Polska leży na torze

Interesujemy się zasobami minerałów, które mogą dostarczyć paliwa do elektrowni atomowych. W pierwszym rzędzie szukamy uranu. Kolejny kandydat to tor, pierwiastek, który nie jest paliwem reaktorowym, jest materiałem paliworodnym – po odpowiedniej "obróbce", napromieniowaniu strumieniem neutronów w reaktorze, przemienia się w paliwo.

1.     Rozważania oraz wnioski o budowie geologicznej, składzie skał, opieramy na danych pośrednich, powszechnie dostępnych, opublikowanych w wielu periodykach.

2.     Uran (U-238) oraz tor (Th-232) są nietrwałe i przechodzą promieniotwórcze przemiany, ulegają naturalnym rozpadam i dają początek łańcucha transmutacji, które opisujemy jako szeregi promieniotwórcze. Uran: uranowo-radowy (15 etapów) i tor: torowy (11 etapów). Każdy szereg kończy się trwałym izotopem.
Izotop Rad-228 pochodzi z szeregu uranowo-radowego (6-ty) a Rad-226 z torowego (2‑gi). To nietrwałe substancje, ulegają dalszym rozpadom, które rejestrujemy i możemy rozróżnić izotopy radu. W stanie równowagi (bo myślimy o sytuacji po upływie nawet setek milionów lat) liczba rozpadów zasilających dany etap jest równa liczbie rozpadów zmniejszających ilość izotopu tego etapu. Stąd mierząc obfitość radu-228 i radu-226 możemy oszacować zawartość w skale uranu i toru, pierwiastków, które zaczynają szeregi rozpadów.

3.     Cel naszych poszukiwań znajduje się pod ziemią, w skorupie ziemskiej. Rozpad uranu i toru skutkuje wyrzucaniem części nowych izotopów poza skałę macierzystą. To zjawisko odrzutu jądrowego^*7). Zasięg wynosi ok. 10^-8m. Z warstwy o tej grubości na zewnątrz skały wydostaje się 25% radu z przypadków rozpadu.

4.     Izotopy Rad-226, Rad-228, które mierzymy by stwierdzić obecność uranu i toru, przyczepiają się do cząsteczek soli i wydostają się na powierzchnię wypłukiwane przez silnie zasoloną wodę  - solankę. Na powierzchnię wypływa ok. 40%^*6) radu wyrzuconego ze skały.

5.     Woda zanieczyszczona izotopami radu występuje głównie w kopalniach węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, zwłaszcza na terenie Rybnickiego Okręgu Węglowego (KWK Chwałowice/Jankowice) oraz KWK Piast i Ziemowit.

6.     Solanki są silnie promieniotwórcze, zjawisko nazywa się anomalią radiohydrogeologiczną.
Zasolone wody GZW wykazują największą radioaktywność w skali światowej, przekraczają tysiące a nawet dziesiątki tysięcy razy promieniowanie tła.

7.     Na podstawie opublikowanych danych ilości izotopów Rad-228 (uran) i Rad-226 (tor), substancji radioaktywnych, zrzucanych do Wisły i Odry otrzymujemy:

a.   Źródłem mierzonych izotopów jest tor ok. 84%, uran ok. 16%^*4)*5)*6).

b.   Na podstawie danych aktywności wód dopływających do wyrobisk, skład rudy:
tor ok. 74% i uran ok. 26%^*4).
Minerał o takim składzie to torianit.

c.   Najwyższą zawartość radu wykazują osady z solanek światowego rekordzisty, KWK Piast^*9).

8.     Stąd hasło „Polska leży na torze”, ale uranu, ważniejszego z punktu widzenia energetyki atomowej, także mamy sporo.

9.     Poszukiwane rudy występują głównie w skale około węglowej, wydobywanej razem z węglem. To odpady, 250-300kg na tonę węgla, trafiające na wysypisko.
Zatem możemy rozważyć przetwarzanie setek mln ton hałd^*4). Np. nasza rekordzistka kopalnia Piast (ok. 5,5 mln ton węgla rocznie) wyprodukowała, szacunkowo, ok. 70 mln ton hałd.

