Analysis of thermal power plants environmental impacts using radioanalytical methods

Následkem provozu klasických typů elektráren, vznikají nezanedbatelné dopady na životní prostředí zejména v jejich blízkém okolí. Z různých typů emisí jako jsou CO2, CO, SOx, NOx a dalších, jsou nejzávažnější jemné prachové částice, na které se s oblibou váží těžké kovy. Množství těžkých kovů, které se mohou dostávat do životního prostředí závisí na kvalitě uhlí. Těžké kovy pak mohou v okolí setrvávat i po ukončení provozu a jejich přítomnost může být zjištěna v půdě a okolní biomase. Objektem zkoumání této práce je okolí tepelné elektrárny ve městě Oslavany v ČR, která spalovala místní černé uhlí. Provoz zde probíhal mezi lety 1913 až 1993. Tato éra je charakteristická nedostatkem výkoných odprašovacích výrobních technologií což zvyšuje šance na potvrzení dopadů provozu i po 20 letech od jejího uzavření. V této lokalitě jsme provedli sběr 36 vzorků svrchní půdy v 700 m odstupech. Vzorky jsme následně podrobili neutronové aktivační analýze. Tuto metodu jsme zvolili, protože umožňuje kvantitativní i kvalitativní analýzu bez chemických úprav a postupů, ale přesto dokáže zjistit široké spektrum chemických prvků. Základem analýzy je aktivace vzorků neutrony v jaderném reaktoru. V tomto případě na školním reaktoru VR-1 v Praze patřícímu FJFI ČVUT. Aktivací prvků vznikají jejich radioizotopy, které se dále přeměňují jadernými reakcemi na stabilní prvky za vzniku gama záření o charakteristických energiích. Analýzu spekter tohoto záření jsme provedli pomocí HPGe detektoru v laboratořích přidružených k reaktoru VR-1. Největší omezení pro nás představovala velikost aktivační energie dosažitelná na VR-1 a poločasy přeměny, které nám zabránily z důvodu limitované rychlosti a délky měření zjistit obsah prvků s krátkými a dlouhými poločasy přeměny. Proto jsme se dále zaměřili pouze na výskyt těchto prvků As, U, Ba, La, Eu, Mn, K, Mg, V a Na. Pro všechny tyto prvky jsou stanoveny relativní i absolutní porovnání koncentrací na základě změřených aktivit a z nich vypočtených hmotností. Podle výsledků lze usuzovat, že ve zkoumané oblasti jsou skutečně zvýšené koncentrace vybraných prvků a provoz elektrárny způsobil environmentální dopady s dosahem až do současnosti.Operation of classical power sources, like coal fueled thermal power plants, causes more or less strong impact on surrounded environment. Beside to the generally discussed CO2 emissions, there are CO, SOx, NOx too; and also fly ash emissions containing various trace elements depending on coal quality. Heavy trace elements carried by fly ash generate locally distributed fallout and contaminate soil in the power plant neighborhood for many years. These elements may be detected in soil samples as well as in biomass. Objectives of this work are to find and quantify trace elements in soil samples near Oslavany hard coal fueled thermal plant, which was in operation from 1913 to 1993. Power plant did not use any advanced fly ash filters. Hard coal was used as a fuel for power plant and it was mined locally in Rosice-Oslavany coal district in very deep mines (up to 1428 m). Coal contained a lot of trace elements. A mine as well as power plant is for more than 20 year closed, but trace elements can be still find in the environment. Main goal is to find these elements using activation analysis and gamma-ray spectrometry methodology. We have assembled thirty six soil samples in square lattice drawn around Oslavany power plant brownfield. On behalf of cooperation with colleagues from the Czech Technical University in Prague and their Open-Access project, we irradiated samples in three vertical channels of VR-1 research nuclear reactor. Irradiated samples were transported to gamma spectroscopy & activation analysis laboratory and measured by HPGe detector. Gamma spectra were analyzed and some trace elements identified. We have determine relative and absolute concentration of found elements. We observe and determine activity and weight of As, U, Ba, La, Eu, Mn, K, V, Mg and Na only. Results show a real suspicion for increase of trace elements in soil samples of hard coal power plant surroundings.