Атомная энергетика и окружающая среда

    Ядерный взрыв на атомной электростанции невозможен даже при выходе из строя всех систем безопасности или оккупации станции террористами, потому что ядерное топливо в реакторе содержит всего 3% из расщепляющегося U-235, тогда как для ядерного взрыва потребовалась бы гораздо более высокая степень обогащения. Даже топливо бридеров на быстрых нейтронах не настолько обогащено, чтобы взорваться, подобно атомной бомбе, как часто утверждают противники этих реакторов. В их тепловыделяющих элементах содержится всего 20-30% расщепляющегося материала, а в атомной бомбе - почти 100%.

    До недавнего времени во многих странах с радиоактивностью обращались, да и до сих пор часто обращаются весьма легкомысленно. Взрываются атомные бомбы всех типов, ядерные отходы закапывают в землю без соблюдения каких-либо правил, либо сбрасывают в море. Так, в бывшем СССР по данным футуролога Р. Юнгка еще до Чернобыльской аварии целые населенные пункты были переселены из-за радиоактивного заражения, во Франции на регенерационной установке La Hague произошла целая серия мелких аварий, повлекшая за собой более или менее значительные радиоактивные выбросы. После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах (в атмосфере, в космическом пространстве и под водой; Московский договор 1963 года) загрязненность окружающей среды радиоактивными веществами пошла на убыль. Но наличие соседних стран, не обладающих такими традициями экологической безопасности, как Германия, продолжает вызывать беспокойство. Страшная авария на реакторе в Чернобыле со всей очевидностью показала нам, какая опасность исходит от атомных электростанций в других странах. А против уголовников, террористов или военной угрозы нет стопроцентной защиты и в Германии.

    Градирни атомных электростанций мощностью 500 МВт каждую секунду выбрасывают в атмосферу около тонны водяного пара. За год испаряется примерно 32 миллиона тонн воды, что составляет 16% от испарения всего озера Бодензее. На озере эта влага выпаривается с большой открытой поверхности, тогда как в градирне выброс пара сконцентрирован на малом пространстве. Это при определенных метеорологических условиях может изменить локальный климат, что выражается в появлении тумана и облаков, уменьшении солнечного излучения и более частых осадках. Особенно большие проблемы возникают осенью, когда влажность воздуха особенно высока; в сухую погоду влияние выбросов несущественно. На макросиноптическую ситуацию градирни не оказывают влияния.

    Впрочем, все сказанное относится не только к атомным электростанциям, но и к любым электростанциям, где применяются градирни. 
 

    Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.  

    Отметим наиболее существенные факторы:

• локальное механическое воздействие на рельеф при строительстве;
• повреждение особей в технологических системах при эксплуатации;
• сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;
• изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;
• изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

    Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов- охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты, оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

    Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий атомных электростанций - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.

    Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды. 
 

    3.ВЫБРОСЫ И СБРОСЫ  ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ  ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ  АС

    Исходными событиями, которые, развиваясь во времени, в конечном счете, могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС. Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода первого контура выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

    4.ПЕРЕНОС РАДИОАКТИВНОСТИ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

    Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

    Проблему оценки защищенности окружающей среды можно представить в виде последовательного решения некоторых математических задач:

• расчет изменений и возмущений состояния среды в результате внешних воздействий, определение поля концентраций опасных веществ после стационарных и аварийных выбросов, сбросов из технологических систем АС;
• оценки вредных последствий воздействий, дозовых, токсикогенных нагрузок;
• оценки экологического ущерба, вероятностей гибели особей, деградации популяций, измений видового разнообразия;
• выбора оптимального набора мер и средств управления состоянием среды для снижения последствий вредных воздействий.

    При расчетах радиационной нагрузки элементов экосистем должны учитываться:

    - облучение при прохождении радиоактивного облака;

    - внутреннее облучение из-за поглощения радиоактивных веществ при дыхании, глотании воды, пищи;

    - облучения от загрязненной радиоактивностью поверхности земли, от придонного слоя, воды водоемов.  

    5. ОГРАНИЧЕНИЕ ОПАСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ  АС ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

    Атомные станции и другие промышленные предприятия региона оказывают разнообразные воздействия на совокупность природных экосистем, составляющих экосферный регион АС. Под влиянием этих постоянно действующих или аварийных воздействий АС, других техногенных нагрузок происходит эволюция экосистем во времени, накапливаются и закрепляются изменения состояний динамического равновесия. Людям совершенно небезразлично в какую сторону направлены эти изменения в экосистемах, насколько они обратимы, каковы запасы устойчивости до значимых возмущений. Нормирование антропогенных нагрузок на экосистемы и предназначено для того, чтобы предотвращать все неблагоприятные изменения в них, а в лучшем варианте направлять эти изменения в благоприятную сторону. Чтобы разумно регулировать отношения АС с окружающей средой нужно конечно знать реакции биоценозов на возмущающие воздействия АС. Выше весьма схематично были обрисованы задачи моделирования таких воздействий. Ясно, что критические значения экологических факторов должны быть предметом специальных исследований биологов. 

