Специфические опасности ядерной энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Атомная энергетика

Специфические экологические опасности ядерной энергетики

Студент:

А.А. Иванова

Витебск, 2013 год

Содержание

Введение

1. Особенности и проблемы ядерной энергетики

2. Ресурсы атомной энергетики

3. Воздействие АЭС на окружающую среду

3.1 Радиационное воздействие АЭС на окружающую среду

3.2 Нерадиационные факторы воздействия АЭС на окружающую среду

4. Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Опыт прошлого свидетельствует, что проходит не менее 80 лет, прежде чем одни основные источники энергии заменяются другими - дерево заменил уголь, уголь - нефть, нефть - газ, химические виды топлива заменила атомная энергетика. История овладения атомной энергией - от первых опытных экспериментов - насчитывает около 60 лет, когда в 1939 г. была открыта реакция деления урана. В 1954 г. начала работать первая в мире атомная станция в городе Обнинске, а через 3 года на океанские просторы вышло первое в мире атомное судно - ледокол «Ленин».

Начиная с 1970 г. во многих странах мира осуществляются масштабные программы развития ядерной энергетики. В настоящее время сотни ядерных реакторов работают по всему миру.

Атомная энергетика - активно развивающаяся отрасль. Очевидно, что ей предназначено большое будущее, так как запасы нефти, газа, угля постепенно иссякают, а уран - достаточно распространенный элемент на Земле. Но следует помнить, что атомная энергетика связана с повышенной опасностью для людей, которая, в частности, проявляется в крайне неблагоприятных последствиях аварий с разрушением атомных реакторов.

Насколько опасна ядерная энергетика? Этим вопросом особенно часто стали задаваться в последнее время, особенно после аварий на атомных электростанциях Тримайл-Айленд и Чернобыльской АЭС.

1. Особенности и проблемы ядерной энергетики

Ядерная 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 урана-235 или плутония. 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.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках. США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей. Ядерная энергетика остаётся предметом острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надёжности и экономической эффективности. Опасность связана с проблемами утилизации отходов, авариями, приводящими к экологическим и техногенным катастрофам, а также с возможностью использовать повреждение этих объектов как обычное оружие или, в результате теракта, как оружие массового поражения. Возможная утечка ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия служит постоянным источником общественной озабоченности, политических интриг и поводов к военным акциям. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов - во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от 20 до 80% энергии на АЭС.

2. Ресурсы атомной энергетики

Естественным и немаловажным представляется вопрос о ресурсах самого ядерного топлива. Достаточны ли его запасы, чтобы обеспечить широкое развитие ядерной энергетики? По оценочным данным, на всем земном шаре в месторождениях, пригодных для разработки, имеется несколько миллионов тонн урана. Это не мало, но нужно учесть, что в получивших ныне широкое распространение АЭС с реакторами на тепловых нейтронах практически лишь очень небольшая часть урана (около 1%) может быть использована для выработки энергии. Поэтому оказывается, что при ориентации только на реакторы на тепловых нейтронах ядерная энергетика по соотношению ресурсов не так уж много может добавить к обычной энергетике - всего лишь около 10%. Глобального решения надвигающейся проблемы энергетического голода не получается. Совсем иная картина, иные перспективы появляются в случае применения АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, в которых используются практически весь добываемый уран. Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению с традиционной (на органическом топливе). Больше того, при полном использовании урана становится рентабельной его добыча и из очень бедных по концентрации месторождений, которых довольно много на земном шаре. А это в конечном счете означает практически неограниченное (по современным масштабам) расширение потенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.

Итак, применение реакторов на быстрых нейтронах значительно расширяет топливную базу ядерной энергетики. Однако может возникнуть вопрос: если реакторы на быстрых нейтронах так хороши, если они существенно превосходят реакторы на тепловых нейтронах по эффективности использования урана, то почему последние вообще строятся? Почему бы с самого начала не развивать ядерную энергетику на основе реакторов на быстрых нейтронах?

Прежде всего следует сказать, что на первом этапе развития ядерной энергетики, когда суммарная мощность АЭС была мала и урана-235 хватало, вопрос о воспроизводстве не стоял так остро. Поэтому основное преимущество реакторов на быстрых нейтронах - большой коэффициент воспроизводства - еще не являлся решающим. В то же время вначале реакторы на быстрых нейтронах оказались еще не готовыми к внедрению. Дело в том, что при своей кажущейся относительной простоте они технически более сложны, чем реакторы на тепловых нейтронах. Для их создания необходимо было решить ряд новых серьезных задач, что, естественно, требовало соответствующего времени.

