Zdravotní následky havárie atomové elektrárny v Černobylu ( )

Prezentace na téma: "Zdravotní následky havárie atomové elektrárny v Černobylu ( )"— Transkript prezentace:

1 Zdravotní následky havárie atomové elektrárny v Černobylu (26.4.1986)

2

3 Jaderný rozpad řetězová reakce

4 Řízená jaderná reakce každé rozpadlé jádro musí poskytnout pouze jeden neutron, který může být absorbován dalším jádrem a vést k jeho rozpadu pomalé neutrony jsou snáze absorbovatelné jádrem 235U, jaderný rozpad 236U však produkuje rychlé elektrony moderátor (voda, grafit) – zpomaluje rychlé neutrony (rozptyl a ztráta energie) kontrolní tyče (bor, kadmium) – absorbují přebytečné neutrony (zabraňují vzniku nekontrolované řetězové reakce a umožňují řízení výkonu reaktoru) chladivo (voda) – odebírá teplo uvolněné jaderným rozpadem (výroba páry pro pohon turbíny) palivové tyče – obsahují tablety s 238U obohaceným o 0,7 – 3 % 235U

5 Řízená jaderná reakce

6 PWR (Pressurized water reactor)

7 BWR (Boiling water reactor)

8 Charakteristiky jaderných reaktorů

9 Reaktor RBMR – 1000 (Černobyl)
Parametry elektrický výkon MW tepelný výkon MW palivo obohacený UO2 (2 %) v Zr obalu chladivo voda moderátor grafit kontrolní tyče s obsahem B (211 ks), motorový posuv – 5 sec pro snížení výkonu, 15 – 20 sec pro úplné zasunutí primární ochranný plášť – beton (tloušťka 3 m) bez sekundárního ochranného pláště (containment) kladný „void coefficient“ – prudké zasunutí kontrolních tyčí může při nízkém tepelném výkonu reaktoru (pod 700 MW) tento výkon prudce zvýšit na několikanásobek nominální hodnoty (grafit na spodku tyčí má nižší schopnost zpomalovat reakci něž voda kterou vytlačuje)

10 Reaktor RBMR – 1000

11 Experiment v Černobylu (25.4.1986)
modelová situace – odstavování reaktoru, turbína dobíhá, čerpadla chladícího média poháněna vnějším zdrojem – náhlý výpadek proudu cíl - zjistit jestli mechanická setrvačnost turbíny a generátoru vyrobí dostatek energie, aby při výpadku vnějšího napětí zůstaly v chodu čerpadla, která pohání chladící vodu v reaktoru, do té doby, než dojde k zapnutí záložních zdrojů energie (diesel motory) Chronologie 01:06 začíná plánované snižování výkonu reaktoru 13:47 dosaženo 50 % tepelného výkonu reaktoru (1 600 MW) 14:00 odpojení ECCS (pohotovostní chladící systém) – aby nerušil pozdější průběh testu (bez vlivu na vznik nehody, zhoršení pozdějších následků) 14:00 proto nutné další snížení výkonu, pokles napětí v síti – požadavek operátora sítě z Kieva na dodržení úrovně dodávek – výkon stabilizován na MW a test odložen 23:10 operátorem sítě povoleno další snižování výkonu 24:00 změna směny

12 Experiment v Černobylu (26.4.1986)
Chronologie 00:05 pokles výkonu na 720 MW a pokračuje snižování (kvůli pozitivnímu „void“ koeficientu je hranice bezpečného výkonu reaktoru 700 MW) 00:28 úroveň výkonu 500 MW – zapnut automatický řídící systém reaktoru a nebyla nastavena minimální úroveň výkonu reaktoru – náhlý pokles výkonu na 30 MW – vliv 135Xe (silný moderátor – vzniká v palivových tyčích při nízkém tepelném výkonu) 00:32 vypnuto automatické řízení, manuální vysunutí řídících tyčí (zbylo tyčí, minimum pro bezpečný chod 30, za daných podmínek nemožné okamžité odstavení reaktoru) 01:00 výkon reaktoru stoupl na 200 MW 01:03 zapojeny 4 přídavné chladící pumpy v levá smyčce systému 01:07 zapojeny 4 přídavné chladící pumpy v pravé smyčce systému (součást testovací procedury – zvýšený průtok chladiva vedl k poklesu tlaku páry, odpojen automatický systém kontroly tlaku páry, pokles výkonu kompenzován manuálním vytažením zbytku řídících tyčí)

