Сегодня мы поговорим об атомной энергетике, ее производительности по сравнению с газом, нефтью, тепловыми электростанциями, ГЭС, а также о том, что атомная энергия — великий потенциал Земли, об ее опасности и пользе, ведь сегодня в мире, особенно после ряда мировых катастроф, связанных с атомными станциями и войной, ведутся споры о нужности атомных реакторов.
Итак, сначала, что такое атомная энергетика.
«Ядерная энергетика (Атомная энергетика) - это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах».
АЭС - атомные электростанции производят электрическую или тепловую энергию с помощью ядерного реактора. Официально доля производимого ныне электричества с помощью АЭС снизилась за последнее десятилетие с 17-18 процентов до чуть более чем 10, по другим источникам - будущее за атомной энергетикой, и ныне доля энергии АЭС возрастает, в потенциале строятся новые АЭС, в том числе в России. Пока АЭС в большей части не рассчитаны на удовлетворение тепловых запросов населения (лишь в нескольких странах), атомная энергия используется для атомных подводных лодок, ледоколах, у США в проекте создание ядерного двигателя для космического корабля, атомного танка. Страны, активно использующие атомную энергию для покрытия нужд населения - США, Франция, Япония, при этом атомные станции во Франции покрывают более 70 % потребности страны в электроэнергии.
Ядерная энергетика имеет плюсом то, что при малых потреблениях ресурсов АЭС выдают огромный потенциал энергии.
Как бы нам, простым смертным, не казалось, что ядерная энергетика это далеко и неправда, на самом деле — это сегодня один из самых насущных вопросов, обсуждаемых в мире на уровне глобальных технологий, поскольку сфера обеспечения планеты энергией встает все острее, и самым перспективным направлением является как раз ядерная энергетика, почему — объясним в статье.
Ядерный цикл — основа ядерной энергетики, его этапы включают добычу урановой руды, ее измельчение, преобразование отделенного диоксида урана, переработка урана в высоко концентрированный и особого вида для получения тепло выделительных элементов для введения в зону ядерного реактора, затем сбор отработанного топлива, охлаждение и захоронение в специальных «кладбищах ядерных отходов». Вообще - самое опасное в использовании ядерного топлива - это добыча урана и захоронение ядерного топлива, работа АЭС не оказывает особого вреда окружающей среде.
Работающий атомный реактор, вышедший из строя может остывать (внимание!!) 4,5 года!
Первые попытки осуществления цепной реакции ядерного распада были произведены в университете Чикаго, уран в качестве топлива и графит в качестве замедлителя - в конце 1942 года.
На планете минимум пятая часть всей энергии вырабатывается атомными станциями.
«Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на конец 2016 года насчитывалось 450 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 31 стране мира (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие).
Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны - США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства».
США, Франция - самые производительные страны по ядерной энергетике, АЭС Франции обеспечивают более двух трети тепловых запросов страны.
Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них - 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт».
В России (4-я страна по количеству атомных блоков, после Японии, США и Франции) стоимость ядерной энергии одна из самых низких, всего 95 коп (данные 2015-го года) за киловатт/час, и относительная безопасность с экологической точки зрения: нет выбросов в атмосферу, только водяной пар. Да и в целом АЭС довольно безопасный источник энергии, НО! При безопасной работе! Как говорят специалисты - у любой технологии есть свои минусы… Конечно, это спорное утверждение, что тысячи жертв и миллионы пострадавших - это просто минусы технологий, однако если посчитать жертв современного прогресса в других областях - картина будет нелестная.
Давайте обсудим пользу и опасность атомной энергетики. Очень странно, по мнению многих, обсуждать пользу атомной энергии.. особенно после таких событий как взрыв на Чернобыльской АЭС, Фукусима, уничтожение Хиросимы и Нагасаки… Однако все, что опасно в больших дозах, либо при неправильном использовании, либо при сбое вызывает катастрофы — при правильном использовании, в мирно идущем ритме очень часто вполне безопасно. Если разобрать структуру и механизм ядерных бомб, причину, проблему взрыва на Чернобыльской АЭС, то можно понять, что это сравнимо с ядом, который в малых количествах может быть лекарством, а в больших и при соединении с другими ядами - смертелен.
Итак, основные доводы тех, кто против атомной энергетики - что отходы после переработки ядерного топлива сложно утилизировать, они приносят много вреда природе, также вышедшие из строя и действующие АЭС могут служить оружием массового поражения в случае войны или в случае аварии.
«Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году данные, согласно которым гигаватт*год электроэнергии, произведенной на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых - в 85, на гидростанциях - в 885, тогда как на атомных - всего в 8».
Радиоактивные отходы опасны своим вредным излучением и тем, что период полураспада у них очень долгий, соответственно, они долго излучают радиацию в огромных дозах. Для захоронений отходов используют специальные места, сегодня в России наиболее актуален вопрос, где делать «кладбище» радиоактивных отходов. Подобное захоронение планировалось сделать в Красноярском крае. Сегодня в России несколько захоронений подобного типа, на Урале например, там же и получают обогащенный уран (40 % мирового производства!!).
Хоронят в герметизированных бочках, каждый кг под строгой отчетностью.
Самые безопасные атомные станции строит именно Россия. После трагедии с Фукусимой мир учел ошибки АЭС, строительство сегодняшних АЭС в основном предусматривают более безопасную конструкцию, чем построенные ранее. Российские АЭС наиболее безопасные из всех мировых, как раз в «наших» АЭС учтены все ошибки, допущенные в случае с Фукусимой. В проекте даже АЭС, которая выдержит 9-бальное землетрясение, цунами.
В России сегодня около 10 АЭС и столько же строящихся.
Россия на 5-м месте по добычи урана, но по запасам на 2-м. Основное количество урана добывают в Краснокаменске, в глубоких шахтах. Опасен не столько сам уран, сколько радон - газ, образующийся при добыче урана. Очень много горняков, большую часть жизни занимавшихся добычей урана, умирают от рака, не доживая до пенсионного возраста (не верьте фильмам где говоря что все здоровые и живые, поскольку это исключение), люди в рядом находящихся деревнях также рано умирают или муаются от болезней.
Среди экологов, ученых ведутся ожесточенные споры о том, безопасна ли атомная энергия. Есть мнения абсолютно разные, такая радикальность вызвана в том числе и тем, что атомная энергия еще сравнительно молодая ниша мировых технологий, потому достаточных исследований, подтверждающих опасность или безопасность — нет. Но из того, что мы сегодня имеем, уже можно сделать вывод о сравнительной безопасности и пользе атомной энергетике.
Насчет экономичности - все сомнительно с точки зрения тех, кто против атомной энергетики.
Сегодня для поддержания работы АЭС требуется все больше затрат, в частности для нормальной безопасной деятельности, для добычи топлива и захоронения отходов. А сами АЭС, как мы уже выше писали, — могут быть потенциальным средством массового поражения населения, оружием.
Чернобыль, Фукусима, хоть и редкость, но имели место быть, а это значит, что есть шанс повторения.
Радиоактивные захоронения еще сохраняют радиацию много тысяч лет!!!
Вырабатываемые пары в результате работы АЭС создают мощный парниковый эффект, который при накапливании оказывает разрушительное влияние на природу.
ГЭС, например, ничуть не безопаснее, как утверждают специалисты, при прорыве плотины случаются не менее серьезные катастрофы, при использовании иных видов топлива также страдает природа, и в разы больше чем при ядерной энергетики.
Теперь о плюсах. Вывод о пользе атомной энергетики можно сделать, во-первых, из-за экономической выгодности, рентабельности (уже указанные выше «тарифы», где в России например самое дешевая энергия АЭС), во-вторых, из-за сравнительной безопасности для окружающей среды, ведь при правильной работе АЭС в атмосферу выделяется только пар, есть проблемы только с захоронением отходов.
1 гр урана даёт столько же энергии, сколько сжигание 1000 кг нефти или даже больше.
Чернобыль - это исключение и человеческий фактор, а вот миллион тонн угля - несколько человеческих жизней, при этом энергии от сгорания угля и нефти получается намного меньше, чем от ядерного топлива. Радиационный фон от сжигания угля, нефти соизмерим с той же Фукусимой, только когда катастрофа - это сразу и много, а постепенный вред не так заметен, однако более серьезен. А сколько природы губится вырубленными карьерами и когда добывается сырье, терриконами.
По сведению ряда экологов — отсутствие радиации иногда вреднее чем ее наличие и даже иногда избыток. Почему?
Радиоактивные частицы окружают нас кругом, от рождения до смерти. И радиация «в рамках» тренирует иммунитет клеток к защите от радиации, если человек будет полностью лишен контакта с радиоактивной средой - то может умереть от первого же контакта с ней впоследствии. И атомные станции, согласно доводам ученых, излучают лишь малую часть вредной радиации. Отсутствие радиации не менее опасно чем ее избыток - ка считают некоторые экологи.
