF [Sv/Bq] Ut´ T-hez viszony´ıtva

Tr´ıcium 1.8·10⁻¹¹ lenyel´es 1

1.8·10⁻¹¹ bel´elegz´es 1

Cs-137 1.4·10⁻⁸ lenyel´es 800

Pu-239 1.0·10⁻⁷ lenyel´es 5 500

1.0·10⁻⁴ bel´elegz´es 5 500 000 13.1. t´abl´azat. K¨ul¨onb¨oz˝o izot´opok d´oziskonverzi´os t´enyez˝oi.

Az 13.1-es t´abl´azat k¨ul¨onb¨oz˝o izot´opok d´oziskonverzi´os t´enyez˝oit hasonl´ıtja ¨ossze.

Ez j´ol mutatja hogy a fizikai aktivit´as (Bq) nem j´o m´er˝osz´ama a radoitoxicit´asnak. A tr´ıcium d´oziskonverzi´os t´enyez˝oje alacsony, mert a boml´asonk´ent ´atlagosan kibocs´ajtott energia relat´ıve alacsony, ´es az effekt´ıv felez´esi ideje a testen bel¨ul is r¨ovidebb.

A tr´ıcium speci´alis probl´em´aja a nagy mobilit´as ´es hogy ez´altal nem trivi´alis az er˝ o-m˝uv¨on bel¨ul tartani. Amennyiben kijut a k¨ornyezetbe, a tr´ıcium tov´abbra is rendk´ıv¨ul ill´ekony. A tr´ıcium viselked´es´et felsz´ınk¨ozeli vizekben kontroll´alt kibocs´ajt´asi k´ıs´ erletek-b˝ol ismerj¨uk. Az els˝o ´evben a tr´ıciumkoncentr´aci´o 1000-ed r´esz´ere cs¨okkent ´es a k´ıs´erlet el˝otti h´att´er ´ert´eket ´erte el. ´Igy nagy ter¨uletek hossz´u t´av´u er˝os szennyez´es´ere nem kell sz´am´ıtani m´eg komoly tr´ıciumkibocs´ajt´as eset´en sem. A tr´ıcium nagy r´esze az ´oce´ anok-ban v´egzi, ahol eleve is tal´alhat´o a f¨old n´eh´any kg-nyi term´eszetes tr´ıciumk´eszlet´enek a nagy r´esze. A tr´ıcium l´egk¨ori nukle´aris folyamatok k¨ovetkezt´eben j¨on l´etre amikor a kozmikus sug´arz´as r´eszecsk´ei el´erik a f¨oldi atmoszf´er´at, pl. n + ¹⁴N → ¹²C + T. A nagyfok´u nukle´aris fegyvertesztek idej´en (50-es ´es 60-as ´evek) a f¨oldi k´eszletek nagyj´ab´ol 500 kg-ra n˝ottek. M´ara a radioakt´ıv boml´as k¨ovetkezt´eben nagyj´ab´ol 80 kg-ra cs¨okkent

ez a k´eszlet.

13.3.2. Aktiv´ aci´ os term´ ekek

A falat ´er˝o becs¨ult neutron fluxus nagys´agrendileg 2-5 MW/m², ami komoly terhel´est jelent a plazmak¨ozeli szerkezeti elemek sz´am´ara. Ennek k¨ovetkezt´eben ezeket az elemeket 2.5-5 ´evente cser´elni kell majd. A tervezett neutron fluencia ezzel ∼ 12.5 MWa/m². Az ilyen terhel´esnek ellen´all´o anyagok fejleszt´ese nem h´etk¨oznapi kih´ıv´as.

13.6. ´abra. K¨ul¨onb¨oz˝o elemek d´ozisteljes´ıtm´enye 12.5 MWa/m²neutron fluencia hat´as´ara.

A neutronaktiv´aci´ob´ol sz´armaz´o radioakt´ıv hullad´ek mennyis´ege ´es min˝os´ege f´uz´os reaktorok eset´en nagyon er˝oteljesen f¨ugg a v´alasztott anyagmin˝os´egt˝ol. A13.6. ´abra k¨ u-l¨onb¨oz˝o fal alkot´o elemek d´ozisteljest´ım´eny´et mutatja adott neutronbesug´arz´as hat´as´ara.

A f´uzi´os er˝om˝u teljes aktivit´as´at az aktiv´aci´os term´ekek hat´arozz´ak meg. Ha hagyom´ a-nyos ac´elt haszn´alunk, akkor a fisszi´os reaktorok szerkezeti hullad´ek´anak nagyj´ab´ol fel´et

´erj¨uk el. Nagy k¨ul¨onbs´eg jelentkezik a tr´ıcium ´es aktiv´aci´os term´ekek k¨oz¨ott, t¨obbek k¨ o-z¨ott a mobilit´asban. A szerkezeti elemekben l´ev˝o aktivit´as nehezen mobiliz´al´odik, hiszen a szerkezeti elemeknek per def. nagy terhel´est kell kib´ırnia norm´al ¨uzemben.

K¨ul¨onleges figyelmet ig´enyel viszont a falb´ol sz´armaz´o por, ugyanis ennek mobilit´asa jelent˝os. Nehezen aktiv´al´od´o anyagok mint pl. sz´en, b´or nagyban cs¨okkenten´ek a radio-akt´ıv por kock´azat´at (l´asd 13.6. ´abra). Hogyha nagy rendsz´am´u anyagokat haszn´alunk (pl wolfram a divertorban) akkor az aktiv´alt por a tr´ıciummal ¨osszem´erhet˝o nagys´ag´u probl´em´at okoz. Mint arr´ol m´ar volt sz´o, az aktiv´aci´os term´ekek k´erd´ese f˝oleg a hul-lad´ekkezel´esben j¨on el˝o, amir˝ol k´es˝obb lesz sz´o. A k¨ornyezeti szempontb´ol legvonz´obb anyagok a van´adium, kr´om ´es a tit´an.