Nieszkodliwe promieniowanie

Badania naukowe

W Polsce nie ma programu rozwoju energetyki jądrowej. Dlatego prowadzenie 
badań w dziedzinie chemii i techniki jądrowej nastręcza sporo trudności.

Mariusz Karwowski

  To tylko część prawdy. Niewątpliwie wpływ na taki stan rzeczy ma także brak akceptacji znaczącej grupy społeczeństwa. I o ile można liczyć na to, iż w bliższej lub dalszej przyszłości powstanie strategia rozwoju tego sektora, o tyle z przekonaniem ludzi będzie o wiele trudniej. Głównie dlatego, że na obecnej świadomości cieniem kładą się wciąż niechlubne doświadczenia z techniką jądrową, w wyniku których doszło do zrzucenia bomby na Hiroszimę i awarii elektrowni w Czarnobylu. Te wydarzenia zaciążyły najbardziej. Pokazały jak wielka jest to siła, wcześniej niewyobrażalna dla ludzi. Tymczasem nie ma świadomości tego, w jaki sposób techniki jądrowe przyczyniają się do ochrony środowiska. A opracowywane u nas metody znajdują właśnie tam zastosowanie – mówi doc. dr inż. Lech Waliś, dyrektor Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. I na potwierdzenie przytacza szereg przykładów.

Technikę jądrową wykorzystuje się podczas kontroli szczelności rurociągów, w których transportuje się paliwo. Instytut jest jedyną w kraju jednostką, która ma możliwość sprawdzenia rurociągu na odcinku ponad 100 km z wykrywalnością wycieków poniżej 0,5 l/godzinę. Z ochroną środowiska związane jest też zabezpieczanie instalacji petrochemicznych. Po każdym remoncie wykonuje się kontrole szczelności obiektów pracujących pod wysokim ciśnieniem. Ewentualne nieszczelności wskazywane są z dokładnością do 1 m.

– Tego typu prac nie da się wykonać bez metod znacznikowych i izotopowych, podobnie jak modernizacji przemysłowych oczyszczalni ścieków, które zrealizowaliśmy w wielu zakładach. Dzięki zastosowanym metodom mogliśmy zbadać nie tylko funkcjonalność tych stacji, ale też wybrać najodpowiedniejsze miejsce na rzece do zrzutu ścieków, tak by zminimalizować zagrożenie lokalnego środowiska. Przykłady działań służących ochronie można mnożyć – przyznaje dyrektor Waliś.

ZAMIAST DESZCZU NAWÓZ

Rozpiętość zastosowań z jednej strony cieszy, ale z drugiej jest problemem, wynikającym z tego, iż nie ma jednego dużego sektora przemysłu, który wspierałby prace Instytutu. Obranie jednej konkretnej ścieżki z pewnością ułatwia kontakty z gospodarką. Tymczasem użytkownicy technologii rozproszeni są po całym kraju, a one same wykorzystywane są w rolnictwie, medycynie, a także w... górnictwie. Oparte na technikach jądrowych przyrządy do pomiaru produktów rozpadu radonu w kopalniach to też zasługa Instytutu.

Gdyby jednak zapytać o największe osiągnięcie placówki, odpowiedź nie byłaby trudna. To bez wątpienia pilotowa stacja do jednoczesnego oczyszczania gazów kominowych z SO2 i NOX. Znajduje się na terenie elektrociepłowni w Kawęczynie.

– Metoda, którą tam zastosowaliśmy, pozwala w jednym procesie pozbywać się obu tych gazów. Inną zaletą jest to, iż w jej wyniku nie powstaje odpad, lecz... nawóz. Tak, produktem końcowym jest tutaj siarczan i azotan amonowy. Sam proces jest niczym innym, jak powtórzeniem tego, co dzieje się w naturze, z tym że w tym przypadku odbywa się nie na przestrzeni setek tysięcy kilometrów, lecz w otoczeniu reaktora – wyjaśnia dyrektor Instytutu.

Gazy, po przejściu przez elektrofiltr, a więc pozbawione pierwiastków ciężkich, zraszane są wodą amoniakalną w celu dostarczenia kationu amonowego oraz obniżenia ich temperatury. Na ogół są zbyt gorące, by można było prawidłowo przeprowadzić proces. Następnie przechodzą przez reaktor, którym w Kawęczynie jest zwykła rura z otworami na górze, gdzie znajdują się wejścia akceleratorów. Tam gazy poddawane są napromieniowaniu wiązką elektronów niskoenergetycznych, a więc ok. 700 kiloelektronowoltów. Ważne, by energia dostarczana w wiązce była całkowicie deponowana w gazie, gdyż tylko wtedy cały proces ma uzasadnienie ekonomiczne.