10.Opisane zjawisko występuje w wielu kopalniach węgla kamiennego i brunatnego oraz innych kopalin.^*5)*2)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Dodatkowe informacje, użyteczne dane.

1 ppm = 1mg/tona; aktywność 1mg: uran-238: 12,4Bq, tor-232: 4,1Bq (Bq = jeden rozpad na sekundę)

Czas połowicznego zaniku, uran-238: 4,5mld lat, tor-232: 14,5mld lat.

Abundancja uranu i toru:

Zawartość w skorupie ziemskiej: uran 2÷4 ppm (~37Bq/kg),  tor 6÷12 ppm (~37Bq/kg),
skały okołowęglowe uran: 2 660g/tona, ~2,7g/kg, 0,3%, 32 240Bq/kg

Osady z solanek kopalni Piast (Rad-226): 378kBq/kg => 378kBq/12,4Bq/mg ~ 3% uran, czyli x10 w skale płonnej ~ 30%.
Rad-228): 182kBq/kg => 182kBq/4,1Bq/mg ~ 4,4% toru, czyli x10 w skale ~ 44%.
Czynnik 10 wynika z 0,25 (25%) pierwotnej ilości wyrzuconej poza skałę i następnie 0,4 (40%) jest transportowana na powierzchnię, zatem: 0,25x0,4 = 0,1

Kopalnia uranu Kowary R1, wydobywano uran przy zawartości powyżej 1%  (10kg/tona, 10g/kg, 10 000ppm), wydobyto ok. 600 uranu (ok. 100-200 tys. ton rudy)

Dane o aktywności zrzucanych izotopów radu do rzek przez kopalnie:

Rad-226: 225MBq/dzień, rad-228: 400MBq/dzień, publikacje podają różne liczby (inne daty pomiarów) ale podawane wielkości są zbliżone (z dokładnością ok. 2%),
otrzymujemy szacunkowo 84% toru i 16% uranu

Dane o aktywność na dole w wyrobisku:

Rad-226: 725MBq/dzień, rad-228: 700MBq/dzień,
otrzymujemy szacunkowo 74% toru i 26% uran

Uran i tor występują w postaci tlenków tych pierwiastków. Ruda o podobnym składzie to uranotorianit gdy przeważa tor to torianit, gdy uran to uraninit. Zwykle poza tlenkami toru i uranu zawiera do 10-15% innych minerałów, ołów, metale rzadkie itp.
Zatem u nas to torianit i stąd slogan:

„Polska leży na torze”

Znakomita okoliczność i "Taniec z ogniem". Tu błyśniesz, a tam spłoniesz, w atomowym blasku.
Stąd do tej pory nie mamy elektrowni atomowej.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ciężar właściwy interesujących minerałów:

UO₂ = 10,97g/cm³, U₃O₈ = 8,3g/cm³, torianit ThO₂  = 10,0g/cm³,
U = 19,04g/cm³, Th = 11,4g/cm³, woda (H₂O) = 1g/cm³

Fe = 7,9g/cm³, Pb = 11,3g/cm³, Hg = 13,5g/cm³, Ag = 19,25g/cm³,
skała 2,5-3g/cm³ (granit->bazalt), najcięższa substancja osm (Os) = 22,65g/cm³

Promieniowanie tła, udział, orientacyjnie, publikowane dane trochę różnią się w zależności od daty i źródła (przytaczamy za Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, CLOR):

uran – ok. 44,4%, tor – ok. 8,5%, antropogeniczne (radiologia…) – ok. 24%,
promieniowanie kosmiczne ok. 10,8%, potas – ok. 3,4%, organizm człowieka – ok. 8%.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Literatura