Придерживающиеся же обратной точки зрения о том что атомная энергия это зло, говорят о небезопасности атомных реакторов и альтернативе иных видов энергии — солнце, ветре.
Дискуссии на тему добра и зла атомной энергии даже называются громко: «принесет ли мир мирный атом?». И эти дискуссии на сегодняшний день бесконечны. Но можно сказать главное - иного выхода кроме как развивать атомную энергетику во всем мире у людей нет, поскольку объем потребляемых ресурсов энергии и тепла все больше возрастает, и ни одна другая форма добычи и выработки энергии не способна покрыть запросы человечества лучше чем ядерная энергетика.
Нас становится неимоверно много, это уже не знают только живущие в далеких глубинках, планета исчерпала все возможные ресурсы для поддержания нормального уровня жизни человечества. Даже исходя из данных приведенных в статье - атомная энергетика самая перспективная отрасль, способная при меньшем вреде для окружающей среды и затратах дать намного больший объем энергии, ее производительность выше других известных источников энергии.
Слайд 2
Цель: выяснить цель и пользу атомной энергии
Слайд 3
Люди всегда относились к природе прагматически. Именно этот подход привёл к тому, что в ХХв. произошло глобальные изменения, которые делали реальную угрозу самоуничтожения человечества. Одно из них- овладение атомной энергией. Сегодня мы постараемся выяснить положительные и отрицательные стороны её применения.
Слайд 4
С развитием человеческого общества непрерывно увеличивалось потребление энергии. Так. если миллион лет назад оно составляло на душу населения примерно 0,1 кВт в год, а 100 тыс. лет назад - 0,3 кВт, то в XV в. - 1,4 кВт, в начале XX в. -3,9 кВт, а к концу XX в. - уже 10 кВт.
Слайд 5
Хотя сейчас почти наполовину используется органическое топливо ясно, что его запасы вскоре будут исчерпаны. Необходимы другие источники, и один из наиболее реальных - ядерное топливо.
Слайд 6
Процесс получения энергии всегда связан с вредными для человека последствиями независимо от вида топлива, но степень вредности разная... Ядерное топливо наиболее безопасно, да и запасы его велики. В настоящее время ядерная энергия вырабатывается в основном в реакторах на тепловых нейтронах, уже получили развитие брудеры (реакторы на быстрых нейтронах). Ядерные реакторы постоянно совершенствуются, уровень безопасности повышается. Предельной дозой считается такая, когда равномерное облучение в течение 70 лет не вызывает ухудшения здоровья, обнаруживаемого современными методами. Ежегодная доза излучений, которые приходят к нам из космоса и от других природных источников, составляет 2 мЗв. Персонал АЭС получает в год дозу облучения 1.1 мЗв. Излучение, выделяемое всеми АЭС, будет значительным.
Слайд 7
Радиационную защиту реактора обеспечивают многие факторы: толстые стены и корпус из железобетона, замкнутый цикл и др.
Слайд 8
Слайд 9
Наибольшую проблему представляет переработка и хранение отработанного топлива.
Слайд 10
Со временем эта проблема будет решена. Сейчас в нашей стране твёрдые радиоактивные отходы в стальных бочках и в соляных пластах.
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
Использование атомной энергии сейчас решает часть энергетических проблем. Но вреда от использования атомной энергия больше, чем пользы. Весь технологический процесс добычи изготовления атомного горючего на каждом этапе связан с вероятностью радиоактивного заражения окружающей среды и облучения людей.
Слайд 14
Обойтись без использования явления радиоактивности и изотопов человечество не может. Мы используем это явление практически во всех областях деятельности: медицине, археологии, дефектоскопии, селекции сельскохозяйственных культур
Слайд 15
Например, использование меченых атомов позволяет провести диагностику многих заболеваний: с помощью радиоактивного изотопа йода диагностируют заболевания щитовидной железы на ранней стадии, раковые новообразования сначала облучают радиоактивным кобальтом, а затем уже удаляют больные ткани, заболевания легких распознают на ранней стадии благодаря флюорографии - моментальному рентгеновскому снимку.