    6.ОПТИМИЗАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ЭКОСИСТЕМ

    Ущерб от эксплуатации АС есть количественна характеристика вредных последствий эксплуатации АС, в том числе в результате аварийных воздействий. Обычно различают материальные, радиационные, социальные и экологические компоненты ущерба. Наиболее сложной является задача определения экологического ущерба, под которым следует понимать неблагоприятные изменения в экосистемах - потери их продуктивности, свойств саморегулирования, существенные изменения их видового разнообразия. Можно говорить о радиоэкологическом ущербе как результате облучения элементов экосистем, приводящего к потерям популяций, сдвигам в экологическом равновесии или жизненных циклах компонентов.

    Наиболее зримый ущерб - это физические потери, гибель компонентов популяций. К таким последствиям можно относить и болезни, приводящие к потерям функции воспроизводства. В живой природе связи между воздействиями и последствиями формируются под влиянием многочисленных факторов, которые с трудом поддаются детерминированному выявлению. Поэтому исходы следует считать величинами случайными и использовать для их описания методы теории вероятностей. В этой связи часто используют такую вероятностную категорию, как экологический риск, определяемый как вероятность гибели элементов популяций в результате некого воздействия.

    Строго говоря оптимизация безопасности АС - это комплексная задача, цель которой найти оптимальные условия функционирования АС по всем значимым ее компонентам - техническим схемам и параметрам оборудования, защитным системам, правилам эксплуатации и обслуживания, с учетом характеристик площадки и внешнего окружения. При такой оптимизации нужно учитывать все компоненты расходов и возможные потери по всем вариантам развития аварийных процессов. Поскольку задача в такой постановке слишком громоздка, часто расчленяют ее на более элементарные. Так в соответствии с рекомендации МКРЗ говорят об оптимизации радиационной безопасности. Можно подобным образом ставить вопрос об оптимизации безопасности экосистем.

    Нормы защиты окружающей среды должны предусматривать обязательное восстановление качества среды, т.е. необходимую дезактивацию территорий, рекультивацию пахотных земель, oчистку воды водоемов. Желательно, чтобы в проектах АС были предусмотрены средства борьбы с чрезмерным загрязнением окружающей среды и для эффективного восстановления качества окружающей среды. Такие меры как фильтрационная очистка водоемов, промывка загрязненных участков с последующим сбором и очисткой всех сливов с загрязненных участков, временные укрытия особо ценных участков могут быть вполне экономически целесообразны и эффективны. Цель этих мероприятий - недопущение поступлений в элементы экосистем вредных веществ в количествах, превышающих возможности их экологических емкостей. Эти мероприятия составляют тот комплекс, который называют управлением состояния системы Атомная станция + Окружающая среда.

    Совет безопасности энергетических связей (SECC), анализируя индустриальные мифы мировой атомной энергетики, считает что роль атомной энергетики в мировой энергетической системе в сущности достигла своего предела. Большинству стран, занимающихся поисками новых энергетических возможностей, ее технологический уровень более не представляется жизнеспособным. Наблюдается заметное противостояние атомной энергетике даже в признанных “ядерных державах” - Франции и Японии. В различных странах существует прямая или косвенная связь между использованием атомной энергии в мирных целях и программами ядерного вооружения.

    Начиная с 1988 г., вклад атомной энергии в систему всемирной энергосети опустился значительно ниже того уровня, который предсказывали ее апологеты. Прогноз МАГАТЭ на 1974 г. о 4.450.000 МВт к 2000 г. был более, чем в 12 раз выше, чем это прогнозируется сейчас. Рост цен, отсутствие договоренности и согласованности по вопросам безопасности, ликвидации отходов, альтернативные, более экономные источники энергии - все это привело к застою в заказах на создание новых атомных станций и к постепенному отказу от использования ядерных технологий в условиях мирового рынка.

    В США все заказы на строительство реакторов, которые поступали с 1973 года, были впоследствии аннулированы; начиная с 1978 г. не поступило ни одного заказа на строительство реактора. Фактически, за последние 30 лет было остановлено около 120 реакторов общей мощностью 132.000 MВт. В обстановке возникшей конкуренции в области промышленной электроэнергии США могут предположить постепенное, но устойчивое, поэтапное упразднение существующих реакторов. В Канаде на сегодняшний день нет ни одного строящегося или планируемого к возведению реактора. В Западной Европе строительство новых ядерных реакторов остановлено повсеместно, за исключением Франции, и теперь обсуждается лишь когда закрывать существующие реакторы. В странах Восточной Европы и бывшего Советского Союза ядерные программы потерпели серьезные неудачи, начиная с Чернобыльской аварии. В 1992 году тогдашний премьер-министр Швеции Карл Билт отметил, что 40 из 58 спроектированных в Советском Союзе действующих атомных реакторов “были бы закрыты еще вчера, если бы они находились в Соединенных Штатах или Швеции”. В России одной из причин спада рабочей активности является хроническая невыплата зарплаты, а дефицит запасных частей вызывает ухудшение условий безопасности. На страны Восточной Азии приходится около 1/3 станций, сооружаемых в мире в настоящее время. Но здесь также наблюдается рост общественной оппозиции, и предприятия и правительства вынуждены рассматривать различные альтернативы. Многие из станций в этих странах превышают бюджет по сравнению с намеченным или испытывают технические проблемы и затруднения, связанные с хранением отходов. И, как результат, только горстка новых заказов была получена за последнее десятилетие от Китая, Южной Кореи, Индии и Пакистана.