Ydinvoimaloiden radioaktiiviset strontium-89 ja -90
Strontium on luonnossa esiintyvä alkuaine ja se on maa-alkalimetalleihin kuuluva metalli. Sen järjestysluku on 38 ja sillä on neljä stabiilia isotooppia, mutta myös useita radioaktiivisia, mukaan lukien strontium-89 (Sr-89) ja strontium-90 (Sr-90). Ydinreaktioissa syntyy uraanin hajoamistuotteina Sr-89 ja Sr-90, jotka ovat betasäteilijöitä. Beetahiukkasen säteilyn kantama on lyhyt, mutta se ionisoi voimakkaasti. Ydinenergialain 6 §:n mukaisesti ydinenergian käytön on oltava turvallista eikä siitä saa aiheutua vahinkoa ihmisille, ympäristölle tai omaisuudelle. Säteilyturvakeskus asettaa ydinlaitoksille ja luvanhaltijoille toimintaohjeet ja turvallisuusvaatimukset ydinturvallisuusohjeiden mukaisesti.
Radioaktiivinen strontium-89 ja strontium-90
Alkuaineilla on eri isotooppeja, joiden kemiallinen käyttäytyminen on sama, mutta ydinfysikaaliset ominaisuudet voivat olla erilaiset. Saman alkuaineen eri isotooppien protonimäärä on sama, mutta niissä on eri määrä neutroneja. Strontium on jaksollisen järjestelmän ryhmään kaksi kuuluva maa-alkalimetalli, jonka järjestysluku on 38 ja sillä on 33 isotooppia. Strontium ei ole luonnossa radioaktiivinen, mutta sillä on fissiossa syntyviä radioaktiivisia isotooppeja. Sr-89 ja Sr-90 ovat puhtaita beetaemittereitä, eli ne emittoivat pelkästään beetasäteilyä. Sr-90 kertyy kalsiumin tavoin luustoon, voiden aiheuttaa luusyöpää tai syöpää lähellä oleviin kudoksiin. Strontium-90 on strontiumin radioaktiivinen isotooppi, jota syntyy uraani-235:n fissiotuotteena. Sr-90 on yksi merkityksellisimmistä ydinvoimaloiden päästöistä pitkäikäisyytensä takia, sillä sen puoliintumisaika on 28,79 vuotta. Sr-90:n osuus uraani-235:n fissiotuotteista on 5,8 %. Sr-89 syntyy Sr-90 tavoin fissiossa uraani-235:n fissiotuotteena. Sr-89:n puoliintumisaika on 50,6 päivää.
Ydinvoimaloiden Sr-89 ja Sr-90 päästöt
Ydinvoimaloiden radioaktiivisia päästöjä seurataan ydinturvallisuusohjeiden mukaisesti. Luvanhaltijan tulee toimittaa radioaktiivisten aineiden päästöraportit neljännesvuosittain Säteilyturvakeskukselle YVL-ohjeiden mukaisesti. Ydinreaktiossa syntyy radioaktiivisia jalokaasuja, joiden aktiivisuustasoa tulee seurata jatkuvatoimisilla säteilymittareilla sekä jalokaasujen ja hiukkassuodattimien viikoittaisilla näytteenotoilla. Ydinturvallisuuslain mukaan Sr-89 ja Sr-90 on analysoitava päästöistä neljännesvuosittain. Ennen voimalaitosvesien päästämistä mereen jokaisesta ulospumpattavasta erästä analysoidaan gammaemittoivat nuklidit meriveden puhtauden varmistamiseksi. Luvanhaltijan tulee analysoida vesipäästöistä kuukausittain kokonaisalfa-aktiivisuus ja tritiumpitoisuus sekä neljännesvuosittain Sr-89/90 -aktiivisuus. Ennen voimalaitosvesien päästämistä mereen luvanhaltijan on analysoitava jokaisesta ulospumpattavasta erästä gammaemittoivat nuklidit. Päästöjä analysoidaan niin vesi- kuin hiukkaspäästöistä. Ydinturvallisuusohjeiden mukaan vesipäästöjen määritysalarajan on oltava alle 0,2 Bq/dm3 ja hiukkaspäästöille alle 0,1 mBq/m3.
Verrannollisuuslaskuri
Radioaktiivisuutta voidaan mitata monin eri menetelmin. Yksinkertaisin ilmaisin on kaasun täyttämä tila kahden elektrodin välisessä sähkökentässä. Ionisoivan säteilyn osuessa kaasun täyttämään tilaan kaasu muodostaa ionipareja, jotka kerätään elektrodeille. Sähkökentän voimakkuudesta riippuen ilmaisin toimii eri tavoin, joko ionisaatiokammiona, verrannollisuuslaskurina tai geigerputkena. Verrannollisuuslaskurin toiminta perustuu mittauskaasun atomien ionisointiin näytteen emittoiman säteilyn avulla, jolloin mittauskaasusta irronneet elektronit liikkuvat kohti suuren jännitteen omaavaa anodilankaa kiihtyvällä nopeudella ionisoiden samalla lisää atomeja. Kun verrannollisuuslaskurin keräysjännitettä lisätään varauspulssin amplitudi kasvaa. Jännitteen nostamisessa syntyvät uudet elektronit kiihtyvät sähkökentässä aiheuttaen elektronivyöryn. Mittauksessa syntyvä jännite on verrannollinen säteilyn energiaan. Verrannollisuuslaskurin täytekaasuna toimii joko P-10-kaasuseos, jossa on 90 % argonia ja 10 % metaania tai Corgonia, josta 90 % on argonia ja 10 % CO2. Mitattavat α- ja β- säteily aiheuttavat pulsseja ainoastaan mittausdetektorissa. Taustasäteily aiheuttaa pulsseja samanaikaisesti sekä mittaus- että antikoinsidenssidetektorissa, jolloin taustapulssi hylätään.
Lähde:
Meriläinen, M. 2023. Menetelmänkehitys strontium-89/90 määritykselle ydinvoimaloiden päästöistä – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.