Слайд 16
Кроме того, мы используем самую различную технику, которая, на первый взгляд, ничего не излучает, однако вокруг работающих холодильников, телевизоров, СВЧ-печей и другой бытовой аппаратуры образуются сильные переменные электромагнитные поля, т.е. электромагнитное излучение, которое также влияет на наш организм и вызывает изменения в нём
Слайд 17
Достаточно часто человек за год получает дозу, которая значительно превышает допустимую. Особенно эта опасность возросла в нашей стране после аварии на Чернобыльской АЭС, к нам попадают радиоактивно-заражённые продукты и материалы. Мы знаем, что радиоактивность - убийца невидимый, не вызывающи и болезненных реакций во время облучения, но проявляющийся потом, когда излечение уже невозможно.
Слайд 18
Одним из наиболее опасных противоречий современного мира является увеличивающийся разрыв между степенью развития технологий и уровнем жизнеобеспечения, культуры и морали основной части человечества. На этой основе возник технологический терроризм. Существуют национальные границы и национальные интересы, жёсткая экономическая и торговая конкуренция на мировых сырьевых и технологических рынках. Одним из опаснейших видов технологического терроризма является ядерный.
Посмотреть все слайды
Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине.
Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды.
Применение ядерной энергии развивается в двух направлениях: использование в энергетике и использование радиоактивных изотопов.
Изначально атомную энергию предполагалось использовать только в военных целях, и все разработки шли в этом направлении.
Использование ядерной энергии в военной сфере
Большое количество высокоактивных материалов используют для производства ядерного оружия. По оценкам экспертов, ядерные боеголовки содержат несколько тонн плутония.
Ядерное оружие относят к потому что оно производит разрушения на огромных территориях.
По радиусу действия и мощности заряда ядерное оружие делится на:
- Тактическое.
- Оперативно-тактическое.
- Стратегическое.
Ядерные боеприпасы делят на атомные и водородные. В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепные реакции деления тяжелых ядер и реакции Для цепной реакции используют уран либо плутоний.
Хранение такого большого количества опасных материалов - это большая угроза для человечества. А применение ядерной энергии в военных целях может привести к тяжелым последствиям.
Впервые ядерное оружие было применено в 1945 году для атаки на японские города Хиросима и Нагасаки. Последствия этой атаки были катастрофичными. Как известно, это было первое и последнее применение ядерной энергии в войне.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ)
МАГАТЭ создано в 1957 году с целью развития сотрудничества между странами в области использования атомной энергии в мирных целях. С самого начала агентство осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды».
Но самая главная функция - это контроль за деятельностью стран в ядерной сфере. Организация контролирует, чтобы разработки и использование ядерной энергии происходили только в мирных целях.
Цель этой программы - обеспечивать безопасное использование ядерной энергии, защита человека и экологии от воздействия радиации. Также агентство занималось изучением последствий аварии на Чернобыльской АЭС.
Также агентство поддерживает изучение, развитие и применение ядерной энергии в мирных целях и выступает посредником при обмене услугами и материалами между членами агентства.
Вместе с ООН МАГАТЭ определяет и устанавливает нормы в области безопасности и охраны здоровья.
Атомная энергетика
Во второй половине сороковых годов двадцатого столетия советские ученые начали разрабатывать первые проекты мирного использования атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика.
И в 1954 году в СССР построили станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции. Но большинство из них не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте.
Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций.
В середине 80-х рост атомной энергетики снова замедлился, сраны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины.
После некоторые страны вообще прекратили сооружение и эксплуатацию атомных электростанций.
Атомная энергия для полетов в космос
В космос слетало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии.
Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня.
В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос.
Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур.
Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения.
Применение ядерной энергии в промышленности
Атомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для производства удобрений.
Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре.
Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной - применяется для производства алюминия.
Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве
Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями.
Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Так, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций.
Также с помощью радиоизотопов определяют лучшие способы внесения удобрений. Например, с их помощью определили, что при выращивании риса можно уменьшить внесение азотных удобрений. Это не только сэкономило деньги, но и сохранило экологию.
Немного странное использование ядерной энергии - это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны.
Ядерная медицина
Медицина использует радиоактивные изотопы для постановки точного диагноза. Медицинские изотопы имеют малый период полураспада и не представляет особой опасности как для окружающих, так и для пациента.
Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях.
Применение ядерной энергии на транспорте
В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из-за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа.
Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло.
Все дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный проект свернули.
Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии - это различные суда как военного, так и гражданского назначения:
- Транспортные суда.
- Авианосцы.