*1) Stanisław Chałupnik, „Wykorzystanie wyników badań wymywania izotopów radu z osadników kopalnianych do projektowania procesów rekultywacji”,
S. Chałupnik, GIG Katowice, KRAJOWE SYMPOZJUM, TECHNIKA JĄDROWA W PRZEMYŚLE, MEDYCYNIE, ROLNICTWIE I OCHRONIE ŚRODOWISKA
17 - 19 KWIETNIA 2002, WARSZAWSKI DOM TECHNIKA NOT, ul. Czackiego 3/5, 00-043 WARSZAWA

*2) Paweł Jodłowski, „Zagrożenie radiacyjne w kopalniach i wokół kopalń rud miedzi w Polsce”:
„Zagrożenie radiacyjne w kopalniach i wokół kopalń rud miedzi w Polsce — Radiological hazard in site and around copper ore mines in Poland”,
Paweł JODŁOWSKI, Stefan J. KALITA, Paweł Olko, Edward CHRUŚCIEL, Adam Maksymowicz, Michał Waligórski, NGUYEN DINH Chau, Paweł Bilski, Maciej Budzanowski ,
W: Technika jądrowa w przemyśle, medycynie, rolnictwie i ochronie środowiska : krajowe sympozjum : 17–19 kwietnia 2002 Warszawa, T. 2,
red nauk. Piotr Urbański ; Instytut Chemii i Techniki Jądrowej. — Warszawa : IChTJ, 2002. — (Raporty IChTJ. Seria A ; ISSN 1425-7343 ; nr 2/2002). — Opis częśc. wg programu sympozjum. — S. 445–453. — Bibliogr. s. 453, Abstr.

*3) Jadwiga Mazur, „Dynamika procesu ekshalacji radonu z gruntu a parametry meteorologiczne i własności gleby”,
INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ, im. Henryka Niewodniczańskiego, Polskiej Akademii Nauk, ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków, Raport Nr 2014/AP, Kraków, wrzesień 2008

*4) Tadeusz Olkuski, Katarzyna Stala-Szlugaj, „Występowanie pierwiastków promieniotwórczych w węglach kamiennych pochodzących z GZW, w skałach przywęglowych, w wodach kopalnianych oraz w odpadach”, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Tom 25, Zeszyt 1, 2009.

*5) Joanna Pociask-Karteczka, „Promieniotwórcze skażenie środowiska pod wpływem górnictwa węgla kamiennego na Górnym Śląsku”, Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Lublin – Polonia, VOL. LII, 12, SECTIO B, 1997.

*6) Stanisław Chałupnik, „Rad w kopalniach węgla kamiennego na Górnym Śląsku - metody badań, ocena wpływu na środowisko, zapobieganie skażeniom”, 
Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Nr 870, 2007.

*7) Nguyen Dinh Chau, Mariusz Kopeć, „Czynniki określające stężenia i stosunki aktywności izotopów radu w wodach podziemnych”, Przegląd Geologiczny, vol. 58, nr 6, 2010.

*8) Ewa Stupnicka, „Geologia regionalna Polski”, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego 2007.

*9) MICHALIK, B., CHAŁUPNIK, S., SKOWRONEK, J., LEBECKA, J.,„Guidelines for treatment of solid wastes with enhanced natural radioactivity in Polish coal industry”, Radiation Protection Neighbouring Counties in Central Europe (Proc. Symp. Portoroż, Slovenia, 1995) 145–149.

 

Wszystkie publikacje nawiązujące do anomalii radiohydrogeologicznej cytują publikację w której ten termin pojawił się publicznie po raz pierwszy:

TOMZA I. – „Anomalia radiohydrogeologiczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego i jej wpływ na promieniotwórcze skażenie środowiska”. [W:] Mat. III Krajowej Konf. Naukowo-Technicznej "Zastosowanie metod geofizycznych w górnictwie kopalin stałych". Tom II. 28-31 listopada 1991, Jaworzno: 159-168.