Po przejściu pod wiązką i reakcji z kationem amonowym, zanieczyszczenia gazowe SO2 i NOX przyjmują postać nawozów mineralnych, podczas gdy w naturze wracają w postaci kwaśnych deszczów. Cały proces sterowany jest automatycznie, za pomocą komputerów. Jego prawidłowość zapewniają ulokowane na każdym etapie czujniki pomiaru stężeń.

– Jest to jedno z największych osiągnięć innowacyjno-wdrożeniowych w kraju. A skoro Japończycy zdecydowali się zaangażować w nie swój kapitał, to świadczy tylko o poziomie naszego Instytutu – z dumą podkreśla doc. Lech Waliś.

Oczyszczanie gazów to technologia, która ma charakter absolutnie innowacyjny. Pilotowa stacja w Kawęczynie była w momencie powstania największą na świecie. Jej budowa rozpoczęła się jeszcze w 1988 roku, a pełny rozruch nastąpił cztery lata później. I tak jak sama technologia powstawała przy olbrzymiej współpracy międzynarodowej, m.in. z Amerykanami czy Japończykami, tak niemożliwa była budowa stacji bez wsparcia, także finansowego, Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej w Wiedniu. Tym bardziej w Polsce, gdzie łatwiej o pozwolenie na takie przedsięwzięcie... firmie zagranicznej. Koszt stacji w Kawęczynie liczony jest w milionach dolarów. Pozwala ona na obróbkę ok. 20 tys. m3 gazu na godzinę. Wkrótce potem zaczęto realizować pomysł budowy pełnoprzemysłowej już stacji w elektrociepłowni Pomorzany w Szczecinie, gdzie oczyszczane są tym sposobem wszystkie uchodzące gazy.
– Badania podstawowe nad procesami gazowymi były prowadzone w różnych krajach przez wiele lat. Natomiast wdrożenie ich w Polsce było niewątpliwie ogromnym wyróżnieniem. Wystarczy powiedzieć, że w tej chwili istnieją tylko trzy takie instalacje na świecie. Naszą przyjeżdżały oglądać setki ludzi. Kiedy Rada Europy miała pierwsze posiedzenie wyjazdowe właśnie w Polsce, to przewodniczący Rady zażyczył sobie zobaczyć Kawęczyn. Cała technologia tam zastosowana, od początku do końca, została opracowana w naszym Instytucie. Zaczynaliśmy od zera, dlatego sukces cieszy tym bardziej. Akceleratory tam zamontowane, są pierwszymi o takiej mocy, jakie zbudowano – opowiada prof. Jacek Michalik, zastępca dyrektora ds. naukowych.
Kontynuacją tych prac są badania prowadzone nad wykorzystaniem technik radiacyjnych do oczyszczania innych produktów gazowych powstających w przemyśle. Projekt ten realizowany jest w ramach grantu Unii Europejskiej wspólnie z ośrodkami z Wielkiej Brytanii, Austrii, Finlandii, Białorusi i Ukrainy. Co ważne, tym międzynarodowym konsorcjum kierują Polacy, którzy koordynują badania.

TRZY STACJE

Obecnie na warszawskim Żeraniu i we Włochach, a więc na terenie siedzib Instytutu, znajduje się aż siedem akceleratorów (w Kawęczynie dwa) i pod tym względem polska placówka jest jedyną w całej Europie. Wszystkie są w szczególny sposób oprzyrządowane, tak by można było na nich prowadzić określone procesy. Przy akceleratorach powstały bowiem kolejne stacje pilotowe. Ta znajdująca się w Kawęczynie nie jest jedyną, aczkolwiek tam stosowana jest niska energia. W większości pozostałych wykorzystywana jest już znacznie wyższa – do 10 megaelektronowoltów.
– Ale bez obaw, to też nie jest groźne. 10 MeV jest energią niższą niż próg, powyżej którego zachodzą reakcje jądrowe. Poza tym akcelerator funkcjonuje jak kineskop, tzn. zasilany emituje wiązkę elektronów, ale po jego wyłączeniu można wejść do hali, w odróżnieniu od izotopowych źródeł promieniowania jonizacyjnego – uspokaja dyrektor Waliś.