- Подводные лодки.
- Крейсеры.
- Атомные подводные лодки.
Плюсы и минусы использования ядерной энергии
Сегодня доля в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует но его запасы не бесконечны.
Поэтому, как альтернативный вариант, используется Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды.
Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской и Фукусиме.
С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ.
Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов.
Ядерная энергия с ее возможностями выступает как атрибут современного цивилизованного общества, демонстрирует развитие общественной культуры и выступает одной из важнейших сфер в международных отношениях. Ядерная энергия влияет непосредственно на жизнедеятельность людей и ее основные компоненты в частности, а именно несомненна ее востребованность в науке и технике, политике, экономике, здравоохранении и защите окружающей среды, а также благополучия социума.
Прослеживается техногенный риск применения энергии атома во влиянии на общие данные показателей качества жизни, а именно среднюю продолжительность жизни, «цену жизни», качество жизни и экологическую ситуацию. В этой связи ведется работа по управлению теми факторами, которые связаны с использованием атома, направленная на снижение ее негативных воздействий.
Использование атома, бесспорно, имеет и свои положительные стороны, предоставляющие возможности для улучшения показателей жизни в целом. По политическим и экономическим причинам возникают споры, вызванные конфликтами заинтересованности имеющих влияние организаций международного уровня. Всплески радиофобии среди простого населения также сопровождают периодически случающиеся ядерные аварии.
В какой период обозначилось влияние радиации на жизнедеятельность людей?
В 1895 году Рентген открыл рентгеновское излучение, а чуть позже Беккерель обозначил существование естественной активности излучения. Изначально данные явления применялись в целях научных исследований и повышали знания и образованность, в том числе и в медицине. Так, Марией Складовской был создан аппарат для срочного рентгенологического исследования людей, получивших травмы. Ею создано не менее двухста рентгенологических установок, что привнесло большую пользу в медицину и лечение раненых.
Что случилось впоследствии?
Изначально ядерная энергия использовалась сугубо для науки, однако весьма скоро в прерогативе обозначилось ядерное оружие. Величайшие открытия и колоссальный скачок научно-технического прогресса благодаря открытиям в этой области вывели человечество на принципиально новый уровень качества жизни.
Атомная энергия: за и против
Современная цивилизация немыслима без электрической энергии . Выработка и использование электричества увеличивается с каждым годом, но перед человечеством уже маячит призрак грядущего энергетического голода из-за истощения месторождений горючих ископаемых и все больших экологических потерь при получении электроэнергии.Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях , в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии -- чрезвычайно заманчивая идея.
Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет отходов, газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра .
Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии - а эта потребность все быстрее растет.
И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека.
Невидимый враг
Ответственность за естественную земную радиацию в основном несут три радиоактивных элемента -- уран, торий и актиний. Эти химические элементы нестабильны; распадаясь, они выделяют энергию или становятся источниками ионизирующего излучения. Как правило, при распаде образуется невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон . Он существует в виде двух изотопов: радон--222 , член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238 , и радон-220 (называемый также торон ), член радиоактивного ряда тория-232 . Радон постоянно образуется в глубинах Земли, накапливается в горных породах, а затем постепенно по трещинам перемещается к поверхности Земли.Облучение от радона человек очень часто получает, находясь у себя дома или на работе и не подозревая об опасности, -- в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация этого газа -- источника радиации.
Радон проникает в дом из грунта -- сквозь трещины в фундаменте и через пол -- и накапливается в основном на нижних этажах жилых и производственных построек. Но известны и такие случаи, когда жилые дома и производственные корпуса возводят непосредственно на старых отвалах горнодобывающих предприятий, где радиоактивные элементы присутствуют в значительных количествах. Если в строительстве производстве применяют такие материалы как гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, красный кирпич, кальциево-силикатный шлак, источником радоновой радиации становится материал стен.
Природный газ, используемый в газовых плитах (особенно сжиженный пропан в баллонах) -- тоже потенциальный источник радона. А если воду для бытовых нужд выкачивают из глубоко залегающих водяных пластов, насыщенных радоном, то высокая концентрация радона в воздухе даже при стирке белья!
Кстати, было установлено, что средняя концентрация радона в ванной комнате, как правило, в 40 раз выше, чем в жилых комнатах и в несколько раз выше, чем на кухне.
