Jak vystopovat uprchlou radioaktivitu

Událostí, při kterých dojde k úniku radioaktivity do životního prostředí, je velmi málo, ale mohou se stát – aktuální je aktuální příběh jaderné elektrárny Fukušima, kterou poškodila vlna cunami. Štěstí v neštěstí: ionizující záření je fenomén velmi snadno a velmi přesně měřitelný a proto víme, že stopy radioaktivity, které dorazily se vzdušnými masami až nad Česko, se jen těžko rozliší od našeho běžného přírodního radiačního pozadí. Důležité je být na každou eventualitu dobře připraven – vývojem moderních způsobů radiačního monitorování se zabývá Oddělení diagnostiky a radiační bezpečnosti Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy.

Předpověď radiačního počasí

Pro matematické meteorologické předpovědi počasí bylo vždy nutné používat nejvýkonnější počítače. V České republice je to dnes superpočítač NEC SX‑9, na kterém běží předpovědní model ALADIN v Českém hydrometeorologickém ústavu. Šíření látek atmosférou na větší vzdálenosti je určeno meteorologickými podmínkami a k jeho vyhodnocení je třeba používat složité matematické meteorologické modely, které kladou zvýšené nároky na výpočetní možnosti počítače. To se může týkat šíření přírodních látek, jako např. pylu nebo spór, případně nebezpečných chemických a radioaktivních látek.

V Ústavu jaderného výzkumu v Řeži se problém šíření radioaktivních látek atmosférou řešil nejprve na velkých sálových počítačích. Nástup výkonných personálních počítačů a notebooků výpočty zjednodušil. Počítačové programy používané dnes v ústavu řeší problém přenosu radioaktivních látek až na vzdálenost několika desítek kilometrů, ředění těchto látek atmosférou, jejich usazování na zemském povrchu a vyhodnocují i neustálé snižování množství uvolněných látek jejich radioaktivním rozpadem.

Počítačové vyhodnocení radiační situace
Jakmile jednou počítáme s šířením uniklých radioaktivních látek, je třeba vyhodnotit radiační dávku, kterou tyto látky představují pro obyvatelstvo. To je také nejdůležitějším výstupem simulačních programů. Tyto dávky je nutné srovnávat s hodnotami ozáření lidí přirozenými radioaktivními látkami, které jsou všude kolem nás i v nás.

Na člověka neustále působí kosmické záření a přírodní radioaktivní látky z okolí. Je také celý život vnitřně ozařován radioaktivním uhlíkem ¹⁴C, radioaktivním draslíkem ⁴⁰K, těžkým vodíkem (tritiem) ³H, radonem ²²²Rn a dalšími prvky uranové rozpadové řady, které jsou obsaženy v každém živém organismu, a tedy i v lidském těle. Průměrné radioaktivní ozáření každého člověka v České republice během jednoho roku z těchto přírodních zdrojů dosahuje hodnoty (roční efektivní dávky) kolem 2,5 mSv (mili Sievert). V některých lokalitách se zvýšeným radonovým pozadím jsou tyto hodnoty až několikanásobně vyšší.

Matematické modely určené pro hodnocení následků případných úniků radioaktivních látek vypočítávají celkovou dávku na obyvatele jako sumu příspěvků z vnějšího ozáření radioaktivními látkami unášenými atmosférou, usazených na zemském povrchu a také z vnitřního ozáření způsobeného vdechnutím radioaktivních látek nebo požitím kontaminovaných potravin. Výsledky výpočtů se uvádějí v tabulkové formě a současně zobrazují na mapách dnes běžně dostupných na internetu.

Mezinárodně doporučená hodnota, při jejímž překročení je třeba zahájit opatření na ochranu obyvatel při úniku radioaktivních látek, je dvojnásobek roční efektivní dávky, tj. 5 mSv. Tato limitní hodnota je obsažena také v české legislativě a porovnávají se s ní vypočtené efektivní dávky na obyvatele. Při jejím překročení se navrhují ochranná opatření.

