Bardzo ważne zadanie – ochrona przed promieniowaniem
W elektrowniach jądrowych zarówno promieniotwórczość, jak i promieniowanie jonizujące są codziennością. W procesie przetwarzania energii jądrowej na energię elektryczną tworzą się ogromne ilości substancji promieniotwórczych, a promieniowanie jonizujące jest stale emitowane – jedno i drugie, może być niebezpieczne dla człowieka i dla środowiska.
Substancje promieniotwórcze, które powstają w reaktorach muszą być „pod nadzorem” – nie można dopuszczać do ich niekontrolowanego rozproszenia. Podobnie promieniowanie jonizujące, gdy nie jest potrzebne, jest zatrzymywane przez osłony. Te podstawowe wymogi muszą być spełnione zarówno podczas normalnej pracy reaktora, jak i w czasie awarii.
Paliwo jądrowe i produkty rozszczepienia jądra atomu
Wiemy już, że w elektrowni jądrowej rozszczepia się jądra atomowe. Zazwyczaj dotyczy to izotopu uranu o masie 235 (U-235) – w procesie rozszczepienia zawsze występuje promieniowanie neutronowe i promieniowanie gamma – tak, jak to już wyjaśniono w module →Reakcja łańcuchowa.
Przykład: jądro atomu uranu, po schwytaniu neutronu, może rozszczepić się na jądra atomów: itru i jodu oraz trzy neutrony. Dodatkowo emitowane jest promieniowanie gamma.
W ten sposób, przy rozszczepieniu jądra atomu uranu, powstają niestabilne, promieniotwórcze jądra różnych pierwiastków. Podczas pracy elektrowni jądrowej powstaje około 200 nuklidów promieniotwórczych, w tym także promieniotwórcze nuklidy gazów szlachetnych. Wiele produktów reakcji rozszczepienia jąder atomowych ma okres połowicznego rozpadu trwający sekundy czy minuty, jednakże np. dla izotopu cezu Cs-137, okres połowicznego rozpadu wynosi około 30 lat, a w przypadku wielu innych fragmentów rozszczepienia okres połowicznego rozpadu jest jeszcze dłuższy. Produkowane w reaktorach izotopy – zarówno fragmenty rozszczepienia, jak i izotopy pierwiastków „transuranowych’ o liczbie atomowej Z większej od 92 – emitując neutrony oraz promieniowanie alfa, beta i gamma, przekształcają się w stabilne jądra atomowe.
Aktywacja
Gdy stabilne izotopy wychwytują neutrony, powstają jądra atomowe w stanie wzbudzonym. W wyniku tego procesu może nastąpić emisja protonu – tak powstają izotopy pierwiastków „lżejszych”- o liczbie atomowej Z zmniejszonej o 1, które też mogą być promieniotwórcze. Taka sytuacja może się przydarzyć na przykład z tlenem: poprzez wychwyt neutronu może się on przekształcić w promieniotwórczy azot. Więcej na ten temat można przeczytać o rozdziałach o rodzajach promieniowania. Zapis sekwencji: reakcja jądrowa → rozpad promieniotwórczy wygląda następująco:
1) aktywacja:
2) rozpad promieniotwórczy:
Ten proces określa się jako aktywację. Aktywowany może być nie tylko tlen w wodzie, ale także żelazo i kobalt z rur instalacji wodnej czy stalowych elementów konstrukcyjnych i materiał ze ścian betonowych. Podczas rozpadu za każdym razem emitowane jest promieniowanie gamma.