Радиация и человек
Радиоактивность и радиоактивный фон Земли - естественное явление природы, существовавшее задолго до появления человека. Человечество в процессе эволюции постоянно находилось под влиянием радиации. Поэтому все органы человека содержат какие-либо радиоактивные изотопы. Пока их количество не превышает безопасного предела, оснований для беспокойства нет. Но если уровень радиации повышается, живые организмы оказываются под угрозой.Впервые испытали на себе действие повышенных доз радиации ученые, исследователи естественной радиоактивности -- Беккерель, Пьер Кюри, Мария Склодовская-Кюри. Когда супруги Кюри в 1901 г. получили из урановой смоляной обманки первые крупицы радия, Анри Беккерелю предстояло выступить на конференции с докладом о свойствах радиоактивных веществ.
Желая продемонстрировать действие излучения радия на флуоресцирующем экране из сульфида цинка, он на время взял в лаборатории пробирку с несколькими кристаллами хлорида бария, содержащего примесь соли радия и целый день носил эту пробирку в кармане жилета. Демонстрация излучения прошла успешно, хотя Беккерель то и дело поворачивался к экрану спиной, и радиевые лучи должны были проникать к сульфиду цинка сквозь его тело. Но через 10 дней на коже Беккереля напротив жилетного кармана появилось красное пятно, а потом - долго не заживающая язва.
Пьер Кюри тоже успел убедиться в коварстве радия. Не подозревая о серьезной опасности, которой подвергается, он прикладывал ампулу с солью нового элемента к руке и получил глубокий ожог с омертвением тканей…
Видные ученые Мари Склодовская-Кюри, Маргерит Пере и многие другие страдали лучевой болезнью , которая стала профессиональным недугом всех радиохимиков. Однако систематическое изучение биологического действия радиации началось намного позже -- после взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки и многочисленных испытаний ядерного оружия.
Облучение: мина замедленного действия
Радиоактивные вещества (радионуклиды ) могут попадать в организм через легкие при дыхании, вместе с пищей, или действовать на кожные покровы, так что облучение может быть как внешним, так и внутренним. Радиоактивные стронций и кальций накапливаются в костях, иод - в щитовидной железе, цезий и калий - практически во всех органах и тканях. Как ни странно, эффективность радионуклидов, попавших внутрь организма, в несколько раз меньше эффективности общего внешнего облучения (особенно в том случае, когда они испускают гамма-излучение ).Последствия облучения разнообразны и очень опасны. Наиболее сильное поражение радиацией вызывает лучевую болезнь , которая может привести к гибели человека. Это заболевание проявляется очень быстро - от нескольких минут до суток. Под действием радиации наступают изменения в составе крови: снижение количества лейкоцитов и тромбоцитов. Чем выше доза радиации, тем сильнее ухудшается состав крови больного и увеличивается вероятность смертельного исхода, который при сильном поражении наступает на 1-3 сутки. В этом случае для лечения необходима тяжелая операция -- пересадка костного мозга.
При относительно слабых дозах у облученного человека в последующие годы жизни могут развиться раковые заболевания, ускоренное старение. В результате радиационного поражения плода в утробе матери возникают различные уродства, умственная отсталость детей. Во втором, третьем и последующих поколениях могут появиться разнообразные генетические заболевания. Радиация может вызвать нарушения детородных функций мужчин и женщин, разрушение щитовидной железы, и другие вредные последствия для здоровья человека.
Последствия радиационного поражения могут проявиться через много лет после облучения. Радиация вызывает повреждения хромосом , однако прямых данных о радиационном влиянии на наследственные заболевания человека до сих пор не получено. Во-первых, пока еще мало известно, что именно происходит в генетическом аппарате. Во-вторых, эти эффекты можно оценить лишь на протяжении многих поколений. В-третьих, их невозможно отличить от тех, которые возникают совсем по другим причинам.
Несомненный вред радиации, особенно в высоких дозах, сегодня известен всем. Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации атомных электростанций полагается уделять максимум внимания вопросам безопасности и экологическим проблемам. Если ситуация на АЭС не выходит из-под контроля, то их вредное влияние на здоровье людей сопоставимо с действием угольных электростанций или удобрений. Оно намного ниже, чем влияние природных источников излучения (таких как космические лучи, некоторые минералы и горные породы, применяемые в строительстве). Кстати, наибольшие дозы облучения человек получает… в поликлинике, при рентгенодиагностике.