13 Experiment v Černobylu (26.4.1986)
Chronologie 01:21:40 snížen přítok chladící vody, aby byl stabilizován tlak páry, zhoršené chlazení jádra reaktoru 01:22:10 prudký vývoj páry v jádru reaktoru, bez rekce výstražného systému 01:23:04 uzavřen odvod páry na turbínu (při běžném provozu stoupne tlak páry v reaktoru, dojde k jejímu zkapalnění, zvýšená moderace pak vede k poklesu výkonu reaktoru) 01:23:10 automatický systém vysune řídící tyče 01:23:21 prudký vývoj páry vede k prudkému zvýšení výkonu („void“ coeficient) 01:23:40 bezpečnostní systém zasouvá řídící tyče – nárůst výkonu 01:23:44 nominální výkon překročen 100-krát 01:23:45 palivové články se bortí, reakce paliva s vodou vede k tlakovému pulsu 01:24 dvě exploze – první byl výbuch páry, druhý výbuch vodíku?, roztržená obálka reaktoru umožnila průnik vzduchu – zahoření grafitového moderátoru

14

15 Konstrukční nedostatky RBMK
není sekundární ochranná obálka reaktoru – radioaktivní materiál po havárii unikal přímo do atmosféry chybí pasivní ochrana vodou, která by zachytila radioaktivní I a Cs hořlavý grafit použitý jako moderátor

16 Bezprostřední následky havárie
Bezprostřední úmrtí (nehody při likvidaci) 2 (okamžitě) Bezprostřední úmrtí (nemoc z ozáření) 28 (během 4 měsíců) Pozdní úmrtí – dospělí (důsledky radiace) 20 (údaj ze září 2006) Pozdní úmrtí – děti (důsledky radiace) 15 (údaj ze září 2006) Klinicky prokázané psychologické následky veškerá úmrtí spojená s rakovinou štítné žlázy (celkem evidovaných případů 4 000)

17 PBq = peta bequerel = 1015 Bq

18

19

20

21 Radiace  - záření  zářič Z 241 Am 95 236 Pu 94 238 U 92 232 Th 90
 částice ( 2 protony + 2 neutrony – 4 2He ) nízká prostupnost (kůže – desítky μm) vysoce ionizující nebezpečné zejména při interní expozici  zářič Z 241 Am 95 236 Pu 94 238 U 92 232 Th 90 226 Ra 88 222 Rn 86 210 Po 84

22 Radiace  - záření  částice (+, - - vysoko-energetické pozitrony či elektrony ) střední prostupnost (Al fólie, několik mm kůže, několik m vzduchu) středně ionizující nebezpečné zejména při interní expozici  zářič Z 3 H 1 14 C 6 40 K 19 90 Sr 38 129/131 I 53 210 Pb 82 241 Pu 94

23 Radiace  - záření vysokoenergetické elektromagnetické záření (fotony)
slabě ionizující, vysoká prostupnost materiály nebezpečné zejména při vnějším ozáření

24 Jednotky Celková aktivita A
A = -dN/dt = N (N-počet částic, t – čas,  - rozpadová konstanta) Bequerel [Bq] – počet rozpadů za sekundu Poločas rozpadu T1/2 T1/2 = ln2/ =  ln2 ( - střední doba života dané částice) doba, za kterou se množství radioaktivní látky zmenší na polovinu Absorbovaná dávka DT,R Gray [Gy] = J.Kg-1 (množství energie absorbované na jednotku hmotnosti) Dávková intenzita Gy.s-1 (absorbovaná dávka za jednotku času)