Pierwszy akcelerator postawiono w Polsce w Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej w 1972 roku. Wtedy też rozpoczęto prace nad sterylizacją radiacyjną sprzętu medycznego, w tym materiałów stosowanych w implantach oraz przeszczepach kostnych. Dziś stacja świadczy usługi dla całego kraju, gdyż jest jedyną o takim zakresie. W 1974 roku powstała stacja modyfikująca własności polimerów poprzez wykorzystanie promieniowania. Technologia ta została faktycznie przeniesiona do przemysłu, bo od początku lat 80. w Człuchowie działają zakłady, które na jej bazie produkują rury polietylenowe z pamięcią kształtu.
– Tworzywa stosowane do sterylizacji radiacyjnej muszą spełniać określone warunki. W związku z tym opracowaliśmy materiał na strzykawki, który pozwala na ich radiacyjną sterylizację. Wykonaliśmy też specjalne rodzaje klejów, które stosowane są do łączenia materiałów polimerowych, różnych uszczelnień. M.in. taśmy termokurczliwe są używane jako zabezpieczenie korozyjne rurociągów – opowiada prof. Michalik.

Jest jeszcze jedna stacja, oparta na technikach radiacyjnych, zajmująca się higienizacją artykułów spożywczych, w szczególności ziół. Zarówno tych, które stosowane są jako przyprawy, jak i fitopreparatów.

O znaczeniu stacji świadczy zapotrzebowanie na ich usługi. W ciągu roku sterylizuje się blisko 70 milionów różnorakich wyrobów medycznych, a higienizacji poddawane są dziesiątki ton ziół. Technologie zastosowane w stacjach mają wymiar praktyczny, są użyteczne, namacalne, każdy może je obejrzeć, zbadać właściwości swoich materiałów i ocenić, czy będzie je mógł z powodzeniem wdrożyć. I to też jest niewątpliwy plus tych stacji.

– Bardzo trudno jest dziś transferować do przemysłu skomplikowane procesy technologiczne, jeśli nie ma się „pilota”. Stacje dają taką możliwość. Wspomniany Kawęczyn, poza tym, że był podstawą do budowy Pomorzan, wykorzystany został do doświadczeń dla koreańskiego Samsunga oraz firm z Chile i Brazylii. Prowadziliśmy próby różnych możliwości wykorzystania tej techniki do utylizacji określonych rodzajów gazów – wspomina dyrektor Instytutu.

I spotkało się to ze sporym zainteresowaniem. Chińczycy, którzy spalają masę węgla, a chcą dbać o czyste powietrze, już wyrazili chęć transferu technologii.

DZIAŁALNOŚĆ POZA ZAKRES

Warto zwrócić uwagę na to, iż wszystkie metody opracowane na potrzeby stacji pilotowych są praktycznym wykorzystaniem chemii radiacyjnej. To priorytetowy kierunek rozwijany w Instytucie. Brak strategii rozwoju energetyki jądrowej w naszym kraju spowodował również nowe wykorzystanie chemii i techniki jądrowej.

– Technika radiacyjna jest to oddziaływanie promieniowania jonizacyjnego z materią, które zmienia jej właściwości, zarówno chemiczne, jak i fizyczne, ale nie indukuje promieniotwórczości. Materiał po napromieniowaniu tą energią nie jest promieniotwórczy. Wręcz przeciwnie, wszystkie te techniki są korzystne dla środowiska. Wiem, że po 1986 roku trudno w to uwierzyć, ale nie każde promieniowanie jonizujące jest szkodliwe. Co więcej, przez całe życie korzystamy z jego dobrodziejstw – przekonuje prof. Jacek Michalik.

Instytut jest wprawdzie jednostką badawczo-rozwojową, ale w zasadzie wykracza poza ten zakres. Wszystkie osiągnięcia byłyby niemożliwe bez prowadzenia i rozwijania badań podstawowych, bez szkolenia pracowników, bez bardzo szerokiej współpracy z krajowymi uczelniami i instytutami oraz intensywnej kooperacji międzynarodowej. Jednym z osiągnięć, które zdobyło uznanie poza granicami Polski, są prace nad reakcjami wolnych rodników w układach o znaczeniu biologicznym, zmierzające do wyjaśnienia roli tych niezwykle reaktywnych molekuł w procesach starzenia się oraz niektórych procesach chorobowych, jak na przykład w chorobach Parkinsona i Alzheimera. Badania te stały się możliwe dzięki uruchomieniu w IChTJ układu radiolizy impulsowej, który pozwala badać reakcje chemiczne, przede wszystkim z udziałem wolnych rodników, z nanosekundową rozdzielczością czasową.