Použití dálkově řízených prostředků pro monitorování

Převratný rozvoj technologií v nedávné době přinesl především miniaturizaci počítačů, ale i měřicí, navigační a komunikační techniky. To umožnilo propojit výpočtové programy a radiační monitorování terénu pomocí měřicích čidel nesených dálkově řízenými bezpilotními prostředky. Monitorovací systém vyvinutý a otestovaný v ÚJV umožňuje měření dávky obdržené za 1 hodinu, velikosti aktivity radioaktivních látek na kontaminovaném terénu a také měření gama spekter potřebných k identifikaci přítomných radioaktivních látek (radioizotopů).

Jako nosiče monitorovacích přístrojů se osvědčily dálkově ovládané vrtulníky, které jsou dnes běžně komerčně dostupné v různé velikosti a různém modelářském provedení. Umožňují nalétávat na vybraná místa a provádět měření na jednom místě i po dobu několika desítek sekund. Delší doba měření je potřebná pro získání věrohodných dat i při velmi malých kontaminacích. Pro monitorování byly úspěšně použity také modely pozemních terénních vozidel. Ty se osvědčily zejména při přípravě a ověřování vlastností monitorovací techniky.

Součástí vybavení těchto nosičů jsou přístroje na měření polohy GPS, video kamery a komunikační přístroje. Umístění měřicí a komunikační techniky do speciálních kontejnerů umožňuje jejich flexibilní nasazení na různé typy dálkově ovládaných nosičů.

Monitorovací systém propojuje výpočtové modely s údaji měřenými během monitorování. Předpovědní výpočetní program nasměruje monitorování na předpokládanou kontaminovanou lokalitu, měřené hodnoty zpětně umožňují upřesnit výpočty.

Radioaktivita nalezena!

Použití bezpilotních dálkově řízených prostředků je určeno k nasazení v lokálním měřítku, a to na rozdíl od monitorování, které provádí posádka na pilotovaných vrtulnících v regionálním rozsahu. Bezpilotní monitorování je z ekonomického hlediska daleko levnější a v lokálním měřítku také operativnější. Rozhodnutí o nejvhodnějším způsobu nasazení dálkově řízené techniky závisí na velikosti úniku, rozsahu kontaminace, terénních a meteorologických podmínkách.

V ÚJV byl systém monitorování pomocí bezpilotních prostředků prověřen se standardními radioaktivními zářiči (obr. 1) a jeho vysoká citlivost byla potvrzena jednoznačnou identifikací i tak slabých přirozeně radioaktivních látek, jako je obyčejné draselné hnojivo s radioaktivním draslíkem ⁴⁰K s poločasem rozpadu jedna a půl miliardy let nebo hlušiny z výsypek uranových dolů s nepatrnými stopami zářičů uranové rozpadové řady.

Dálkově řízený monitorovací systém byl prověřován v terénních podmínkách letiště i v radiačně zatíženém prostoru úložiště radioaktivních odpadů a také ve vnitřních prostorech sportovní haly (obr. 2). Testování v reálných terénních podmínkách (obr. 3) prověřilo funkčnost monitorování i za nepříznivých meteorologických podmínek a odhalilo i taková úskalí, jako je např. špatná čitelnost displejů notebooků a měřicích přístrojů při pěkném počasí na plném slunci. Lze předpokládat, že technika se bude stále rychlým tempem zdokonalovat budou se tak naskýtat i stále nové a nové možnosti využití bezpilotní techniky pro dálkové radiační monitorování.

---

Oddělení diagnostiky a radiační bezpečnosti Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy řeší problematiku radiologických následků pro obyvatelstvo při možném havarijním úniku radioaktivních látek do životního prostředí. Navrhuje a používá softwarové nástroje pro výpočty šíření radioaktivních látek atmosférou, pro vyhodnocení jejich dopadů a pro návrh případných ochranných opatření. V rámci projektu MO ČR se státní dotací „ZNALOST – Znalostní podpora velení a řízení za krizových situací – optimalizace monitorování a modelová predikce radiační a chemické situace pomocí dálkově ovládaných mobilních prostředků – 907 950 3040“ byl zpracován a otestován systém radiačního monitorování pomocí bezpilotních dálkově řízených prostředků.