25 Jednotky Dávkový ekvivalent HT,R HT,R = wR  DT,R
Sievert [Sv] = J.Kg-1 (množství energie absorbované na jedn. hmotnosti) wR - pohybuje se v hodnotách 1 – 20 - nejvyšší hodnoty pro  - záření Kolektivní dávkový ekvivalent [manSv] – dávkový ekvivalent vynásobený počtem osob, které dávku obdržely použití při hodnocení zdravotního rizika v zasažené populaci

26 Účinky záření na lidský organismus
Akutní nemoc z ozáření (ozáření celého těla) jednorázová celotělní dávka převyšující 1 Gy poškození kostní dřeně, sliznic trávícího traktu a dalších orgánů nekróza buněk Akutní lokální změny (lokální ozáření) popálení kůže – 3 Gy trvalá epilace – 6 Gy ztráta plodnosti (muži) - 3 až 8 Gy ztráta plodnosti (ženy) – 3 Gy Teratogenní účinky největší nebezpečí mezi 8 až 15 týdnem těhotenství Nenádorová onemocnění zánět kůže zákal oční čočky – po jednorázové dávce 3 Gy (dlouhá doba latence)

27 Účinky záření na lidský organismus
Zhoubné nádory dlouhá doba latence (leukémie 5 – 20 let, štítná žláza min. 4 roky, plíce 10 – 40 let) Mutagenní efekt LIMITY lidí z Hirošimy a Nagasaki – kolektivní dávka manSv – 200 případů zářením indukované rakoviny (100 manSv – 1 případ rakoviny) pokud osob ozářeno H = 10 mSv  manSv  100 případů rakoviny pro obyvatelstvo přípustné 5 mSv/rok (odpovídá zvýšení rizika vzniku rakoviny o 50 případů za rok na obyvatel (nárůst 2,5 – 5%) pracovníci s ionizujícím zářením 50 mSv/rok a 100 mSv/5 let

28 Radioaktivní materiál – expoziční cesty
Vnější ozáření z radioaktivního spadu Vnitřní ozáření z inhalovaného prachu obsahujícího radionuklidy Vnější ozáření z radioaktivního materiálu deponovaného na zemském povrchu Vnitřní ozáření z potravy a vody obsahující radionuklidy

29 Efektivní dávky z různých zdrojů v roce 2000
Typické efektivní dávky z přírodních zdrojů

30 Hodnocení zdravotního dopadu havárie (expertní skupina WHO)
Požadavky na studie poskytující relevantní informace o radiačním riziku dostatečně početná populace Sledování: ne-diferenciální, kompletní, přesná diagnóza Odhady dávek: individuální, přesné, správné … zejména důležité pokud se jedná o dávky řádově srovnatelné s úrovní přirozeného pozadí a v důsledku toho o malé přírůstky s expozicí souvisejících onemocnění Situace v případě hodnocení zdravotních následků Černobylu velice početná populace vystavená zvýšeným dávkám radiace potíže s kompletností a kvalitou zdravotní dokumentace pokles střední délky života v zasažených zemích (jak kontaminované tak nekontaminované oblasti) odhady individuálních dávek jsou nedostupné pro většinu jedinců ze zasažené populace

31 Kvalita dat (zprávy/studie)
v mnoha případech obsahují studie nedostatečný počet subjektů k k tomu, aby bylo možné vyvodit jednoznačný závěr metodika sběru dat a jejich statistického zpracování je v některých případech nedostatečná k tomu, aby bylo možné vyvodit jednoznačný závěr většina studií nebere v úvahu další potencionálně velmi rizikové faktory pro vznik sledovaných nemocí jako jsou konzumace alkoholu a kouření … většina publikací je pouze omezeně použitelná pro hodnocení skutečných zdravotních následků havárie