Предусматриваются различные меры, направленные на то, чтобы радиоактивный "джинн" не вырвался на волю и не натворил беды. Тем не менее, из-за просчетов проектировщиков и конструкторов атомных реакторов, а порой - из-за роковых ошибок персонала атомных станций происходят аварии - большие и малые. Самая страшная из них произошла совсем недавно -- 26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС, расположенной близ границы Украины и Белоруссии.
Звезда по имени "Полынь"
26 апреля 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла авария , которая привела к разрушению активной зоны реактора и части здания, в котором он был расположен. Государственная комиссия провела расследование причин взрыва, и пришла к выводу: авария произошла во время эксперимента, к проведению которого персонал АЭС был не подготовлен. Включение оператором аварийной защиты реактора привело к взрыву…Сейчас заключение госкомиссии подвергается сомнению, многие независимые эксперты усматривают в нем предвзятость и даже элементы фальсификации. Видимо, никто и никогда не узнает, почему реактор перешел в непредсказуемое состояние, при котором аварийная защита перестала гарантировать остановку ядерной реакции , и что именно заставило оператора нажать злополучную "красную кнопку". Результат - взрыв и пожар, расплавление и распыление радиоактивного "топлива", ужасные последствия для Украины, Белоруссии, соседних европейских стран.
"Третий Ангел вострубил, и упала с неба большая звезда, горящая подобно светильнику, и пала она на третью часть рек и на источники вод. Имя сей звезде "полынь "; и третья часть вод сделалась полынью, и многие из людей умерли от вод, потому что они стали горьки ". Таковы строки из Откровения Иоанна Богослова -- "Апокалипсиса ". Не о Чернобыльской ли катастрофе сказано в пророчестве? Ведь полынь по-украински -- чернобыль…
В результате чернобыльского взрыва в окружающее пространство было выброшено колоссальное количество радиоактивных веществ. Перемещение в атмосфере радиоактивного облака, осаждение радионуклидов с пылью и дождем, распространение почвенных и поверхностных вод, загрязненных радиоактивными изотопами, -- все это привело к облучению сотен тысяч человек на территории свыше 23 тыс. км 2 .
В самый момент взрыва погиб оператор ЧАЭС Валерий Ходемчук. Ночью 26 апреля он услышал низкий страшный гул в помещении главного циркуляционного насоса и поднялся туда выяснить обстановку. Через несколько минут обломки бетонных блоков стали его надгробием. Несколько десятков пожарных и специалистов - ликвидаторов аварии, работавших на расчистке территории разрушенного четвертого блока станции от обломков графита, радиоактивной пыли и кусков ядерного горючего, -- погибли от острой лучевой болезни. Еще несколько сотен человек были признаны больными острой лучевой болезнью.
С огромными трудностями был построен "саркофаг" - уникальное сооружение из бетона и стали, изолирующее взорвавшийся блок ЧАЭС от окружающей среды. Дезактивация зоны радиоактивного поражения продолжается по сей день, и этой работе не видно конца. Эта зона включает в себя два города (Чернобыль и Припять), около 80 брошенных сел с домами, фермами, мастерскими, сельскохозяйственной техникой. В зоне находятся 800 "могильников", где похоронены" автомобили, трактора, бульдозеры, экскаваторы и даже танки, набравшие такие дозы радиации, что их уже невозможно дезактивировать.
Люди, подвергшиеся облучению в результате Чернобыльской аварии, теряют здоровье и страдают от множества болезней, вызванных не только радиацией, но и психологическим шоком. Они нуждаются в помощи, но этому мешают многочисленные экономические проблемы, осложняющие жизнь теперь уже независимых Белоруссии, России и Украины, в наибольшей степени ощутивших на себе последствия Чернобыля.
Проблемы чернобыльского саркофага
"Саркофаг ", возведенный над (точнее, вокруг) четвертого блока ЧАЭС, уже в 1991 г. выдержал серьезный экзамен на прочность - 3-х-балльное землетрясение. А сейчас стало ясно, что сооружение это вовсе не герметичное, на некоторых его участках радиация начинает выбираться наружу.И все-таки 150 человек, которые постоянно работают здесь, не только укрепили полуразрушенное здание, но и изучили его "начинку" - выявили несколько критических зон , где то и дело возобновляется разогрев атомного горючего (а значит, идет цепная ядерная реакция ).
Возведенный почти вслепую, одновременно с проектированием, в жесточайшей радиационной обстановке, "саркофаг" -- объект с официальным названием "Укрытие" -- страдает от множества бед. Одна из них - радиоактивная пыль.
