sciencetalk

Overdracht van radioactiviteit op andere objecten
 
Enige tijd geleden ben ik in Chernobyl en Pripyat geweest. Naar aanleiding van dit bezoek heb ik een vraag over radioactiviteit. Tijdens de explosie in 1986 is er een grote lading radioactieve stofdeeltes in de lucht gekomen die zijn uitval heeft gehad op Pripyat (en uiteindelijk tot evacuatie heeft geleid). 
Wat me op zich wel duidelijk is geworden is dat veel van dit stof op de grond is neergedaald en zo in de vegetatie etc terecht is gekomen. Maar hoe zit het met de overdracht op andere objecten? We kregen een stel robots te zien die indertijd gebruikt zijn om het dak van de reactor schoon te vegen. De dosimeter gaf een duidelijke verhoging van radioactiviteit aan toen we in de buurt kwamen. Mijn vraag is dan ook.. als een object zich in een radioactieve omgeving begeeft, zal dit object dan zelf ook uiteindelijk radioactief worden? Of is het puur de grote hoeveelheid fijnstof die er voor zorgt dat het object radioactieve straling gaat "uitstralen"?

Wel, het antwoord is ja en nee:
1) nee, in essentie worden objecten niet radio-actief door bestraald te worden. Het voedsel dat je eet werd radio-actief bestraald, maar zal die straling niet uitzenden. Idem dito voor die robot die het dak kuiste. Wat je meette was hoogstwaarschijnlijk gewoon het radioactieve stof. Hoewel het voor mensen niet zo gezond is, is er nog altijd relatief weinig straling in de omgeving van Chernobyl (in vergelijking met de straling in een reactor)
 
2) ja, materialen die lang in een hoog-radio-actieve omgeving zaten, kunnen (en worden) zelf ook radio-actief. Maar, dikwijls met halfwaarde-termijnen die vrij kort zijn. Bijlange niet zo extreem (en energetisch) als bij de afvalstoffen van een kernsplijting. Bij een fusie-reactor wordt de first-wall radio-actief met een halftime van 20-30 jaar door de bestraling met neutronen.

Hoe werkt dit tweede proces dan? Laten we aannemen dat de reactorwand gemaakt is van beryllium (zoals op JET en ITER, aldus deze Wiki pagina). Hier vinden we de halfwaardetijd voor de verschillende isotopen van beryllium. ⁹Be is stabiel en ¹⁰Be en ⁷Be zijn de meest stabiele isotopen, met een halfwaardetijd van respectievelijk 1.4 miljoen jaar en 53 dagen. Het lijkt me dan ook niet dat het beryllium zelf radioactief wordt, want dan kan ik die halfwaardetijd van 20-30 jaar niet verklaren. Welk verval treedt er op bij materialen die lange tijd in een hoog-radioactieve zaten?

physicalattraction schreef: Hoe werkt dit tweede proces dan? Laten we aannemen dat de reactorwand gemaakt is van beryllium (zoals op JET en ITER, aldus deze Wiki pagina). Hier vinden we de halfwaardetijd voor de verschillende isotopen van beryllium. ⁹Be is stabiel en ¹⁰Be en ⁷Be zijn de meest stabiele isotopen, met een halfwaardetijd van respectievelijk 1.4 miljoen jaar en 53 dagen. Het lijkt me dan ook niet dat het beryllium zelf radioactief wordt, want dan kan ik die halfwaardetijd van 20-30 jaar niet verklaren. Welk verval treedt er op bij materialen die lange tijd in een hoog-radioactieve zaten?

Een reactorwand van alleen beryllium is niet zo haalbaar lijkt me, en dan nog is de zuiverheid nooit 100%.
Hier een artikel gevonden waar ze alle mogelijke contaminaten oplijsten (tabel 3)
http://faculty.publicpolicy.umd.edu/sites/default/files/fetter/files/1990-FED-RadWaste.pdf

Bij zo'n reactorwand wordt wel bewust gekozen voor iets dat door aanstraling met neutronen niet snel radioactgief wordt: als dat wel gebeurd zal een deel van het materiaal door vervolgend verval transmuteren naar andere elementen hetgeen de sterkte van de wand niet ten goede komt.

Maar neem je een gebruikelijker constructiemateriaal als staal, dan speelt activatie door neutronen wel degelijk een rol. Om die reden worden bijvoorbeeld reactorvaten van kerncentrales zelf ook radioactief afval, ook als er helemaal geen materiaal van de splijtstofstaven direct op de wand terecht komt.

Wat ik kan vinden bij isotopes of iron is dat ⁶⁰Fe en ⁵⁵Fe een halfwaardetijd hebben van 2,6 miljoen jaar en 2,7 jaar respectievelijk. Dit zou dus kunnen betekenen dat ⁵⁴Fe (5,8% van ijzer op aarde) een neutron invangt, en vervolgens vervalt. De halfwaardetijd is dan een factor 10 lager als hierboven geschetst.
 
Is dit de verklaring, of speelt er iets anders?

Die 20-30 jaar kan ik verder ook niet verklaren. Voor zover bekend gaat het binnenwerk van ITER bestaan uit modules met berylium op een substraat van koper en roestvrijstaal. Dat laatste bevat naast ijzer vermoeddelijk ook chroom en molybdeen, maar die hebben ook geen isotopen die gemakkelijk ontstaan met een dergelijke halfwaardetijd.