32 střední celotělní dávka
Odhad akutních dávek záření po havárii v Černobylu Populace Počet Ozáření Dávka Likvidátoři Na místě v době havárie 400 vnější / + celotělně ak. nemoc z ozář. 237 lidí 41 lidí (50 %) 50 lidí (39 %) 22 lidí (10 %) 21 lidí (9%) 1- 2 Sv 2- 4 Sv 4- 6 Sv 6-16 Sv 131I – štítná žláza 173 lidí 7 lidí 0-1,2 Gy 11-20 Gy Hasiči, vojáci, dobrovolníci ( ) 45 % 47 % 8 % 0,02% méně než 100 mSv mSv mSv více než 500 mSv Evakuovaní z 30 km zóny 50 – 500 mSv (průměr 120 mSv) 131I – štítná žláza - děti 0,1 – 2,5 Gy (pr. 0,3 Gy) Obyvatelé SKZ (137Cs > 555 kBq/m2) 4% 0,3% více než 100 mSv více než 200 mSv průměr 60 mSv 0,1 – 10 Gy Evropská část Ruska 75 mil. střední celotělní dávka průměr 6-7 mSv

33 Evakuační limity pro občany ze SKZ (striktně kontrolované zóny)
Rok Kritérium Úroveň 1986 roční limit celotělní expozice 250 mSv/rok 1987 100 mSv/rok 1988 50 mSv/rok 1990 celoživotní limit 350 mSv povrchová kontaminace 137Cs (veškerá populace v oblasti) 40 Ci/km2 (rodiny s těhotnými ženami a dětmi do 12 let) 15 Ci/km2 1 Ci = 3, Bq

34 Distribuce dávek z I131 (štítná žláza)

35 Odhady kolektivních dávek v zasažených oblastech

36 Zdravotní následky - likvidátoři
237 lidí hospitalizováno pro akutní nemoc z ozáření 28 lidí zemřelo bezprostředně 13 pacientů (dávka 4 Gy) – transplantace kostní dřeně (11 vzápětí umírá) mezi lety 1987 až 1998 umírá dalších 11 pacientů (dávka 1,3 – 5,2 Gy) 3-krát infarkt 2-krát myelodisplastický syndrom, cirhóza jater 1-krát plicní gangréna, tuberkulóza, tuková embolie a leukemie dalších 9 pacientů umírá do roku 2005 1996 –funkční sexuální poruchy, ale i 14 zdravých dětí

37 Rakovina štítné žlázy Hlavní nárůst rizika:
předpokládaná doba latence 6 – 20 let (poznatky z Hirošimy a Nagasaki) nejrizikovější skupinou děti (štítná žláza ve vývoji – velká potřeba I2 + velká konzumace mléka kontaminovaného 131I) po Černobylu první případy detekovány již po 4 letech !!! Hlavní nárůst rizika: 5 000 případů mezi těmi, jimž bylo v době nehody méně než 18 let ( ) 15 úmrtí mezi exponovanými v dětství (rok 2005)

38 Nárůst incidence rakoviny štítné žlázy - Bělorusko
Courtesy Yu. E. Demidchik 2006

39 Riziko rakoviny štítné žlázy
Nejistoty Exponovaní v dětství … zdá se, že riziko onemocnění bude dále stoupat, ale pro odhad trendu není dostatek dat Monitoring kontaminovaných oblastí … pokles radiace závisí na specifických podmínkách prostředí a způsobu jeho využívání (průmysl, zemědělství, rekreace,....) Saturace stabilním (neradioaktivním) jodem nedostatek jodu zvyšuje riziko na jednotku Gy suplementace jodem snižuje riziko vzniku rakoviny štítné žlázy … potřeba dalšího výzkumu Expozice v dospělosti .....v dospělé populaci v kontaminovaných oblastech je vyšší výskyt rakoviny štítné žlázy – jedná se o vliv rozvoje v oblasti diagnostiky?