Весной и летом печально знаменитого года аварии вертолетчики сбросили в жерло горящего реактора 1800 т песка и глины, 2400 т свинца, 800 т доломита, 40 т карбида бора. Все это смешалось с распыленным ядерным топливом и превратилось в радиоактивную пыль, которую полагается смывать водой. Но вода - это еще одна беда "Укрытия". В подвалах, машинном зале и других помещениях ее накопилось несколько тысяч кубометров. И это не просто вода, а концентрированный раствор радиоактивных солей, который может излиться наружу и затопить окрестности.
Самая главная беда "саркофага" и его загадка -- состояние атомного горючего . В момент аварии в реакторе находилось 205 т урана, проработавшего после загрузки всего 865 дней. Сколько осталось после взрыва и пожара, когда температура достигала 7 тыс. градусов? Сколько урана расплавилось, какая его доля унесена в виде радиоактивной пыли?
Вот те проблемы, которые предстоит решать специалистам, инженерам-физикам в ближайшие годы.
Атом выходит из-под контроля
Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. Однако несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Однако масштабы загрязнений, сопутствующих таким авариям, часто приобретают глобальный характер.До Чернобыльской катастрофы все, что связано с применением атомной энергии (даже в мирных целях) было окружено завесой секретности. Неудивительно, что многие критические ситуации в этой области стали известны человечеству только через 30-40 лет, в 90-х годах XX века...
Вот только один из примеров этого ряда.
29 сентября 1957 года на комбинате "Маяк" вышла из строя система охлаждения бетонной емкости, где собирались жидкие отходы с высокой радиоактивностью. В результате произошел взрыв, и радиоактивные вещества попали в атмосферу. Они рассеялись и осели на территории Челябинской, Свердловской и Тюменской области. Длина радиоактивного следа достигла 200 км, ширина - 8-9 км. По счастливой случайности, след прошел по малонаселенной местности.
В последующие годы была проведена глубокая вспашка полей с захоронением загрязненной почвы на глубину более полуметра. Постепенно и очень медленно эти земли возвращаются в сельскохозяйственный оборот.
Воздействие этого выброса на здоровье людей оценить довольно трудно, поскольку в этих районах действуют многочисленные металлургические и химические предприятия, загрязняющие атмосферу оксидами серы.
Радиоактивный "мусор"
Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ . Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой -- безопасное хранение отходов .Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромной проблемой. Загрязнение окружающей среды и атмосферы во многих районах нашей планеты внушает тревогу и опасения. Речь идет о возможности сохранения животного и растительного мира уже не в первозданном виде, а хотя бы в пределах минимальных экологических норм.
Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла . Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.
Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры , пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет.
В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период полураспада около 30 лет, поэтому уже через 300 лет они почти полностью исчезнут. Так что для окончательного удаления радиоактивных отходов необходимо строить такие долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками .
Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты . Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.
Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов - отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.
В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.
Не только радиация
Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5-15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.
Большее применение находит система водоснабжения с использованием градирен, в которых охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения и охлаждения. Небольшие потери пополняются постоянной подпиткой свежей водой. При такой системе охлаждения в атмосферу выбрасывается огромного количество водяного пара и капельной влаги. Это может привести к увеличению количества выпадающих осадков, частоты образования туманов, облачности.
В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.
Перспективы атомной энергетики
После неплохого старта наша страна отстала от передовых стран мира в области развития атомной энергетики по всем параметрам. Конечно, от ядерной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Между тем призрак энергетического голода начинает реально угрожать человечеству.Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности. В этом смысле интересно сравнить статистику и интуитивную оценку степени опасности различных факторов повседневной жизни. Так, установлено, что наибольшее число человеческих жизней уносят курение, алкоголь и автомобили. Между тем, по оценке людей из групп населения, различных по возрасту и образованию, наибольшую опасность жизни несут атомная энергетика и огнестрельное оружие (урон, приносимый человечеству курением и алкоголем, явно недооценивается).
Специалисты, которые могут наиболее квалифицированно оценить достоинства и возможности использования ядерной энергетики, считают, что человечеству уже не обойтись без энергии атома. Ядерная энергетика - один из наиболее перспективных путей утоления энергетического голода человечества в условиях энергетических проблем, связанных с использованием ископаемого горючего топлива.
Автор: В.Н. Ершов при участии Л.Ю. Аликберовой и Е.И.Хабаровой