Эти задачи связаны в основном с особенностями использования ядерного топлива, которые, как и способность к воспроизводству, по-разному проявляются в реакторах различного типа. Однако в отличие от последней эти особенности сказываются более благоприятно в реакторах на тепловых нейтронах. Перед учеными все время встают вопросы о совершенствовании системы безопасности на АЭС, а также изучение возможных способов переработки радиоактивных отходов, преобразования их в безопасные вещества. Речь идет о методах превращения стронция и цезия, имеющих большой период полураспада, в безвредные элементы путем бомбардировки их нейтронами или химическими способами. Теоретически это возможно, но в настоящий момент времени при современной технологии экономически нецелесообразно. Хотя может быть уже в ближайшем будущем будут получены реальные результаты этих исследований, в результате которых атомная энергия станет не только самым дешевым видом энергии, но и действительно экологически чистым.

3. Воздействие АЭС на окружающую среду

Иллюзия о безопасности атомной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно заражёнными на многие десятилетия. Всё это обострило внимание того, что мирный атом требует особого подхода.

Однако опасность атомной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 131). Нужно отметить, что состав радиоактивных отходов и их активность зависят от типа и конструкции реактора, от вида ядерного горючего и теплоносителя.

3.1 Радиационное воздействие АЭС на окружающую среду

Можно выделить следующие основные проблемы, связанные с возможным радиационным воздействием объектов ядерной энергетики на человека и природную среду: экологические последствия ядерных аварий, захоронение радиоактивных отходов, биологическое воздействие малых доз радиации. Основную долю в выбросах радионуклидов на АЭС составляют продукты деления. В их состав входят инертные радиоактивные газы (изотопы ксенона и криптона), а также такие экологически значимые радионуклиды, как тритий, углерод-14, хром-51, марганец-54, железо-59, кобальт-60, цинк-65, стронций-90, рутений-106, йод-131, цезий-134, цезий-137, церий-144 и др.

Существующие на АЭС технологические системы позволяют обеспечить весьма высокие коэффициенты удержания большей части радионуклидов, в результате чего утечки радионуклидов в окружающую среду сводятся до уровней, допустимых действующими санитарными правилами. При эксплуатации АЭС в процессе деления тяжелых ядер и активации нейтронами различных материалов в активной зоне реактора образуется большое число радионуклидов.

Другая группа радионуклидов представляет собой продукты коррозии материалов активной зоны реактора и первого контура теплоносителя: хром-51, марганец-54, кобальт - 60 и др. Основной вклад радиоактивных выбросов в атмосферу дают инертные радиоактивные газы - тритий и углерод-14. В сбросах в водоемы наиболее значимую роль играют тритий, цезий-137 и др. При повреждении оболочек тепловыделяющих элементов в выбросах АЭС могут присутствовать следовые количества радионуклидов урана, нептуния, плутония, америция и кюрия.

Трансурановые элементы могут поступать в окружающую среду также при проведении ремонтных работ, например, при замене технологических каналов. Выбросы трансурановых нуклидов, как правило, существенно ниже радиоактивных выбросов других экологически значимых радионуклидов. Инертные радиоактивные газы вносят основной вклад в формирование дополнительного природного фона и в суммарное содержание радионуклидов в объектах окружающей среды.

Прогнозируемое на ближайшие десятки лет повышение содержания в биосфере трития (период полураспада равен около 12,3 лет) и углерода-14 (период полураспада равен 5730 лет) приведет к очень малому изменению дозовой нагрузки. Однако следует иметь в виду, что как углерод-14, так и тритий могут включаться в генетические структуры организмов, которые из-за локального воздействия излучения будут получать большую дозу, чем клетка в целом. Среди инертных радиоактивных газов особую значимость имеет криптон-85, который поступает в атмосферу как в процессе эксплуатации АЭС, так и от заводов по регенерации ядерного топлива. Увеличение концентрации криптона-85 в атмосфере может изменить в результате ионизации электропроводность воздушной среды и вызвать трудно прогнозируемые геофизические эффекты (изменение заряда Земли, изменение магнитного поля и др.).