40 Psychologické důsledky
Příčiny smrtelně nebezpečný neviditelný kontaminant (těžko zjistitelné dávky) ohrožení dětí nedůvěra k autoritám – místní politici, vláda ztráta domova, evakuace do neznámého prostředí Důsledky deprese – sebevraždy podrážděnost (post-traumatický stres) – násilí, vraždy medicínsky nevysvětlitelné fyzické obtíže (únava, slabost, bolest hlavy a svalů) – nadužívání lékařské péče zvýšená konzumace tabáku a alkoholu – cirhóza jater, rakovina plic změna dietetických návyků (obrana proti kontaminaci) – trávící obtíže

41 Další zdravotní důsledky
MSI (mini-satelite instability) genetická abnormalita s neznámými zdravotními důsledky děti otců vystavených velké dávce záření (nedetekován v Hirošimě a Nagasaki, detekován u dětí vojáků ze Semipalatinska) přenáší se na další generace Defekty novorozenců pozorované abnormality nelze jednoznačně připsat následkům ozáření (Thalidomid ?) Leukémie doba latence 2-5 let závislost na dávce strmější u dětí (Hirošima a Nagasaki) u likvidátorů zvýšený výskyt chronické lymfatické leukémie - není závislost na dávce a věku, onemocnění typicky nebývá důsledkem ozáření (stařecká nemoc) populace z kontaminovaných oblastí – publikace s velkým množstvím metodických pochybení (není závislost na dávce)

42 Predikce pozadí a nárůstu úmrtí na leukémii
Populace Perioda Leukémie - pozadí Predikovaný nárůst Počet % AF Likvidátoři, celoživotně 800 0.4 % 200 0.1 % 20 % Evakuovaní z 30 km 500 0.3 % 10 0.01 % 2 % Obyvatelé SKS 1 000 1 00 0.04 % 9 % Ostatní kontaminované oblasti 24 000 370 1.5 % Okolo 700 úmrtí navíc v populaci 5.6 millionů lidí (celoživotně) - okolo 300 mezi nejvíce exponovanými- From Cardis et al., 1996

43 Predikce pozadí a nárůstu úmrtí na rakovinu vnitřních orgánů
Populace Perioda Rakovina - pozadí Predikovaný nárůst Počet % Počet % AF Likvidátoři, 1986 - 7 celoživotně (95 let) 41 500 21% 2 000 1 % 5 % Evakuovaní z 30 km celoživotně (95 let) 21 500 16 % 150 0.1 % 0.1 % celoživotně (95 let) 43 500 16 % 1 500 0.5 % 3 % Obyvatelé SKS Ostatní kontaminované oblasti celoživotně (95 let) 16 % 4 600 0.05 % 0.6 % Okolo úmrtí na rakovinu navíc v populaci 5.6 milionů lidí (celoživotně) - okolo 3650 mezi nejvíce exponovanými - From Cardis et al., 1996

44 Změna poměru pohlaví novorozenců v ČR v listopadu 1986
Peterka M, Peterková R., Likovský Z., Environmental Health Perspectives 115, (2007)

45 Změna poměru pohlaví novorozenců v ČR v listopadu 1986
Peterka M, Peterková R., Likovský Z., Environmental Health Perspectives 115, (2007)

46 Změna poměru pohlaví novorozenců v ČR v listopadu 1986
Peterka M, Peterková R., Likovský Z., Environmental Health Perspectives 115, (2007)

47 Zdroje Peterka M, Peterková R., Likovský Z., Environmental Health Perspectives 115, (2007) Baverstok K., Williams D., Environmental Health Perspectives 114, (2006) Balonov M.I., Journal of Environmental Radiology 96, 6-12, (2007) Chernobyl – Assessmet of Environmental and Health Impact, Nuclear Agency OECD (2002) Diaz E.S., Nuclear Accidents, Seminar „Basic Introduction to Nuclear Safety, Milano