– Działa też u nas największy w kraju zespół radiobiologii, prowadzący badania nad zmianami popromiennymi w organizmach żywych na poziomie molekularnym i komórkowym. W ich wyniku opracowano model matematyczny, opisujący zależność zmian chromosomowych w limfocytach od dawki promieniowania jonizującego. Dzięki temu, na podstawie małej próbki krwi można ocenić, w jakim stopniu osoba została napromieniowana – opowiada doc. Lech Waliś.

Z kolei opracowanie reaktorowej analizy aktywacyjnej, pozwalającej oznaczać najniższy poziom zanieczyszczeń, przyczyniło się do tego, iż w Instytucie wytwarza się materiały referencyjne, które później na całym świecie stosowane są jako wzorce do analizy próbek określonych materiałów. Sprzedawane są do wielu krajów, m.in. wykorzystuje je większość firm tytoniowych.
Warto też wspomnieć o tym, iż wykorzystując jądrowe techniki analityczne Instytut przyczynia się do ochrony dziedzictwa kulturalnego w Polsce.

– Realizujemy szeroki program badań dzieł sztuki, którego jednym z celów jest określanie proweniencji i autentyczności obiektów muzealnych. Praktyczne wykorzystanie tych technik zaprezentowano na wystawie „Serenissima” w Muzeum Narodowym w Warszawie w roku 2001. Wiele placówek muzealnych korzysta z naszych opracowań – dodaje dyrektor.
Olbrzymi wpływ na działalność Instytutu wywarły decyzje o zaniechaniu budowy elektrowni w Żarnowcu. Grubą przesadą byłoby twierdzenie, iż był to gwóźdź do trumny, ale z pewnością fakt ten do dziś kładzie się cieniem na funkcjonowaniu IChTJ.

– Rozumiem po części władze, które mając wyraźny sygnał od społeczeństwa, podjęły taką decyzję. Z drugiej jednak strony popatrzmy na Francję, Niemcy. Kraje te nie mają problemów z zanieczyszczeniem powietrza przez energetykę węglową, bo postawiły na technikę jądrową. I jeśli świat będzie chciał wypełnić narzucone przez siebie normy czystości powietrza, żadne alternatywne źródła energii tego nie zapewnią. Zrównoważony rozwój energetyki, oparty na tradycyjnych paliwach, odnawialnych źródłach energii, a także energetyce jądrowej, może dopiero zapewnić spełnienie tych warunków – mówi doc. Waliś.

Zamknięcie Żarnowca wiązało się ze zmarnowaniem miliardów dolarów. Protesty środowiska energetyków jądrowych nie przyniosły, jak dotąd, rezultatu. I na razie nie ma na to raczej szans. Dlaczego? Bo to kwestia przekonania społeczeństwa, zrozumienia dość skomplikowanych spraw związanych z funkcjonowaniem atomistyki.

– We Francji, podczas obchodów stulecia odkrycia promieniotwórczości, akcję propagandową prowadzono już w szkołach. Pokazywano co sprzyja zdrowiu, ochronie środowiska. U nas natomiast pokazuje się, że tu tkwi diabeł. I jeśli tak, to ludzie, których wiedza nie jest zbyt wielka, nie będą tego akceptować. A z kolei żaden rząd bez tego nie podejmie decyzji – mówi prof. Michalik.

Zaniechanie budowy elektrowni w Żarnowcu wymusiło niejako położenie większego nacisku na badania w dziedzinie chemii radiacyjnej. Jak podkreśla dyrektor Waliś, wszystkie działania podejmowane w Instytucie opierają się na wszechstronnym wykorzystaniu energii jądrowej. Ale z uwagi na przeszłość, prowadzenie badań jest bardzo utrudnione. Znajduje to odzwierciedlenie w finansowaniu Instytutu. Około 40 proc. środków pochodzi z budżetu, o resztę trzeba się starać.

– W najbliższym czasie przewidujemy możliwość wykorzystania prac nad oczyszczaniem gazów z dioksyn, niezwykle szkodliwych związków organicznych, powstających w wyniku spalania śmieci. Jeśli chodzi o odpady ciekłe, to przygotowaliśmy projekt stacji pilotowej do higienizacji osadów pochodzących z odpadów komunalnych – patrząc w przyszłość kończą nasi rozmówcy.

Komentarze