Радиоактивность приземного воздуха формируется, в основном, радионуклидами естественного происхождения (радон-222, радон-220, бериллий-7 и др.), а также радиационными продуктами ядерных взрывов (цезий-137, стронций-90 и др.). Концентрация естественных радионуклидов в воздухе в среднем составляет: радон-222-2,0 Бк/мі, радон-220-0,2 Бк/мі, бериллий-7-3 Бк/мі. Следует заметить, что в зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Основным источником возможного загрязнения окружающей среды на АЭС являются газо-аэрозольные выбросы. В совокупности с метеорологическими условиями именно они могли бы иметь сколько-нибудь заметное влияние на радиационную обстановку в районе расположения. Влияние АЭС на радиоактивность атмосферных выпадений прослеживается, в основном, в санитарно-защитной зоне, где в отдельные годы могут наблюдаться более высокие концентрации цезия-137 в снегу-4-12 Бк/мі.

Согласно результатам многолетних исследований практически отсутствует значимое воздействие АЭС на базу внутреннего облучения от местных пищевых продуктов. Согласно данным наблюдений суммарная доза внешнего облучения на местности составляет в среднем 0,7-0,6 мі в/год, при этом вклад радиоактивных выбросов АЭС достоверно неразличим на фоне колебаний естественного уровня облучения.

Весьма важно учитывать, что возможное действие ионизирующего излучения на окружающую среду районов АЭС практически всегда проявляется не изолированно, а совместно с другими факторами загрязнения природной среды. Наиболее отчетливо это видно на примере водоемов-охладителей, подверженных влиянию теплового сброса, химического загрязнения, эвтрофирования, механического травмирования организмов в водозаборных устройствах АЭС, дополнительного облучения от искусственных радионуклидов. Таким образом, имеет место сочетание действия ионизирующего излучения и нерадиационных факторов.

3.2 Нерадиационные факторы воздействия АЭС на окружающую среду

Тепловое загрязнение.

В атомных электростанциях, так же как и в тепловых, энергетический (пароводяной) цикл осуществляется по схеме: парогенератор-турбина-конденсатор-парогенератор. В конденсаторах происходит превращение отработавшего пара в воду, в результате чего возникает необходимость отвода большого количества тепла. Для рассеивания тепла, поступающего от электростанции, применяются прямоточные (при сбросе подогретой воды в реки или прибрежные участки морей и крупных водоемов) или оборотные системы водоснабжения (при использовании охлаждающей воды в прудах-охладителях и внутренних водоемах или испарительных башнях-градирнях). Для АЭС мощностью 1ГВт требуется в среднем 50мі/с воды на охлаждение конденсаторов (при величине подогрева сбрасываемой воды 8-12°С), что в 1,5 раза больше по сравнению с ГЭС той же мощности.

Тепловое воздействие хорошо прослеживается не только на замкнутых континентальных водоемах, но и на больших морских водоемах-охладителях. Примером может служить водоем-охладитель Ленинградской АЭС - Копорская губа Финского залива площадью 55 кмІ. Общий сброс подогретых вод с 4 блоков ЛАЭС достигает 200 м/с, количество тепла, поступающего от АЭС, сравнимо с поступлением его от Солнца в без ледоставный период, что заметно меняет термический режим водоема. В зимние месяцы температура воды на водозаборе не снижается ниже З°С, в сбросном канале - не менее 13-15°С, в летние месяцы в отдельные годы температура сбросных вод достигает З5°С. Система “водозабор - водосброс” создала условия для замкнутой циркуляции вод, при которой от 20 до 80% сбросных вод вовлекается вновь в заборные системы АЭС. При этом в водоеме образовалось тепловое пятно площадью 15-18 кмІ с зонами различного подогрева.

Температура воды является важным абиотическим фактором среды, управляющим структурой и метаболизмом экосистемы. Сброс подогретых вод приводит к существенному изменению физико-химических свойств воды: плотности, вязкости, поверхностного натяжения, растворимости газов, давления водяного пара. Вследствие увеличения испарения происходит изменение водного баланса водоема-охладителя.

Важным следствием дополнительного теплового сброса для ряда водоемов является практически круглогодичная устойчивая плоскостная стратификация, из-за которой ухудшаются условия вертикального перемешивания вод и возникает дефицит кислорода в придонной области. Однако сброс подогретых вод не всегда приводит к ухудшению кислородного режима в толще воды из-за интенсивного аэрирования при водосбросе, что компенсирует эффект понижения растворимости и повышения потребления кислорода с увеличением температуры. Повышение температуры воды оказывает значительное воздействие на биологические процессы в водоеме: ускоряется разложение органических остатков, усиливается дыхание рыб и других водных организмов - все эти процессы связаны с быстрым потреблением кислорода и созданием специальных зон в отдельных частях водоема. Повышенная температура стимулирует зарастание мелководных водоемов водной растительностью, могут также наблюдаться вспышки цветения водорослей.

Химическое загрязнение.

При эксплуатации АЭС в водоем-охладитель поступают химические загрязнители: смазочные материалы, тяжелые металлы (кальций, никель, хром и другие продукты коррозии), детергенты, кислоты, щелочи, фосфаты и др. В водоем могут поступать также бытовые стоки от населенных пунктов, расположенных на берегу водоема-охладителя.

Важно отметить, что воздействие самой АЭС может быть весьма малым, однако находящиеся в регионе промышленные и сельскохозяйственные объекты обычно сбрасывают значительные количества биогенных элементов и токсикантов (металлов, нефтепродуктов, пестицидов и пр.). В сочетании с тепловым сбросом от АЭС это приводит к нарушению экологического равновесия, например, эвтрофикации.

Биологическое загрязнение.

Наиболее показательным индикатором изменения экосистемы водоема-охладителя АЭС при сочетании воздействия эвтрофирования и подогрева является фитопланктон - основной продуцент первичной продукции прибрежных вод.

Обширный материал систематических наблюдений за динамикой развития фитопланктона накоплен для водоема-охладителя ЛАЭС (определение видового состава и численности фитопланктона в прибрежной зоне водоема производилось круглогодично с дискретностью раз в 7-10 дней, начиная с 1978 г. по настоящее время). В естественном состоянии Копорская губа характеризовалась как чистый водоем. Численность водорослей была невысокой, преобладали представители диатомовых водорослей. Вегетационный сезон продолжался 7 месяцев - с апреля по октябрь. После ввода в эксплуатацию всех блоков АЭС (4 ГВт) цветение диатомовых водорослей стало наблюдаться только весной. Массовое развитие получили сине-зеленые водоросли, динамика которых характеризуется увеличением частоты и интенсивности вспышек цветения и сокращением периодов спада между ними. До 1980 г. наибольшие летние показатели не превышали 10 млн. кл/л, а в 1980 г. - 20 млн. кл/л, а в теплом 1984 г. были зарегистрированы значения численности более 100 млн. кл/л. С 1986 г. наблюдается непрерывная последовательная вегетация сине-зеленых водорослей с июня (сразу за цветением весеннего комплекса диатомовых водорослей) и по декабрь включительно. Наибольшее беспокойство вызывает интенсивное развитие сине-зеленых водорослей из родов Osciatoria и Microcystis, прижизненные выделения и продукты распада которых оказывают токсичное действие на гидробионтов, сами водоросли являются несъедобными для большинства видов зоопланктона и рыб. Массовое размножение сине-зеленых водорослей в летнее время стало причиной биологического загрязнения прибрежной акватории. Высокое содержание в водах лабильного органического вещества создало условия для развития микрофлоры, в том числе патогенных форм, так, в последние годы возросли концентрации бактерий кишечной группы. Водоем теряет рекреационное значение, падает его рыбно-хозяйственный статус, при этом сама Копорская губа становится источником эвтрофирования восточной части Финского залива. Водоем-охладитель перешел в устойчивое состояние с тенденцией перехода.

Важным фактором воздействия на биотические сообщества водоемов является травмирование гидробионтов на водозаборных устройствах и при прохождении охладительной системы станции, в результате чего может происходить гибель планктона и молоди рыб, а в водоем попадает большое количество мертвой органики. При этом организм испытывает следующие воздействия:

- удары о заградительные решетки перед входом в насосы, что приводит к травмированию рыб (мелкие личинки рыб и планктон проходят через отверстия решеток);

- повышенное давление в насосах, накачивающих в станцию охлаждающую воду;

- биоцидное действие хлора, используемого на многих станциях для предотвращения обрастания конденсаторных трубок;

- механическое травмирование и термальный шок при прохождении организмов в течение непродолжительного времени через конденсаторные трубки, прохождение через водосбросный канал.

Смертельность молоди рыб при прохождении водозаборных устройств и трубопроводов охладительной системы может быть весьма значительной. Для морских прибрежных электростанций фактор травмирования рыб, вероятно, более существенен по сравнению с фактором термального сброса. Таким образом, происходит преимущественное уменьшение численности ценных промысловых видов рыб.

4. Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека

Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму. Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но они облучают не только легкие, а также распространяются по организму. Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности способны облучить организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.

Ионизирующее излучение - это только один из сотен факторов, которые могут оказывать серьезное влияние на здоровье людей. Степень ущерба, вызываемого радиационным облучением, зависит от многих показателей, например, от дозы облучения, ее мощности, типа радиации, части тела, подвергнутого облучению, возраста и здоровья человека. Также по истечению многих лет после облучения человека могут проявляться факторы, приводящие к потенциальной причине возникновения рака и появлению других болезней. Об этом, однако, нельзя говорить с уверенностью, так как существуют многие другие причины.

Одна из первых систем регистрации воздействия радиации на здоровье человека была организована в Японии после атомной бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки в 1945 г.

Начало крупномасштабным эпидемиологическим исследованиям последствий ядерного взрыва было положено в 1948 г. по решению Правительства Японии. Основой таких исследований является регистр - организация, собирающая и анализирующая состояние здоровья облученного населения. Число внесенных в регистр Хиросимы и Нагасаки лиц, переживших атомную бомбардировку, составляло 86,5 тыс. человек, которые находятся под постоянным медицинским наблюдением. На основе опыта, полученного японскими специалистами, в России сразу после аварии на ЧАЭС был создан Национальный чернобыльский регистр. По выводам медиков заболеваемость растет больше всего по тем категориям заболеваний, которые как раз с радиацией никак не связаны - в основном, сердечнососудистые, а сердце, наверное, самый невосприимчивый к гамма-излучению орган человеческого тела.

Вследствие катастрофы на ЧАЭС, заболеваемость ликвидаторов социально значимыми хроническими болезнями в последние два года несколько снизилась почти по всем классам, однако была выше, чем взрослого населения Республики Беларусь в целом.

Болезни системы кровообращения являются основной причиной нетрудоспособности и смертности пострадавшего населения. Заболеваемость ликвидаторов БСК в 1996 г. составила 12011,2 на 100 тыс. (взрослого населения в целом - 1867,7), в основном за счет гипертонической болезни и ишемической болезни.

Заключение

В последнее время большое внимание в международных дискуссиях уделялось экологическим последствиям использования ископаемого топлива. Введение глобальных ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюционирующей мировой энергетики и потребуют значительных дополнительных инвестиций для сдерживания роста выбросов. Позитивному решению этих проблем будет способствовать развитие ядерной энергетики. Чтобы в глобальном масштабе существенно повлиять на производство энергии, обеспечить энергетическую безопасность и ослабление парникового эффекта, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4-5 раз от ныне достигнутого.

Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы ресурсной обеспеченности дешевым топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить также экономическую приемлемость и соблюдение критериев технической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это, учитывая связанные с ядерной энергетикой проблемы безопасности и нераспространения, ставит дополнительные задачи в ее развитии.

Говоря об экономической приемлемости ядерной энергетики, следует помнить, что она занимает свою нишу среди производителей энергии. В настоящее время во многих странах она обеспечивает базовую электрическую нагрузку. В перспективе ядерная энергия будет постепенно замещать природный газ в производстве тепла для технологических процессов, и в конечном счете обеспечит производство водорода из воды, что сохранит природное органическое сырье для неэнергетического применения. Кроме того, в перспективе будет освоено опреснение морской воды с использованием ядерной энергии. В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед, даже при работе в открытом цикле. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать замыкание топливного цикла и расширенное воспроизводство топлива при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением таких инновационных ядерных технологий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты. атомный ядерный экосреда

Исключительную важность имеет проблема обращения с большими объемами руды при добыче урана, отработанным топливом и высокорадиоактивными отходами. Сюда относятся работы по эффективным методам переработки отработавшего топлива, по сжиганию наиболее опасных актинидов и, возможно, долгоживущих продуктов деления.

Список использованной литературы

1. Сайт «Ядерный мир», статья «Энергия мирного атома…», (Электронный ресурс).

2. Экологический портал, статья «Ресурсы атомной энергетики», (Электронный ресурс).

3. Электронная библиотека, статья «Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации», (Электронный ресурс).

4. Индимедия. Оперативный информационный канал, статья «Экологические проблемы ядерной энергетики», (Электронный ресурс).

5. Архив научных материалов, статья «Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека», (Электронный ресурс).

Размещено на Allbest.ru